Montaż kontraktowy elektroniki opiera się na dwóch podstawowych technologiach – SMD i THT – które różnią się sposobem mocowania komponentów do płytki drukowanej i wymagają odmiennych procesów produkcyjnych. W technologii SMD elementy lutowane są bezpośrednio na powierzchnię laminatu, bez przewlekania wyprowadzeń przez otwory. THT działa odwrotnie: nóżki komponentu przechodzą przez otwory w płytce i są lutowane od jej spodniej strony. Każda z tych metod ma swoje zastosowania i ograniczenia, a większość współczesnych projektów elektronicznych łączy obie na jednej płytce – co rodzi konkretne pytania projektowe i produkcyjne, które warto rozstrzygnąć zanim PCB trafi do zakładu montażowego. Zanim projekt trafi do zakładu wykonującego montaż kontraktowy, warto wiedzieć, czym obie technologie się różnią i jakie konsekwencje niesie połączenie ich na jednej płytce.
SMD – standard współczesnej elektroniki
SMD, czyli Surface Mount Device, to dziś dominująca technologia w produkcji elektronicznej. Elementy SMD nie mają klasycznych drucikowych wyprowadzeń przechodzących przez otwory w laminacie – lutowane są bezpośrednio do powierzchni płytki, na pola lutownicze pokryte pastą. Cały proces odbywa się z udziałem automatu pick & place, który pobiera komponenty z taśm i rolek, a następnie precyzyjnie umieszcza je na płytce zgodnie z plikiem montażowym. Tak przygotowana płytka trafia do pieca lutowniczego, gdzie pasta topi się i tworzy trwałe połączenie elektryczne.
Zalety tej technologii to przede wszystkim wysoka gęstość upakowania, możliwość montażu po obu stronach płytki, szybkość procesu i jego powtarzalność. Dla małoseryjnego zakładu najważniejsze jest jednak to, że automaty działające w trybie gniazdowym, czyli niezależnie od siebie, pozwalają prowadzić kilka zleceń jednocześnie. Brak komponentów do jednego projektu nie blokuje linii produkcyjnej dla pozostałych.
Odrębnym aspektem jest lutowanie komponentów szczególnie wrażliwych termicznie, takich jak diody LED dużej mocy. Standardowy piec tunelowy nie zawsze wystarcza – dlatego często stosowany jest również piec kondensacyjny, taki jak choćby używany w naszym zakładzie ASCON VP800, w którym lutowanie odbywa się w oparach obojętnej cieczy. Temperatura procesu jest w nim precyzyjniej kontrolowana, a ryzyko przegrzania wrażliwych elementów wyraźnie mniejsze.
THT – technologia przewlekana
THT (Through-Hole Technology) to starszy standard, w którym wyprowadzenia komponentów przechodzą przez otwory w płytce i są lutowane od jej odwrotnej strony. Pomimo że współczesna elektronika konsumencka niemal całkowicie przeszła na standard SMD, technologia THT pozostaje niezastąpiona wszędzie tam, gdzie liczy się mechaniczna wytrzymałość połączenia.
Złącza narażone na wielokrotne podłączanie i odpinanie kabli, transformatory, duże kondensatory elektrolityczne, przekaźniki, elementy obsługiwane przez użytkownika – to wszystko najczęściej trafia na płytkę właśnie w technologii przewlekanej. Wyprowadzenie przechodzące przez laminat i przylutowane od spodu tworzy połączenie, które jest w stanie przenieść siły mechaniczne nieporównywalnie większe niż pad powierzchniowy.
Lutowanie THT odbywa się w najczęściej na dwa sposoby – falą lutowniczą dla płytek, gdzie geometria rozmieszczenia komponentów na to pozwala, albo za pomocą selektywnej fali lutowniczej dla przypadków bardziej skomplikowanych. Selektywna fala pracuje w atmosferze azotu i pozwala precyzyjnie lutować wybrane obszary płytki bez narażania pozostałych elementów – co jest szczególnie ważne, gdy SMD i THT współistnieją na tej samej stronie laminatu.
Montaż mieszany – wyzwanie, które warto zaplanować z wyprzedzeniem
Większość współczesnych projektów elektronicznych to tzw. montaż mieszany – na jednej płytce znajdziemy zarówno komponenty SMD, jak i THT. I właśnie tu zaczyna się przestrzeń, w której decyzje projektowe mają bezpośrednie przełożenie na koszt i złożoność montażu.
Najprostszy scenariusz to taki, w którym wszystkie elementy SMD leżą po jednej stronie płytki, a THT jest umieszczone po tej samej stronie co SMD – wtedy lutowanie THT falą przebiega bez przeszkód, bo spoiwo nie natrafi po drodze na żaden komponent powierzchniowy. Sytuacja komplikuje się, gdy SMD znajdzie się od strony lutowania wyprowadzeń THT. Wówczas konieczne jest albo klejenie elementów SMD klejem przed lutowaniem falą, albo ich oddzielne lutowanie lutownicą ręczną, albo użycie selektywnej fali – każde z tych rozwiązań generuje dodatkowy czas i koszt.
Dobrą praktyką jest konsultowanie tych decyzji z zakładem montażowym jeszcze na etapie projektowania, zanim płytki zostaną zamówione. Zmiany footprintu lub rozmieszczenia komponentów są tanie w projekcie, ale kosztowne po zamówieniu gotowych PCB.
Kontrola jakości jako integralna część procesu
Montaż kontraktowy to nie tylko umieszczanie i lutowanie elementów. Po zakończeniu procesu produkcyjnego każda płytka może przejść przez tester AOI, który automatycznie weryfikuje poprawność osadzenia i przylutowania komponentów SMD. Uzupełnieniem jest kontrola wizualna pod mikroskopem cyfrowym oraz optycznym, szczególnie przydatna przy drobnych obudowach i połączeniach wymagających oceny niewidocznej dla gołego oka.
Warto zaznaczyć, że AOI kontroluje geometrię i obecność komponentów, nie testuje jednak funkcjonalności gotowego urządzenia. Uruchamianie i testowanie elektryczne spada wtedy na stronę zamawiającego – chyba że w zakresie zlecenia uwzględniono osobno procedury uruchomieniowe, które Securus również realizuje.
Prototypy i małe serie
Zakłady specjalizujące się wyłącznie w wielkich seriach działają według innej ekonomiki niż te nastawione na produkcję małoseryjną i prototypową. Przy nakładzie rzędu kilkudziesięciu lub kilkuset płytek znaczna część czasu produkcyjnego to przygotowanie – programowanie automatów, zamówienie i weryfikacja szablonu do pasty, kompletacja komponentów, ustawienie maszyn. Im mniejsza seria, tym większy udział tego czasu w całości zlecenia.
Dla projektantów składających pierwsze serie swoich projektów to istotna różnica: zamiast zamawiać tysiąc rezystorów, żeby pokryć zapotrzebowanie na sto płytek, można polegać na magazynie zakładu i skupić się na komponentach specjalistycznych, które rzeczywiście wymagają indywidualnego zamówienia.
