1. SMT-tekniikan yleiskatsaus ja määritelmä
Pinta-asennustekniikka (SMT) on elektroniikan kokoonpanoteollisuuden yleisin tekniikka ja prosessi. Se tarkoittaa pintaliitoskomponenttien (SMC/SMD, sirukomponentit) suoraa asennusta ilman johtimia tai lyhyillä johtimilla piirilevyjen (PCB) tai muiden alustojen pinnalle, jolloin piirien liitos saavutetaan reflow-juottamisella tai upotusjuottamisella.
2. SMT-prosessin perusvaiheet
2.1 Täydellinen prosessiketju
Juotospastan painatus → Komponenttien sijoittaminen → Uudelleensulatusjuotos → AOI-optinen tarkastus → Uudelleenkäsittely → Paneelien erottaminen
2.2 Ydinprosessin yksityiskohdat
Juotospastan tulostusprosessi
- Toiminto: Siirtää juotospastaa tai liimaa piirilevyn koskettimiin komponenttien juottamista varten.
- Laitteet: Täysin automaattinen, erittäin tarkka stensiilitulostin
- Asema: SMT-tuotantolinjan etupää
- Tekniset vaatimukset: Tulostustarkkuus ±0,05 mm, paksuuden tasaisuus >90 %
Komponenttien sijoittamisprosessi
- Toiminto: Pintaliitoskomponenttien tarkka asennus kiinteisiin paikkoihin piirilevyllä
- Laitteet: Erittäin tarkka monitoiminen poiminta- ja sijoituslaite
- Asento: Prosessi stensiilipainatuksen jälkeen
- Tekniset indikaattorit: Sijoittelutarkkuus ±0,025 mm, nopeus >30 000 CPH
Uudelleensulatusjuotosprosessi
- Toiminto: Tarkka lämpötilan säätö sulattaa juotospastan, jotta komponenttien ja piirilevyn välille saadaan luotettava liitos.
- Laitteet: Monialueinen reflow-uuni
- Prosessiparametrit:
- Esilämmitysalue: Huoneen lämpötila → 150 °C, lämmitysnopeus 1–3 °C/sekunti
- Liotusvyöhyke: 150→180 ℃, kesto 60–120 sekuntia
- Uudelleensulatusvyöhyke: Yli 183 °C, huippulämpötila 210–230 °C
- Jäähdytysalue: Jäähdytysnopeus 2–4 ℃/sekunti
AOI Optinen tarkastus
- Toiminto: Juotoslaadun ja kokoonpanon laadun automaattinen tarkastus
- Havaitsemiskyky: Puuttuvat osat, virheelliset osat, väärä kohdistus, käänteinen napaisuus, juotosliitoksen viat jne.
- Laitetyypit: 2D/3D AOI, röntgentarkastusjärjestelmät
3. SMT-prosessityypit ja sovellukset
3.1 Yksipuolinen kokoonpanoprosessi
Saapuvat tarkastukset → Juotospastan painatus → Komponenttien sijoittaminen → Kuivaus → Uudelleensulatusjuotos → Puhdistus → Tarkastus → Uudelleenkäsittely
Sovellustilanteet: Kuluttajaelektroniikkatuotteet, yksinkertaiset piirimoduulit
3.2 Kaksipuolinen kokoonpanoprosessi
Ratkaisu A (Täysi reflow-juotos):
Puoli A: Juotospastan painatus → Komponenttien asettelu → Uudelleensulatusjuotos
↓
Käännä piirilevy
↓
Puoli B: Juotospastan painatus → Komponenttien asettelu → Uudelleensulatusjuotos
↓
Puhdistus → Tarkastus → Uudelleenkäsittely
Ratkaisu B (Sekajohdotus):
Puoli A: Juotospastan painatus → Komponenttien asettelu → Uudelleensulatusjuotos
↓
Käännä piirilevy
↓
Puoli B: Liiman annostelu → Komponenttien asettelu → Kovettuminen → Aaltojuotos
↓
Puhdistus → Tarkastus → Uudelleenkäsittely
3.3 Sekoitetut kokoonpanoprosessiratkaisut
SMD ensin, DIP toiseksi -prosessi (SMD > DIP):
Saapuvan tavaran tarkastus → Liiman annostelu puolelle B → Komponenttien asettaminen → Kovettuminen
↓
Kääntö → Komponenttien asettaminen puolelle A → Aaltotarttuminen
↓
Puhdistus → Tarkastus → Uudelleenkäsittely
DIP ensin, SMD toiseksi -prosessi (DIP > SMD):
Saapuvan tavaran tarkastus → A-puolen komponenttien asennus → Kääntö
↓
B-puolen liiman annostelu → Komponenttien asennus → Kovettuminen
↓
Kääntö → Aaltosulatus → Puhdistus → Tarkastus → Uudelleenkäsittely
4. SMT:n teknisten etujen analyysi
4.1 Miniatyrisoinnin edut
- Komponentin koko pienennetty 1/10 perinteisistä DIP-komponenteista
- Paino vähentynyt 60–80 %
- Asennustiheys kasvoi 3–5-kertaiseksi
- Lyijypitoisuus minimoitu 0,3 mm:iin
4.2 Sähköisen suorituskyvyn parantaminen
- Parasiittinen induktanssi ja kapasitanssi vähenivät yli 50 %.
- Signaalin siirron viive lyhentynyt 30 %
- Korkeataajuusominaisuudet parantuneet, toimintanopeus kasvanut
- Sähkömagneettinen yhteensopivuus (EMC) on parantunut merkittävästi.
4.3 Tuotannon tehokkuus ja kustannukset
- Automaatioaste >95 %
- Tuotannon tehokkuus kasvoi 2–3-kertaiseksi
- Kokonaiskustannukset laskivat 30–50 %
- Materiaalien käyttöaste kasvoi 40 %
4.4 Laatu ja luotettavuus
- Juotosliitoksen vikojen määrä <50 ppm
- Tärinänkestävyys parani 5–10-kertaiseksi
- Tuotteiden vikaantumisaste väheni 60 %
- Keskimääräinen vikaväli (MTBF) pidennetty
5. Laadunvalvontajärjestelmä
5.1 Tunnistusmenetelmien yhdistelmä
- Verkkotarkastus: AOI, SPI (juotospastatarkastaja)
- Offline-tarkastus: Röntgenkuvaus, ICT-lentävä koetin testi
- Toimintatesti: FCT-toimintatestaaja
- Mikroskooppinen analyysi: Mikroskooppi, elektronimikroskooppi
5.2 Keskeiset prosessin valvontapisteet
- Juotospastan painatuspaksuuden säätö: 0,1–0,15 mm
- Sijoitustarkkuuden hallinta: ±0,05 mm
- Reflow-juotoslämpötilaprofiilin reaaliaikainen seuranta
- Kosteusherkän laitteen (MSD) hallinta
6. Teknologian kehityssuuntaukset
6.1 Miniatyrisoinnin edistyminen
- 01005-kokoluokan komponenttien massatuotantosovellus
- 0,3 mm:n mikroväli-tekniikka
- 3D-pinottu pakkaus (SiP) -integraatio
6.2 Älykäs valmistus
- Tuotannon ohjausjärjestelmä (MES)
- Koneen näkö AI-laadunvalvonta
- Digitaalinen kaksonen prosessin optimointi
- Ennakoivan kunnossapidon järjestelmät
6.3 Vihreä valmistus
- Lyijytön juotosprosessi
- Alhaisen VOC-pitoisuuden puhdistusaineet
- Energiankulutus väheni 30 %
- Jätteiden kierrätysaste >95 %
7. Sovellusalueen laajentaminen
- Viihde-elektroniikka: Älypuhelimet, tabletit, puettavat laitteet
- Viestintälaitteet: 5G-tukiasemat, optiset viestintämoduulit
- Autoelektroniikka: ADAS-järjestelmät, ajoneuvon viihdejärjestelmät
- Teollisuuden ohjaus: PLC, teollisuustietokoneet
- Lääketieteellinen elektroniikka: Valvontalaitteet, diagnoosivälineet
- Ilmailu- ja avaruusala: Satelliittiviestintä, lennonohjaus
Nykyaikaisen elektroniikkateollisuuden perustavanlaatuisena ydinprosessina SMT-tekniikka edistää jatkuvasti elektroniikkatuotteiden pienentämistä, suorituskyvyn parantamista ja luotettavuuden lisäämistä jatkuvan teknologisen innovaation ja prosessien optimoinnin avulla, mikä tukee merkittävästi elektroniikka- ja tietotekniikkateollisuuden teknologista kehitystä.