فناوری نصب سطحی (SMT) چیست؟

فناوری نصب سطحی (SMT)روش غالب مونتاژ قطعات الکترونیکی مستقیماً روی سطح بردهای مدار چاپی (PCB) است. به جای قرار دادن سیم‌های بلند از طریق سوراخ‌های ایجاد شده مانند فناوری سوراخ‌کاری کامل (THT)، SMT از اجزای مسطح و فشرده‌ای به نامقطعات نصب سطحی (SMD)که به پدهای روی سطح PCB لحیم می‌شوند.

این نوآوری باعث شده استدستگاه‌های الکترونیکی کوچک‌تر، سبک‌تر و سریع‌تراز گوشی‌های هوشمند و لپ‌تاپ‌ها گرفته تا سیستم‌های کنترل خودرو و تجهیزات پزشکی، تقریباً هر دستگاه مدرنی برای تولید خود به SMT متکی است. مزایای آن عبارتند از:

• چگالی بالای اجزا(کوچک‌سازی مدارها)

• سرعت تولید سریع‌تربا اتوماسیون

• هزینه تولید کمتربه ازای هر واحد

• قابلیت اطمینان بهبود یافتهاز طریق کاهش اثرات انگلی

به زبان ساده:بدون SMT، الکترونیک مدرنی که ما می‌شناسیم، وجود نداشت.

تاریخچه فناوری نصب سطحی

SMT یک شبه ظاهر نشد. تکامل آن ارتباط نزدیکی با رشد سریع الکترونیک دارد:

• دهه ۱۹۶۰ - ریشه‌ها در هوافضا و ارتشآزمایش‌های اولیه در ایالات متحده و ژاپن نشان داد که نصب سطحی می‌تواند وزن و اندازه را کاهش دهد - که برای ماهواره‌ها و سیستم‌های دفاعی بسیار مهم است.

• دهه ۱۹۷۰ - پذیرش صنعتیشرکت‌هایی مانند IBM و Philips شروع به پذیرش SMT برای کاربردهای محاسباتی با تراکم بالا کردند.

• دهه ۱۹۸۰ - رونق لوازم الکترونیکی مصرفیشرکت‌های ژاپنی مانند سونی و پاناسونیک پیشگامان SMT در محصولات مصرفی بودند و به واکمن‌ها، دوربین‌های فیلمبرداری و تلفن‌های همراه اولیه اجازه دادند تا به طرز چشمگیری کوچک شوند.

• دهه ۱۹۹۰ - استانداردسازیبسته‌بندی قطعات (SOIC، QFP، BGA) به صورت جهانی استاندارد شد و SMT را به جریان اصلی تبدیل کرد.

• دهه ۲۰۰۰ - موج کوچک‌سازیظهور گوشی‌های هوشمند، تبلت‌ها و دستگاه‌های اینترنت اشیا، قطعات غیرفعال با اندازه 0201 و 01005 را به تولید انبوه رساند.

• دهه ۲۰۲۰ - هوش مصنوعی و صنعت ۴.۰امروزه، SMT ادغام می‌شودیادگیری ماشین، رباتیک و تولید هوشمندبرای دستیابی به نظارت بر کیفیت در زمان واقعی و نگهداری پیش‌بینانه.

اصول اساسی مونتاژ SMT

در هسته خود، SMT بر سه ستون متکی است:

1. طراحی PCB برای SMT– الگوهای زمین و طرح‌بندی پد لحیم باید مطابقت داشته باشندSMDالزامات بسته.

2. جایگذاری دقیق قطعات– ماشین‌های انتخاب و قرار دادن، هزاران SMD را در دقیقه قرار می‌دهند.

3. فرآیند لحیم کاری کنترل شده– کوره‌های جریان مجدد، خمیر لحیم را ذوب می‌کنند تا اتصالات قوی و قابل اعتمادی ایجاد کنند.

با ترکیب این مراحل با بازرسی و آزمایش، تولیدکنندگان به ... دست می‌یابند.دقت و ثباتبرای تولید انبوه قطعات الکترونیکی مورد نیاز است.

قطعات نصب سطحی (SMD)

SMT بدون اجزای تخصصی طراحی شده برای نصب سطحی وجود نخواهد داشت:

اجزای غیرفعال

• مقاومت‌ها(مثلاً بسته‌های ۰۴۰۲، ۰۶۰۳)

• خازن‌ها(خازن‌های چندلایه سرامیکی بر SMT غالب هستند)

• سلف‌ها(مورد استفاده در مدارهای RF، فیلترها، منابع تغذیه)

اجزای فعال

• ترانزیستورها و دیودها(بسته‌های SOT-23)

• مدارهای مجتمع (IC)از میکروکنترلرها تا ASICها

بسته‌های آی‌سی رایج در SMT

• SOIC (مدار مجتمع با طرح کلی کوچک)- جمع و جور، پرکاربرد.

• QFP (بسته چهارتایی تخت)– در هر چهار طرف سیم دارد، برای تعداد پین‌های زیاد مناسب است.

• QFN (چهارگانه تخت بدون سرب)– بدون سرب، عملکرد حرارتی عالی.

• آرایه شبکه توپی (BGA)– از توپ‌های لحیم استفاده می‌کند؛ برای پردازنده‌ها و FPGAها محبوب است.

• CSP (بسته مقیاس تراشه)- تقریباً به اندازه خود قالب.

📌 روند: صنعت همچنان در حال کوچک کردن اندازه بسته‌ها است و از ۰۶:۰۳ به01005 (0.4 × 0.2 میلی‌متر)قطعات، که هم تجهیزات و هم جابجایی انسان را به چالش می‌کشد.

خط مونتاژ و تجهیزات SMT

خطوط تولید مدرن SMT بسیار خودکار هستند. تجهیزات اصلی شامل موارد زیر است:

1. چاپگر خمیر لحیم کاری– با استفاده از شابلون، خمیر لحیم را روی پدها اعمال می‌کند.

2. ماشین‌های برداشتن و گذاشتن – ربات‌های پرسرعت که قطعات را از فیدرها برمی‌دارند و آنها را روی PCB قرار می‌دهند.

• برندهای پیشرو:ASM (زیمنس)، فوجی، پاناسونیک، یاماها، JUKI، سامسونگ.

• مدل‌های رده بالا بیش از ۱۰۰۰۰۰ قطعه را در ساعت جایگذاری می‌کنند.

فرآیند مونتاژ SMT گام به گام

1. چاپ خمیر لحیم

• یک شابلون با برد مدار چاپی هم‌تراز می‌شود و خمیر روی پدها اعمال می‌شود.

• کیفیت حجم خمیر لحیم مستقیماً بر بازده تأثیر می‌گذارد.

۲. جایگذاری قطعات

• سرهای برداشتن و گذاشتن از نازل‌های خلاء برای برداشتن قطعات استفاده می‌کنند.

• دقت بالایی مورد نیاز است (دقت ±0.05 میلی‌متر).

3. لحیم کاری مجدد

• برد مدار چاپی از مناطق زیر عبور می‌کند:پیش گرم کردن، خیساندن، دوباره جوشاندن، خنک کردن.

• پروفیل‌های دمایی صحیح از بروز نقص‌هایی مانند ایجاد حفره یا ایجاد سنگ قبر جلوگیری می‌کنند.

۴. بازرسی و آزمایش

• AOI قطعات گم‌شده/نامتوازن را تشخیص می‌دهد.

• اشعه ایکس نقص‌های پنهان در BGAها را شناسایی می‌کند.

• ICT (تست درون مداری) پیوستگی الکتریکی را تضمین می‌کند.

۵. تمیز کردن و پوشش‌دهی منسجم

• برای قطعات الکترونیکی با قابلیت اطمینان بالا (خودرو، هوافضا)، بردها ممکن است تمیز و برای محافظت روکش شوند.

نقص‌ها و راه‌حل‌های رایج SMT

با وجود اتوماسیون، ممکن است نقص‌هایی رخ دهد:

• سنگ قبرسازی– مقاومت‌ها یا خازن‌های کوچک به دلیل خیس شدن ناهموار لحیم، به صورت عمودی قرار می‌گیرند.

• راه حل: حجم خمیر لحیم و مشخصات جریان مجدد را تنظیم کنید.

• پل زدن– لحیم، پدهای مجاور را به هم متصل می‌کند و باعث اتصال کوتاه می‌شود.

• راه حل: بهینه سازی طراحی شابلون، کاهش حجم خمیر.

• خلأها- گاز محبوس شده در داخل اتصالات لحیم کاری.

• راه حل: فرمولاسیون خمیر را بهبود بخشید، حرارت را تنظیم کنید.

• مفاصل سرد– لحیم کاری ضعیف به دلیل گرمای ناکافی.

• راه حلمنحنی جریان برگشتی را اصلاح کنید، از آلیاژ صحیح اطمینان حاصل کنید.

• ناهمراستایی اجزا- ناشی از لرزش یا قرارگیری نامناسب.

• راه حل: بهبود کالیبراسیون برداشتن و گذاشتن.

کنترل کیفیت در SMT

برای حفظ قابلیت اطمینان بالا، تولیدکنندگان موارد زیر را پیاده‌سازی می‌کنند:

• SPI (بازرسی خمیر لحیم)- ضخامت صحیح خمیر را تضمین می‌کند.

• AOI– قطعات گم‌شده، ناهم‌تراز یا سنگ‌نوشته را تشخیص می‌دهد.

• فناوری اطلاعات و ارتباطات (تست درون مدار)- عملکرد مدار را تأیید می‌کند.

• آزمایش کاوشگر پرنده- آزمایش انعطاف‌پذیر برای نمونه‌های اولیه.

• تست عملکردی- عملکرد کاربر نهایی را شبیه‌سازی می‌کند.

کاربردهای SMT در صنایع مختلف

• لوازم الکترونیکی مصرفی– گوشی‌های هوشمند، تلویزیون‌ها، گجت‌های پوشیدنی.

• الکترونیک خودرو– واحدهای کنترل موتور (ECU)، سیستم‌های ADAS.

• اتوماسیون صنعتی– PLCها، درایورهای موتور، رباتیک.

• تجهیزات پزشکی– سیستم‌های آندوسکوپی، تشخیص قابل حمل.

• هوافضا و دفاع- سیستم‌های اویونیک، ماهواره‌ای.

• مخابرات– ایستگاه‌های پایه 5G، روترها، سیستم‌های فیبر نوری.

مزایای فناوری نصب سطحی

• تراکم بالای قطعات → طراحی جمع و جور.

• تولید سریع‌تر → تا ۱۰۰۰۰۰ جایگذاری در ساعت.

• هزینه کمتر → حفاری کمتر، مواد کمتر.

• قابلیت اطمینان بالاتر → اثرات انگلی کمتر.

• مقیاس‌پذیری → مناسب برای نمونه‌سازی اولیه و تولید انبوه.

چالش‌ها و محدودیت‌های SMT

• سرمایه‌گذاری اولیه بالا– ماشین‌آلات و فرها میلیون‌ها دلار هزینه دارند.

• سختی دوباره کاری– تعمیر دستی اجزای ریز دشوار است.

• مدیریت حرارتی– آی‌سی‌های پرقدرت گرما تولید می‌کنند.

• محدودیت‌های کوچک‌سازی– جابجایی انسان در دمای پایین‌تر از ۰۱۰۵ غیرممکن است.

• خطر تقلب– قطعات SMD می‌توانند در زنجیره‌های تأمین تقلبی باشند.

آینده‌ی SMT

SMT همچنان در حال تکامل است:

• هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی- بهینه‌سازی جایگذاری و پیش‌بینی نقص.

• بسته‌بندی سه‌بعدی و SiP- ترکیب چندین تراشه در یک بسته.

• الکترونیک انعطاف‌پذیر و پوشیدنی– SMT روی زیرلایه‌های پلاستیکی یا پارچه‌ای.

• مواد سازگار با محیط زیست- لحیم بدون سرب، مطابق با RoHS.

• ادغام صنعت ۴.۰– کارخانه‌های هوشمند با داده‌های بلادرنگ.

چشم‌انداز بازار ۲۰۲۵-۲۰۳۵تحلیلگران پیش‌بینی می‌کنند که بازار جهانی تجهیزات SMT از ... فراتر خواهد رفت.۱۵ میلیارد دلارتا سال ۲۰۳۰، به لطف الکترونیک خودرو و اینترنت اشیا.

فناوری نصب سطحی (SMT) پایه و اساس صنعت الکترونیک مدرن است. این فناوری امکان کوچک‌سازی، تولید انبوه و صرفه‌جویی در هزینه را فراهم می‌کند و سبک زندگی پیشرفته امروزی را ممکن می‌سازد.

از گوشی‌های هوشمند و شبکه‌های 5G گرفته تا لوازم الکترونیکی پزشکی و خودرو، SMT همه جا حضور دارد و در کنار فناوری‌های جدیدی مانند هوش مصنوعی، اینترنت اشیا و دستگاه‌های انعطاف‌پذیر به تکامل خود ادامه خواهد داد.

برای مهندسان، تولیدکنندگان و خریداران، تسلط بر SMT فقط یک مهارت نیست - بلکه کلید حفظ رقابت در بازار جهانی الکترونیک است.

سوالات متداول

1. فناوری نصب سطحی (SMT) چیست؟

   فناوری نصب سطحی (SMT) یک روش مونتاژ PCB است که قطعات نصب سطحی (SMD) را مستقیماً روی پدهای روی برد لحیم می‌کند و امکان تراکم بالای قطعات، فاکتورهای شکل کوچکتر و تولید خودکار با سرعت بالا را فراهم می‌کند. در مقایسه با فناوری سوراخکاری (THT)، SMT سوراخکاری را کاهش می‌دهد، یکپارچگی سیگنال را بهبود می‌بخشد و هزینه واحد را برای تولید انبوه کاهش می‌دهد.

2. مونتاژ SMT گام به گام چگونه کار می‌کند؟

   فرآیند SMT شامل چاپ خمیر لحیم (استنسیل + SPI)، جایگذاری SMDها، لحیم‌کاری مجدد (پیش گرم کردن/خیساندن/بازگشت/خنک کردن) و بازرسی (AOI/اشعه ایکس) به همراه آزمایش عملکردی/ICT است. طراحی مناسب پد DFM، کنترل حجم خمیر و تنظیم پروفایل، بازده عبور اول را هدایت می‌کند.

3. SMT در مقابل THT: کدام را باید انتخاب کنم؟

   از SMT برای کوچک‌سازی، سرعت و بهره‌وری هزینه استفاده کنید؛ THT را در جایی که استحکام مکانیکی اهمیت دارد (اتصال‌دهنده‌ها، قطعات تحت فشار بالا، قطعات غیرفعال بزرگ) انتخاب کنید. بسیاری از طرح‌ها از فناوری ترکیبی استفاده می‌کنند: SMT برای اکثر قطعات و THT برای اتصالات سنگین یا جریان بالا.