Монтаж печатных плат: виды, особенности, области применения

Монтаж печатных плат — это ключевой этап в изготовлении электронных устройств, от которого напрямую зависит их надежность и производительность. Выбор правильного типа работ влияет на функциональность элемента, определяет его стоимость и возможность миниатюризации. В статье мы рассмотрим, как разные виды монтажа печатных плат помогают создавать современные электронные решения.

SMT

SMT (surface mount technology) — технология монтажа на поверхность (ТМП). При поверхностном монтаже все электронные элементы фиксируют на внешние стороны схемы. Выводы припаивают к металлизированным дорожкам, через пластину они не проходят. Благодаря такому способу электропроводящие цепи можно наносить на обе стороны. Они не вступают во взаимодействие друг с другом. Полезная рабочая площадь для фиксации деталей расширяется.

Преимущества поверхностной разновидности монтажа:

• не нужен большой размер платы, поскольку задействованы обе стороны;
• нет нужды в обработке, к примеру, не требуется сверлить отверстия;
• возможность организации групповой пайки всех микросхем одновременно.

К недостаткам можно отнести то, что при ТМП-фиксации нельзя подбирать компоненты низкого качества. Для работы потребуются инженеры с высокой квалификацией и монтажно-паяльные агрегаты с расширенной функциональностью.

Чтобы избежать перегрева при работе, нужно постоянно следить за электротермическими параметрами, а это усложняет и замедляет работу.

Почему SMT легко автоматизировать

У SMT-компонентов стандартные габариты и форма. Для их установки подойдет универсальное оборудование. Все стадии — от нанесения паяльного состава до пайки — реализуют на одной технологической линии с минимальным участием человека. Временные затраты и риск ошибок минимизируются.

Какая техника нужна:

1.  Станки для нанесения паяльной пасты. Эти установки наносят материал на контактные площадки через трафарет. Он точно совмещается со схемой, а паста распределяется равномерно. Есть системы автоматического выравнивания и контроля качества.
2. Машины для установки радиокомпонентов. Оборудование автоматически захватывает радиодетали с помощью вакуумных головок и устанавливает их с высокой точностью. Машины работают под управлением программного обеспечения, которое задает координаты и ориентацию каждого элемента. Одна такая машина способна устанавливать до 100 000 электронных единиц в час. Подходящий выбор при серийном выпуске.
3. Рефлоу-печи. После расположения составляющих готовое изделие проходит через печь. На выходе формируются надежные соединения. Датчики контролируют температурный профиль, поэтому перегрев радиоэлементов исключен.

Также полезны оптические и рентгеновские инспекционные системы. Эти аппараты проверяют качество реализованных манипуляций, выявляют дефекты, такие как дефицит паяльной пасты, смещение деталей.

На завершающем этапе в дело вступают приспособления для очистки. Нужно удалить остатки флюса и загрязнения после пайки, потому что мусор такого рода может снизить качество платы.

DIP (THT)

DIP (Dual In-line Package) или THT (through-hole technology) — это выводной монтаж, то есть, пайка происходит через отверстия платы. Припой осуществляют в ручном, автоматическом и полуавтоматическом режиме.

• В автоматическом режиме участие человека почти не требуется. Все процессы, включая подготовку компонентов, их монтаж, пайку и контроль качества выполняют машины.
• В полуавтоматическом режиме вручную размещают компоненты на плате. Затем плату помещают в паяльную станцию, где происходит пайка волной, при которой с помощью насоса подают поток расплавленного припоя, и он проходит через отверстия, соединяя компоненты.
• В ручном режиме мастер с паяльным оборудованием крепит буквально каждый контакт. DIP-монтаж отнимает много времени. Метод актуален при ограниченных производственных тиражах. Он также пригоден для индивидуальных заказов, когда стоит задача создать плату со сложнейшим исполнением.

Ручная DIP-методика часто необходима для проведения ремонтных операций.

Достоинства ТНТ-фиксации:

• контакты паяют в металлизированных отверстиях, что повышает надежность;
• можно брать компоненты среднего качества, и они будут выполнять свои функции;
• снижается риск перегрева деталей, они меньше повреждаются и не отслаиваются;
•  выводы можно припаять к внутренним слоям пластины.

Основной минус подхода — большой вес и внушительные размеры каждого элемента. Платы также придется обрабатывать: нужно проделать отверстия и металлизировать их. Передача сверхскоростных сигналов будет замедленной.

Смешанный тип (SMT + THT)

Это комбинация поверхностного монтажа (SMT) для миниатюрных компонентов и сквозного (THT) для крупных деталей. Оптимальный вариант для плат с разными требованиями, где нужны компактность и надежность соединений.

Когда целесообразно применять:

• если нужны как миниатюрные SMT-компоненты, так и мощные THT-элементы (трансформаторы, разъемы);
• для изготовления прототипов или мелкосерийных изделий, где важна экономия;
• в случаях, когда THT-детали дешевле или более доступны, чем их SMT-аналоги.

Минус в том, что комбинация SMT + THT сложна. Потребуется больше этапов обработки (пайка SMT, затем THT).

Инженеры тратят на такую работу больше времени. Увеличивается риск ошибок: повреждение деталей, отсутствие надежного припоя.

Еще один недостаток: с THT-компонентами невозможно достичь такой же компактности, как при чистом SMT-монтаже.

Монтаж радиоэлементов на плате может быть поверхностным, сквозным или гибридным. Технология SMT подойдет для серийного производства при создании компактной и высокопроизводительной продукции. THT обеспечивает надежность соединений для мощных компонентов и оптимальна для малых серий. Смешанный подход, в котором сочетаются разные виды монтажа печатных плат, необходим для комбинации миниатюрных SMT-компонентов и больших THT-элементов, когда нужно сэкономить на производственных процессах.