מה זה SMT?
Surface Mount Technology (SMT) כלומר טכנולוגיית השמה משטחית היא שיטה המשמשת בתעשיית
האלקטרוניקה להרכבת מעגלים ורכיבים אלקטרוניים על גבי מעגלים מודפסים (PCB).
זוהי אלטרנטיבה לטכנולוגיית ה-through-hole הוותיקה יותר, הכוללת הכנסת חוטים של רכיבים דרך חורים
ב-PCB והלחמתם בצד הנגדי.
SMT הפכה לשיטה השלטת להרכבה אלקטרונית בשל יתרונותיה הרבים, כולל:
יעילות שטח: רכיבי SMT קטנים יותר ותופסים פחות מקום על ה-PCB, מה שמאפשר התקנים אלקטרוניים קומפקטיים וקלים יותר.
צפיפות רכיבים מוגברת: SMT מאפשרת צפיפות רכיבים גבוהה יותר על גבי PCB,
מה שמאפשר יצירה של מכשירים אלקטרוניים מורכבים ועתירי תכונות.
ביצועים חשמליים משופרים: הנתיבים החשמליים הקצרים יותר ברכיבי SMT יכולים לגרום לשלמות האות וביצועים חשמליים
טובים יותר בהשוואה לרכיבים ב-through-hole.
עלות מופחתת: תהליכי הרכבה של SMT הם לרוב אוטומטיים ויעילים יותר, מה שמוביל לעלויות עבודה נמוכות יותר ולעלויות ייצור כוללות.
ייצור מהיר יותר: מכונות SMT יכולות למקם רכיבים על גבי PCB במהירות, מה שמוביל לזמני ייצור מהירים יותר בהשוואה ל-through-hole.
ביצועים תרמיים טובים יותר: רכיבי SMT יכולים לפזר חום בצורה יעילה יותר הודות לעיצובם הקומפקטי וההרכבה על פני השטח,
שיכולה להיות חיונית במכשירים אלקטרוניים בעלי ביצועים גבוהים.
בתהליך SMT, רכיבים אלקטרוניים כגון נגדים, קבלים, מעגלים משולבים (IC) והתקנים שונים אחרים מותקנים ישירות על פני ה-PCB.
לרכיבים אלו מובילים מתכת קטנים או רפידות המולחמות לרפידות ההלחמה המתאימות על גבי ה-PCB.
ניתן להלחים רכיבי SMT על גבי ה-PCB בשיטות שונות, לרבות הלחמה חוזרת והלחמת גל, בהתאם ליישום הספציפי ולסוגי הרכיבים.
טכנולוגיית ה-SMT חוללה מהפכה בתעשיית ייצור האלקטרוניקה, ומאפשרת התקנים אלקטרוניים קטנים,
יעילים וחסכוניים יותר עם ביצועים ואמינות משופרים.
מי צריך טכנולוגיית SMT?
טכנולוגיית SMT משמשת בייצור והרכבה של מגוון רחב של מכשירים ומוצרים אלקטרוניים.
זוהי טכנולוגיה חיונית עבור תעשיות ויישומים המסתמכים על רכיבים אלקטרוניים המורכבים על לוחות מעגלים מודפסים (PCB).
להלן כמה מהמגזרים והישויות המרכזיות הנהנים מ-SMT:
יצרני אלקטרוניקה: SMT נמצאת בשימוש נרחב על ידי חברות המייצרות מוצרי אלקטרוניקה, כגון סמארטפונים, טאבלטים,
מחשבים ניידים, טלוויזיות וקונסולות משחקים.
היא חיונית גם לייצור של אלקטרוניקה תעשייתית, מכשירים רפואיים, אלקטרוניקה לרכב, ומוצרים אלקטרוניים רבים אחרים.
תעשיית הטלקומוניקציה: מגזר התקשורת מסתמך במידה רבה על SMT לייצור ציוד כמו נתבים, מתגים,
מודמים ורכיבי תשתית תקשורת.
תעשיית הרכב: כלי רכב מודרניים משלבים מגוון רחב של מערכות אלקטרוניות, לרבות יחידות בקרת מנוע (ECU),
מערכות מידע בידור, מערכות בטיחות ועוד.
SMT חיונית לייצור PCB המשמשים באלקטרוניקה לרכב אלה.
יצרני מכשור רפואי: ציוד ומכשירים רפואיים, החל ממוניטורים למטופלים ועד כלי אבחון ומכשירי ניתוח,
מכילים לרוב רכיבי PCB מורכבים המורכבים באמצעות SMT.
תעופה וחלל והגנה: תעשיות התעופה והחלל והביטחון דורשות אלקטרוניקה אמינה וקומפקטית ביותר עבור אוויוניקה, ניווט,
תקשורת ומערכות הגנה שונות.
SMT ממלאת תפקיד משמעותי בעמידה בדרישות אלו.
אוטומציה תעשייתית: מערכות אוטומציה ובקרה המשמשות במפעלים, מתקני ייצור ותהליכים תעשייתיים מסתמכות על SMT
עבור מכלולי ה-PCB שלהם.
מוצרי צריכה אלקטרוניים: פריטים יומיומיים כמו שלטים רחוקים, מכשירי מטבח, מעקבי כושר ומכשירי בית חכם
משלבים לרוב טכנולוגיית SMT.
חומרת מחשב: SMT נמצאת בשימוש נרחב בהרכבת לוחות אם של מחשבים, כרטיסים גרפיים, מודולי זיכרון ורכיבי מחשב אחרים.
התקני IoT (האינטרנט של הדברים): תעשיית ה-IoT ההולכת וגדלה מסתמכת על SMT כדי לייצר את ה-PCB הקומפקטיים והחסכוניים
באנרגיה המשמשים בחיישני ומכשירי IoT שונים.
מחקר ופיתוח: מעבדות ומוסדות מחקר משתמשים ב-SMT ליצירת אבות טיפוס ובניית מעגלים ואבי טיפוס אלקטרוניים מותאמים אישית.
כל תעשייה או יישום הכרוכים בשימוש ברכיבים אלקטרוניים על גבי PCB נהנים מ- SMT.
היתרונות שלה במונחים של מזעור, יעילות וחסכוניות הופכים אותה לשיטה הכרחית להרכבה אלקטרונית בעולם מונע הטכנולוגיה של היום.
איך עובדת טכנולוגיית SMT?
טכנולוגיית SMT היא תהליך ייצור המשמש להרכבת רכיבים אלקטרוניים על גבי לוחות מעגלים מודפסים (PCB).
התהליך כולל מספר שלבים מרכזיים, החל מהצבת רכיבים ועד להלחמה.
להלן סקירה כללית של אופן הפעולה של SMT:
הכנת PCB:
התהליך מתחיל בהכנת ה-PCB, אשר עשוי מחומר לא מוליך כמו אפוקסי פיברגלס עם עקבות נחושת
באחד הצדדים או בשני הצדדים.
הדפסת סטנסיל:
משחת הלחמה, שהיא תערובת של חלקיקי הלחמה ושטף, מונחת על רפידות הלחמה של ה-PCB באמצעות שבלונה.
השבלונה היא יריעת מתכת דקה עם פתחים התואמים למיקומי רפידות ההלחמה על גבי ה-PCB.
מיקום רכיב:
מכונות SMT אוטומטיות משמשות להצבת רכיבים אלקטרוניים במדויק על משחת ההלחמה על ה-PCB.
רכיבים אלה יכולים לכלול נגדים, קבלים, מעגלים משולבים (IC), דיודות והתקנים אחרים לתלייה משטחית (SMD).
מערכות ראייה במכונות המיקום עוזרות להבטיח יישור רכיבים מדויק.
הלחמה חוזרת:
לאחר מיקום הרכיב, ה-PCB נכנס לתנור להלחמה חוזרת.
לתנור זה מספר אזורים עם פרופילי טמפרטורה מבוקרים.
מטרת ההלחמה מחדש היא להמיס את משחת ההלחמה ולחבר את הרכיבים ל-PCB.
באזור הראשון מחממים את ה-PCB לטמפרטורה שגורמת למחית ההלחמה להתנזל, מה שמאפשר לרכיבים להתיישב במקום.
לאחר מכן, ה-PCB עובר דרך אזור עם טמפרטורת שיא המבטיחה יצירת מפרק הלחמה תקין.
לבסוף, ה-PCB נכנס לאזור קירור שבו ההלחמה מתמצקת, ומאבטחת את הרכיבים במקומם.
בדיקה:
לאחר הלחמה חוזרת, ה-PCB עובר תהליך בדיקה.
מכונות בדיקה אופטית אוטומטית (AOI) או שיטות בקרת איכות אחרות משמשות לבדיקת איכות מפרק הלחמה,
יישור רכיבים ופגמים.
תהליכים משניים (במידת הצורך):
חלק ממכלולי ה-PCB דורשים תהליכים נוספים, כגון ציפוי קונפורמי, כדי להגן מפני גורמים סביבתיים,
או הלחמה סלקטיבית עבור רכיבים שאינם יכולים לעמוד בטמפרטורות הגבוהות של הלחמה חוזרת.
בדיקה:
לוחות PCB נבדקים כדי להבטיח שהרכיבים האלקטרוניים פועלים כהלכה.
זה כולל בדיקות פונקציונליות, בדיקות במעגל (ICT) או בדיקות ספציפיות אחרות בהתאם ליישום.
אריזה:
לאחר שה-PCB עוברים בדיקה, הם נחתכים מלוח גדול יותר (אם הם יוצרו על לוח)
ומוכנים להרכבה סופית למכשירים או מוצרים אלקטרוניים.
SMT היא טכנולוגיה אוטומטית ויעילה ביותר, המאפשרת נפחי ייצור גבוהים ומיקום מדויק של רכיבים.
היא מתאימה היטב לדרישות המזעור והצפיפות הגבוהה של מכשירים אלקטרוניים מודרניים.
התהליך מציע יתרונות רבים, כולל עלויות ייצור מופחתות, ביצועים חשמליים משופרים ואמינות מוגברת
בהשוואה לשיטות ישנות יותר של הרכבה ב-through-hole.
אתגרים נפוצים בהרכבת SMT
הרכבה של טכנולוגיית הרכבה על פני השטח (SMT) מציעה יתרונות רבים, אך היא גם מגיעה עם אתגרים.
כמה אתגרים נפוצים בהרכבת SMT כוללים:
מזעור רכיבים: רכיבי SMT הם לרוב קטנים מאוד ויכולים להיות מאתגרים לטיפול, מיקום ובדיקה.
מזעור יכול להקשות על העבודה עם רכיבים בעלי גובה דק ולהוביל לבעיות דיוק במהלך המיקום.
הדפסת הלחמה: יישום נכון של משחת הלחמה הוא חיוני ליצירת חיבורי הלחמה אמינים.
השגת הנחת משחת הלחמה עקבית באמצעות סטנסילים וציוד הדפסה של משחת הלחמה יכולה להיות מאתגרת,
ופגמים כמו משחת הלחמה לא מספקת או מוגזמת עלולים להתרחש.
דיוק מיקום הרכיבים: מיקום מדויק של רכיבי SMT חיוני כדי להבטיח שהם מיושרים כהלכה עם רפידות ה-PCB.
רכיבים לא מיושרים עלולים להוביל לפגמים במפרקי הלחמה ולבעיות בקישוריות חשמלית.
איכות מפרקי הלחמה: השגת חיבורי הלחמה באיכות גבוהה היא קריטית לאמינות.
פגמים נפוצים במפרקי הלחמה בהרכבת SMT כוללים גשרי הלחמה, מצבה (רכיבים עומדים על קצה אחד)
ומפרקי הלחמה קרה.
ניהול תרמי: חלק ממרכיבי SMT, כגון מיקרו-מעבדים והתקני חשמל, מייצרים חום משמעותי במהלך הפעולה.
יש צורך בניהול תרמי נכון כדי למנוע התחממות יתר של הרכיבים וכשלים אפשריים.
עיוות PCB : PCB יכולים לחוות עיוות במהלך תהליך ההלחמה מחדש, מה שעלול להשפיע על יישור הרכיבים ואיכות מפרק ההלחמה.
אמצעים למניעת עיוות, כגון תמיכת PCB נאותה, הם חיוניים.
בדיקת הדבקת הלחמה: הבטחת איכות משקעי הלחמה לפני הזרמה חוזרת היא חיונית.
בדיקת משחת הלחמה לאיתור פגמים או חוסר עקביות יכולה להיות מאתגרת אך היא חיונית
כדי להימנע מבעיות במפרקי הלחמה.
מצבת רכיבים: מצבה מתרחשת כאשר קצה אחד של רכיב מתרומם ממשטח ה-PCB במהלך זרימה חוזרת,
וכתוצאה מכך היווצרות מפרק הלחמה לקויה.
זה יכול להיגרם מהבדלים בגדלים של רפידות רכיבים או חימום לא אחיד במהלך זרימה חוזרת.
Coplanarity: חלק מהרכיבים, במיוחד מעגלים משולבים בגובה דק, דורשים תשומת לב זהירה.
רכיבים עם מובילים לא אחידים או מעוותים עלולים להוביל לקשיי הרכבה.
תאימות סגסוגת הלחמה: רכיבי SMT שונים דורשים סגסוגות הלחמה או פרופילי הלחמה שונים בשל הגודל,
החומר והדרישות התרמיות שלהם.
בחירת סגסוגת ההלחמה המתאימה ופרופיל הזרימה מחדש יכולה להיות מאתגרת.
רגישות ללחות: רכיבי SMT יכולים להיות רגישים לספיגת לחות, מה שמוביל להיווצרות חללי הלחמה או דה למינציה במהלך זרימה חוזרת.
נוהלי אחסון וטיפול נכונים הם חיוניים כדי להקל על בעיה זו.
עיבוד ותיקון: תיקון או עיבוד מחדש של מכלולי SMT יכולים להיות מורכבים ודורשים ציוד ומיומנויות מיוחדים.
חיוני להימנע מפגיעה ברכיבים סמוכים בעת החלפה או הזרמה מחדש של רכיב.
בדיקה: זיהוי פגמים במכלולי SMT, כגון סדקים במפרק הלחמה או מעגלים פתוחים, יכולים להיות אתגר.
לרוב נחוצים תהליכי בדיקה מקיפים, לרבות בדיקה אופטית אוטומטית (AOI) ובדיקות במעגל (ICT).
התמודדות עם אתגרים אלו בהרכבת SMT דורשת שילוב של תכנון קפדני, תהליכי ייצור מתקדמים, אמצעי בקרת איכות וכוח אדם מיומן.
שיפור תהליכים מתמיד ועמידה בתקני התעשייה ממלאים תפקיד משמעותי בהשגת מכלולי SMT באיכות גבוהה
עלויות טכנולוגיית SMT
עלות טכנולוגיית SMT בייצור אלקטרוניקה יכולה להשתנות מאוד בהתאם למספר גורמים, לרבות קנה המידה של הייצור,
המורכבות של מכלולי ה-PCB, תקני האיכות הנדרשים ורמת האוטומציה הרצויה.
הנה כמה שיקולי עלות וגורמים שיכולים להשפיע על ההוצאות הכוללות הקשורות ל-SMT:
עלויות ציוד:
ההוצאות העיקריות מגיעות לרוב מרכישת ציוד SMT, כגון מכונות בחירה, מדפסות שבלונות, תנורי הלחמה חוזרים ומערכות בדיקה.
העלות של מכונות אלו יכולה לנוע בין עשרות אלפי למיליוני דולרים, תלוי ביכולות ובתחכום שלהן.
הגדרת מתקן:
הכנת מתקן הייצור כדי להכיל פעולות SMT כרוכה בעלויות עבור בקרת אקלים, חדרים נקיים (במידת הצורך),
ריצוף אנטי סטטי ודרישות תשתית אחרות.
עלויות עבודה:
עלויות העבודה כוללות משכורות למפעילים, טכנאים, מהנדסים ואנשי בקרת איכות.
מפעילים עם מיומנות גבוהה מקבלים משכורות גבוהות יותר.
עלויות רכיבים:
העלות של רכיבי SMT משתנה בהתאם לסוג, לכמות ולספק.
רכישה בכמות גדולה וחוזים ארוכי טווח יכולים לסייע בהפחתת עלויות הרכיבים.
הדבקה וחומרים מתכלים:
משחת הלחמה, חוט הלחמה, שטף וחומרים מתכלים אחרים הם הוצאות חוזרות ונשנות.
הבחירה של משחת הלחמה וחומרים נלווים יכולה להשפיע על העלויות.
בקרת איכות ובדיקות:
השקעה בציוד בקרת איכות ונהלי בדיקה מוסיפה לעלויות הכוללות אך חיונית להבטחת איכות המוצר.
תחזוקה וכיול:
תחזוקה שוטפת וכיול של ציוד SMT נחוצים כדי לשמור על פעילות חלקה.
עלויות התחזוקה יכולות לכלול חלקי חילוף וחוזי שירות.
הדרכה ופיתוח מיומנויות:
הכשרת כוח אדם בתפעול ותחזוקה של SMT דורשת גם זמן וגם השקעה כספית.
תאימות לסביבה ובטיחות:
הבטחת עמידה בתקנות סביבתיות ותקני בטיחות כרוכה בעלויות הקשורות לסילוק פסולת, ציוד בטיחות ואישורים.
ניהול תוכנה ונתונים:
תוכנה לתכנות מכונה, ניהול נתונים ועקיבות גוררות עמלות רישוי ועלויות התקנה.
עלויות אב טיפוס ומחקר ופיתוח:
פיתוח ויצירת אב טיפוס של תהליכי SMT עבור מוצרים או עיצובים חדשים
יכולים להיות כרוכים בהוצאות נוספות.
הרחבה:
אם יש צורך להגדיל את הייצור, הרחבת פעולת SMT דורשת השקעה נוספת בציוד ובכוח אדם נוספים.
קשרי ספקים:
בניית קשרים עם ספקי רכיבים יכולה להוביל להנחות נפח והפחתת עלויות לאורך זמן.
עלויות אבטחת איכות ואחריות:
הבטחת איכות המוצר כוללת הוצאות הקשורות לאחריות, החלפות והחזרות אם מוצרים פגומים מזוהים לאחר ההרכבה.
חשוב לציין שהעלות-תועלת של יישום SMT יכולה להשתנות בהתאם לדרישות הייצור הספציפיות וליעדים העסקיים.
חברות קטנות יותר או כאלה עם נפחי ייצור נמוכים יותר בוחרות להוציא את הרכבת ה-SMT שלהן למיקור חוץ ליצרני חוזים מיוחדים
כדי למנוע את עלויות הציוד והמתקן מראש.
כדי לקבוע את העלויות המדויקות של יישום SMT עבור פרויקט או מתקן ייצור מסוים, יש לבצע ניתוח עלויות מקיף ותהליך תכנון תקציב,
תוך התחשבות בכל הגורמים שהוזכרו לעיל.
שאלות ותשובות בנושא טכנולוגיית SMT
ש: מהם היתרונות של SMT על פני through-hole?
ת: SMT מציעה יתרונות כגון גדלים קטנים יותר של רכיבים, צפיפות רכיבים גבוהה יותר, ביצועים חשמליים משופרים,
עלויות ייצור מופחתות, ייצור מהיר יותר וביצועים תרמיים טובים יותר בהשוואה להרכבה ב-through-hole.
ש: באילו סוגי רכיבים אלקטרוניים משתמשים ב-SMT?
ת: רכיבי SMT כוללים נגדים, קבלים, מעגלים משולבים (IC), דיודות, טרנזיסטורים, מחברים והתקנים אלקטרוניים רבים אחרים.
רכיבים אלה מגיעים באריזות שונות להרכבה על פני השטח, כגון SOIC, QFN, 0603 ו-0402.
ש: באיזה ציוד נעשה שימוש בהרכבת SMT?
ת: ציוד SMT נפוץ כולל מכונות איסוף ומקום להצבת רכיבים, מדפסות שבלונות למריחת משחת הלחמה, תנורי הלחמה חוזרים,
ציוד בדיקה כמו מכונות AOI ומסועים לטיפול בחומרים.
ש: מהם אמצעי בקרת האיכות ב-SMT?
ת: בקרת איכות ב-SMT כוללת בדיקה אופטית אוטומטית (AOI), בדיקת משחת הלחמה (SPI), בדיקות פונקציונליות, בדיקות במעגל (ICT)
ושיטות אחרות לאימות דיוק מיקום הרכיבים ואיכות מפרק הלחמה.
ש: האם SMT מתאימה לכל המוצרים האלקטרוניים?
ת: SMT מתאימה למגוון רחב של מוצרים אלקטרוניים, אך ייתכן שהיא אינה אידיאלית עבור יישומים עם תנאים סביבתיים קיצוניים
או רכיבים הדורשים טיפול בהספק גבוה, אשר עדיין משתמשים ב-through-hole.
ש: מהם השיקולים הסביבתיים והבטיחותיים ב-SMT?
ת: פעולות SMT כוללות שיקולים סביבתיים, כגון סילוק נאות של חומרים מסוכנים ועמידה בתקנות.
אמצעי בטיחות חשובים גם כדי להגן על העובדים מפני סכנות פוטנציאליות הקשורות בהלחמה ותפעול הציוד.
ש: מהי התחזית העתידית עבור SMT בייצור אלקטרוניקה?
ת: העתיד של SMT כולל מזעור נוסף, אינטגרציה גבוהה יותר של רכיבים, אוטומציה משופרת ושימוש מוגבר בחומרים מתקדמים.
זו תמשיך להיות טכנולוגיה בסיסית בייצור אלקטרוניקה.
