Come si effettua l’assemblaggio delle schede smd?

Giorgio Morini

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Product Development

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Come effettuare l'assemblaggio delle schede smd....? Partiamo dalle basi!

Per parlare dell’assemblaggio delle schede SMD dobbiamo partire dalle basi.

Per esempio: Cosa vuol dire SMD? Cosa sono le schede SMD? 

SMD è un acronimo inglese che significa surface-mounted-device, che tradotto vuol dire: dispositivi a montaggio superficiale.

Qui il link alla pagina dedicata alla surface-mounted-technology di Wikipedia. 

Le schede elettroniche SMD sono infatti tutte quelle schede che montano solo componenti elettronici sulla superficie esterna, e che non necessitano dell’uso di fori passanti per essere montati.

Come ad esempio, piccole resistenze elettrichecondensatori, relètransistor, etc,. 

Qui il link alla pagina di Wikipedia con tutti i componenti elettronici. 

I componenti che invece hanno bisogno di fori sono detti Pin Through Hole (PTH), ma questa è un’altra storia.

Più in generale, la SMT (surface-mounted technology) è l’insieme di specifiche da seguire per produrre componenti elettronici SMD, e quindi schede SMD.

I vantaggi delle schede SMD?

  1. Riduzione delle dimensione dei componenti e quindi della scheda;
  2. Massima automazione ed efficienza nel processo di assemblaggio delle schede elettroniche con conseguente riduzione dei costi; (i piccoli componenti SMD sono molto più facili da maneggiare);
  3. I componenti possono essere montati su entrambe le facce della scheda, riducendo ancora le dimensioni finali. 

Qui puoi trovare altre info. (Link)

1. Distinta base e ricerca dei componenti

Come in tutti i processi di assemblaggio/produzione di schede elettroniche, anche per quelle SMD è fondamentale la redazione della distinta base con l’elenco dettagliato di tutti i componenti necessari. 

Il team di ingegneri dell’ufficio tecnico, durante il processo di progettazione della scheda elettronica, dovrà creare tutti i file vettoriali CAD da utilizzare durante l’assemblaggio delle schede SMD. Da questi file è ricavabile anche la distinta base con la lista completa di tutti i componenti elettronici. 

Oltre ai componenti SMD è fondamentale progettare e reperire il “circuito stampato”. Ovvero il supporto di vetro resina al quale verranno saldati tutti i componenti. 

2. Applicazione della pasta adesiva

Il primo vero e proprio processo di assemblaggio delle schede SMD comincia con l’applicazione della speciale pasta adesiva allo stagno

La pasta andrà spalmata su tutti i punti del circuito stampato su cui andranno posizionati i componenti SMD e servirà poi a saldarli. 

La pasta adesiva contiene particelle di stagno che passeranno allo stato liquido quando scaldate nel forno, saldando i componenti elettronici con il circuito stampato sottostante

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3. Posizionamento automatizzato dei componenti elettronici

Una volta che la pasta adesiva è stata applicata, il circuito stampato va trasportato verso i macchinari automatizzati che posizioneranno tutti i componenti elettronici SMD. 

Questi macchinari vengono comunemente chiamati “pick&place”. Come dice la parola in inglese, prelevano il componente dalle bobine e lo posizionano nel giusto punto sul circuito stampato

Il numero di componenti che una scheda elettronica SMD possiede, variano molto a seconda delle caratteristiche della scheda stessa. 

Possiamo dire, però, che comunemente una scheda elettronica personalizzata ha circa un migliaio di componenti. Le macchina di ultima generazione come le nostre, possono posizionare fino a 40 mila componenti all’ora. 

Si riesce a calcolare in fretta quale può essere il tempo per il posizionamento di tutti i componenti e quindi quello della produzione di una scheda elettronica. 

Spesso le aziende possiedono più di una macchina pick&place per il processo di assemblaggio delle schede SMD. Questo per aumentare la velocità di produzione delle schede ma anche per aumentare l’efficienza del processo produttivo. 

Si aumenta l’efficienza per esempio, dividendo il processo di assemblaggio delle schede elettroniche in due step

Nel primo la prima macchina pick&place posizionerà tutti i componenti piccoli e facilmente maneggiabili, che sono generalmente la maggior parte. Successivamente la seconda macchina pick&place si occuperà di posizionare tutti i componenti più grossolani e costosi che sono da maneggiare con cura, quindi a velocità più basse (anche del 40-50% minori). L’esempio principe è la scelta di tenere il micro-processore come ultimo componente da installare, proprio per il suo alto valore e onde evitare di danneggiarlo. 

4. Come saldare i componenti SMD?

Chi non si è posto questo dilemma la mattina appena svegliato? “Ma i componenti SMD come li saldo?”
Nessuno. Per fortuna. Mi auguro.
O perlomeno, nessuno “sano”.

Per quelli non “sani” che invece se lo sono posto, ecco la risposta.

Le schede elettroniche, che a questo punto hanno in posizione tutti i componenti SMD, verranno convogliate verso un speciale forno.
Una volta disposte sul nastro trasportatore passeranno nelle zone a riscaldamento progressivo del forno. Qui, gradualmente, si raggiungono circa i 400 gradi centigradi, sciogliendo la pasta adesiva allo stagno e saldando i componenti elettronici con il circuito stampato sottostante.
Le schede verranno poi fatte uscire da forno e lasciate raffreddare per qualche minuto.

Semplice semplice. Basta avere il forno giusto.

5. Ispezione ottica e collaudo funzionale delle schede elettroniche

Prima di esultare per aver finito l’assemblaggio delle schede SMD, occorre ispezionare e collaudare il tutto.

a) Per prima cosa bisognerà procedere con l’ispezione ottica.

Fino a qualche anno fa l’ispezione ottica si faceva con un operatore specializzato che, uno ad uno, controllava che ogni singolo componente fosse correttamente posizionato.

Le tecnologie moderne, per fortuna,  ci consentono di automatizzare anche questo processo.

Come?

Con una speciale macchina che fotografa in alta definizione ogni singolo componente, e paragona la foto con quelle di un database di riferimento.

Su questo database ci trovano tutte le foto di ogni componente correttamente posizionato e saldato.

Ogni qualvolta le due foto paragonate non combaciano, il macchinario segnalerà l’errore all’operatore che provvederà a ripararlo.

Una volta controllato che tutti i componenti elettronici sono al loro posto, passiamo allo step finale.

b) Il collaudo funzionale delle schede elettroniche.

Oltre all’ispezione ottica, è fondamentale collaudare la scheda elettronica prima di spedirla al cliente.

Questo perchè alcuni componenti elettronici potrebbero essere posizionati correttamente, ma avere i poli invertiti. L’inversione dei poli rappresenta il caso per eccellenza di errori riscontrabili solo con il collaudo funzionale delle schede elettroniche.

Un altro aspetto non secondario, è l’effetto che passaggio della corrente elettrica ha sul circuito elettronico della scheda. 

Una semplice ispezione ottica e un collaudo non-funzionale, non mettono in mostra gli effetti che la corrente reale “a piena potenza”, hanno sulla scheda.

Alcuni tipi di collaudo, come quello a letto d’aghi per esempio, possono verificare tutti i poli dei componenti, ma per esempio non possono far scorrere la corrente reale all’interno del circuito.

Il collaudo funzionale delle schede elettroniche ha il vantaggio anche di controllare se tutte le prese esterne della scheda elettronica sono montate diritte.

Pensa, per esempio, se i connettori esterni video sono montati al contrario. Non riusciresti ad agganciare la scheda allo schermo, però tutto il sistema risulterebbe comunque funzionante.

Quelli dell’ispezione e del collaudo funzionale erano gli ultimi step.

Ora puoi cominciare a festeggiare.

Ce l’abbiamo fatta. Abbiamo completato il processo di assemblaggio delle schede SMD.

Conclusioni

Cerchiamo di riepilogare velocemente l’intero processo. 

Innanzitutto conviene affidarsi a un team di ingegnere elettronici esperti e con anni di esperienza alle spalle. Da quest’ultimi parte il processo di selezione del circuito stampato e dei componenti. 

Infatti si occuperanno della progettazione della scheda elettronica tramite CAD e quindi della redazione della distinta base. 

Una volta completato questo processo, parte il vero e proprio processo di assemblaggio delle schede SMD

Cominciando con l’applicazione della pasta adesiva allo stagno e continuando con il posizionamento dei componenti con le macchine pick&place. 

Completato il posizionamento dei componenti basta una veloce passata in forno per completare la saldatura dei componenti SMD e il gioco è fatto. 

Ricordati di non tralasciare l’ispezione ottica e il collaudo funzionale delle schede elettroniche, e sarai sicuro di ottenere un prodotto perfetto al 100%.

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