Jak budowane są układy elektroniczne?
Wraz z postępem technologii rozwinęły się różne metody łączenia podzespołów elektronicznych w układy. Najbardziej powszechną z nich są płytki drukowane (PCB). Jest to niezwykle uniwersalna metoda tworzenia obwodów elektronicznych, która towarzyszy nam już od dziesiątek lat. Obecnie płytki te stanowią bazowy element konstrukcyjny i funkcjonalny niemal wszystkich urządzeń elektronicznych.
W tym artykule poruszymy temat metod montażu elementów elektronicznych na płytkach PCB. Poniżej znajdziecie opis oraz charakterystykę najpopularniejszych technologii w tym zakresie.
Montaż przewlekany (THT)
THT (through-hole technology), czyli montaż przewlekany jest jedną z najstarszych technologii montażu obwodów drukowanych. Polega na umieszczaniu ich wyprowadzeń w galwanizowanych otworach przelotowych, a następnie lutowaniu ich po przeciwnej stronie płytki. Choć istnieją nowocześniejsze metody, THT nadal oferuje pewne istotne korzyści. Jedną z nich jest solidne połączenie mechaniczne między komponentem a płytką. Stabilność mechaniczna jest ważna zarówno w przypadku większych komponentów, jak i różnego rodzaju gniazd i złącz.
Kolejną zaletą komponentów przewlekanych jest ich łatwość montażu ręcznego. Nie wymagają one dużego doświadczenia ani specjalnego sprzętu poza zwyczajną lutownicą grotową. Można je z łatwością zamocować na płytkach stykowych lub prototypowych, co czyni je doskonałym wyborem w tworzeniu prototypów układów oraz różnych projektów hobbystycznych.
Komponenty przewlekane mają jednak pewne wady. Choć istnieją zautomatyzowane metody montażu oraz technologia lutowania na fali, montaż elementów przewlekanych w dalszym ciągu często odbywa się ręcznie. Ponadto, duży rozmiar części nie pozwala na wydajne wykorzystanie przestrzeni na płytce drukowanej ani budowanie urządzeń o niewielkich wymiarach.
Montaż powierzchniowy (SMT)
Technologia SMT (surface-mount technology) jest obecnie najbardziej powszechną metodą montażu. Stosowanie części montowanych powierzchniowo, czyli SMD (surface-mount device) niesie ze sobą liczne zalety. Daleko idąca miniaturyzacja komponentów pozwala na budowanie kompaktowych układów, o dużej gęstości połączeń. Co więcej, proces montażu odbywa się w całości automatycznie, co pozwala na wydajną, szybką i tanią produkcję płytek w dużych ilościach.
Najczęściej stosowaną metodą montażu komponentów SMD jest lutowanie rozpływowe (reflow soldering). Płytka PCB posiada odpowiednio rozmieszczone, odsłonięte pola warstwy miedzi (tzw. pady), na które nanoszone jest spoiwo lutownicze w postaci pasty. Komponenty SMD następnie układane są w odpowiednich miejscach na płytce. Lutowanie odbywa się w specjalnych piecach, gdzie następuje stopienie spoiwa i powstanie trwałych połączeń.
Z kolei ręczny montaż komponentów SMD, choć jest możliwy, wymaga ogromnego doświadczenia i precyzji. Znacznym utrudnieniem jest też brak oznaczeń na obudowach niektórych komponentów, co czyni je trudnymi do rozróżnienia.
Chip on board i WLCSP
Mając przed oczami typowy układ scalony często nie zdajemy sobie sprawy, że zdecydowaną większość jego obudowy zajmują cienkie przewody łączące chip z wyprowadzeniami. Sama płytka krzemowa znajdująca się pośrodku układu jest zdecydowanie mniejsza. Porzucając obudowę wraz z wyprowadzeniami możemy zaoszczędzić sporo miejsca i kosztów, zwłaszcza przy dużych seriach produkcyjnych. Pozwalają na to technologie WLCSP i COB.
WLCSP (wafer-level chip scale package) polega na tworzeniu połączeń oraz obudowy układów jeszcze na etapie wafla krzemowego, który następnie jest cięty. Powstałe w ten sposób układy scalone mają dokładnie takie same wymiary, jak tworzące je chipy krzemowe. Pozwala to na niespotykane dotąd poziomy miniaturyzacji urządzeń.
Z kolei technologia COB (chip on board) polega na montowaniu nagiego chipu krzemowego bezpośrednio na powierzchni płytki drukowanej. Następnie tworzone są połączenia elektryczne między nimi, na przykład z wykorzystaniem cienkich przewodów lub lutowania rozpływowego (metoda flip-chip). Technologię COB stosuje się również do produkcji wysokowydajnych diod LED stosowanych w produktach oświetleniowych.
Układy pozbawione obudowy są jednak narażone na uszkodzenia. Co więcej, tworzące je złącza półprzewodnikowe pod wpływem światła mogą zadziałać jak fotodiody. Indukowane przez nie fotoprądy mogą sprawić, że układ nie będzie działał poprawnie. Układy scalone bez obudowy muszą być zatem odpowiednio osłonięte. W tym celu stosuje się specjalne zalewy "glob-top". Tworzą one powłokę, która zabezpiecza płytkę krzemową wraz z połączeniami przed światłem i uszkodzeniami mechanicznymi.
Fot. 1. Układ scalony w technologii chip on board, w czarnej zalewie ochronnej
Jaką technologię wybrać?
Dobór komponentów jest istotnym aspektem każdego projektu elektronicznego. Często mamy do czynienia z sytuacją, gdy musimy wybrać jeden spośród wielu dostępnych typów obudowy oraz technologii montażu danego podzespołu. Od wyboru zależy, jak dobrze komponent spełni swoją funkcję. Nie jest to łatwe zadanie, dlatego z pomocą przychodzą nasi specjaliści w firmie InterElcom.
Oferujemy szeroki zakres usług oraz profesjonalne doradztwo w zakresie projektowania układów elektronicznych, doboru komponentów oraz montażu PCB. Zapraszamy do zapoznania się z portfolio naszych usług, a w razie jakichkolwiek pytań zachęcamy do kontaktu poprzez formularz na naszej stronie.
