THT-монтаж
Вначале мы кратко рассмотрим обе технологии, а затем сравним их. Технология монтажа в отверстия (Through Hole Technology, THT), которую иногда называют штырьковым монтажом, возникла одновременно с появлением печатных плат. В технической литературе также встречается аббревиатура OFA (Odd Form Assembly), которая подразумевает установку компонентов нестандартной формы. Классический THT-монтаж подразумевает установку только компонентов с аксиальными или радиальными выводами, а монтаж OFA имеет дело с любыми компонентами со штырьковыми выводами. Далее для простоты мы будем употреблять только термин THT.
Сменилось несколько поколений установок для автоматизированного THT-монтажа, но его основные технологические приемы остались неизменными. Их можно свести к следующим этапам:
- формовка и обрезка подготовка выводов компонентов;
- установка компонентов в плату;
- пайка;
- отмывка.
В этот перечень вошли технологические операции только монтажа, и не вошли операции подготовки платы, например сверление отверстий. При автоматизированном монтаже операции подготовки выводов компонентов и их установка на плату обычно совмещаются.
Установка компонентов на плату и их пайка выполняются как в ручном, так и автоматическом режимах. Если же речь идет о макетной плате или о нескольких прототипах, монтаж компонентов осуществляется вручную. При серийном производстве ручной монтаж может использоваться лишь в тех редких случаях, когда на плату устанавливается какой-нибудь уникальный компонент. В любом случае, при ручной пайке необходимо использовать паяльную станцию, которая даже в минимальной конфигурации будет поддерживать заданную температуру жала паяльника во избежание дефектов холодной пайки.
В автоматизированном режиме используется пайка волной, или селективная пайка. В первом случае расплавленный припой, находящийся в специальной ванне, создает поток (волну), омывающую нижнюю часть платы. Припой смачивает контактные площадки и просачивается в металлизированные отверстия, в которые установлены выводы компонентов. При пайке волной омываются все компоненты, которые не защищены специальной палетой, обеспечивающей защиту отдельных участков платы.
|
a |
б |
Рис. 1. Селективная пайка: а) одним соплом; б) двумя соплами
При селективной пайке небольшое по размеру сопло подводится к каждому выводу, как показано на рис. 1а, и паяет его в соответствии с программно заданным режимом. Пайка может осуществляться несколькими соплами одновременно, как показано на рис. 1б.
Иногда встречаются способы пайки, близкие к технологиям поверхностного монтажа. К этим способам относится, например, «вывод в пасте» (Pin in Paste, PiP), или «оплавление в сквозных отверстиях» (Through Hole Reflow, THR). В этом случае паяльная паста наносится в сквозные отверстия, после чего в них устанавливаются выводы компонента. При этом пайка выполняется в печах оплавления так же, как при поверхностном монтаже.
SMT-монтаж
Технология поверхностного монтажа (Surface Mount Technology, SMT) стала активно развиваться в 1980-х гг., когда было освоено и начато серийное производство компонентов с планарными выводами (Surface Mount Device, SMD). SMT монтаж практически полностью автоматизирован и, по сути, состоит из следующих технологических операций:
- нанесение паяльной пасты на контактные площадки печатной платы с помощью трафарета;
- автоматическая установка компонентов на плату с помощью установщика;
- пайка компонентов на плату путем нагрева паяльной пасты в печи оплавления;
- оптический контроль для проверки правильности установки компонентов, наличия пайки и отсутствия дефектов;
- рентгеновский контроль для проверки качества пайки под компонентами, особенно в корпусах BGA и QFN.
Рис. 2. Нанесение паяльной пасты методом дозирования
Рис. 3. Нанесение паяльной пасты с помощью трафарета
Статистика отказов печатных плат показывает, что наиболее часто (до 80% случаев) причина отказа вызвана неверным нанесением паяльной пасты. Остановимся чуть подробнее на этой технологической операции. Она может выполняться с помощью дозатора, как показано на рис. 2, или с помощью трафарета (рис. 3). Последний способ используется гораздо чаще. Перечислим основные его этапы:
- установка платы в рабочую зону;
- совмещение платы и трафарета;
- нанесение паяльной пасты на трафарет;
- нанесение пасты ракелем через апертуры (отверстия) трафарета на поверхность печатной платы;
- демонтаж платы и очистка трафарета.
Во многом качество пайки зависит от трафарета и ракеля. Если трафареты изготовлены по современной технологии прожигания отверстий лазером и электрохимической обработки для удаления шероховатостей и заусениц, проблем с их использованием не возникает.
Ракель, как правило, изготавливают из металла или полимеров. Кромки ракеля должны быть заострены. При слишком низком давлении ракеля на трафарет возникают пропуски и неровности по краям. Чрезмерное давление может повредить трафарет, а отпечатки паяльной пасты – смазаться. При этом паста проникает под трафарет, что может привести к образованию перемычек между близко расположенными проводниками. Следовательно, необходимо корректно настроить силу прижима ракеля.
В современных установках трафаретной печати минимальный диаметр нанесенной точки составляет 100 мкм, а точность нанесения не хуже 25 мкм. Длительность операции нанесения паяльной пасты зависит от размера платы и используемого оборудования. С некоторым запасом можно считать, что длительность этой технологической операции находится в пределах 10–25 с.
Различия между THT- и SMT-монтажом
Различия между этими видами монтажа, прежде всего, обусловлены различием компонентов. Таким образом. сравнение THT- и SMT-монтажа неправомерно проводить в категориях «лучше» или «хуже». Компоненты SMD имеют гораздо меньший размер, чем выводные компоненты. Минимальный шаг выводов SMD-микросхем в настоящее время составляет 0,254 мм, а SMD-резисторы и конденсаторы производятся в форм-факторе 01005 (0,4×0,2 мм).
Уменьшение размеров SMD-компонентов позволило значительно увеличить плотность монтажа; при этом уменьшилась длина линий связи и, следовательно, их индуктивность. Кроме того, индуктивность выводов SMD-компонентов существенно меньше, чем у выводных компонентов. Уменьшение паразитных индуктивностей позволило значительно увеличить частоту сигналов и скорость передачи данных.
Заметим также, что применение SMD-компонентов позволило увеличить число слоев платы. 24-слойные платы – теперь уже не редкость, а в некоторых приложениях, например в телекоме, встречаются и 40-слойные платы. Следует упомянуть также использование встраиваемых в печатную плату резисторов, что также уменьшает размеры платы.
С другой стороны, выводные компоненты за счет установки их выводов в отверстия повышают стойкость платы к механическим воздействиям – вибрациям и одиночным ударам. Заметно проще и ремонт платы с THT-монтажом. В них замена компонентов довольно просто выполняется вручную, тогда как аналогичная операция на SMT-плате требует дополнительного оборудования и навыков монтажника.
Итоги в нашем коротком обзоре подведены в таблице, где приведены основные характеристики обоих видов монтажа.
|
Характеристика |
THT-монтаж |
SMT-монтаж |
|---|---|---|
|
Способ монтажа |
выводы компонента проходят сквозь отверстия в плате |
компонент устанавливается на поверхность платы |
|
Размер компонентов |
больше |
меньше |
|
Плотность монтажа |
низкая |
высокая |
|
Процесс пайки |
волновая пайка, ручная пайка |
в основном, пайка оплавлением |
|
Автоматизация |
степень автоматизации ниже, чем в SMT |
высокая степень автоматизации |
|
Механическая прочность |
высокая |
низкая |
|
Ремонт и доработка |
относительно легко выполняется вручную |
требуется специальное оборудование |
|
Стоимость |
дешевле при изготовлении прототипов и мелких серий |
дешевле в крупносерийном и массовом производстве |
Нужен надёжный SMD монтаж?
Наше производство оснащено современным оборудованием и готово к автоматизированному монтажу компонентов размером от 01005.
Работаем с макетами и серийными партиями, обеспечиваем высокую точность пайки и многоступенчатый контроль качества.