Come si affronta il montaggio SMD? [Le 6 regole del Troll]

Giorgio Morini

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Product Development

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Come affrontare il montaggio SMD? - I 6 step del Troll

Il Troll è una creatura mitologica dei paesi del nord Europa, famoso per la sua caratteristica di accompagnare i viaggiatori nei boschi più cupi e tetri.
Come in quelle leggende anche adesso il Troll ci accompagnerà lungo questo oscuro percorso che è il montaggio SMD.

Partiamo con le basi. 

SMD è un acronimo inglese che sta per surface mounting device, ovvero dispositivi a montaggio superficiale. 

La SMD è una speciale tecnologia sviluppata a partire dagli anni ‘70 che prevede il montaggio di componenti elettronici, appositamente progettati, direttamente sulla superficie del circuito stampato

Il montaggio SMD è, quindi, il processo con cui si posizionano i componenti SMD sul circuito stampato, dando vita, così, a una scheda elettronica SMD. 

Il posizionamento dei componenti avviene grazie a speciali macchinari, chiamati “pick&place”.

Ma non lasciarti ingannare da questo breve riassunto, il processo è molto più articolato e affascinante di quello che sembra. 

Vediamo insieme gli step principali.

Prima di arrivare direttamente al montaggio SMD, occorre progettare la scheda elettronica. 

Come per ogni prodotto che si rispetti, infatti, anche le schede elettroniche vanno disegnate e progettate tramite software CAD

Serve un ufficio tecnico preparato e che sappia tradurre le richieste del cliente in uno schema elettrico

Con lo schema elettrico in mano, si passa poi allo sbroglio del circuito stampato. 

Lo sbroglio consiste nel posizionare tutti i vari componenti elettronici tramite software sul circuito stampato, arrivando ad avere uno schema 3D della scheda SMD. 

Lo sbroglio del circuito, oltre al disegno 3D, che servirà per essere mandato in produzione per guidare le macchine nel posizionamento dei componenti, produce anche la distinta base di tutti i componenti necessari per produrre la scheda. 

Con la distinta base siamo in grado, quindi, di reperire tutti i componenti SMD necessari e ricavare il costo di produzione della scheda stessa.

2. Dall’Ufficio Tecnico alla Produzione della Scheda Elettronica

Con i file 3D e la distinta base siamo pronti a cominciare il processo di montaggio SMD vero e proprio.

Si parte, ovviamente, recuperando tutti i componenti necessari. 

Con la distinta base abbiamo infatti la lista completa dei componenti SMD così come le dimensioni e le caratteristiche del circuito stampato. 

Con in mano anche i componenti SMD e il circuito stampato possiamo partire con la fase di assemblaggio SMD

Normalmente il reparto produzione è composto da una serie di magazzini per lo stoccaggio dei componenti, delle macchine per l’applicazione della pasta adesiva, i macchinari pick&place e un forno per la saldatura finale dei componenti.

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3. Il magazzino 4.0 e l’inizio del montaggio SMD

L’inizio della produzione delle schede elettroniche comincia appunto dai magazzini 4.0, la rivoluzione del nostro sistema produttivo

Qui infatti, vengono immagazzinati tramite speciali bobine tutti i componenti che andranno posizionati sul circuito stampato. 

Visto l’alto numero di componenti presenti su ogni scheda (si superano anche i 1000 componenti SMD per ogni scheda), è importante che i magazzini siano digitalizzati e che quindi, possano tenere traccia dei componenti disponibili. 

Se infatti è semplice mantenere sott’occhio i componenti per la produzione di poche schede, il tutto diventa complicato quando la produzione diventa di serie, producendo centinaia di schede al giorno. 

Il numero di componenti aumenta velocemente ed è indispensabile avere un sistema informatizzato per la gestione di tutti i componenti.

Noi non abbiamo lastre di marmo da trovare, ma componenti di alcuni millimetri nel nostro magazzino, ecco perchè abbiamo scelto di includere dei magazzini 4.0.
Qui l’articolo del Sole24Ore che ne racconta i vantaggi. 

4. Applicazione della pasta adesiva e posizionamento dei componenti

Una volta predisposti tutti i componenti diamo il via al vero e proprio montaggio SMD

Il processo inizia con l’applicazione della pasta adesiva allo stagno sul circuito stampato.

Il circuito stampato infatti è stato precedentemente progettato e prodotto, secondo le direttive dell’ufficio tecnico, e su di esso sono predisposti tutti gli spazi per accogliere i componenti SMD della scheda. 

Per applicare la pasta adesiva servirà una speciale maschera di metallo che andrà premuta contro il circuito stampato. 

La lamina metallica sarà già stata bucata in corrispondenza dei punti sulla scheda in cui andranno posizionati i componenti.

Una volta fissata la lamina saldamente contro la scheda, possiamo cominciare ad applicare la pasta. 

Possiamo infatti spalmarla liberamente sopra la nostra maschera e saremo sicuri che vada a finire solo in corrispondenza dei buchi, ovvero dei punti su circuito stampato predisposti per i componenti. 

Una volta spalmata la pasta adesiva allo stagno, possiamo togliere la maschera metallica e portare i circuiti stampati verso le macchine pick&place

Insieme al circuito stampato dovremo predisporre le bobine di componenti a fianco della macchina, così che possa prelevarli e posizionarli. 

La pick&place procederà fino a che non avrà posizionato tutti i componenti seguendo le direttive del file 3D prodotto dall’ufficio tecnico. 

Una volta completato il posizionamento dei componenti la schede verranno spostate verso il forno per completare il montaggio SMD.

5. La saldatura SMD

La scheda ha appena completato il processo di posizionamento di tutti i componenti SMD. 

I componenti sono però solo appoggiati sul circuito stampato e devono ancora essere saldati. 

La scheda, va quindi maneggiata con estrema attenzione. 

Le schede vengono a questo punto veicolate verso la zona con il forno. 

Qui attraverso un nastro trasportatore vengono fatte entrare nel forno. 

Il forno è composto da zone a temperature incrementali, progettate per portare la temperatura interna fino a raggiungere quella di fusione della pasta che abbiamo disposto a inizio processo. 

Una volta raggiunta questa temperatura, le palline di stagno che compongono la pasta si fondono, saldando tra loro i componenti con il circuito stampato sottostante

Una volta uscite dal forno le schede ci basta aspettare qualche minuto per dire completo il processo di montaggio SMD.

6. Non dimentichiamoci di ispezione e collaudo

Anche se è vero che qui si completa la fase di montaggio SMD, è importante non dimenticarsi delle fasi successive di ispezione ottica e collaudo della scheda elettronica. 

La prima è un processo veloce e spesso automatizzato, che permette di controllare se ogni singolo componente della scheda è stato posizionato correttamente.

Tutte le schede che superano il processo di ispezione ottica dovrebbero essere poi collaudate una ad una, senza eccezioni. 

Di tipologie di collaudi ce ne sono svariate ma quella che consigliamo è il collaudo di tipo funzionale. 

Con il collaudo funzionale si testa realmente la scheda elettronica applicando tutti i carichi, come se la scheda stesse lavorando in condizioni normali. 

Così si possono notare ulteriori errori di produzione, come per esempio un componente montato correttamente, ma a poli invertiti.

Conclusioni

Abbiamo visto molto velocemente come funziona il processo di montaggio SMD. 

Partendo dalla progettazione 3D della scheda elettronica, all’assemblaggio attraverso le macchine pick&place, e la saldatura tramite forno

Questo è il processo così come lo pratichiamo noi, da ormai quasi 30 anni, con l’assistenza del Troll. 

Hai domande? Qualche punto non è chiaro? 

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