Montaż elementów SMD

Co to jest SMD?

Tak nazywa się elementy elektroniczne umieszczane powierzchniowo do płyty z nadrukowanym obwodem elektrycznym (ang.surface-mount devices). Do cech charakterystycznych należą niewielkie wymiary oraz sposób montażu: elementy zostają zamontowane bezpośrednio do płyty przy pomocy specjalnych past i klejów lutowniczych. Komponenty SMD przeznaczone są zarówno do montażu jedno-, jak i dwustronnego. Takimi elementami mogą być na przykład miniaturowe oporniki, kondensatory lub układy scalone.

PCB: technika przytwierdzania jest nieskomplikowana i przebiega szybko dzięki wykorzystywaniu nowoczesnych techni produkcji.

Czym SMD różni się od THT?

Podczas montażu płytek PCB korzysta się z elementów THT lub SMD. W pierwszym przypadku stosuje się metodę przewlekaną, natomiast w drugim - powierzchniową. Przytwierdzanie elementów THT polega na wprowadzaniu drucików w specjalnie przygotowane otwory w płycie PCB. Montaż SMD odbywa się z zastosowaniem specjalnych klejów lutowniczych. Elementy te przytwierdzane do płyty stają się jej integralną częścią (po wypieczeniu oraz schłodzeniu). Tu widoczna jest zasadnicza różnica między dwoma sposobami przytwierdzania elementów elektronicznych do płyty PCB, gdzie SMD opiera się zarówno na metodzie przytwierdzania jak i zastosowanych narzędzi. Oba rozwiązania są również tak samo skuteczne, jednak to montaż powierzchniowy, ze względu na łatwość i szybkość wykonania, jest znacznie częściej wybierany do produkcji płyt PCB.

Proces montażu

Układanie elementów SMD odbywa się zarówno ręcznie jak i w pełni automatycznie. Metody te różnią się jedynie stopniem automatyzacji. Dzieje się tak ze względu na bardzo niewielkie wymiary elementów elektronicznych. Dla uzyskania perfekcyjnego przytwierdzenia do płytki PCB koniecznie jest użycie precyzyjnej lutownicy. Podzespoły SMD montowane są do płyty z nadrukowanym obwodem przy użyciu specjalnych past lutowniczych lub klejów. W przypadku montażu powierzchniowego wykorzystuje się dwie metody prac: lutowanie rozpływowe oraz lutowanie na fali.

Lutowanie rozpływowe

W pierwszym etapie montażu pola lutownicze pokrywane są pastą lutowniczą za pomocą wcześniej przygotowanego szablonu SMD. Następnie na płycie bardzo precyzyjnie rozmieszczone zostają komponenty. Po ich przyklejeniu całość trafia do pieca, w którym dochodzi do zespolenia elementów elektronicznych z płytą. Utrwalenie spoiwa jest możliwe dzięki późniejszemu schłodzeniu płyty drukowanej. W ten sposób otrzymuje się trwałe połączenie elektryczne.

Lutowanie na fali

Jest to szybsza metoda montażu elementów SMD na PCB, stosowana także w przypadku THT. Rekomendowana jest jednak dla przytwierdzania większych komponentów oraz w przypadku płyt jednostronnych. Przed lutowaniem na powierzchnię płytki nakłada się pastę lutowniczą lub klej termoutwardzalny (w niewielkich ilościach oraz wyłącznie w miejscach padów komponetów). Następnie podzespoły SMD zostają rozmieszczone oraz dociśnięte po powierzchni. Po przeprowadzonym montażu płytka trafia do pieca, aby połączenia mogły się utwardzić. To jednak nie koniec działań: tak przygotowane formatki przechodzą do maszyny przeznaczonej do lutowania na fali, w którym płytki zostają pokryte stopem cyny spajającym połączenia. Elementy elektroniczne SMD są małe, a zatem bardzo delikatne. Dlatego czasem zalecanym sposobem montowania bywa stosowanie stacji lutowniczej na gorące powietrze. Metoda ta zapobiega szybkiemu uszkodzeniu podzespołów. Niezbędne okazują się wówczas również specjalne pęsety oraz chwytaki – zbyt długi czas pracy nad płytką oraz nieprecyzyjne przytwierdzanie komponentów może uszkodzić PCBA.

Oznaczenia elementów SMD

Ze względu na swoje wymiary większość elementy SMD pozbawionych jest oznaczeń wartości na obudowach. Standardowe oznaczenie liczbowe i literowe widoczne są jednak na takich częściach, jak np. rezystory. W przypadku ich oznaczania rezygnuje się również z kolorów.

Stosowane rodzaje oznaczeń dla rezystorów SMD:

• cyfry i litera R – oznaczenie pozwala odczytać wartość rezystancji w omach z kropką dziesiętną (R oznacza kropkę), np. 2R2 oznacza 2,2 Ω,
• cyfry (trzy-cztery) - oznaczenie pozwala odczytać wartość oporu w omach pomnożoną przez 10 i wziętą do potęgi n (gdzie n to ostania cyfra oznaczenia), np. 5500 oznacza 550x10 do potęgi 0, co daje 550 Ω.

Rozmiary elementów SMD

Jak już wspomniano, elementy elektroniczne SMD są bardzo niewielkie. Standardowo dla opisania wielkości komponentów stosuje się notację metryczną (m) oraz calową (c). Dla przykładu, jeden z mniejszych podzespołów montowanych do płyty PCB może mieć wymiary 0,1 x 0,1 mm, natomiast jeden z większych: 1 x 1 cm. Wymiary różnią się również w zależności od rodzaju podzespołu.

Zalety i wady montażu SMD

Montaż powierzchniowy to bez wątpienia jedna z wygodniejszych i efektywniejszych metod montażu elementów elektronicznych do płyt PCB. Do zdecydowanych zalet zaliczyć należy:

• niewielkie wymiary, które powalają na montaż większej liczby elementów,
• niskie koszty produkcji (w tym niską cenę samych podzespołów),
• możliwość automatyzacji procesu lutowania,
• brak konieczności wiercenia otworów w płycie (jak dzieje się w przypadku (usunięto) metody przewlekanej),
• możliwość łatwego rozmieszczenia elementów po obu stronach płytki,
• szybkość montażu,
• większą odporność mechaniczną ze względu na niewielkie wymiary komponentów.

Przytwierdzanie elementów SMD metodą powierzchniową nie jest jednak pozbawione wad, takich jak:

• ryzyko wystąpienia pęknięć podczas zastygania spoiwa,
• stosunkowo wysokie koszty urządzeń potrzebnych do automatyzacji procesu,
• niska opłacalność w przypadku produkcji płyt elektronicznych na mniejszą skalę,
• skomplikowany proces kontroli połączeń,
• utrudniona naprawa ręczna podzespołów nieprawidłowo przytwierdzonych podczas lutowania.,
  Przy wykorzystaniu nowoczesnych metod lutowniczych oraz doświadczenia montaż powierzchniowy zdecydowanie się sprawdza. Proces przytwierdzania elementów SMD do płyt PCB odbywa się z użyciem najwyższej jakości past lutowniczych, klejów oraz topników, a także nowoczesnych urządzeń lutowniczych.