Електронні компоненти і системи 
Переваги технології поверхневого монтажу компонентів при складанні електронної апаратури порівняно з монтажем виводів в отвори очевидні. Розвиток і впровадження техніки поверхневого монтажу забезпечується, насамперед, економічними міркуваннями, оскільки дозволяє при конструюванні та виробництві електронної апаратури зменшити її габарити, знизити витрату матеріалів і споживаної електроенергії, об’єм і масу, підвищити її надійність, швидкодію і технологічність, а також забезпечити автоматизацію складання. Тому техніку монтажу електронних компонентів на поверхню друкованих плат називають четвертою революцією в електроніці після винаходу електронної лампи, транзистора та інтегральної схеми .
Удосконалення компонентів для поверхневого монтажу
Покращення характеристик електронної апаратури при використанні поверхневого монтажу значною мірою визначається досягненнями в створенні нового покоління електронних компонентів, технології та сучасного обладнання для складання виробів. Удосконалення електронних компонентів для поверхневого монтажу спрямоване на:
- мініатюризацію, зменшення ваги;
- підвищення швидкодії, збільшення ступеня інтеграції та функціональності;
- підвищення робочої частоти;
- збільшення кількості виводів у корпусах і зменшення кроку виводів;
- переведення нестандартних за габаритами компонентів у конструктиви для монтажу на поверхню плат.
При цьому розширення можливостей використання поверхневого монтажу при складанні електронної апаратури корелюється зі збільшенням номенклатури компонентів, що монтуються на поверхню плат, і числа виконуваних технологічних прийомів. Однак слід відзначити ряд проблем, що виникають при впровадженні технології поверхневого монтажу, рішення по яких приймаються залежно від вибраної конструкції та використовуваних матеріалів:
- збільшення питомого тепловиділення при зменшенні масогабаритних показників електронної апаратури;
- підвищення вимог до узгодження матеріалів, що використовуються в друкованих вузлах, за температурним коефіцієнтом лінійного розширення (ТКЛР).
Основні технологічні схеми монтажу
По мірі освоєння та впровадження технології поверхневого монтажу електронних компонентів намітився ряд основних варіантів технологічних схем монтажу, що відрізняються розташуванням компонентів на платі. У таблиці 1 наведені варіанти технологічних схем монтажу компонентів на друковану плату. До деяких пір найбільш поширеними були два останні варіанти (IV і V), що характерно для перехідного періоду в освоєнні поверхневого монтажу, оскільки виготовлення друкованих вузлів зі змішаним складом компонентів дозволяє максимально використовувати наявне на підприємствах обладнання, наприклад, для пайки. Розширення можливостей придбання різних електронних компонентів, обладнання та матеріалів для поверхневого монтажу прискорює процес переходу до перших двох варіантів технологічних схем монтажу. Необхідно підкреслити, що поверхневий монтаж за технологічними схемами варіантів I і II характеризується мінімальною кількістю технологічних операцій.
Таблиця 1. Характеристики технологічних схем монтажу компонентів
До деяких пір найбільш поширеними були два останні варіанти (IV і V), що характерно для перехідного періоду в освоєнні поверхневого монтажу, оскільки виготовлення друкованих вузлів зі змішаним складом компонентів дозволяє максимально використовувати наявне на підприємствах обладнання, наприклад, для пайки. Розширення можливостей придбання різних електронних компонентів, обладнання та матеріалів для поверхневого монтажу прискорює процес переходу до перших двох варіантів технологічних схем монтажу. Необхідно підкреслити, що поверхневий монтаж за технологічними схемами варіантів I і II характеризується мінімальною кількістю технологічних операцій.
Опис технологічних варіантів монтажу
При реалізації варіанту I на друковану плату паяльну пасту наносять трафаретним друком або за допомогою дозатора. Після позиціонування та фіксації компонентів виконується операція пайки оплавленням дозованого припою (найпоширеніші способи пайки: конвекційна та інфрачервоним нагріванням) .
У разі двостороннього поверхневого монтажу (варіант II) на лицьову сторону плати наносять трафаретним друком паяльну пасту та адгезив для фіксування компонентів, після чого виконують пайку розплавленням доз припою. На зворотній стороні плати за допомогою адгезиву фіксуються пасивні компоненти для поверхневого монтажу. Після твердіння адгезиву компоненти піддаються пайці хвилею припою, або пайці оплавленням дозованого припою.
Згідно з варіантом III на плату трафаретним друком наноситься паяльна паста; компоненти, що монтуються на поверхню, встановлюються та паяються методом розплавлення дозованого припою. Потім встановлюються компоненти, що монтуються в отвори, і проводиться їх пайка хвилею припою. Характерним для технологічної схеми монтажу за варіантом IV є те, що спочатку встановлюються на адгезив компоненти для поверхневого монтажу, потім (на лицьовій стороні плати) компоненти, що монтуються в отвори, після чого проводиться пайка хвилею припою.
Найскладнішим з усіх існуючих є монтаж згідно з варіантом V. При цьому першою виконується операція нанесення паяльної пасти через трафарет, потім проводиться встановлення на лицьовій стороні плати активних компонентів для поверхневого монтажу в різних корпусах (SOIC, PLCC, QFP, BGA, CSP) та їх пайка розплавленням дозованого припою. Після цього плата перевертається, на неї наноситься адгезив і встановлюються компоненти для поверхневого монтажу, і після перевороту на лицьову сторону плати встановлюються компоненти для монтажу в отвори. Виводи простих компонентів для поверхневого монтажу (наприклад, чіп-конденсаторів, чіп-резисторів) та компонентів, встановлених в отвори, пропаюються на зворотній стороні плати хвилею припою.
Вибір технологічного варіанту монтажу
При розробці електронної апаратури вибір технологічного варіанту монтажу друкованих вузлів проводиться з урахуванням того, що хоча найбільш широке поширення отримали варіанти IV і V, розробка та випуск сучасної апаратури, розширення обсягів її виробництва при наявності потрібних електронних компонентів, обладнання та матеріалів для поверхневого монтажу значною мірою стимулюють перехід до варіантів монтажу I і II.
Порівняльна оцінка технологічних варіантів монтажу за щільністю розміщення компонентів на платі (див. табл. 1) свідчить про те, що максимальна щільність розміщення компонентів (від 6 до 12 точок на квадратний сантиметр) характерна для другого з розглянутих технологічних варіантів.
Вибір технологічних варіантів монтажу компонентів при складанні електронної апаратури здійснюється з урахуванням виду виробництва, обсягів випуску продукції, номенклатури та типу компонентів, особливостей конструкції друкованих плат, а також собівартості виробів. При цьому слід врахувати, що ціна компонентів для поверхневого монтажу не вища, а в ряді випадків нижча вартості компонентів для монтажу в отвори.
Етапи впровадження поверхневого монтажу
У теперішній час на підприємствах, що випускають електронну апаратуру, намітився і реалізується поетапний перехід від монтажу в отвори до поверхневого монтажу. Тривалість етапів визначається готовністю підприємств до переходу на сучасні електронні компоненти, конструктивні та технологічні рішення при розробці та випуску нових виробів . Як видно з табл. 1 і 2, різні технологічні схеми поверхневого монтажу та приведені для прикладу переліки комплектів обладнання різної продуктивності можуть бути використані при підготовці друкованих плат, встановленні компонентів і пайці.
Таблица 2. Этапы внедрения поверхностного монтажа при сборке электронной аппаратуры
| Характеристика процесу монтажу | Устаткування | Продуктивність монтажу | |
| 1-й етап | Ручне встановлення компонентів на плату. Поточна система виробництва | Паяльні станції фірми РАСЄ (США) | До 200 комп./час (технология “миниволна”) |
| 2-й етап | Механізація процесів підготовки друкованої плати, встановлення та паяння компонентів | 1. Встановлення трафаретного друку SD-240 фірми TECHOPRINT (Нідерланди)
2. Ручний маніпулятор EXPERT фірми ESSEMTEC (Швейцарія) 3. Конвекційна піч SM-500 фірми Reddish Electronics (Англія) |
До 1000 комп./год |
| 3-й етап | Автоматизація процесу встановлення компонентів на друковану плату | 1. Напівавтомат трафаретного друку SP-006 фірми ESSEMTEC (Швейцарія)
2. Автомат установки компонентів CLM 9000 фірми ESSEMTEC (Швейцарія) 3. Конвеєрна піч RL-06 фірми ESSEMTEC (Швейцарія) |
До 3600 комп./год (стандартизація проектування друкованих вузлів та забезпечення відтворюваності їх характеристик) |
| 4-й етап | Підвищений рівень автоматизації процесу встановлення компонентів на друковану плату | 1. Автомат трафаретного друку SP-100 фірми ESSEMTEC (Швейцарія)
2. Автомат-установник СР45 FV фірми Samsung (Південна Корея) 3. Конвекційна піч MISTR 360 фірми TECHOPRINT (Нідерланди) 4. Встановлення паяння подвійною хвилею припою початкового рівня ETS330 фірми ERSA (ФРН) |
До 20 000 чіп-ком понентів/год або 4800 інтегральних мікросхем/год у корпусі QFH складання з високою щільністю розміщення компонентів, автоматизація проектування друкованих плат |
Говорячи про обладнання, слід відзначити, що його ринок обширний, це дозволяє зробити вибір, починаючи з простих паяльних станцій, наприклад, фірми PACE (США), призначених для ручного монтажу в експериментальному та дослідному виробництві, і аж до автоматизованих комплектів і високопродуктивних ліній фірм Samsung, Philips та ін. .
Основними критеріями вибору складу та виду обладнання є:
– конструктивні особливості збираних друкованих вузлів, що визначаються номенклатурою, видом і кількістю компонентів, розмірами друкованих плат, технологічною схемою монтажу;
– продуктивність, потрібна для виробництва виробів у необхідних обсягах;
– використовувані виробничі площі;
– вартість обладнання.
