EN
A Pintaliitettävä komponentti on yksi modernin painetun piirilevyn suunnittelun peruslohkoista piirisuunnittelu . Vanhojen läpi porattujen komponenttien vastakohtana, joiden johtimet on asennettava porattuihin reikiin, pintaliitettävä komponentti kiinnitetään suoraan piirilevyn pinnalle, mikä merkittävästi pienentää levyn kokoa, parantaa signaalisuorituskykyä ja mahdollistaa korkeanopeuden automatisoidun asennuksen. Pintaliitettävän komponentin toiminnan ymmärtäminen piirilevyn asettelussa on välttämätöntä kaikille insinööreille, hankintaprosessien ammattilaisille ja tuotekehittäjille, jotka työskentelevät tänä päivänä elektroniikassa.
Jokainen pinnalle kiinnitettävä laite (SMD) vuorovaikuttelee piirilevyn kanssa tarkasti määritellyn mekaanisen, sähköisen ja lämmönvaihtoprosessin kautta. Pinnalle kiinnitettävän laitteen kiinnitystapa kuparipadoihin, sähkösignaalien johtaminen ja integrointi piiriin määrittävät lopullisen tuotteen luotettavuuden ja suorituskyvyn. Tässä artikkelissa selitetään yksityiskoittaisesti, miten pinnalle kiinnitettävä laite toimii koko piirilevyn suunnittelun elinkaaren ajan – alkaen jalkatilan luomisesta ja tinapastan levittämisestä läpi liukusolderoinnin ja toiminnallisessa käytössä.
Pinnalle kiinnitettävän laitteen fyysinen rakenne
Komponentin anatomia ja pad-geometria
Jokainen pinnalle kiinnitettävä laite koostuu tiukasta kotelosta, joka sisältää aktiivisen tai passiivisen komponentin sekä metalliset päätökset tai johtimet, jotka koskettavat piirilevyn pintaa. Pinnalle kiinnitettävän laitteen päätökset on suunniteltu siten, että ne asettuvat tarkasti vastaavien kuparimaapadojen kohdalle levylle. Nämä padot määritellään piirilevyn suunnittelussa komponenttien jalkakuvioita käyttäen, jotka määrittelevät tarkan koon, välimatkan ja suunnan, joita kutakin pinnalle kiinnitettävän laitteen tyyppiä varten vaaditaan. Tarkka jalkakuvion suunnittelu on ratkaisevan tärkeää, sillä mikä tahansa epäsointuminen pinnalle kiinnitettävän laitteen päätöksen ja sen maapadon välillä voi johtaa huonoihin tinattuihin liitoksiin, hautakivieffektiin (tombstoning) tai avoimiin piireihin.
Pintamontaattilaite (SMD) on saatavilla monissa pakkausmuodoissa, mukaan lukien vastukset, kondensaattorit, käämit, integroidut piirit QFP- tai BGA-muodoissa sekä diskreetit puolijohteet. Jokaisella pintamontaattilaitteen pakkaustyypillä on tiettyjä pohjakuviin liittyviä vaatimuksia, jotka vaikuttavat sitä, miten tinakasvea sovelletaan ja miten komponentti itsekeskittyy uudelleenlämmityksessä. Pienempiä pintamontaattilaitteiden pakkaustyyppejä, kuten 0402 tai 0201, vaaditaan tiukempia toleransseja kuin suuremmille pakkaustyypeille, mikä edellyttää korkean tarkkuuden siveltimen tulostusta ja asennusjärjestelmiä.
Ainekoostumus ja sähköinen tehtävä
Pintaliitoskomponentin (SMD) sisäinen rakenne vaihtelee sen toiminnon mukaan. Resistiivisessä pintaliitoskomponentissa käytetään resistiivistä kalvoa, joka on pinnoitettu keraamiselle alustalle, kun taas kapasitiivisessa pintaliitoskomponentissa käytetään eristäviä kerroksia johtavien levyjen välissä. Induktiivinen pintaliitoskomponentti muodostuu käämistä, joka on kierretty magneettisen ytimen ympärille. Jokaisessa tapauksessa pintaliitoskomponentti perustaa toimintansa sisäisiin materiaaliominaisuuksiinsa, jotta se voi säätellä jännitettä, suodattaa signaaleja, varastoida varausta tai kytkentää virtaa piirissä. Pintaliitoskomponentin sähköinen käyttäytyminen liittyy tiukasti sen pakkauskokoan, toleranssiluokkaan ja käyttötaajuusalueeseen.
Pintaliitoskomponentin aktivointiin johtava asennusprosessi
Tinapastan tulostus ja komponenttien asettaminen
Pintamontaasikomponentin (SMD) asennus piirilevylle alkaa tinatulppapastan tulostamisella. Tyhjän piirilevyn päälle sijoitettu sävytyslevy laskee tarkasti määritellyn määrän tinatulppapastaa jokaiselle liitosalustalle. Oikea pastamäärä on ratkaisevan tärkeä, koska liian vähän pastaa aiheuttaa heikon liitoksen pintamontaasikomponentille, kun taas liian paljon pastaa voi aiheuttaa siltautumista vierekkäisten liitosalustojen välillä. Tulostamisen jälkeen automatisoitu nouto- ja asennuskone sijoittaa jokaisen pintamontaasikomponentin tarkkaan määriteltyyn paikkaansa mikrometrin tarkkuudella. Pintamontaasikomponentti pidetään väliaikaisesti paikoillaan tinatulppapastan tarttuvuuden avulla ennen tinattavaa.
Asennuksen aikana pick-and-place -koneen näköjärjestelmät tarkistavat jokaisen pinnalle asennettavan laitteen (SMD) orientaation ja sijainnin. Tällä vaiheella SMD:n mahdollinen virheasento voidaan korjata uudelleenjuottotilassa syntyvällä itsekeskittämisvoimalla, mutta vain rajoitetun toleranssialueen sisällä. Merkittävä SMD:n virheasento ei korjaudu itsestään, ja sen on havaittava ennen uudelleenjuottoa suoritettavilla tarkastusjärjestelmillä, kuten automatisoidulla optisella tarkastuksella tai laserkorkeusmittauksella.
Uudelleenjuottaminen ja liitoksen muodostuminen
Kun kaikki pinnalle asennettavat komponentit (SMD-komponentit) on asennettu, piirikortti kulkee läpi uudelleenmuovausuunin tarkasti ohjatun lämpötilaprofiilin mukaisesti. Profiili siirtää kortin esilämmitys-, tasaus-, uudelleenmuovaus- ja jäähdytysvyöhykkeiden kautta. Kun lämpötila nousee, tinasulamassa oleva liima aktivoituu ja poistaa hapettumaa sekä SMD-komponenttien liitoskohtien että kuparipadien pinnalta. Uudelleenmuovauksen huippulämpötilassa tinan sulama muodostaa metallurgisen sidoksen SMD-komponentin ja piirikortin padin välille. Jäähdytyksen aikana tinan sulama kovettuu luoden luotettavan mekaanisen ja sähköisen liitoksen.
Pinnasolatun laitteen (SMD) liitoksen laatu vaikuttaa suoraan piirin pitkäaikaiseen luotettavuuteen. Tekijät, kuten pinnan päällyste, tinasolderin koostumus, uudelleenkuumennuksen profiilin optimointi ja pinnasolatun laitteen lämpökapasiteetti, vaikuttavat kaikki liitoksen laatuun. Oikein solatun pinnasolatun laitteen liitos tulisi näyttää koveraa kierteistä, täydellistä pinnan kastumista sekä ilman näkyviä tyhjiöitä tai halkeamia. Uudelleenkuumennuksen jälkeistä tarkastusta suoritetaan automatisoidulla optisella tarkastuksella tai röntgenkuvauksella varmistaakseen, että jokainen pinnasolattu laite on asennettu oikein.
Miten pinnasolattu laite toimii piirilevyn (PCB) piirissä
Signaalien eteneminen ja impedanssin hallinta
Kun pinnallisesti kiinnitettävä laite (SMD) on kiinnitetty, se muodostaa aktiivisen solmun piirilevyn sähköverkossa. Virta ja signaalit kulkevat kuparitseppojen kautta, jotka yhdistävät jokaisen pinnallisesti kiinnitettävän laitteen muihin komponentteihin ja liittimiin. Pinnallisesti kiinnitettävän laitteen sijoittelupaikalla on suora vaikutus signaalinlaatuun, erityisesti korkeataajuuspiirien suunnittelussa. Jos pinnallisesti kiinnitettävä laite sijoitetaan liian kauas kytkettyyn integroitua piiriä (IC) tai virtatasoa kohti, se voi aiheuttaa haitallisesti vaikuttavia induktansseja tai kapasitansseja, jotka heikentävät signaalin laatua. Insinöörit käyttävät simulointityökaluja piirilevyn suunnitteluvaiheessa varmistaakseen, että jokainen pinnallisesti kiinnitettävä laite on sijoitettu siten, että nämä haitallisesti vaikuttavat ilmiöt minimoituvat.
Lämmönhallinta ja pitkäaikainen luotettavuus
Tehonkulutukseen perustuvat pinnalle asennettavat laitteet tuottavat käytön aikana lämpöä, ja lämmön hallinta on keskeinen suunnittelun haaste. Lämmönvaihtopadit teholaitepakkausten alla siirtävät lämpöä kuparitasoihin tai ulkoisiin lämmönpoistimiin. Pinnalle asennettavan laitteen luotettavuus arvioidaan sen käyttölämpötila-alueen, lämmönvastuksen ja sovelluksen odotettujen teholämmitys- ja viilentämisjaksojen perusteella. Suunnittelijoiden on varmistettava, että jokaisen pinnalle asennettavan laitteen ympärillä vallitseva lämpötilaympäristö pysyy sen määritellyn rajojen sisällä pahimmissa käyttöolosuhteissa. Epäriittävä lämmönhallinta voi kiihdyttää pinnalle asennettavan laitteen liitospisteiden kulumista ja johtaa ennenaikaisiin kenttävikoihin.
UKK
Mikä ero on pinnalle asennettavan laitteen ja läpivientikomponentin välillä?
Pintamonttikomponentti (SMD) kiinnitetään suoraan piirilevyn pinnalle kuumennettavan tinapastan ja uudelleenkiinnityksen avulla, kun taas läpiviivakomponentin johdot on asennettava porattuihin reikiin ja kiinnitettävä aaltotinattamalla. Pintamonttikomponentit mahdollistavat pienempiä piirilevyjä, paremman korkeataajuusominaisuuden ja nopeamman automatisoidun kokoonpanon verrattuna läpiviivateknologiaan.
Voiko pintamonttikomponenttia (SMD) korjata kiinnittämisen jälkeen?
Kyllä, pintamonttikomponenttia (SMD) voidaan korjata käyttäen kuuman ilman korjauslaitetta, infrapunakuumentinta tai kuumennuspuikkoa riippuen pakkaustyypistä. Pintamonttikomponentin (SMD) korjaaminen vaatii huolellista lämpötilan säätöä, jotta naapurikomponentteja tai piirilevyn liitospisteitä ei vahingoitu. BGA-tyyppisten pintamonttikomponenttipakkausten (SMD) korjaaminen vaatii erityisiä korjauslaitteita piilossa olevien tinapallojen vuoksi.
Miten pintamonttikomponentin (SMD) pakkauskoko vaikuttaa piirilevyn suunnittelusääntöihin?
Pienempiä pinnalle kiinnitettäviä laitteita (Surface-Mount Device) vaativat tiukempia liitosalustan mittoja, tarkempia ruutupohjien aukkoja ja tiukempia asennustoleransseja. Kun pinnalle kiinnitettävä laite (Surface-Mount Device) pienenee kooltaan, myös johdinleveyden, välimatkan ja läpiviivaukkojen sijoittelun suhteen käytettävät suunnittelusäännöt on tiukennettava signaalin eheytteen ja kokoonpanotulokseen vaikuttamatta. Suunnittelijoiden on noudatettava pinnalle kiinnitettävän laitteen (Surface-Mount Device) pakkausspesifikaatioita tarkasti välttääkseen kokoonpanovirheitä ja varmistaakseen luotettavan piirilevyn toiminnan.