Was ist Surface Mount-Technologie?

Sie sind in nahezu jedem handelsüblichen elektronischen Gerät zu finden - die Rede ist winzig kleinen Komponenten, die auf der Oberfläche von Platinen montiert werden.

 

Diese Montagetechnik wird auch als Surface Mount-Technologie bezeichnet und beschreibt eine Oberflächenmontage, durch welche die Bestückung von gedruckten Schaltungen (PCB) von Platinen und Leiterplatten vereinfacht wird.

 

Die zur Bestückung erforderlichen SMD-Bauteile sind in ihrer Bauform extrem klein und werden direkt auf die kupferkaschierte Seite der Platine gelötet. Diese Komponenten benötigen im Vergleich zu den bedrahteten Bauelementen für die Durchstecktechnik keine Bohrlöcher und deutlich weniger Platz. Zudem können sie bei dünneren Platinen sowohl auf die Bestückungsseite, als auch auf die Lötseite montiert werden.

 

Mit Hilfe von Surface Mount-Technologie Platinen kann eine vollautomatische Bestückung realisiert werden. Dadurch wird eine Bestückungsleistung von bis zu 100.000 SMD-Bauteilen und mehr pro Stunde erreicht. Aufgrund der extrem kleinen Bauform der SMD Bauteile, wird ein Code zur Beschriftung eingesetzt, welcher auf die Platine gedruckt wird. Durch das sogenannte Reflow-Verfahren werden die Lötverbindungen der SMD Bauteile mit den Leiterbahnen erzielt.

 

Bei diesem Verfahren wird mittels einem Druckverfahren auf die Leiterplatte die Lötpaste aufgetragen. Durch den Klebeeffekt des aufgebrachten Lots, können die Komponenten ohne zusätzliche Fixierung auf die Leiterplatte fixiert und durch den Ofen gefahren werden.

 

In den 1960er Jahren wurde die Oberflächenmontagetechnik von IBM entwickelt. Diese Technik wurde zum ersten Mal in den Computern der Saturn- und Apollo-Missionen eingesetzt. Die Entwicklung wurde damals mit den beengten Raum-und Platzverhältnissen in den Raumkapseln begründet. Auch die Reduzierung der Schaltungsimpedanz wurde als Grund genannt.

 

Der Automatisierungsgrad im Bau elektronischer Geräte begann in den 70er und 80er Jahren zu steigen. Herkömmliche Komponenten wie Leads erwiesen sich mit der Zeit als nicht einfach. Damit diese durch die Löcher passen konnten, mussten Widerstände und Kondensatoren ihre Leiter vorgeformt haben. Zudem mussten die Leiten für integrierte Schaltungen auf den exakten Abstand eingestellt werden, um sie einfach durch die Löcher platzieren zu können.

 

Die Komponentenleitungen müssen bei der Leiterplattentechnologie hingegen nicht direkt durch die Leiterplatte geführt werden. Ein Verlöten der Komponenten mit der Platine reicht aus. Daraus hat sich die Entwicklung der SMT-Technologie für die Oberflächenmontage ergeben. Die dadurch entstandenen Vorteile wurden realisiert, wodurch der Einsatz von SMT-Bauteilen enorm angestiegen ist.

 

Aufgrund der enormen Vorteile bei der Herstellung und Größe, verwenden heutzutage nahezu alle hergestellten Geräte die SMT-Technologie (Surface Mount-Technology). Dadurch wurde es möglich, vielmehr Elektronik auf viel kleinerem Raum zu verbauen.

 

Die Herstellung von elektronischen Leiterplatten wird mittlerweile fast ausschließlich über SMT realisiert. Diese Leiterplatten sind nicht nur kleiner, sondern bieten zudem oft eine bessere Leistung. Auch die Verwendung mit automatischen Bestückungsautomaten ist durchaus sinnvoll. Manuelle Eingriffe in den Montageprozess werden in den meisten Fällen überflüssig.

 

Neben den Größenvorteilen ermöglicht die Surface-Mount-Technologie die Verwendung von automatisierter Produktion und Löten. Erhebliche Verbesserungen der Zuverlässigkeit sind die Folge.

 

Weitere Vorteile der SMT gegenüber der älteren Durchgangslochtechnik:

 

1. Deutlich höhere Komponentendichte und viel mehr Verbindungen pro Komponente

2. Beidseitige Platzierung der Komponenten auf der Leiterplatte

3. Komponenten können auf beiden Seiten der Leiterplatte platziert werden

4. Höhere Verbindungsdichte, da Löcher den Routingraum auf den Innenschichten nicht blockieren

5.Unter Schock- und Vibrationsbedingungen eine bessere mechanische Leistung

6.Geringerer Widerstand und Induktivität am Anschluss; dadurch weniger unerwünschte HF-Signaleffekte und eine optimierte und vorhersagbare Hochfrequenzleistung

7. Geringere Strahlungsemission aufgrund der kleineren Strahlungsschleifenfläche und der geringeren Leitungsinduktivität.

8.Weniger Löcher müssen gebohrt werden. (Das Bohren von Leiterplatten ist zeitaufwändig und teuer.)

9.Für die EInrichtung der Massenproduktion mit automatisierten Geräten entstehen geringere Anschaffungskosten und Zeitaufwand

10.Einige Bestückungsautomaten können mehr als 136.000 Bauteile pro Stunde platzieren und dadurch eine einfachere und schnellere automatisierte Montage erreichen.

11.Die Kosten für viele SMT-Teile liegen deutlich unter gleichwertigen Durchgangslochteilen

12.Reduzierte Kosten für Platinen, Material und ein kontrollierter Herstellungsprozess

13.Redduzierung des Spurfräsens und der Größe der Platte sowie die Anzahl der Bohrungen

 

Die oben aufgeführten Vorteile der Surface Mount Technology bedeuten nicht zwangsläufig, dass die SMT-Montage immer weniger kostet. Vielmehr hängen die Kosten davon ab, wann und wie die Technologie zum Einsatz kommt.

 

Nachteile der SMT

 

1. Ungeeignet ist die SMT vorallem für große Hochleistungs- oder Hochspannungsteile

2.Zudem ist diese Technologie nicht als einzige Befestigungsmethode für Komponenten, die häufiger mechanischer Beanspruchung ausgesetzt sind, geeignet.

3.Oft sind für die manuelle Montage, Wartung oder Reparatur auch geschultes Personal und teure Werkzeuge erforderlich.

4.Die kleinen Bleiräume können Reparaturen erschweren.

5.Auch der Umgang mit kleinen SMT-Bauteilen kann sich als schwierig erweisen.

6. Im Gegensatz zu fast allen Durchgangsbohrungen sind grundsätzlich Pinzetten erforderlich.

 

Montageprozess für die Oberflächenmontage

 

Mit der Entwurfsphase beginnt der Montageprozess für die Oberflächenmontage. Die vielen verschiedenen Komponenten werden u.a. in dieser Phase ausgewählt. Zudem wird die Leiterplatte mit einem Softwarepaket wie Orcad oder Cadstar entworfen. Dieser Zeitpunkt eignet sich besonders, um viele Konstruktionsmerkmale zu integrieren. Dadurch soll eine reibungslose PRoduktion sichergestellt werden. Oft werden Schaltungen von der schematischen Entwurfsphase bis zum PCB-Layout zum Einsatz gebracht, wobei die Hauptaspekte in der Funktionalität liegen.

 

Nach der Fertigstellung des PCB-Designs und der Auswahl der Komponenten, werden im nächsten Schritt die Daten an eine Herstellerfirma geschickt und eingekauft. Dies erleichtert die Automatisierung enorm.

 

Komponenten sind auf viele verschiedene Arten erhältlich, z. B. auf Rollen, in Tuben oder in Tabletts . Am gängigsten sind die Komponenten auf Rollen, hier gilt es allerdings Mindestbestellmengen zu berücksichtigen. Komponenten werden auch häufig in Tuben oder in kurzen Bandstreifen angeliefert. Komponenten in losen Beuteln sollten möglichst gemieden werden, da dies zu Handplatzierungen oder der Notwendigkeit spezieller Futterteller führen kann.

 

Zudem sollte das Design der Leiterplatten berücksichtigt und eine Spezifikation erstellt werden. Dadurch soll sichergestellt werden, dass das künftige Format der Leiterplatten dem geeigneten Format der zu verwendenden Maschinen entspricht.

 

Neue Werkstoffe, ausgeklügelte Aufbau- und Verbindungstechnologien sowie Fertigungsmethoden – geprägt durch das Internet of Things – werden die Zukunft der Elektronik bestimmen. Der Blick in die Zukunft bleibt spannend.