SMT montáž PCB: technická reference pro odběratele

SMT (Surface Mount Technology) montáž je dominantním procesem pro připojování komponent na PCB v moderní výrobě elektroniky. Pochopení celého toku SMT vám umožní klást správné otázky při auditu továrny, zachytit selhání procesu včas a nastavit realistická očekávání výtěžnosti, než se zavážete k dodavateli PCB montáže.

Přehled

SMT umisťuje a pájí povrchově montované komponenty přímo na povrch PCB — bez prokovů vrtaných pro jednotlivé komponenty. Kompletní SMT linka běží: tisk pájecí pasty → SPI (inspekce pájecí pasty) → pick-and-place → reflow pec → AOI (automatická optická inspekce) → rentgen (pro skryté spoje) → funkční test. Každá fáze má měřitelné procesní kontroly; továrna, která vám nedokáže ukázat data z každé z nich, pracuje na naději, nikoli na procesní disciplíně.

Klíčové parametry

Parametr	Typická hodnota	Poznámky
Poměr plochy otvoru šablony	>0,66	Pod touto hodnotou se přenos pasty stává nespolehlivým
Rychlost tisku pasty	30–80 mm/s	Pomalejší = konzistentnější, rychlejší = vyšší propustnost
Tolerance objemu SPI	±15 %	Nános mimo rozsah předpovídá vady pájení
Přesnost pick-and-place	±0,05 mm (Cpk >1,33)	BGA a jemně roztečové QFP vyžadují těsnější
Likvidus SAC305	217 °C	Referenční bod bezolovnatého procesu
Vrchol reflow (SAC305)	235–250 °C	35 °C nad likvidem, dle J-STD-020
Čas nad likvidem	30–90 s	Příliš krátký = studené spoje; příliš dlouhý = poškození komponent
Výtěžnost na první průchod (dobrá továrna)	>98 %	>99,5 % je vynikající; <95 % indikuje procesní problémy
Limit dutin BGA — Class 2	<25 % na spoj	Dle IPC-7095C
Limit dutin BGA — Class 3	<10 % na spoj	Zdravotnictví, obrana, automobilový průmysl

Procesní kroky

1. Tisk pájecí pasty Kovová šablona (laserově řezaná, 0,12–0,15 mm tlustá pro standardní komponenty) je zarovnána nad PCB. Stěrka protlačí pájecí pastu otvory na pady. Kritické proměnné: tloušťka šablony, návrh otvoru, viskozita pasty, tlak stěrky (typicky 4–12 kg) a rychlost tisku. Pasta musí být před použitím při pokojové teplotě (studená pasta z lednice tiskne špatně). Pravidlo poměru plochy — plocha otvoru dělená plochou stěny otvoru musí přesáhnout 0,66 — řídí spolehlivé uvolnění pasty. Pod 0,66 pasta přemosťuje otvor a nepřenáší se čistě.

2. SPI — inspekce pájecí pasty 3D laserový nebo strukturovaného-světla měřicí systém naskenuje každý nános ihned po tisku. Kontroluje: objem (±15 % cíle), výšku, plošné pokrytí, přítomnost/nepřítomnost. Data SPI vstupují do statistického řízení procesu. Pokud továrna SPI přeskočí, objeví vady tisku až při AOI po reflow — kdy je oprava mnohem těžší.

3. Pick-and-Place Osazovací stroje — Fuji NXT, Panasonic NPM, JUKI FX-3 jsou v Číně běžné — odebírají komponenty z páskových/cívkových podavačů a umisťují je na nánosy pasty. Moderní stroje dosahují přesnosti ±0,05 mm při 20 000–50 000 osazeních za hodinu. Při auditu: ptejte se, které stroje jsou na lince, jejich stáří a datum poslední kalibrace. 10 let starý stroj s opotřebenými podavači bude osazovat nepřesně.

4. Reflow pájení Osazená deska projíždí 6–12zónovou konvekční pecí. Úplné detaily profilu viz článek Reflow pájení. Klíčové: profil pece musí být charakterizován pro vaši konkrétní desku (tepelná hmota, mix komponent) — nikoli generický uložený profil.

5. AOI — automatická optická inspekce Kamery s vysokým rozlišením kontrolují přítomnost komponent, polaritu, hodnotu (podle barevného kódování pasivních prvků), vzhled pájeného spoje. Klasifikace vad IPC-A-610 řídí kritéria přijetí/odmítnutí. Kritický bod: míra úspěšnosti AOI bez doprovodné míry odmítnutí je bezvýznamná. Vyžádejte si měsíční data výtěžnosti na první průchod a Paretovu analýzu vad — kategorie odmítnutí odhalí, s čím proces zápasí.

6. Rentgenová inspekce Vyžadováno pro BGA, QFN s velkými tepelnými pady a jakýkoli skrytý pájený spoj. 2D rentgen pro namátkové kontroly; 3D AXI pro výrobní objem. Úplné detaily o limitech dutin a vybavení viz článek Rentgenová inspekce.

7. Funkční test ICT (in-circuit test) používá přípravek bed-of-nails k ověření hodnot komponent a zkratů/přerušení. FCT (funkční obvodový test) napájí desku a procvičí firmware. Ne všechny továrny nabízejí obojí — před zadáním objednávky potvrďte, které testy jsou v rozsahu.

Co specifikovat při objednávce z Číny

Typ pasty: SAC305 (bezolovnatá, RoHS), Sn63Pb37 (olovnatá) nebo nízkoteplotní SnBiAg pro teplotně citlivé sestavy — nejprve potvrďte svůj požadavek na shodu
Třída IPC: specifikujte IPC-A-610 Class 2 (komerční) nebo Class 3 (vysoká spolehlivost) — řídí kritéria přijetí/odmítnutí při AOI a vizuální inspekci
Limit dutin BGA: pokud váš návrh obsahuje BGA, specifikujte maximální procento dutin dle IPC-7095C; výchozí Class 2 (<25 %), pokud vaše aplikace nevyžaduje Class 3
Pokrytí testy: specifikujte, zda je vyžadován ICT, FCT nebo obojí; poskytněte návrhové soubory testovacího přípravku nebo potvrďte, že je navrhne továrna
Reportování výtěžnosti: vyžadujte měsíční reporty CPK/výtěžnosti na první průchod podle kategorií vad — zaneste to do smlouvy

Kontroly kvality

Před výrobou:

Zkontrolujte soubor návrhu šablony — potvrďte poměry plochy otvorů pro všechny SMD pady, zejména pasivní prvky 0402 a 0201
Vyžádejte si data kvalifikace pasty (výsledky testovacího tisku s vaší šablonou)
Ověřte, že SPI je na lince nainstalován a funkční

Během výroby (pokud možno):

Zkontrolujte data SPI z prvního panelu nebo dvou
Zkontrolujte, že komponenty jsou nakládány ze správných cívek (číslo dílu, datový kód)

Vstupní inspekce / předexpediční:

Výběrový plán AQL dle ANSI/ASQ Z1.4; AQL 1,0 pro velké vady — pro první výrobní série zvažte profesionální službu kontroly kvality
Úplná vizuální + AOI korelační kontrola na vzorku
Rentgenová namátková kontrola na všech BGA pouzdrech ve vzorku

Otázky pro audit:

„Jaká je vaše měsíční výtěžnost na první průchod při AOI a jaké jsou 3 nejčastější kategorie vad?“
„Ukažte mi váš poslední SPC graf pro objem pasty na lince“
„Které pick-and-place stroje jsou na této lince a kdy byly naposledy kalibrovány?“

Časté problémy

Přemostění pájkou na jemně roztečových komponentách: obvykle vystopováno k přetisku pasty (příliš vysoký tlak stěrky, opotřebené otvory šablony) nebo k nesouosti mezi šablonou a PCB. Na QFP s roztečí 0,4 mm může přesazení šablony o 0,02 mm způsobit přemostění. Zkontrolujte stav šablony a kalibraci tiskárny.

Tombstoning na pasivech 0402/0201: jeden konec komponenty se během reflow nadzvedne. Hlavní příčiny: nevyvážený land pattern (nestejné velikosti padů), nevyvážený objem pasty mezi dvěma pady nebo asymetrický teplotní profil reflow. DFM revize zachytí problémy vyváženosti padů před výrobou.

Studené spoje BGA (přerušení po reflow): často způsobeno nedostatečnou vrcholovou teplotou, prohnutím desky během reflow nebo vlhkostí v BGA pouzdru (porušení MSL). Pokud vidíte rentgenové snímky ukazující neúplné zborcení kuličky nebo nepravidelnou geometrii spoje, vyžádejte si log teplotního profilu z dané série.

Související zdroje

Profily reflow pájení — podrobné parametry teplotního profilu
Kritéria přejímky IPC-A-610 — reference klasifikace vad
Výběrové plány AQL — jak nastavit předexpediční inspekci
Rentgenová inspekce — analýza dutin BGA
Pokyny pro DFM — návrhová pravidla zabraňující vadám SMT
Checklist auditu továrny
Služby kontroly kvality
Audit a verifikace továrny
Sourcing PCB výroby a SMT