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Modernster SMT-Linienprozess in der Leiterplattenfertigung

Views: 1262 Autor: Site-Editor Veröffentlichungszeit: 2023-12-25 Herkunft: Site

Die Oberflächenmontagetechnologie (SMT) ist ein Aspekt der Elektronikmontage, bei der elektronische Komponenten, auch als Oberflächenmontagegeräte (SMD) bekannt, direkt auf der Oberfläche einer Leiterplatte (PCB) montiert werden. Aufgrund seiner Kosten- und Qualitätseffizienz ist SMT in der Branche sehr gefragt. Beim SMT-Produktionsprozess werden Komponenten direkt auf die Oberfläche der Leiterplatte geschweißt und die präzise Positionierung und Installation der Komponenten erfolgt durch Geräte wie Bestückungsmaschinen.

Was ist Surface Mount Technology (SMT)?

Oberflächenmontagetechnologie (SMT) steht für eine hochmoderne Montage- und Produktionsmethode, bei der elektronische Komponenten direkt auf einer Leiterplatte (PCB) platziert werden. Dieser fortschrittliche Prozess rationalisiert die automatisierte Produktion und führt die erforderliche Montage für eine funktionsfähige Platine effizient durch. Jedes auf diese Weise befestigte elektrische Bauteil erhält die Bezeichnung „Surface-Mount Device“ (SMD). Im Gegensatz zur herkömmlichen Montage überspringt SMT den Schritt des Einsetzens der Komponenten durch Löcher; Stattdessen werden die Komponenten durch Reflow-Löten direkt auf die Platine gelötet.

IBM nannte diesen bahnbrechenden Ansatz in den 1960er Jahren zunächst „Planar Mounting“. Sie nutzten es zum Bau kleiner Computer und ersetzten damit die bisherige Through-Hole-Technologie. Trotz seiner Einführung erlangte SMT erst 1986 große Verbreitung, als oberflächenmontierte Komponenten einen Marktanteil von 10 % erreichten. Im Jahr 1990 dominierten oberflächenmontierte Bauelemente (SMDs) den Großteil der High-Tech-Leiterplattenbaugruppen. Dies markierte einen bedeutenden Wandel in der Landschaft der Elektronikfertigung. Heutzutage wird SMT in fast jedem elektronischen Gerät verwendet, von Spielzeug über Küchengeräte bis hin zu Laptops und Smartphones.

Aufgrund der Präzision, die zur Herstellung hochwertiger oberflächenmontierter Baugruppen (SMAs) erforderlich ist, kann der SMT-Montageprozess bei manueller Durchführung mühsam und zeitaufwändig sein. Um die Effizienz zu steigern, erfolgt die SMT-Fertigung daher größtenteils über automatisierte Montagemaschinen, insbesondere bei der Produktion großer Stückzahlen. Lassen Sie uns den SMT-Produktionsprozess verstehen

SMT-Herstellungsprozess

Der SMT-Herstellungsprozess umfasst drei Hauptphasen: Lotpastendruck, Bauteilplatzierung und Reflow-Löten. Dieser strukturierte Ansatz gewährleistet Präzision und Effizienz bei der Montage elektronischer Komponenten direkt auf Leiterplatten.

SMT-Prozessflussdiagramm
(SMT-Prozessflussdiagramm)

Lötpastendruck

In dieser Phase trägt ein Drucker mithilfe einer vorgefertigten Schablone und Rakeln Lotpaste auf eine Leiterplatte (PCB) auf. Die Lotpaste, bestehend aus Flussmittel und Zinn, erleichtert die Verbindung zwischen Surface Mount Components (SMCs) und Lötpads auf der Leiterplatte.

Bei diesem Vorgang ist es von entscheidender Bedeutung, eine präzise Pastenabdeckung auf jedem Pad zu erzielen. Ungenauigkeiten können die Herstellung von Verbindungen behindern, wenn das Lot im anschließenden Reflow-Ofen schmilzt.

Die Aufrechterhaltung der Qualitätskontrolle beim Lotpastendruck ist von größter Bedeutung. Alle in dieser Phase erkannten Mängel können zu schwerwiegenderen Problemen führen. Das Design der Schablone ist von entscheidender Bedeutung und erfordert, dass das Montageteam einen wiederholbaren und stabilen Prozess gewährleistet. Während viele Lotpastendrucker über automatische Inspektionsfunktionen verfügen, nutzen einige externe Maschinen mit 3D-Technologie für eine gründlichere Beurteilung. Diese externen Inspektionsgeräte bewerten Faktoren wie das Lotpastenvolumen pro Pad und ermöglichen so eine umfassende Analyse, die über die einfache Beurteilung des Druckbereichs hinausgeht.

Komponentenplatzierung

Nach bestandener Prüfung geht die Leiterplatte zur Komponentenplatzierungsphase im SMT-Montageprozess über.

Jedes für die Leiterplatte bestimmte Bauteil wird entweder per Vakuum oder mit einer Greifdüse aus der Verpackung entnommen. Dann Bestückungsautomaten Positionieren Sie einzelne elektronische Komponenten präzise auf der zuvor auf der Leiterplatte (PCB) aufgetragenen Lotpaste. Diese Maschinen zeichnen sich nicht nur durch eine hohe Genauigkeit aus, sondern arbeiten auch mit einer bemerkenswerten Geschwindigkeit. Spitzenmaschinen können bis zu 80,000 Einzelkomponenten pro Stunde bestücken, was die Effizienz dieses fortschrittlichen Montageprozesses unter Beweis stellt.

Bei diesem Prozess ist Genauigkeit erforderlich, da jede fehlerhafte Platzierung beim Löten in einer Position kostspielig und zeitaufwendig in der Nachbearbeitung sein kann.

Reflow-Löten

Reflow-Löten

Das Reflow-Löten ist ein entscheidender Schritt bei der Montage von Leiterplatten nach der Platzierung von oberflächenmontierten Komponenten (SMCs). Die Leiterplatte wird in einen Reflow-Lötofen befördert und durchläuft dort einen sorgfältig abgestimmten Lötprozess in verschiedenen temperaturkontrollierten Zonen:

  • Vorwärmzone: In der Anfangszone wird die Temperatur der gesamten Leiterplatte und der angeschlossenen Komponenten gleichzeitig schrittweise erhöht. Die Temperatur steigt mit einer kontrollierten Geschwindigkeit (1.0℃-2.0℃ pro Sekunde) an, bis sie einen Bereich von 140℃-160℃ erreicht.

  • Einweichzone: In dieser Phase wird die Platine 140–160 Sekunden lang auf einer konstanten Temperatur zwischen 60 °C und 90 °C gehalten.

  • Reflow-Zone: Die Leiterplatte gelangt dann in eine Zone, in der die Temperatur (1.0–2.0 °C pro Sekunde) auf maximal 210–230 °C ansteigt. Diese erhöhte Temperatur schmilzt das Zinn in der Lötpaste und verschweißt die Bauteilanschlüsse effektiv mit den Pads auf der Leiterplatte. Während dieses Vorgangs bleiben die Bauteile aufgrund der Oberflächenspannung des geschmolzenen Lots an Ort und Stelle.

  • Kühlzone: Der letzte Abschnitt sorgt dafür, dass sich das Lot beim Verlassen der Heizzone verfestigt und verhindert so Verbindungsfehler.

Nach dem Reflow-Löten Endkontrolle wird mithilfe einer 3D-automatisierten optischen Inspektionsmaschine (AOI) durchgeführt. Dies stellt die erwartete Qualität der Lötverbindung sicher und identifiziert etwaige Fehler im SMT-Prozess. Der Einsatz von Maschinen in dieser Phase kann im Vergleich zu manuellen Inspektionen die Effizienz und Genauigkeit steigern.

In Fällen von doppelseitige Leiterplatten, können diese Lötvorgänge wiederholt werden. Dabei werden entweder Lotpaste oder Kleber verwendet, um die SMCs an Ort und Stelle zu befestigen. Dieser sorgfältige Ansatz beim Reflow-Löten garantiert die Integrität und Funktionalität der Lötverbindungen in elektronischen Baugruppen.

Hauptausrüstung in einer SMT-Linie

Eine Produktionslinie für Oberflächenmontagetechnologie (SMT) umfasst mehrere wichtige Ausrüstungsteile, die zusammenarbeiten, um elektronische Komponenten auf Leiterplatten zu montieren. Zur Hauptausrüstung einer SMT-Linie gehören:

  • Schablonendrucker: Der Schablonendrucker trägt mithilfe einer Schablone Lotpaste auf die Leiterplatte auf und sorgt so für eine präzise Platzierung der Paste an den vorgesehenen Stellen.

  • Bestückungsautomat: Diese automatisierte Maschine nimmt elektronische Bauteile auf und platziert sie gemäß den Designvorgaben präzise auf der Leiterplatte. Es verarbeitet Komponenten unterschiedlicher Art und Größe.

  • Reflow-Lötofen: Im Reflow-Lötofen durchläuft die Leiterplatte mit ihren Bauteilen und der Lotpaste kontrollierte Heiz- und Kühlprozesse. Dadurch schmilzt das Lot und es entstehen sichere elektrische Verbindungen.

  • Maschine zur Lotpasteninspektion (SPI): SPI-Maschinen prüfen und verifizieren die genaue Ablagerung der Lotpaste auf der Leiterplatte vor der Bauteilplatzierung und stellen so die Qualität des Lötprozesses sicher.

  • Automatisierte optische Inspektionsmaschine (AOI): AOI-Maschinen prüfen die Leiterplatte nach dem Lötprozess, um Defekte, Fehlausrichtungen oder Lötprobleme zu erkennen. Sie nutzen Kameras und Bildverarbeitung, um detaillierte Inspektionen durchzuführen.

  • Fördersystem: Ein Fördersystem transportiert die Leiterplatten durch verschiedene Stufen der SMT-Linie und verbindet verschiedene Maschinen nahtlos miteinander.

  • Wellenlötmaschine (optional): In manchen Fällen, insbesondere bei Durchgangslochbauteilen, kann eine Wellenlötmaschine als Alternative oder zusätzlich zum Reflow-Löten eingesetzt werden.

  • Nutzentrennmaschine: Nach der Montage können die Leiterplatten zu einem Panel verbunden werden und mit einem Nutzentrenner in einzelne Platinen getrennt werden.

  • Siebdrucker (optional): Zusätzlich zum Schablonendruck umfassen einige SMT-Linien möglicherweise einen Siebdrucker für spezielle Anwendungen oder bestimmte Arten von Komponenten.

  • Schutzbeschichtungsmaschine (optional): Für zusätzlichen Schutz verfügen einige SMT-Linien über eine Schutzbeschichtungsmaschine, die eine dünne Schutzschicht auf die Leiterplatte aufträgt.

SMT-Linienlayouttypen

Das Layout einer SMT-Produktionslinie (Surface Mount Technology) ist entscheidend für die Optimierung von Effizienz und Durchsatz. Es gibt verschiedene Arten von SMT-Linienlayouts, die jeweils auf spezifische Produktionsanforderungen zugeschnitten sind. Hier sind einige gängige Layouttypen für SMT-Linien:

  • Inline-Layout: Bei einem Inline-Layout sind die SMT-Maschinen in einer geraden Linie angeordnet und die Leiterplatten bewegen sich nacheinander von einer Maschine zur nächsten. Dieses Layout ist einfach, leicht verständlich und für die Produktion in kleinerem Maßstab geeignet.

  • U-förmiges Layout: Bei einem U-förmigen Layout werden die SMT-Maschinen in einer „U“-Form angeordnet, um einen kontinuierlichen Leiterplattenfluss zu ermöglichen. Dieses Layout ist für die Produktion in größerem Maßstab effizient, da es die Distanz minimiert, die die Leiterplatten zwischen den Maschinen zurücklegen müssen.

  • L-förmiges Layout: Bei einem L-förmigen Aufbau sind die SMT-Maschinen in Form eines „L“ angeordnet. Dieses Layout wird häufig verwendet, wenn der Platz begrenzt ist. Es bietet ein kompaktes Design und ermöglicht dennoch einen kontinuierlichen Leiterplattenfluss.

  • Layout der Zellularfertigung: Bei der Zellfertigung werden zusammengehörige Maschinen und Prozesse in Zellen gruppiert. Jede Zelle ist einer bestimmten Aufgabe gewidmet, beispielsweise dem Drucken von Lotpaste oder der Platzierung von Bauteilen. Dieses Layout erhöht die Flexibilität und Effizienz.

  • T-förmiges Layout: Bei einer T-förmigen Anordnung werden die Maschinen in Form eines „T“ angeordnet. Dieses Layout ist vielseitig und kann verschiedene Produktionsmengen bewältigen und gleichzeitig einen reibungslosen Leiterplattenfluss gewährleisten.

  • Mehrzeiliges Layout: Bei einem Mehrlinienlayout laufen mehrere Produktionslinien parallel zueinander. Dieses Design eignet sich für die Massenproduktion und ermöglicht die gleichzeitige Verarbeitung mehrerer Leiterplatten.

Erfahren Sie mehr darüber SMT-Linienlayout

VictoryPCBs ausgezeichneter SMT-Prozessingenieur

Ein SMT-Ingenieur (Surface Mount Technology), auch SMT-Prozessingenieur oder Fertigungsingenieur genannt, ist ein Fachmann, der für die Überwachung und Optimierung der Prozesse bei der Montage elektronischer Komponenten auf Leiterplatten (PCBs) mithilfe der Oberflächenmontagetechnologie verantwortlich ist. Dieser Ingenieur hilft bei der Platzierung elektronischer Materialien auf Leiterplatten, definiert und aktualisiert die SMT-Montageprozesse, implementiert und überprüft spezielle Herstellungsverfahren.

Bei VictoryPCB legen wir Wert auf Erfahrung als ultimativer Lehrer. Unser Team besteht aus erfahrenen SMT-Prozessingenieuren, die eine Fülle praktischer Kenntnisse mitbringen. Wir wissen, wie wichtig eine ausgewogene Mischung aus Fähigkeiten, Ausbildung und praktischer Erfahrung ist, um sicherzustellen, dass unsere SMT-Ingenieure gut gerüstet sind, um den Anforderungen modernster Elektronikfertigung gerecht zu werden.

Zusammenfassung

Erleben Sie mit VictoryPCB den Gipfel der Präzision bei der Leiterplattenbestückung. Unsere hochmoderne SMT-Produktionslinie in Shenzhen, China, ist bereit, Ihre elektronischen Designs zum Leben zu erwecken. Vertrauen Sie auf unser Fachwissen, unsere Spitzentechnologie und unser unerschütterliches Engagement für Qualität. Kontaktiere uns Begeben Sie sich heute auf eine Reise der Innovation und der nahtlosen Leiterplattenbestückung. Ihr Erfolg beginnt mit VictoryPCB.

Über den Autor

Ich bin seit 2015 als Leiter für Technik und Vertrieb bei Victorypcb tätig. In den letzten Jahren war ich für alle Messen im Ausland verantwortlich, beispielsweise in den USA (IPC Apex Expo), Europa (Munich Electronica) und Japan (Nepcon) usw. Unsere Fabrik wurde 2005 gegründet 1521, jetzt haben wir XNUMX Kunden auf der ganzen Welt und genießen bei ihnen einen sehr guten Ruf.

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