Для каких случаев он актуален?
В целом, технологию поверхностного монтажа (то есть, SMT) можно назвать основой современного производства электроники, поскольку именно переход на миниатюрные SMD-компоненты и увеличение плотности их размещения на печатной плате позволили вывести компактность современных устройств на совершенно новый уровень. Причем не просто без потери, а с объективным приростом и функционала, и производительности.
К базовым преимуществам SMT-монтажа можно отнести:
- Возможность создания легких и компактных изделий.
- Повышение плотности их размещения, что улучшает электрические свойства платы.
- Возможность демонтажа и повышение ремонтопригодности.
- В отдельных случаях – экономия на производстве.
Однако именно небольшие размеры компонентов и высокая плотность их размещения и являются основным «камнем преткновения» при ручном монтаже. Поэтому качественная ручная сборка достаточно сложна и не используется массово. По крайней мере, на масштабных промышленных производствах. Вместо этого она применяется для:
- Прототипирования. То есть, одного из начальных этапов разработки электронного устройства, на котором создается работающий прототип, использующийся для тестирования различных решений, проверки функционала и работоспособности.
- Усовершенствовании схемы. Прототипирование и разработка новых устройств – итеративный процесс. То есть, после тестирования в устройство вносятся изменения, которые зачастую относятся и к доработке и видоизменению электрической схемы и перечня используемых в ней компонентов. Кроме того, многие энтузиасты-радиолюбители также занимаются самостоятельной доработкой заводских решений с целью улучшения свойств серийного изделия или оптимизации его «под себя». И логично, что используют они не профессиональное автоматизированное оборудование.
- Ремонта. Обычно устройство выходит из строя из-за повреждения или выхода из строя одного конкретного компонента. Соответственно, гораздо выгоднее заменить исключительно его, а не менять всю печатную плату целиком. Причем иногда демонтаж с использованием автоматики затруднителен, и именно в этом случае работают вручную.
- Мелкосерийного производства. В этом случае тратить средства на покупку дорогостоящего автоматизированного оборудования просто нецелесообразно. Кроме того, отказ от автоматики иногда ускоряет производство, так как не приходится тратить время на настройку систем автоматизированного монтажа.
Методы монтажа
Вопреки названию, существует не один, а два метода:
- Полностью ручной – расстановка компонентов пинцетом или вакуумным пинцетом на предварительно нанесенную паяльную пасту, которая играет роль адгезива. Актуален во время ремонта или производства опытных образцов электронных изделий из небольшого количества крупных комплектующих с большим шагом выводов.
- С помощью ручных манипуляторов – обеспечивает гораздо более высокую точность расстановки и скорость работы и позволяет работать с комплектующими с малыми расстояниями между выводами и с высокой плотностью размещения на печатной плате.
Производительность опытного сотрудника, работающего такими методами, может достигать нескольких сотен элементов в час.
Способы пайки
Ручной монтаж SMD-компонентов не связан с ручной пайкой неразрывно. Да, в отдельных случаях (например, при замене конкретного относительно крупного компонента во время ремонта) она может эффективно использоваться. Однако даже при прототипировании и мелкосерийном производстве чаще ручной монтаж (то есть, этап размещения компонентов на печатной плате на предварительно подготовленных контактных площадках) сопровождается не точечной работой паяльником, а более прогрессивными методами пайки. Ровно, как и нанесение паяльной пасты, которая удерживает компоненты на своих местах.
В паре с ручным SMT-монтажом обычно используют либо пайку волной припоя, либо оплавлением.
- Пайка оплавлением использует ИК или конвекционный нагрев платы, а компоненты устанавливаются на паяльную пасту, которая наносится либо трафаретной печатью, либо вручную, из шприца.
- Пайка волной предполагает воздействие волны расплавленного припоя на печатную плату в течение нескольких секунд с последующим его осаждением на выводах и контактных площадках. Соответственно, компоненты предварительно должны быть жестко зафиксированы. Для этого под каждый элемент между контактными площадками предварительно наносится клей методом трафаретной печати или дозатором, который принудительно полимеризуется в сушильных печах. А непосредственно установка компонентов осуществляется так же, как и для пайки оплавлением.
Плюсы и минусы
Ручной монтаж SMD, определенно, не самый универсальный и лучший метод. Однако у него определенно есть свои преимущества:
- визуальный контроль установки каждого компонента,
- крайне высокая вероятность совпадения выводов и контактных площадок,
- снижение затрат на перенастройку автоматизированных установщиков компонентов под каждую партию,
- возможность «на ходу» модернизировать прототип,
- индивидуальный порядок работы с каждым комплектующим.
Но есть и очевидные минусы:
- производительность даже опытного сотрудника ниже, чем у автоматизированной системы,
- стоимость ручного труда при массовом производстве всегда выше машинного,
- трудности с изготовлением сложных устройств из большого количества разнотипных плотно расположенных элементов,
- риск брака в результате человеческой ошибки,
- большая зависимость качества работы от профессионализма и внимательности сотрудника.
Подведем итог
На первый взгляд ручной монтаж SMD может казаться относительно несовременной, если не сказать устаревшей технологией. Особенно если смотреть на нее с точки зрения крупного производителя, осуществляющего промышленный выпуск электронных приборов, число которых исчисляется тысячами и миллионами копий. Однако в отдельных ситуациях она все же оказывается достаточно эффективной, чтобы все еще достаточно активно использоваться. Причем не только энтузиастами, но и профессионалами. Например, сотрудниками сервисных центров, занимающихся ремонтом электронных приборов, а также инженерами, работающими над прототипами будущих коммерческих моделей. И именно это, вкупе с определенными преимуществами, перечисленными нами в тексте статьи, не позволяет списывать ее со счетов.
