SMT là gì?

SMT (Surface Mount Technology) được hiểu là công nghệ gắn kết bề mặt. Công nghệ này cho phép chế tạo các bo mạch bằng phương pháp hàn qua các bể chì nóng thay cho phương pháp xuyên lỗ truyền thống. Trong đó các thành phần điện, linh kiện điện tử được gắn trực tiếp lên bề mặt của bảng mạch in (PCB). Đây là một phương pháp chế tạo bảng mạch phổ biến trên các dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử tự động, bán tự động. 

Trước khi công nghệ SMT xuất hiện, người ta phải gia công cơ khí để đính thêm một mẩu kim loại vào hai đầu sao cho có thể hàn trực tiếp lên trên bề mặt mạch in. Khi SMT ra đời, mỗi linh kiện sẽ được cố định trên bề mặt bằng chì, và ở mặt kia của tấm PCB linh kiện cũng chỉ được cố định bằng một chấm kem hàn tương tự.

Dây chuyền công nghệ SMT là loại dây chuyền hiện đại, được ứng dụng phổ biến trong quy trình sản xuất mạch điện tử. Với yêu cầu nhỏ, gọn, di động của các sản phẩm điện tử ngày nay, dây chuyền SMT giúp tối ưu hóa kích thước của các PCB. Đồng thời, cũng giúp gắn thêm nhiều thiết bị như Diot, điện trở, tụ điện. Tùy theo mức độ tự động hóa, dây chuyền SMT được chia thành 2 loại:

• Dây chuyền SMT tự động 
• Dây chuyền SMT bán tự động

Các thiết bị sử dụng trong SMT

SMT thụ động:

Có khá nhiều khái niệm khác nhau về SMT thụ động. Và để thống nhất trong ngành công nghiệp sản xuất, các kĩ sư đã thống nhất SMT thụ động là các điện trở SMD hoặc tụ điện SMD có kích thước được gói tiêu chuẩn hoá.

Về điện trở và tụ điện sẽ có nhiều kích cỡ gói khác nhau, bao gồm: 1812, 0805, 1206, 0603, 0402 và 0201. Và những kích thước được đề cập có thể lên tới hàng trăm inch. Hiện tại thì chúng không được sử dụng phổ biến bởi có nhiều linh kiện nhỏ hơn, tuy nhiên vẫn có thể tìm thấy SMT thụ động trong các ứng dụng khi cần đến nguồn năng lượng lớn hơn.

Diode và các linh kiện bán dẫn:

Thông thường, các bóng dẫn và Diode sẽ được chứa trong các gói nhựa có kích thước tương đối nhỏ. Các Diode sẽ cho phép dòng điện chạy theo một hướng và được vẽ trên đầu. Một bóng bán dẫn là khối xây dựng cơ bản cho các mạch máy tính và một số thiết bị điện tử khác, nó phản ứng nhanh và sử dụng với chức năng điều chỉnh điện áp, chuyển mạch, dao động, khuếch đại và điều chế tín hiệu.

Mạch tích hợp:

Các mạch tích hợp bên trong công nghệ SMT sẽ được trang bị các gói tích hợp và được thiết kế tùy biến theo mức độ kết nối cần thiết. Tùy vào đặc thù từng doanh nghiệp cũng như từng loại chip khác nhau mà hệ thống SMT cũng có những sự thay đổi nhất định:

• Các con chip nhỏ sẽ sử dụng các gói tích hợp SOIC, ví dụ như sử dụng cho các chip logic 74 series quen thuộc. Bên cạnh đó các gói phiên bản nhỏ hơn bao gồm TSOP và SSOP.
• Các con chip lớn hơn và đòi hỏi tiếp cận trực tiếp hơn sẽ sử dụng gói tích hợp VLSI, với đặc trưng là kiểu chân hình vuông hoặc hình chữ nhật.
• Bên cạnh đó là chip BGA (Ball Grid Array) được sử dụng trong nhiều ứng dụng. Thay vì có các kết nối ở bên cạnh thì chúng ở bên dưới gói. Vì toàn bộ mặt dưới của gói có thể được sử dụng khoảng cách của các kết nối rộng hơn và nó được cho đáng tin cậy hơn nhiều.

Máy thi công SMT

Ưu điểm của công nghệ SMT

• Chi phí sản xuất: Một trong những lý do khiến việc lắp ráp SMT được hình thành là để giảm chi phí sản xuất. SMT yêu cầu phải khoan ít lỗ hơn rất nhiều trên bảng mạch. Điều này làm giảm đáng kể chi phí xử lý và xử lý. Cuối cùng, SMT có nhiều khả năng tạo ra khối lượng lớn, cho phép chi phí trên mỗi đơn vị tốt hơn.
• Hiệu quả: Một lợi ích khác của lắp ráp SMT là nó sử dụng không gian bảng mạch theo cách hiệu quả hơn nhiều. Nhờ lắp ráp SMT, các kỹ sư hiện có thể biến các thiết bị điện tử phức tạp thành các cụm nhỏ hơn. Ngoài việc sử dụng hiệu quả hơn không gian trên PCB, lắp ráp SMT nhanh hơn nhiều, cho phép các nhà sản xuất tăng tổng sản lượng. Để đặt điều này trong viễn cảnh, một cái gì đó có thể mất 1-2 giờ để thực hiện, việc lắp ráp SMT chỉ mất 10 – 15 phút.
• Tính đơn giản: Trong lắp ráp xuyên lỗ, dây dẫn đi qua các lỗ để kết nối các thành phần. Vì các thành phần SMT được hàn ngay trên PCB nên cấu trúc tổng thể ít phức tạp hơn nhiều .
• Ít lỗi: Việc lắp ráp SMT phụ thuộc rất nhiều vào máy móc chứ không phụ thuộc quá nhiều vào con người. SMT là một quy trình ít bị lỗi vì nó gần như hoàn toàn tự động.
• Phát ra bức xạ thấp: Có lẽ, một trong những ưu điểm đáng kể nhất của công nghệ SMT là phát bức xạ thấp. Khi lắp ráp các bộ phận bằng SMT, bạn sẽ gặp phải lượng bức xạ thấp. Do đó, nó có nghĩa là SMT là một phương pháp lắp ráp an toàn hơn một chút so với các phương pháp lắp ráp khác.

Nhược điểm

Như một số các quy trình sản xuất khác, công nghệ SMT có một số nhược điểm.

Điểm lớn nhất là nó đòi hỏi sự chú ý đến chi tiết cao hơn nhiều so với lắp ráp linh kiện xuyên lỗ. Ngay cả với các quy trình phần lớn được tự động hóa, các thông số thiết kế của bạn vẫn phải được đáp ứng để tạo ra sản phẩm cuối cùng chất lượng. Điều này phần lớn rơi vào vai của nhà thiết kế và nhà sản xuất điện tử. 

Rắc rối cũng có thể phát sinh khi SMT được sử dụng để đặt các thành phần vào PCB, nó sẽ hoạt động trong các điều kiện liên quan đến:

• Ứng suất cơ học
• Môi trường áp lực
• Điều chỉnh nhiệt độ

Vấn đề này có thể được giảm thiểu bằng cách kết hợp SMT với các quy trình xuyên lỗ để có được những lợi ích của cả hai.

Sự khác nhau giữa SMD và SMT

Với SMT (Công nghệ gắn kết bề mặt) là toàn bộ công nghệ liên quan đến việc hàn và gắn các thành phần điện tử trên bảng mạch. Các tính năng điện tử bao gồm tụ điện, điện trở và bóng bán dẫn trên PCB, chưa kể đến một số ít. Mặc dù bạn có thể đặt các miếng thủ công, nhưng hầu hết, các nhà sản xuất sử dụng máy móc đặc biệt. Với máy móc, kết quả chủ yếu là hoàn hảo và chất lượng cao. 

Máy SMT đặc biệt, chủ yếu được gọi là máy Pick-and-Place, cẩn thận chọn và đặt tất cả các thành phần và đặt chúng trên bảng mạch. Một lần nữa, bạn có thể thực hiện việc này theo cách thủ công nếu bạn muốn hoặc có kinh nghiệm làm việc đó theo cách thủ công. Tuy nhiên, bạn có thể phải đi chọn và đặt máy theo yêu cầu để có kết quả tốt nhất cho sản phẩm tốt nhất cho kết quả tốt nhất. 

Surface Mount Devices (SMD) là các linh kiện được nhà sản xuất gắn trên mạch điện tử để mạch hoạt động. SMT là công nghệ, trong khi SMD là các bộ phận phù hợp với bảng mạch trần. Các thành phần cơ bản phải tìm đường đến bảng bằng quy trình SMT. Hầu hết, các nhà sản xuất sẵn sàng sử dụng máy móc cạnh tranh để gắn và hàn SMD trên một bảng mạch trần. 

Trong giai đoạn đầu, việc đặt các thiết bị gắn trên bề mặt chủ yếu được thực hiện bằng tay. Tuy nhiên, với công nghệ được cải tiến, máy chọn và đặt đã đảm nhận vai trò này. Những chiếc máy này hoàn hảo để chọn và đặt tất cả các bộ phận trên bảng mạch. Họ thực hiện công việc nhanh hơn và hiệu quả hơn nhiều so với việc chọn và đặt các thành phần theo cách thủ công. 

Quy trình chuẩn của công nghệ SMT

• Quét hợp kim hàn: Kem hàn sẽ được công nhân quét qua lỗ của một mặt nạ kim loại (metal mask hoặc stencil). Sau đó được đặt trên PCB để tránh dính vào bộ phận khác của linh kiện. Sau đó, chuyển sang công đoạn gắn linh kiện.
• Gắn chíp, gắn IC: Công nghệ SMT tự động gỡ linh kiện từ băng chuyền hoặc khay và đặt vào vị trí tương ứng đã được quét kem hàn. Sau khi lớp kem được sấy khô, các PCB sẽ được lật mặt và tiến hành gắn lặp lại.
• Gia nhiệt – làm mát: Trong mỗi nhà máy, công đoạn gia nhiệt sẽ được thực hiện ở các lò sấy – khu vực có nhiệt độ tăng dần để linh kiện có thể thích ứng. Đến mức nhiệt độ đủ lớn, lớp kem hàn sẽ nóng chảy, dán chặt lớp linh kiện lên PCB. Sau đó chúng được làm mát bằng cách rửa với một số hóa chất, dung môi và nước, rồi dùng khí nén làm khô nhanh.
• Kiểm tra và sửa lỗi: Trong các phân xưởng ngành linh kiện điện tử, người ta sử dụng máy AOI (Automated Optical Inspection) quang học hoặc X-ray để kiểm tra chất lượng thành phẩm. Các thiết bị này cho phép phát hiện các lỗi vị trí, lỗi tiếp xúc của các linh kiện và kem hàn trên bề mặt của mạch in.

Ứng dụng công nghệ SMT

Công nghệ gắn kết bề mặt được sử dụng rất nhiều trong sản xuất gần như tất cả các vi mạch điện tử ngày nay. Công nghệ Surface Mount có thể sử dụng để gắn hầu hết các thành phần điện trên PCB. 

Công nghệ này đóng gói nhiều linh kiện điện tử hơn vào không gian nhỏ hơn trên PCB. SMT là một công nghệ sẽ tiếp tục phát triển trong những năm tới và nó sẽ không sớm kết thúc. Nếu bạn là một nhà lắp ráp bảng mạch in, thì cách tốt nhất là sử dụng công nghệ này. Mặc dù nó có thể khiến bạn tốn nhiều chi phí hơn, nhưng SMT là một trong những công nghệ tốt nhất để sử dụng.