SMT (فناوری نصب سطحی)
با پیشرفت فناوری، بستهبندی تراشهها در سراسر جهان از قطعات سوراخدار با پایههای خطی دو ردیفی به بستههای نصب سطحی تغییر یافته است. امروز درباره فناوری نصب سطحی یا SMT صحبت خواهیم کرد. SMT رایجترین روش مونتاژ در الکترونیک مدرن است.

SMT مخفف فناوری نصب سطحی است. مردم همچنین آن را مونتاژ سطحی یا نصب سطحی مینامند. این مجموعهای از فرآیندهاست که در مونتاژ الکترونیک به کار میرود. SMT قطعاتی را که پایههای بلند ندارند یا پایههای کوتاه دارند روی سطح برد مدار چاپی یا سایر زیرلایهها قرار میدهد. این قطعات معمولاً SMC یا SMD نامیده میشوند که مخفف surface mount components است. قطعات SMT با روشهایی مانند لحیمکاری مجدد (reflow soldering) یا لحیمکاری موج (wave soldering) به برد لحیم میشوند. این کار یک مجموعه مدار کامل را تشکیل میدهد.
در مقایسه با سبکهای بستهبندی قدیمیتر، SMT نیازهای بیشتری را بر بستهبندی تراشه تحمیل میکند. انواع بستهبندی پیشرفته امروزی شامل بستهبندی در سطح ویفر (WLP)، بستهبندی سهبعدی (3DP) و سیستم در بستهبندی (SiP) هستند. این انواع نیازمند کنترل فرآیند دقیقتر، تلرانسهای تنگتر و مهارتهای تولیدی پیشرفتهتری هستند.
بستهبندی در سطح ویفر (WLP) چیست؟
بستهبندی در سطح ویفر یا WLP یک روش بستهبندی پیشرفته است. WLP در سالهای اخیر بهسرعت رشد کرده است. مردم از آن استفاده میکنند زیرا بستههای کوچکی تولید میکند، عملکرد الکتریکی خوبی دارد، به دفع حرارت کمک میکند و هزینه را کاهش میدهد.
WLP با بستهبندی سنتی متفاوت است زیرا مراحل بستهبندی در حالی انجام میشود که تراشهها هنوز روی ویفر هستند. میتوان یک لایه محافظ را به سطح بالا یا پایین ویفر متصل کرد. سپس اتصالات ورودی/خروجی برقرار میشوند. پس از آن، ویفر به تراشههای منفرد برش داده میشود.
WLP چندین مزیت واضح نسبت به روشهای قدیمیتر دارد.
اندازهٔ کوچک بسته.
از آنجا که WLP به سیمبندی، پدهای اتصال یا قالب پلاستیکی نیاز ندارد، بستهبندی لازم نیست از تراشه فراتر رود. بنابراین اندازه بستهبندی WLP تقریباً برابر با اندازه تراشه است.سرعت بالای داده.
WLP معمولاً از اتصالات کوتاهتری نسبت به قطعات سیمبندی سنتی استفاده میکند. وقتی سیستم به سرعت یا فرکانس بالا نیاز دارد، مسیرهای کوتاهتر عملکرد سیگنال بهتری را فراهم میکنند.تراکم بالای اتصال.
WLP میتواند از اتصالات آرایهای سطحی استفاده کند، نه فقط اتصالات لبهای. این امکان را به طراحان میدهد تا اتصالات بسیار بیشتری را در هر واحد سطح بین تراشه و برد قرار دهند.چرخه تولید کوتاهتر.
از آنجا که بستهبندی در سطح ویفر انجام میشود، مراحل از ساخت تراشه تا قطعه بستهبندیشده نهایی سادهتر است. این امر تعداد مراحل فرآیندی را کاهش داده و زمان تحویل را کوتاه میکند.کاهش هزینه فرآیند.
WLP بستهبندی و تست را در سطح ویفر انجام میدهد و از پردازش دستهای بهرهمند میشود. هزینه هر دستگاه میتواند کاهش یابد وقتی تراشههای سالم بیشتری روی هر ویفر جای میگیرند. روندهایی مانند کوچکتر شدن اندازه تراشهها و بزرگتر شدن قطر ویفرها نیز هزینه هر دستگاه را کاهش میدهند. WLP از ابزارهای ساخت ویفر بهطور کامل استفاده میکند، بنابراین هزینه سرمایهای هر دستگاه بستهبندیشده معمولاً کمتر است.
امروزه WLP بهطور گسترده در قطعاتی مانند حافظه فلش، EEPROM، DRAM با سرعت بالا، SRAM، درایورهای LCD، دستگاههای RF، تراشههای منطقی، تراشههای مدیریت توان و بسیاری از دستگاههای آنالوگ مانند رگولاتورها، حسگرهای دما، کنترلکنندهها، تقویتکنندههای عملیاتی و تقویتکنندههای قدرت استفاده میشود.
بستهبندی سهبعدی (3DP) چیست؟
بستهبندی سهبعدی یا 3DP یک تکنیک چیدمان لایهای است. این روش شامل مواردی مانند تصویرگرهای CIS، بستهبندیهای MEMS و بستهبندیهای استاندارد دستگاه میشود. ایده این است که دو یا چند تراشه را بهصورت عمودی درون یک بسته قرار دهند، بدون تغییر ردپای بسته. بدین ترتیب طراحان میتوانند عملکردهای سیستمی بزرگتر و کارایی بهتری را در یک بسته واحد ایجاد کنند. بستهبندی سهبعدی با حافظههای فلش چیدمانی (NOR، NAND) و SDRAM چیدمانی آغاز شد.
ویژگیهای اصلی فناوری چاپ سهبعدی شامل یکپارچگی چندکاره و عملکرد بالا است. این فناوری همچنین ظرفیت و چگالی بالایی ارائه میدهد. عملکرد به ازای هر واحد حجم بهطور قابلتوجهی افزایش مییابد و این میتواند هزینه برخی کاربردها را کاهش دهد.
سیستم-در-بسته (SiP) چیست؟
سیستم-در-بسته یا SiP، تراشههای کاربردی مختلف را در یک بسته واحد ادغام میکند. این میتواند شامل پردازندهها، حافظه و سایر اجزا باشد. مونتاژ SiP دارای چندین تراشه در ساختارهای لایهلایه است. این بسته بهعنوان یک سیستم یا زیرسیستم کوچک عمل میکند. هدف SiP دستیابی به عملکرد بالاتر، قابلیتهای بیشتر و پردازش سریعتر است. در عین حال، SiP فضای مورد نیاز دستگاهها در داخل محصول را کاهش میدهد. این یکی از مسیرها به سوی چیزی است که مردم آن را سیستم همگرا مینامند.
SiP دو ویژگی کلیدی دارد:
این تراشهها را با فناوریهای فرآوری مختلف و عملکردهای گوناگون در یک بسته گرد هم میآورد. این امکان را میدهد که قطعه نهایی بهعنوان یک ماژول سیستمی قدرتمند عمل کند.
این قطعات مجزای سابقاً روی برد مدار چاپی قرار گرفته را به یک ساختار یکپارچه چندلایه درون بسته منتقل میکند. این امر سیستم نهایی را بسیار کوچکتر میسازد.
بستهبندی دو نقش اصلی دارد. اول اینکه بخشهای داخلی تراشه را به مدار خارجی متصل میکند. دوم اینکه از تراشه و اتصالات آن محافظت میکند. این سه روش بستهبندی پیشرفته هر یک نقاط قوت خود را دارند و پاسخگوی نیازهای مختلف کاربردی هستند. اگرچه هنوز جهانی نشدهاند، اما نشاندهنده آینده هستند. زمان نشان خواهد داد کدام یک به رایجترین روش تبدیل خواهد شد.
تفاوتهای بین PCB، SMT و PCBA
یک راهنمای کوتاه و واضح کمک میکند وقتی مردم این اصطلاحات را با هم اشتباه میکنند.
برد مدار چاپی به معنای برد مدار چاپی است. این برد خام است که در پردازش SMT استفاده میشود. یک PCB محصول نیمهتمام است.
SMT به معنای فناوری نصب سطحی است. این فرآیندی است که قطعات را روی برد مدار چاپی (PCB) مونتاژ میکند. SMT امروزه رایجترین فرآیند مونتاژ است.
برد مدار چاپی مونتاژشده به معنای مونتاژ برد مدار چاپی است. PCBA شامل SMT بهعلاوه خدمات اضافی است. PCBA تأمین قطعات، تست و مونتاژ نهایی را نیز در بر میگیرد. این یک مدل خدمات یکجا برای مشتری است. PCBA جهت توسعه خدمات کارخانهای را نشان میدهد.
برای یک محصول الکترونیکی نهاییشده، مراحل معمولاً به این صورت است: PCB → SMT → PCBA. تولید PCB شامل مراحل پیچیدهٔ زیادی است. SMT در مقایسه نسبتاً ساده است. هدف PCBA ارائهٔ خدمات از ابتدا تا انتها است.
فرآیند نصب سطحی SMT
۱. پیشمونتاژ: آمادهسازی پد لحیمکاری
۲. اعمال خمیر قلع

۳. برداری و جایگذاری قطعه
۴. لحیمکاری بازپخت: پردازش در فر
۵. روشهای رایج لحیمکاری مجدد
۶. لحیمکاری دستی برای قطعات ویژه
۷. پردازش PCB دو رو
۸. تمیزکاری پس از لحیمکاری
۹. استانداردهای تمیزکاری SMT (الزامات IPC)
۱۰. بازرسی نهایی و بازسازی
مزایای SMT
SMT نسبت به قطعات قدیمیتر با سوراخهای عبوری مزایای زیادی دارد.
اجزای کوچکتر. تا سال ۲۰۱۲، کوچکترین اندازههای رایج به ۰٫۴ × ۰٫۲ میلیمتر (۰۱۰۰۵) رسیدند. روند به سمت قطعات حتی کوچکتر است.
تراکم بالاتر اجزا. قطعات بیشتری میتوانند در یک ناحیه مشخص جای بگیرند و هر قطعه میتواند اتصالات بیشتری داشته باشد.
تراکم بالاتر بیناتصالی. SMT در هر واحد مساحت، اتصالات بیشتری نسبت به فناوری سوراخدار (through-hole) فراهم میکند.
هزینه کمتر و زمان کوتاهتر برای رسیدن به تولید. خطوط SMT میتوانند سریع و مقرونبهصرفه باشند.
کاهش تعداد حفرهها در طراحی و ساخت برد. کاهش تعداد سوراخهای حفرشده، هزینه و پیچیدگی PCB را کاهش میدهد.
فرآیند جایگذاری سریعتر. قراردهی SMT خودکار و سریع است.
همترازی خودجوش قطعات. کشش سطحی در طول ریفلو میتواند جابهجاییهای کوچک قراردهی را اصلاح کند.
قطعات میتوانند هم در بالای برد و هم در پایین آن قرار گیرند. این مساحت قابل استفاده را افزایش میدهد.
کاهش مقاومت و القا پذیری پارازیتی. این باعث کاهش مشکلات سیگنال RF میشود.
عملکرد مکانیکی بهتر در برابر لرزش و سقوط. SMT اغلب در برابر شوک بهتر از قطعات بزرگ با سوراخهای عبوری عمل میکند.
بسیاری از قطعات SMT ارزانتر از معادلهای سوراخگذر خود هستند.
عملکرد بهبودیافته EMC. مناطق حلقهای کوچکتر انتشار الکترومغناطیسی را کاهش میدهند.
معایب SMT
SMT همچنین دارای برخی معایب است.
اندازهٔ کوچکتر و فاصلهی بین قطعات ریز، تعمیر دستی را دشوارتر میکند. به اپراتورهای ماهر و ابزارهای پرهزینهٔ بازکاری نیاز است.
قطعات SMD بهصورت پلاگاندپلی روی بردهای نانوا (برد آزمایشی) قابل استفاده نیستند. برای قابهای تست سریع، باید از PCB سفارشی استفاده کنید یا قطعات SMD را روی بردهای مبدل لحیم کنید.
نقطههای لحیم ممکن است در اثر چرخههای حرارتی تخریب شوند. برخی از خرابیهای اتصالات لحیمکاری در اثر تغییرات مکرر دما رخ میدهند.
فاصلهی ریزتر و اتصالات کوچکتر نیازمند دقت بالاتر در فرآیند هستند. فرآیند SMT باید جایگذاری و لحیمکاری را بهطور دقیق کنترل کند.
SMT برای قطعات بزرگ، پرقدرت و ولتاژ بالا مناسب نیست. برای مثال، ترانسفورماتورهای بزرگ در منابع تغذیه اغلب هنوز از سوراخکاری (through-hole) استفاده میکنند. بسیاری از بردها از رویکرد ترکیبی استفاده میکنند: SMT برای بیشتر قطعات و سوراخکاری برای عناصر قدرت بزرگ.
SMT ممکن است در مواردی که تنش مکانیکی مکرر است، گزینهای نامناسب باشد. اتصالات که مکرراً وارد و خارج میشوند ممکن است باعث ایجاد تنش در اتصالات لحیم شوند. در این موارد، نصب سوراخگذر یا نصب تقویتشده رایج است.
تواناییهای SMT فیلیفست
در زیر قابلیتهای SMT که PHILIFAST فهرست کرده است، آورده شده است:
حداکثر اندازه برد برای SMT: ۳۱۰ × ۴۱۰ میلیمتر.
حداکثر ضخامت برد: ۳.۰ میلیمتر.
حداقل ضخامت تخته: ۰.۵ میلیمتر.
کوچکترین قطعات چیپگونه پشتیبانیشده: بستهبندی 0201 یا قطعات بزرگتر از 0.6 میلیمتر × 0.3 میلیمتر.
حداکثر وزن قطعه برای قراردهی: ۱۵۰ گرم.
حداکثر ارتفاع قطعه: ۲۵ میلیمتر.
حداکثر ابعاد پایه: ۱۵۰ × ۱۵۰ میلیمتر.
حداقل فاصلهی بین ردیفها برای قطعات سربدار: ۰٫۳ میلیمتر.
حداقل فاصلهی پین BGA پشتیبانیشده: ۰.۳ میلیمتر.
حداقل قطر توپ BGA پشتیبانیشده: ۰.۳ میلیمتر.
حداکثر دقت جایگذاری برای ۱۰۰ QFP: ۲۵ میکرومتر طبق استاندارد IPC.
چرا برای مونتاژ SMT، فیلیفست را انتخاب کنیم؟
قدرت و ظرفیت.
▪ کارگاه SMT: PHILIFAST ماشینهای پیکاندپلیس و دستگاههای متعدد بازرسی نوری را وارد کرده است. آنها گزارش میدهند که روزانه در مقیاس میلیونها جایگذاری تولید دارند. در هر مرحله از فرآیند، کارکنان کنترل کیفیت بر کیفیت نظارت میکنند. آنها بر تجربه غنی در SMT و لحیمکاری و زمانهای تحویل پایدار تأکید دارند.
آنها میگویند که به هزاران شرکت الکترونیکی خدمات ارائه دادهاند. کارهای آنها شامل بردهای کنترل خودرویی و صنعتی است. محصولات آنها اغلب به اروپا و آمریکای شمالی ارسال میشوند و مشتریان بازخورد مثبتی در مورد کیفیت ارائه میدهند.
▪ تحویل بهموقع: پس از دریافت کامل بردها و قطعات، تحویل معمول ۳ تا ۵ روز است. برای تیراژهای کم و فوری، امکان ارسال در همان روز وجود دارد.تعمیر قوی و پشتیبانی پس از فروش.
▪ شرکت PHILIFAST ادعا میکند که مهندسان تعمیر باتجربهای دارد که میتوانند بسیاری از نواقص مربوط به لحیمکاری را برطرف کرده و ارتباطپذیری برد را تضمین کنند.
▪ آنها خدمات مشتریان ۲۴ ساعته ارائه میدهند تا به سرعت به مشکلات سفارش پاسخ دهند.

خلاصه
SMT نقش محوری در تولید الکترونیک مدرن ایفا میکند. حرکت از نصب از طریق سوراخ به نصب سطحی جنبههای زیادی از طراحی، انتخاب قطعات پسیو و اکتیو و استراتژی تولید را تغییر داد. روشهای بستهبندی پیشرفته مانند WLP، 3DP و SiP، مرزهای قابلیتهای یک بسته را جابجا میکنند. هر یک از این روشها در زمینههای اندازه، عملکرد، هزینه و پیچیدگی فرآیند، مزایا و معایبی دارند. SMT مونتاژ را سریعتر، متراکمتر و اغلب ارزانتر میکند. اما SMT همچنین نیاز به کنترل فرآیند و مهارت تعمیر را افزایش میدهد. PCBA با ترکیب مونتاژ، تأمین قطعات و تست در یک راهحل یکجا، ارزش افزوده ایجاد میکند.
اگر به مونتاژ SMT نیاز دارید، به یاد داشته باشید که انتخابهای بسته و فرآیند را با عملکرد، حرارت، تنش مکانیکی و بودجه هماهنگ کنید. برای تولید با حجم کم و متوسط، تأمینکنندگانی که کنترل کیفیت قوی، زمان تحویل انعطافپذیر و خدمات تعمیر قابلاعتماد ارائه میدهند، میتوانند در زمان و هزینه صرفهجویی کنند. برای مراحل بعدی، طراحان باید اندازههای پد، بازشوهای شابلون، تلرانسهای جایگذاری و پروفایلهای ریفلو را با دقت برنامهریزی کنند. همکاری خوب بین طراحان PCB، مهندسان قطعات و تولیدکننده قراردادی، بازده بهتر در اولین مرحله و زمان عرضه سریعتر به بازار را تضمین میکند.
