تجميع SMT

SMT (تقنية التركيب على السطح)

مع تقدم التكنولوجيا، تحوّل تغليف الرقائق حول العالم من الأجزاء المثقوبة ذات الأسلاك المضمنة المزدوجة إلى الحزم المثبتة على السطح. سنتحدث اليوم عن تقنية التركيب السطحي أو SMT. SMT هي طريقة التجميع الأكثر شيوعًا في الإلكترونيات الحديثة.

يرمز SMT إلى تقنية التركيب السطحي. ويسميها الناس أيضاً التجميع المثبت على السطح أو التركيب المثبت على السطح. وهي مجموعة من العمليات المستخدمة في تجميع الإلكترونيات. تضع SMT المكونات التي لا تحتوي على أسلاك طويلة أو أسلاك قصيرة فقط على سطح لوحة الدوائر المطبوعة أو ركائز أخرى. عادةً ما تسمى هذه المكونات SMC أو SMD، والتي تعني مكونات مثبتة على السطح. يتم لحام أجزاء SMT على اللوحة بطرق مثل اللحام بإعادة التدفق أو اللحام الموجي. ويشكل هذا تجميعاً كاملاً للدائرة.

بالمقارنة مع أنماط التغليف الأقدم، تضع SMT متطلبات أعلى على تغليف الرقائق. تشمل أنواع الحزم المتقدمة اليوم التغليف على مستوى الرقاقة (WLP)، والتغليف ثلاثي الأبعاد (3DP)، ونظام التغليف داخل الحزمة (SiP). وتتطلب هذه الأنواع تحكماً أكثر صرامة في المعالجة، وتفاوتات أكثر صرامة، ومهارات تصنيع أكثر تقدماً.

ما هو التغليف على مستوى الرقاقة (WLP)؟

يُعد التغليف على مستوى الرقاقة، أو WLP، طريقة تغليف متقدمة. نمت WLP بسرعة في السنوات الأخيرة. ويستخدمها الناس لأنها تصنع عبوات صغيرة، وتوفر أداءً كهربائيًا جيدًا، وتساعد على تبديد الحرارة، وتقلل التكلفة.

تختلف WLP عن التغليف التقليدي لأن خطوات التغليف تحدث أثناء وجود الرقائق على الرقاقة. يمكن تركيب طبقة واقية على الجزء العلوي أو السفلي من الرقاقة. ثم يتم إجراء توصيلات الإدخال/الإخراج. بعد ذلك، يتم تقطيع الرقاقة إلى شرائح مفردة.

تتمتع WLP بالعديد من المزايا الواضحة مقارنةً بالطرق القديمة.

1. حجم العبوة صغير الحجم.
   نظرًا لأن WLP لا تحتاج إلى روابط سلكية أو وسادات ربط أو قالب بلاستيكي، لا يجب أن تمتد الحزمة إلى ما بعد القالب. لذا فإن حجم حزمة WLP يماثل حجم الرقاقة تقريبًا.

2. سرعة بيانات عالية.
   عادةً ما تستخدم WLP وصلات بينية أقصر من الأجزاء التقليدية ذات الروابط السلكية. عندما يحتاج النظام إلى سرعة عالية أو تردد عالٍ، فإن المسارات الأقصر تعطي أداءً أفضل للإشارة.

3. كثافة اتصال عالية.
   يمكن ل WLP استخدام وصلات مصفوفة المساحة، وليس فقط وصلات الحافة. يتيح ذلك للمصممين وضع العديد من التوصيلات لكل وحدة مساحة بين الشريحة واللوحة.

4. دورة إنتاج أقصر.
   نظرًا لأن التغليف يتم على مستوى الرقاقة، فإن الخطوات من تصنيع القالب إلى الجزء المعبأ النهائي تكون أبسط. وهذا يقلل من عدد خطوات العملية ويقلل من الوقت المستغرق.

5. انخفاض تكلفة العملية.
   تقوم WLP بالتعبئة والاختبار على مستوى الرقاقة وتستفيد من المعالجة على دفعات. يمكن أن تنخفض التكلفة لكل جهاز عندما يتناسب عدد أكبر من القوالب الجيدة على كل رقاقة. كما أن الاتجاهات مثل أحجام القوالب الأصغر وأقطار الرقاقات الأكبر تخفض التكلفة لكل جهاز. تستخدم WLP أدوات تصنيع الرقاقات بشكل كامل، لذا فإن التكلفة الرأسمالية لكل جهاز معبأ أقل بشكل عام.

تُستخدم WLP اليوم على نطاق واسع في أجزاء مثل ذاكرة الفلاش وEEPROM وDRAM عالي السرعة وSRAM وSRAM ومحركات LCD وأجهزة الترددات اللاسلكية والرقائق المنطقية ورقائق إدارة الطاقة والعديد من الأجهزة التناظرية مثل المنظمات، ومستشعرات درجة الحرارة، وأجهزة التحكم، وأمبيرات العمليات ومضخمات الطاقة.

ما هو التغليف ثلاثي الأبعاد (3DP)؟

التعبئة ثلاثية الأبعاد، أو 3DP، هي تقنية تكديس. وهي تشمل أشياء مثل أجهزة تصوير CIS، وحزم MEMS، وحزم الأجهزة القياسية. تكمن الفكرة في تكديس رقاقتين أو أكثر عمودياً داخل حزمة واحدة، دون تغيير بصمة الحزمة. وبهذه الطريقة يمكن للمصممين إنشاء وظائف نظام أكبر وأداء أفضل داخل حزمة واحدة. بدأ التغليف ثلاثي الأبعاد بذاكرات فلاش مكدسة (NOR وNAND) وذاكرة SDRAM مكدسة.

تشمل الميزات الرئيسية للطباعة ثلاثية الأبعاد التكامل متعدد الوظائف والأداء العالي. كما أنها تعطي قدرة عالية وكثافة عالية. وترتفع الوظيفة لكل وحدة حجم كثيرًا، وهذا يمكن أن يخفض التكلفة لبعض التطبيقات.

ما هو النظام داخل الحزمة (SiP)؟

نظام في حزمة، أو SiP، يدمج العديد من الرقائق الوظيفية المختلفة داخل حزمة واحدة. يمكن أن يشمل ذلك المعالجات والذاكرة وأجزاء أخرى. يحتوي تجميع SiP على عدة قوالب في هياكل متعددة الطبقات. تعمل الحزمة كنظام صغير أو نظام فرعي. تهدف SiP إلى تحقيق أداء أعلى ووظائف أكثر ومعالجة أسرع. وفي الوقت نفسه، تقلل SiP من المساحة التي تحتاجها الأجهزة داخل المنتج. هذا هو أحد المسارات نحو ما يسميه الناس النظام المتقارب.

تتميز SiP بسمتين رئيسيتين:

1. فهو يجمع بين رقائق بتقنيات معالجة مختلفة ووظائف مختلفة في حزمة واحدة. يتيح ذلك للجزء النهائي العمل كوحدة نظام قوية.

2. فهو ينقل الأجزاء المنفصلة التي كانت توضع على ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى هيكل متكامل متعدد الطبقات داخل العبوة. وهذا يجعل النظام النهائي أصغر بكثير.

يخدم التغليف دورين رئيسيين. الأول، يربط الأجزاء الداخلية للرقاقة بالدائرة الخارجية. ثانياً، يحمي الرقاقة ووصلاتها. لكل من طرق التغليف الثلاثة المتقدمة هذه نقاط قوة خاصة بها. فهي تناسب احتياجات التطبيقات المختلفة. وعلى الرغم من أنها ليست عالمية بعد، إلا أنها تشير إلى المستقبل. وسيظهر الوقت أيهما سيصبح الطريقة الأكثر شيوعًا.

الاختلافات بين ثنائي الفينيل متعدد الكلور و SMT و PCBA

يساعد وجود دليل مختصر واضح عندما يخلط الناس بين هذه المصطلحات.

1. ثنائي الفينيل متعدد الكلور تعني لوحة الدوائر المطبوعة. وهي اللوحة الخام المستخدمة في معالجة SMT. ثنائي الفينيل متعدد الكلور هو منتج شبه جاهز.

2. SMT تعني تقنية التركيب السطحي. وهي العملية التي تقوم بتجميع المكونات على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. SMT هي عملية التجميع الأكثر شيوعًا اليوم.

3. ثنائي الفينيل متعدد الكلور يعني تجميع لوحة الدوائر المطبوعة. يتضمن PCBA SMT بالإضافة إلى خدمات إضافية. يضيف PCBA توريد المكونات والاختبار والتجميع النهائي. إنه نموذج الخدمة الشاملة للعميل. يُظهر PCBA اتجاه تطوير خدمة المصنع.

بالنسبة للمنتج الإلكتروني النهائي، تسير الخطوات عادةً على النحو التالي: ثنائي الفينيل متعدد الكلور ← ثنائي الفينيل متعدد الكلور ← ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يتضمن إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور العديد من الخطوات المعقدة. أما SMT فهي بسيطة نسبيًا بالمقارنة. يهدف PCBA إلى تقديم خدمة شاملة.

عملية التركيب السطحي SMT

1. ما قبل التجميع: إعداد وسادة اللحام

قبل التجميع، يجب أن تكون أي وسادات ستحمل الأجزاء المثبتة على السطح مسطحة ونظيفة. هذه الوسادات هي الأماكن التي يستقر فيها اللحام أو الفضة المغمورة أو الذهب المغمور. لا تحتوي على ثقوب من خلال الفتحات. يسمي الناس هذه الميزات وسادات اللحام.

2. تطبيق معجون اللحام

معجون اللحام هو خليط لزج من مسحوق المعدن والتدفق. كان المعدن المستخدم في العديد من معاجين اللحام هو القصدير والرصاص. واليوم تستخدم العديد من المصانع سبائك خالية من الرصاص. وتستخدم طابعة معجون اللحام استنسل من الفولاذ المقاوم للصدأ أو النيكل لتطبيق معجون اللحام على اللبادات. يمكن أيضًا أن تتم الطباعة عن طريق التوزيع النفاث، وهو ما يشبه الطباعة بنفث الحبر.

3. انتقاء المكونات ووضعها في مكانها

بعد طباعة عجينة اللحام، تنتقل اللوحة إلى ماكينات الالتقاط والوضع على ناقل. تتم محاذاة اللوحة وتنتظر الأجزاء. عادة ما تكون الأجزاء المراد وضعها في أنابيب ورقية أو بلاستيكية لاصقة. تقوم وحدة التغذية بتحميل هذه الأجزاء في ماكينة الالتقاط والوضع SMT. تنتقل الدوائر المتكاملة الأكبر حجمًا في صواني مضادة للكهرباء الساكنة. تلتقط ماكينة الالتقاط والوضع مكونًا من الشريط أو الصينية وتضعه على عجينة اللحام على ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يعمل معجون اللحام على تثبيت الجزء في مكانه.

4. إعادة تدفق اللحام: المعالجة بالفرن

بعد ذلك تذهب ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى فرن إعادة التدفق. يحتوي فرن إعادة التدفق أولاً على منطقة التسخين المسبق. يتم تسخين اللوح والأجزاء ببطء. ثم تنتقل اللوحة إلى منطقة درجة حرارة عالية. يذوب معجون اللحام ويربط اللوحات بالأجزاء. يساعد التوتر السطحي للحام المنصهر على إبقاء الأجزاء في مكانها. يمكن للتوتر السطحي أيضًا سحب الأجزاء المنحرفة قليلاً إلى مواضعها الصحيحة.

5. طرق اللحام بإعادة التدفق الشائعة

هناك العديد من طرق إعادة التدفق. تستخدم إحداها مصابيح الأشعة تحت الحمراء وتسمى إعادة التدفق بالأشعة تحت الحمراء. وتستخدم طريقة أخرى الحمل الحراري بالهواء الساخن. وهناك طريقة شائعة تستخدم استخدام سائل فلوروكربوني عالي الغليان خاص. وتسمى هذه الطريقة إعادة التدفق في طور البخار. بعد القواعد الخالية من الرصاص والمخاوف البيئية، قللت العديد من المصانع من استخدام الفلوروكربونات. قبل عام 2008 تقريبًا، كانت إعادة التدفق الحراري بالهواء أو النيتروجين شائعة. لكل طريقة إيجابيات وسلبيات. في حالة الأشعة تحت الحمراء، يجب أن يضمن تصميم اللوحة عدم تظليل الأجزاء القصيرة بأجزاء أطول. ولكن إذا كانت العملية ستستخدم مرحلة البخار أو إعادة التدفق الحراري، فقد يكون موقع الجزء أقل أهمية.

6. اللحام اليدوي للمكونات الخاصة

أثناء مرحلة إعادة التدفق، تحتاج بعض المكونات غير العادية أو الحساسة للحرارة إلى لحام يدوي. بالنسبة للأعمال اليدوية الأكبر، يتم استخدام أدوات الأشعة تحت الحمراء أو أدوات الحمل الحراري لإكمال لحام إعادة التدفق لتلك الأجزاء.

7. معالجة ثنائي الفينيل متعدد الكلور على الوجهين

إذا كان ثنائي الفينيل متعدد الكلور مزدوج الوجه، يتم تكرار الطباعة والوضع وإعادة التدفق للجانب الآخر. غالبًا ما يستخدم الناس معجون اللحام أو الغراء الأحمر لتأمين المكونات. إذا كان لحام الموجة مطلوبًا في وقت لاحق، فإن الغراء يثبت الأجزاء في مكانها أثناء عملية الموجة حتى لا تسقط عند تعرضها للحام المنصهر.

8. تنظيف ما بعد اللحام

بعد اللحام، قد يتم تنظيف اللوح بعد اللحام لإزالة بقايا التدفق وكرات اللحام التي يمكن أن تسبب قصورًا. يمكن إزالة تدفق الصنوبري بواسطة المذيبات الفلوروكربونية أو المذيبات الهيدروكربونية ذات نقطة الوميض العالية أو المذيبات ذات نقطة الوميض المنخفضة مثل المنظفات ذات الأساس الحمضي. تُغسل التدفقات القابلة للذوبان في الماء بالماء منزوع الأيونات ومحاليل المنظفات، ثم تجفف بسكاكين الهواء لإزالة الماء السطحي بسرعة. ومع ذلك، تستخدم العديد من خطوط إنتاج SMT الآن التدفق غير النظيف. يترك التدفق غير النظيف بقايا على اللوح. وهذا يوفر تكلفة التنظيف ويحسن الإنتاجية ويقلل من النفايات.

9. معايير تنظيف SMT (متطلبات IPC)

تتطلب بعض معايير إنتاج SMT، مثل تلك الصادرة عن IPC (رابطة توصيل الصناعات الإلكترونية)، مستويات تنظيف محددة لضمان نظافة اللوحة. حتى بعض بقايا التدفق غير النظيفة يجب إزالتها بموجب قواعد IPC في بعض الحالات. يمكن للتنظيف السليم إزالة التدفق غير المرئي بالعين المجردة إلى جانب الأوساخ والتلوثات الأخرى. لا تتبع جميع المصانع قواعد IPC أو تكشف عن استيفائها لمستويات IPC. من الناحية العملية، يطبق العديد من المصنعين معايير أكثر صرامة من IPC.

10. الفحص النهائي وإعادة العمل

وأخيرًا، تخضع اللوحة لفحص بصري للتحقق من وجود أجزاء مفقودة أو اتجاه خاطئ أو وصلات باردة أو جسور لحام وما إلى ذلك. إذا فشلت اللوحات، يتم إرسالها إلى محطات الإصلاح لإعادة العمل. تشمل الاختبارات الشائعة اختبار تكنولوجيا المعلومات والاتصالات (اختبار داخل الدائرة) أو اختبار الدائرة الوظيفية (FCT). تستمر عمليات الإصلاح حتى تعمل ثنائي الفينيل متعدد الكلور كما هو مصمم.

مزايا SMT

تتمتع SMT بالعديد من المزايا مقارنةً بالقطع القديمة ذات الفتحات المنفصلة.

1. مكونات أصغر حجماً. بحلول عام 2012، وصلت الأحجام الصغيرة الشائعة إلى 0.4 × 0.2 مم (01005). ويتجه الاتجاه نحو الأجزاء الأصغر حجماً.

2. كثافة مكونات أعلى. يمكن وضع المزيد من الأجزاء على مساحة معينة ويمكن أن يحتوي كل جزء على المزيد من الوصلات.

3. كثافة توصيل بيني أعلى. يدعم SMT توصيلات أكثر لكل مساحة من التوصيلات عبر الفتحة.

4. تكلفة أقل وزيادة أسرع في الإنتاج. يمكن أن تكون خطوط SMT سريعة وفعالة من حيث التكلفة.

5. ثقوب أقل في تصميم اللوحة وتصنيعها. يقلل عدد أقل من الثقوب المحفورة من تكلفة ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتعقيده.

6. عملية تنسيب أسرع. وضع SMT آلي وسريع.

7. المحاذاة الذاتية للأجزاء. يمكن أن يؤدي التوتر السطحي أثناء إعادة التدفق إلى تصحيح تحولات الموضع الصغيرة.

8. يمكن وضع الأجزاء في أعلى اللوحة وأسفلها. وهذا يزيد من المساحة القابلة للاستخدام.

9. انخفاض المقاومة والحث الطفيلي. هذا يقلل من مشاكل إشارة التردد اللاسلكي.

10. أداء ميكانيكي أفضل تحت الاهتزاز والسقوط. غالبًا ما تتعامل SMT مع الصدمات بشكل أفضل من القِطع الكبيرة ذات الفتحات المنفصلة.

11. العديد من أجزاء SMT أرخص من نظيراتها من خلال الثقب.

12. تحسين أداء EMC المحسّن. مناطق الحلقات الصغيرة تقلل من الانبعاثات الكهرومغناطيسية.

عيوب SMT

لدى SMT أيضاً بعض السلبيات.

1. الحجم الأصغر والطبقة الدقيقة تجعل الإصلاح اليدوي أكثر صعوبة. هناك حاجة إلى مشغلين مهرة وأدوات إعادة صياغة باهظة الثمن.

2. الأجزاء SMD ليست قابلة للتوصيل والتشغيل للوحات الخبز. بالنسبة لتركيبات الاختبار السريع، يجب عليك استخدام ثنائي الفينيل متعدد الكلور المخصص أو لحام SMDs على لوحات المحول.

3. قد تتحلل وصلات اللحام تحت التدوير الحراري. تحدث بعض أعطال وصلات اللحام بسبب التغيرات المتكررة في درجات الحرارة.

4. تتطلب الطبقات الدقيقة والوصلات الأصغر دقة معالجة أعلى. يجب أن تتحكم عملية SMT في الوضع واللحام بإحكام.

5. لا يناسب SMT الأجزاء الكبيرة ذات الطاقة العالية والجهد العالي. على سبيل المثال، لا تزال المحولات الكبيرة في إمدادات الطاقة غالبًا ما تستخدم المحولات الكبيرة في إمدادات الطاقة من خلال الثقب. تستخدم العديد من اللوحات نهجًا مختلطًا: SMT لمعظم الأجزاء ومن خلال الثقب لعناصر الطاقة الكبيرة.

6. يمكن أن تكون SMT غير ملائمة بشكل جيد حيث يكون الإجهاد الميكانيكي متكررًا. الموصلات التي تشهد عمليات إدخال وإزالة متكررة قد تجهد وصلات اللحام. وفي هذه الحالات، يكون التركيب من خلال الفتحة أو التركيب المقوى شائعاً.

قدرات PHILIFIFAST SMT

فيما يلي إمكانيات SMT التي يسردها PHILIFAST:

1. أقصى حجم للوحة SMT: 310 مم × 410 مم.

2. أقصى سماكة للوح: 3.0 مم.

3. الحد الأدنى لسُمك اللوح: 0.5 مم.

4. أصغر الأجزاء المدعومة من نوع الرقاقة: عبوة 0201 أو الأجزاء الأكبر من 0.6 مم × 0.3 مم.

5. الحد الأقصى لوزن القطعة للوضع: 150 g.

6. أقصى ارتفاع للجزء: 25 مم.

7. الحد الأقصى لبصمة الجزء: 150 مم × 150 مم.

8. الحد الأدنى لميل الأجزاء المحتوية على رصاص: 0.3 مم.

9. الحد الأدنى لمسافة BGA المدعومة: 0.3 مم.

10. الحد الأدنى لقطر كرة BGA المدعوم: 0.3 مم.

11. الحد الأقصى لدقة الموضع القصوى لـ 100 QFP: 25 ميكرومترًا بمعيار IPC.

لماذا تختار PHILIFIFAST لتجميع SMT

1. القوة والقدرة.
   ▪ ورشة SMT: استوردت شركة PHILIFAST آلات انتقاء ووضع وأجهزة فحص بصري متعددة. وتبلغ إنتاجها اليومي على نطاق ملايين من عمليات التركيب. يوجد في كل مرحلة من مراحل العملية موظفو مراقبة الجودة لمراقبة الجودة. ويؤكدون على الخبرة الغنية في مجال SMT واللحام والمهل الزمنية المستقرة.
   ▪ يقولون إنهم خدموا الآلاف من شركات الإلكترونيات. ويشمل عملهم لوحات التحكم في السيارات والصناعية. وغالبًا ما يتم شحن منتجاتهم إلى أوروبا وأمريكا الشمالية، ويقدم العملاء تعليقات إيجابية حول الجودة.
   ▪ التسليم في الوقت المحدد: بعد استلام الألواح الكاملة والأجزاء، يستغرق التسليم النموذجي 3-5 أيام. بالنسبة للعمليات الصغيرة العاجلة، يمكن ترتيب الشحن في نفس اليوم.

2. دعم قوي للإصلاح وخدمات ما بعد البيع.
   ▪ تدعي PHILIFAST وجود مهندسي إصلاح ذوي خبرة يمكنهم إصلاح العديد من العيوب المتعلقة باللحام وضمان توصيل اللوحة.
   ▪ توفر خدمة عملاء على مدار 24 ساعة للاستجابة السريعة لمشاكل الطلبات.

الملخص

تلعب SMT دورًا محوريًا في تصنيع الإلكترونيات الحديثة. لقد غيّر الانتقال من التركيب عبر الفتحة إلى التركيب السطحي العديد من جوانب التصميم واختيار الأجهزة السلبية والنشطة واستراتيجية التصنيع. تدفع طرق التغليف المتقدمة مثل WLP و 3DP و SiP حدود ما يمكن أن تفعله الحزمة. كل طريقة لها مقايضات في الحجم والأداء والتكلفة وتعقيد العملية. تجعل SMT التجميع أسرع وأكثر كثافة وأقل تكلفة في كثير من الأحيان. لكن SMT تزيد أيضًا من متطلبات التحكم في العملية ومهارة الإصلاح. تضيف PCBA قيمة من خلال الجمع بين التجميع مع التوريد والاختبار للحصول على حل شامل.

إذا كنت بحاجة إلى تجميع SMT، تذكر أن تطابق خيارات الحزمة والعملية مع الوظيفة والحرارة والإجهاد الميكانيكي والميزانية. بالنسبة للإنتاج بكميات صغيرة ومتوسطة الحجم، يمكن للموردين الذين يقدمون مراقبة جودة قوية ومهلة زمنية مرنة وخدمات إصلاح موثوقة توفير الوقت والتكلفة. بالنسبة للخطوات التالية، يجب على المصممين التخطيط بعناية لأحجام اللوحات، وفتحات الاستنسل، وتفاوتات الموضع، وملامح إعادة التدفق. ويضمن التعاون الجيد بين مصممي ثنائي الفينيل متعدد الكلور ومهندسي المكونات والشركة المصنعة المتعاقدة تحقيق إنتاجية أفضل في المرحلة الأولى ووقت أسرع للتسويق.