SMT là gì và vai trò của công nghệ SMT trong quá trình sản xuất linh kiện điện tử

"SMT là gì?" có lẽ đã trở thành một thuật ngữ rất quen thuộc trong các dây chuyền sản xuất linh kiện điện tử. Tuy nhiên, đối với những người không chuyên về lĩnh vực này, đây vẫn là một khái niệm khá mới mẻ. Vậy SMT là gì? Những ưu điểm và hạn chế của công nghệ SMT là gì? Hãy cùng Mytour khám phá qua bài viết dưới đây!

SMT là gì?

Công nghệ SMT (Surface Mount Technology) là một kỹ thuật dán bề mặt được sử dụng trong chế tạo linh kiện điện tử. Thay vì phương pháp hàn xuyên lỗ truyền thống, SMT sử dụng công nghệ hàn qua bể chì nóng để gắn các linh kiện lên bo mạch.

Công nghệ SMT được phát triển từ những năm 1960 và trở nên phổ biến vào cuối những năm 1980. IBM, tập đoàn nổi tiếng của Hoa Kỳ, có thể coi là một trong những đơn vị tiên phong trong việc ứng dụng công nghệ này.

Trước khi SMT ra đời, hầu hết linh kiện điện tử cần phải gia công cơ khí, thêm một mẩu kim loại vào hai đầu để hàn trực tiếp lên bề mặt mạch in. Tuy nhiên, với công nghệ SMT, mỗi linh kiện chỉ cần được cố định trên bề mặt mạch in với một diện tích rất nhỏ phủ chì, trong khi mặt còn lại của tấm PCB chỉ cần một chấm kem hàn.

Với sự phát triển của công nghệ SMT, kích thước linh kiện ngày càng được thu gọn, đồng thời giảm thiểu sự cần thiết phải sử dụng nhiều nhân công, tăng mức độ tự động hóa và giúp nâng cao hiệu quả sản xuất.

Hiện nay, các máy SMT được vận hành với độ chính xác rất cao, đảm bảo việc gắp và đặt linh kiện lên bảng mạch in với sai số cực kỳ nhỏ. Nhờ vào các công nghệ tiên tiến như xử lý ảnh, máy SMT trở thành thiết bị cơ khí chính xác, được điều khiển hoàn toàn bằng máy tính.

Dây chuyền SMT là gì?

Dây chuyền công nghệ SMT là một hệ thống sản xuất hiện đại và có tính ứng dụng cao trong việc chế tạo mạch điện tử. Nó giúp tối ưu hóa kích thước vi mạch, đồng thời cho phép gắn thêm các linh kiện như diode, điện trở, và tụ điện. Mạch in (PCB) cũng được thiết kế nhỏ gọn hơn so với phương pháp truyền thống.

Dây chuyền SMT có thể được chia thành hai loại chính: tự động và bán tự động. Quá trình gắn chip trên dây chuyền SMT thực hiện qua bốn bước: quét hợp kim hàn, gắn chip, gia nhiệt và làm mát, cuối cùng là kiểm tra và sửa lỗi. Mỗi bước trong quá trình lắp ráp linh kiện trên vi mạch phải được thực hiện đầy đủ và chính xác để hoàn thành công đoạn này.

Quy trình công nghệ SMT là gì?

Mặc dù khái niệm công nghệ SMT là giống nhau, các công ty khác nhau lại sử dụng các kỹ thuật gắn chip riêng biệt. Tuy nhiên, một quy trình chuẩn của dây chuyền công nghệ SMT bao gồm 4 bước cơ bản:

• Quét hợp kim hàn: Công đoạn này sử dụng kem hàn có dạng bột nhão với khả năng bám dính cao, thành phần thay đổi tùy vào loại linh kiện và công nghệ. Kem hàn được quét qua mặt nạ kim loại (metal mask hoặc stencil) trên PCB để tránh bám vào các vị trí không cần thiết. Sau đó, linh kiện sẽ được gắn vào vị trí đã quét kem hàn.
• Gắn chíp, gắn IC: Máy tự động lấy linh kiện từ băng chuyền hoặc khay và đặt chúng vào các vị trí đã quét kem hàn. Sau khi kem hàn được làm khô, PCB sẽ được lật mặt và gắn linh kiện ở mặt còn lại. Công nghệ SMT hiện đại cho phép gắn linh kiện ở cả hai mặt của mạch in cùng lúc.
• Gia nhiệt – làm mát: Tại lò sấy, PCB đi qua các khu vực nhiệt độ tăng dần, giúp linh kiện thích ứng với nhiệt độ cao. Kem hàn sẽ nóng chảy và kết dính các linh kiện lên PCB. Sau đó, khí nén được sử dụng để làm khô nhanh và loại bỏ các chất dơ, hóa chất còn sót lại.
• Kiểm tra và sửa lỗi: Máy kiểm tra quang học AOI (Automated Optical Inspection) hoặc X-ray sẽ được sử dụng để phát hiện các lỗi vị trí và tiếp xúc của linh kiện, cũng như kiểm tra kem hàn trên mạch in.

Các thiết bị sử dụng trong công nghệ SMT là gì?

Thiết bị SMT thụ động

SMT thụ động chủ yếu bao gồm các linh kiện như điện trở SMT có kích thước tiêu chuẩn hoặc tụ điện SMT với nhiều kích cỡ khác nhau. Một số kích thước gói phổ biến là: 1812, 0805, 1206, 0603, và các kích thước lớn hơn. Gói 1812, chẳng hạn, có kích thước 18 x 12/100 inch. Điện trở và tụ điện ngày càng nhỏ gọn, dễ sử dụng hơn. Mặc dù công nghệ dán mặt thụ động ít được ứng dụng hơn, nhưng trong các trường hợp yêu cầu công suất cao, SMT thụ động vẫn được ưa chuộng. Việc kết nối bảng mạch IC thông qua SMT thụ động sẽ được thực hiện qua khu vực hàn ở hai đầu của linh kiện.

Các bóng dẫn và Diốt

Bóng dẫn, bóng bán dẫn và điốt thường được đóng trong những gói nhựa nhỏ gọn. Điốt cho phép dòng điện chỉ chạy theo một chiều nhất định và được vẽ ở đầu gói. Bóng bán dẫn là thành phần cơ bản trong các mạch điện tử, đặc biệt là mạch máy tính, giúp điều chỉnh điện áp, chuyển mạch, dao động, khuếch đại và điều chế tín hiệu một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Mạch tích hợp

Mạch tích hợp trong công nghệ SMT được cung cấp qua các gói tích hợp đặc biệt. Những gói này được lựa chọn tùy theo mức độ kết nối cần thiết. Tuy nhiên, tác động của từng loại chip sẽ khác nhau đối với hệ thống SMT, phụ thuộc vào loại chip sử dụng.

• Các gói như SOIC (mạch tích hợp phác thảo nhỏ) dành cho các chip chính nhỏ, là phiên bản SMT của các gói DIL (Dual in line) cho các chip logic 74 series. Ngoài ra, có hai loại gói nhỏ hơn nữa là TSOP và SSOP.
• Chip VLSI được sử dụng cho các loại chip có kích thước lớn hơn và yêu cầu phương pháp xử lý khác. Các gói phẳng bốn chân thường có hình vuông hoặc hình chữ nhật với các chân phát ra phía trước. Khoảng cách giữa các chân sẽ thay đổi tùy theo số lượng chân của gói.
• Gói BGA (Ball Grid Array) là một trong những gói phổ biến hiện nay, thay vì kết nối ở bên cạnh, các kết nối được chuyển xuống dưới gói. Mặt dưới của gói có thể sử dụng toàn bộ diện tích với khoảng cách rộng hơn giữa các kết nối, mang lại độ tin cậy cao hơn.

Ưu và nhược điểm của công nghệ SMT là gì?

Những lợi ích vượt trội của công nghệ SMT

Câu hỏi về những lợi ích của công nghệ SMT là điều mà nhiều người quan tâm. Dưới đây là các điểm mạnh nổi bật của công nghệ này.

• Giảm rõ rệt kích thước của các linh kiện trên bo mạch như điện trở, tụ điện và các linh kiện bán dẫn khác. Linh kiện nhỏ nhất hiện nay có thể lắp ráp bằng công nghệ SMT có kích thước 0.1×0.1mm.
• Mật độ linh kiện trong công nghệ SMT cao hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống, giúp tối ưu diện tích trên bảng mạch.
• Linh kiện có thể được gắn trên cả hai mặt của bảng mạch, tăng cường khả năng sử dụng diện tích hiệu quả hơn.
• Mật độ kết nối cũng được cải thiện vì không có lỗ khoan gây cản trở việc định tuyến trên các lớp mạch, ngay cả với lớp mặt sau.
• Nhờ sức căng bề mặt của vật liệu hàn nóng chảy, các lỗi nhỏ trong quá trình gắn linh kiện sẽ được tự động sửa chữa, giúp các thành phần được căn chỉnh chính xác hơn.
• Hiệu suất cơ học của các linh kiện cũng được nâng cao, giảm thiểu tác động của va đập và rung động nhờ khối lượng nhẹ và cấu trúc chắc chắn.
• Điện trở và điện cảm được giảm thiểu tại các vị trí mối hàn, giúp hạn chế các hiệu ứng tín hiệu RF không mong muốn và cải thiện hiệu suất tần số cao.
• Hiệu suất EMC được cải thiện nhờ diện tích vòng bức xạ nhỏ và điện cảm dẫn thấp, giảm thiểu phát xạ bức xạ.
• Việc khoan lỗ trên PCB ít hơn, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình sản xuất.
• Công nghệ SMT yêu cầu mức độ chuyên môn hóa cao, với quy trình sản xuất đạt tỷ lệ 100% độ chính xác.
• Chi phí ban đầu và thời gian thiết lập cho sản xuất hàng loạt được tối ưu, đặc biệt khi sử dụng thiết bị tự động hóa.
• Quy trình lắp ráp tự động trở nên dễ dàng và nhanh chóng hơn, với một số máy có thể xử lý tới 136.000 linh kiện mỗi giờ.
• Mức độ tự động hóa rất cao, một số công đoạn của dây chuyền sản xuất có thể đạt 100% tự động như các công đoạn sau:

• Quy trình in kem hàn.
• Quy trình kiểm tra SPI.
• Quy trình gắn linh kiện (Chip Mounter).
• Quy trình hàn Reflow.
• Quy trình kiểm tra quang học (AOI) và kiểm tra X-RAY (50%).
• Quy trình rửa và sấy khô.
• Quy trình đóng gói thành phẩm.

Nhược điểm của công nghệ SMT

Mặc dù công nghệ SMT có rất nhiều ưu điểm, nhưng cũng tồn tại một số nhược điểm cần lưu ý. Vậy, những nhược điểm của SMT là gì?

• Các kết nối hàn của SMD có thể gặp phải hư hỏng do các hợp chất qua chu trình nhiệt.
• Với kích thước nhỏ và khoảng cách hẹp của các linh kiện SMT, việc lắp ráp thủ công hoặc sửa chữa linh kiện gặp khó khăn và yêu cầu kỹ năng cao cũng như công cụ đắt tiền.
• Việc gia công các linh kiện SMT nhỏ và hẹp đòi hỏi các công cụ đặc biệt như nhíp, kính hiển vi và các thiết bị chuyên dụng khác.

Các thành phần xuyên lỗ sẽ được giữ chắc chắn ở vị trí mong muốn dưới tác động của trọng lực sau khi lắp vào. Ngoài ra, để đảm bảo tính cơ học, có thể uốn cong các dây dẫn qua mặt hàn của bo mạch trước khi thực hiện quá trình hàn. Trong khi đó, linh kiện SMD lại dễ dàng bị dịch chuyển nếu có một tác động nhẹ từ thiết bị hàn.

Trên đây là những thông tin đầy đủ về câu hỏi “SMT là gì?”. Hy vọng bài viết sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về công nghệ SMT và ứng dụng hiệu quả vào quy trình sản xuất và kinh doanh. Hãy luôn theo dõi Mytour để không bỏ lỡ những thông tin hữu ích tiếp theo nhé.