Jste zde

Úvod do povrchové montáže - SMT

Základní pojmy povrchové montáže součástek, úvod do problematiky.

SMT (surface mounted technology) - způsob osazování a technika montáže  přišla na svět počátkem 80. let jako nová technologie výroby součástek. Díky stálému zmenšování klasických elektronických výrobků a hlavně masivnímu nástupu počítačů nastal problém, jak natěsnat co nejvíce pouzder součástek na plošný spoj. Po logických pokusech osazovat klasické součástky z obou stran plošného spoje se začaly objevovat součástky, které byly zbaveny klasických dlouhých drátových vývodů. Prvními součástkami, o kterých lze říci, že byly  typu SMD byly Hybridní integrované obvody (HIO) pájené na keramiku a byly určeny pro použití ve VF technice. 
Tím se SMD - (surface mounted devices) neboli součástky určené pro povrchovou montáž začaly prosazovat a v poslední době si již elektroniku nelze představit  bez použití SMD.

Výhody a nevýhody klasických součástek
Výhodou klasických součástek, které se vyvíjely v podstatě od počátku století, je celkem jednoduché pájení na plošné spoje a to hlavně v amatérských podmínkách. Součástky jsou dost velké a tím je usnadněna manipulace s nimi a ručně i strojově se dobře osazují do DPS - desky plošného spoje (anglicky PCB - Printed circuit Board). 

Hlavní nevýhodou klasických součástek je nutnost plošného spoje v provedení se speciálnímu pájecími ploškami ve kterých jsou vyvrtány díry. Z hlediska výroby PCB je vrtání plošného spoje operace navíc, kterou musí zákazník zaplatit. 

Z hlediska osazení je zde problém odstranění vývodů součástek po zapájení - měděné pájecí plošky jsou při následném odstřihování vývodů vystaveny tlakům z kleští a mohou se při neopatrné manipulaci s vývody součástek snadno odlepit od nosného materiálu. Odlepením kousku mědi mohou vznikat neviditelné vlasové  trhliny a tím elektrické přerušení spojů. Aby se předešlo tomuto jevu, je třeba používat tlustší vrstvy mědi, a zbytečně velké plošky pro zapájení součástek. 

Pokud se pájí plošné spoje (PCB) pomocí cínové vlny vzniká problém, jak odstranit přebytečnou délku vývodů součástek ještě před pájením. 
Vlna horkého cínu, kterou se letují velkosériově plošné spoje má ve většině případů výšku cínové hráze 4-6mm a do této výšky musí být ostříhány všechny vývody součástek. Existují speciální „mlýnky“ tedy strojky, které jsou schopny odstřihnout a ohnout vývody součástek, které jsou nalepeny distributorem součástek na pásech, ale cena takovéhoto strojku je řádově 20000,- Kč a více (jedná se o cenu bez DPH). Každý takovýto strojek je navíc určen pouze pro daný typ součástky. Zatím neexistuje univerzální tvarovač vývodů, který by pokryl alespoň základní typy pouzder součástek. Mezi renomovanými výrobci „tvarovaček“ patří firma OLAMEF z Itálie. Pro stříhání vývodů tranzistorů a více vývodových součástek je určen přípravek, který pro odstřižení používá tzv. kulisu. Jsou to dva zakalené nože, ve kterých jsou navrtány dírky. Do těchto dírek se zasune součástka a posuvem nožů se vývody odstřihnou. 
Hlavní nevýhodou klasických součástek je nemožnost sériově osazovat součástky z obou stran PCB.

Shrnutí :

  • Nutné vrtané PCB - drahé
  • Problém trhání mědi při stříhání vývodů
  • Velmi drahé automatické odstřihávače vývodů součástek
  • Nelze PCB osazovat oboustraně


Výhody a nevýhody povrchové montáže - SMT
Výhoda SMD součástek pro povrchovou montáž spočívá hlavně v miniaturním provedení jejich pouzder a v  jejich lehkosti. Díky zmenšení pouzder lze dosáhnout až 50% zhuštění osazení a tím i zmenšení výsledného PCB což se pozitivně projeví na skladovatelnosti a dopravě již hotových výrobků. 

Pro výrobce PCB odpadá nutnost vrtání velkého množství děr do PCB a tím se i celá výroba PCB zlevní. (pro použití prokovů jsou však vyvrtané a prokovené díry nadále nutné) Pro samotné osazení již není potřeba žádných tvarovacích strojků a tak lze ušetřit i čas potřebný na přípravu součástek. 

Díky malým rozměrům součástek lze s daleko menším rizikem navrhovat obvody, které mohou být vystaveny i větším mechanický rázům a chvěním, popřípadě i vyrobit plošné spoje vytvořené na ohebných fóliích. Odpadají problémy s křehkostí cínových spojů..

Nevýhodou SMD součástek je hlavně amatérské osazování. Bez základního vybavení je použití SMD v domácích podmínkách problematické. Další nevýhoda miniaturizace je už v samotném návrhu PCB. Tažení cest ve zhuštěném návrhu a s relativně velkými pájecími plochami součástek začíná dělat problémy i zkušenějšímu návrháři plošných spojů. 
Další negativní vlastnost takovýchto návrhů je i nadměrné namáhání cest velkými proudy. Zde již nelze vytvořit patřičně široké cesty pod součástkami (pouze na úkor výroby vícevrstvých PCB, nebo zvětšení PCB a vedení širokých cest mimo součástky). 
Chlazení výkonových součástek v pouzdrech SMD začíná být poslední dobou také citelný problém. Je nutné vytvořit patřičně velké chladící plochy přímo v mědi. 

Výrazně negativní je absence ucelené normy pro pouzdra SMD součástek. Ne všechny součástky existují v provedení SMD, protože výrobci do SMD samozřejmě nepřevedli okamžitě veškerou výrobu. 
S tím souvisí problém se značením součástek. Na klasické součástce je dostatek místa pro označení typu součástky i pro značku výrobce a datum výroby popř. další pomocné kódy výrobce. Na SMD součástkách lze jen stěží napsat kód součástky. To vyžaduje aby výrobce aplikací jakožto uživatel SMD technologie používal převodní tabulky kódů na klasické značení. (např. tranzistory a diody se vyrábějí v pouzdru SOT23, rezistory a kondenzátory v pouzdru 1206 a 0805 apod. Jako nedořešenou specialitu  lze uvést neznačení keramických kondenzátorů. Pokud se vám totiž sesype několik druhů takovýchto kondenzátorů pak už zbývá jen buď kus po kusu proměřovat, nebo je prostě sesypat a strčit někam do šuplíku na horší časy.) 

Největší zápor Povrchové montáže SMT je v osazování. Prvním předpokladem kvalitního osazení je výborná pájitelnost PCB. Doporučuje se mít na ploškách nanesen HAL(pocínování mědi - usnadňuje pájení), nebo alespoň pasivaci (chemické zdrsnění povrchy mědi) určenou pro SMT. Proti vzniku zkratů pod součástkami je doporučené mít na PCB také nepájivou masku. Pro samotné osazení je nutno mít alespoň lupu, jemnou pinzetu a mikropájku s úzkým hrotem. Pro přenášení součástek ze zásobníků na PCB je dobré si pořídit vakuovou pinzetu. Cena takovéto pinzety se pohybuje kolem 1500,- Kč bez DPH ale při troše šikovnosti ji lze vyrobit i v amatérských podmínkách.  Popis jak si vyrobit tuto pinzetu zveřejníme v brzké době. 

Tento článek vám přináší :
Václav Hruška - HSoft, kusové a malosériové osazování plošných spojů včetně SMT, 
Kelč 499, 756 43, tel/fax: 0651 / 641 342, mobil: 0602 / 954 824 
Web: www.hsoft.cz,   - E-pošta: hruska-hsoft@hsoft.cz
Hodnocení článku: