Tên đầy đủ của SMT Assembly là Surface Mount Technology Assembly, đây là kỹ thuật lắp ráp sử dụng keo hàn dẫn điện để gắn các linh kiện trực tiếp lên bảng mạch in. Quá trình chuyển đổi từ THT sang lắp ráp PCB SMT đã tạo ra các gói nhỏ hơn, mật độ cao hơn và nhanh hơn. Ngược lại với hàn sóng, là phương pháp hàn cho THT, lắp ráp bảng SMT sử dụng hàn chảy để làm đông cứng vật liệu kết dính.
Lợi ích của việc lắp ráp PCB SMT
Thu nhỏ PCB
Công nghệ xuyên lỗ đòi hỏi nhiều không gian hơn để gắn vào PCB so với lắp ráp bảng mạch SMT. Lắp ráp bảng mạch SMT cho phép thiết kế nhỏ gọn và nhẹ hơn, thuận lợi cho nhiều ứng dụng khác nhau như thiết bị đeo và thiết bị cầm tay.
Hiệu suất điện tốt hơn
Giảm nhiễu tín hiệu là một lợi thế của lắp ráp SMT do độ tự cảm và điện dung của dây dẫn thấp hơn cho các ứng dụng tần số cao. Các loại linh kiện và gói khác nhau áp dụng cho kỹ thuật lắp ráp SMT.
Khả năng tự động hóa
Với lắp ráp SMT, bảng mạch in có thể được sản xuất với tốc độ rất nhanh nhờ máy móc tốc độ cao. Ngay cả việc chế tạo PCB cũng đơn giản hơn vì không cần phải khoan lỗ để lắp các gói chì.
Những lỗi thường gặp
Mục tiêu là đạt được không có lỗi trong lắp ráp bảng mạch SMT. Với nỗ lực liên tục để thu nhỏ, PCB cũng dễ có các lỗi tiềm ẩn cần được xem xét và giải quyết để sản xuất chất lượng hơn. Dưới đây là các lỗi chính gặp phải trong quá trình lắp ráp PCB SMT.
Độ phủ hàn không đủ
Độ phủ hàn không đủ có thể dẫn đến kết nối yếu và hở giữa linh kiện và miếng đệm nền PCB. Nguyên nhân thường là do làm ướt kém, kích thước lỗ khuôn in chưa được tối ưu hóa, lượng kem hàn không đủ và in khuôn in không thẳng hàng. Nhiệt độ đỉnh nóng chảy không đủ cũng có thể dẫn đến lỗi này.
Tombstoneing
Tombstoneing là lỗi hàn trong đó linh kiện có một mặt hàn trong PCB trông giống như ở vị trí đứng hoặc thẳng đứng do đó có thuật ngữ ‘tombstoneing’. Lỗi này là do thiết kế miếng đệm và ứng dụng mặt nạ hàn không đúng cách.
Cầu hàn
Cầu hàn xảy ra khi hai thành phần được cho là không được kết nối điện được gắn vào kem hàn dẫn điện gây ra hiện tượng đoản mạch. Cầu hàn có thể là kết quả của lượng kem hàn quá nhiều và cấu hình nhiệt không được tối ưu hóa.
Bóng hàn
Một lỗi thường gặp khác trong quá trình lắp ráp bảng mạch in SMT là hiện tượng bi hàn. Bi hàn là loại hàn hình cầu nhỏ bị tách khỏi mối nối, điều này sẽ gây ra những tác động bất lợi trong quá trình thử nghiệm điện vì bi hàn là vật liệu dẫn điện. Bi hàn có thể do độ ẩm trong keo dán, in không thẳng hàng và chất trợ dung hàn không hiệu quả.
Các quy trình chính trong lắp ráp PCB SMT
Lắp ráp SMT bao gồm các quy trình đòi hỏi phải kiểm soát và thông số kỹ thuật để đảm bảo các bo mạch tốt ra khỏi dây chuyền lắp ráp. Dưới đây là các bước chính trong lắp ráp PCB SMT phải được tối ưu hóa để có một quy trình mạnh mẽ.
In Hàn
Sử dụng khuôn in và gạt mực, kem hàn được phân phối trên các bảng mạch in ở áp suất và tốc độ xác định. Khuôn in có các lỗ được gọi là “lỗ” đóng vai trò là mẫu cho kem hàn. Gạt mực đi qua màn hình cùng với kem cho phép kem làm ướt các miếng đệm PCB. Điều rất quan trọng là phải kiểm soát lượng kem hàn để đạt được mối hàn tốt.
Chọn và Đặt các Linh kiện
Một máy Pick and Place tự động hóa cao với nhiều cổng trục, cánh tay robot, bộ nạp linh kiện và camera. Cổng trục là bộ phận di chuyển cánh tay robot theo hướng ngang và dọc. Ở mỗi cánh tay, có một vòi phun để chọn và đặt các linh kiện vào bảng mạch. Một bàn làm việc được sử dụng để giữ và cố định PCB. Độ chính xác của vị trí là một thuộc tính chất lượng quan trọng để đạt được quy trình chọn và đặt tốt. Cầu hàn có thể xảy ra nếu có sự sai lệch trong quá trình đặt linh kiện.
Quá trình chảy lại
Bảng mạch in với các thành phần được gắn vào kem hàn ướt trải qua quá trình nung chảy lại. Dây chuyền lắp ráp bảng mạch in SMT thường được vận chuyển bằng băng tải, trong đó mỗi quy trình được sắp xếp theo quy trình sản xuất. Các đánh giá kỹ thuật phải được thực hiện để xác minh tính đồng nhất và nhất quán của nhiệt độ liên quan đến cấu hình bên trong lò nung chảy lại. Khuyến nghị từ nhà cung cấp về cấu hình nhiệt có thể được sử dụng làm cơ sở, bao gồm làm nóng trước, ngâm, nung chảy lại và giảm dần. Bước này là để cho phép kích hoạt chất trợ dung, làm tan chảy hoàn toàn kem hàn và đạt được mối nối được đóng rắn hoàn toàn. Lò nung chảy lại có khí Nitơ trơ bên trong để duy trì quy trình không bị nhiễm bẩn.
Kỹ thuật kiểm tra
Kiểm tra rất quan trọng trong các quy trình SMT để có phản hồi sớm về các vấn đề chất lượng do quy trình lắp ráp gây ra. Kiểm tra quang học tự động (AOI) là phương pháp phổ biến để kiểm tra PCB bằng camera có độ phân giải cao và kỹ thuật xử lý hình ảnh ở tốc độ rất cao. Máy AOI có thể được lập trình theo thiết kế của PCB để có thể chuyển đổi linh hoạt. Hiệu chuẩn và bảo trì là cần thiết để tránh các cuộc gọi sai trong quá trình kiểm tra AOI.
Một kỹ thuật kiểm tra không phá hủy khác là thông qua kiểm tra bằng tia X. Trong loại kiểm tra này, tia X được phép đi qua vật liệu để tạo ra hình ảnh thang độ xám hiển thị các cấu trúc bên trong, cụ thể là giao diện mối hàn. Kiểm tra bằng tia X có thể ở dạng hệ thống 2D hoặc 3D trong đó 2D có thể cung cấp hình ảnh phẳng trong khi 3D cung cấp thông tin thể tích của PCB.
Kiểm tra điện
Kiểm tra điện trong lắp ráp SMT có thể được thực hiện thông qua Kiểm tra trong mạch (ICT) hoặc Kiểm tra đầu dò bay trong đó mỗi kỹ thuật có những ưu điểm riêng so với kỹ thuật kia. Thiết lập ICT bao gồm đồ gá hoặc giường đinh để lấy số đo điện từ PCB. Nó phù hợp nhất cho thử nghiệm khối lượng lớn. Kiểm tra đầu dò bay bao gồm các đầu dò thử nghiệm sử dụng cánh tay rô bốt có thể linh hoạt di chuyển xung quanh PCB để kiểm tra sản phẩm. Kiểm tra chức năng cũng có thể được thực hiện để kiểm tra PCB trong khi mô phỏng các điều kiện hoạt động mà PCB sẽ phải chịu.
