SMT là gì? Công nghệ SMT trong sản xuất điện tử

Trong những năm gần đây, xu hướng thiết kế thiết bị, linh kiện điện tử chính đó là ngày càng nhỏ gọn nhưng vẫn dữ được hiệu năng, sự chính xác và chuẩn mực. Điều đó đòi hỏi và thúc đẩy các công ty công nghệ hàng đầu phát triển những phương thức hiện đại hơn nữa để hỗ trợ cho quá trình sản xuất, lắp ráp và gắn linh kiện.

Để đáp ứng những yêu cầu đó, hệ thống công nghệ SMT được ứng dụng và dần trở nên quan trọng trong lĩnh vực điện tử ngày nay. Sau đây, KYODO giới thiệu về hệ thống SMT là gì? Những điều về SMT bạn nên biết.

I. Công nghệ SMT là gì?

SMT – Surface Mount Technology được hiểu là Công nghệ dán bề mặt quy trình lắp ráp các linh kiện điện tử trực tiếp lên bề mặt bảng mạch in (PCB) mà không cần các chân dính (leads) như trong công nghệ lắp rời (Through-Hole Technology – THT). Trong quy trình SMT, các linh kiện điện tử nhỏ như vi mạch, bóng IC, điện trở, tụ điện và các linh kiện bề mặt nhỏ khác được đặt lên bề mặt PCB đã được phủ lớp chất dẻo đặc biệt giúp hàn.

Điều này cho phép các linh kiện điện tử nhỏ gọn (Surface Mount Device SMD) được gắn trực tiếp lên bề mặt PCB, giúp tiết kiệm diện tích và làm cho quá trình sản xuất tự động hóa trở nên hiệu quả hơn.

Surface Mount Technology

Công nghệ SMT được phát triển từ những năm 1960, và tập đoàn IBM Hoa Kì là một trong những đơn vị tiên phong sử dụng công nghệ này. Thành phần điện tử cần đến công nghệ SMT thường có kích thước nhỏ và dùng nhiều thành phần tụ điện và điện trở. Phương pháp này có ưu điểm là mức tự động hoá cao, giúp tiết kiệm tối đa chi phí và gia tăng sản lượng vì không yêu cầu quá nhiều nhân công tham gia sản xuất, sau đó các sản phẩm điện tử có thể hoạt động với tốc độ cao và hiệu suất đáng kể hơn so với các sản phẩm truyền thống lắp rời.

PCB là gì?

PCB là viết tắt của “Printed Circuit Board” – bảng mạch in. PCB là một thành phần quan trọng trong các thiết bị điện tử. Nó là một tấm mạch in được thiết kế để kết nối các linh kiện điện tử với nhau thông qua các đường mạch dẫn điện. PCB thường được làm bằng vật liệu cách điện có tính dẫn điện, chẳng hạn như sợi thủy tinh hoặc sợi cacbon.

PCB có thể được thiết kế và sản xuất theo nhiều kích thước và hình dạng khác nhau đến mức độ tăng dần để linh kiện có thể thích ứng tùy thuộc vào yêu cầu của thiết bị điện tử cụ thể. PCB với công nghệ chế tạo các bo mạch bằng lớp chống hàn, lớp chống ăn mòn để bảo vệ thiết bị khỏi các yếu tố môi trường. Các bảng mạch in được sử dụng trong nhiều ứng dụng, từ điện thoại di động và máy tính cá nhân đến máy chủ và thiết bị y tế.

PCB là gì?
Bảng mạch in PCB

Công nghệ SMT BGA (Surface Mount Technology on Ball Grid Array)

Mảng lưới bóng (BGA) là một loại công nghệ gắn trên bề mặt (SMT) được sử dụng để đóng gói các mạch tích hợp. BGA được tạo thành từ nhiều lớp chồng chéo có thể chứa từ một đến một triệu bộ ghép kênh, cổng logic, flip-flop hoặc các mạch khác.

BGA sử dụng các bóng hàn được đặt trên bảng mạch in (PCB). Các bóng hàn này có chức năng kết nối linh kiện với bề mặt PCB thông qua quá trình hấp dẫn nhiệt.

BGA (Ball Grid Array) được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm các sản phẩm điện tử tiêu dùng như điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính cá nhân, và các ứng dụng công nghiệp như điều khiển tự động hóa, máy chủ, thiết bị y tế, và nhiều lĩnh vực khác. BGA cung cấp các ưu điểm vượt trội trong việc tích hợp và tối ưu hóa hiệu suất của sản phẩm điện tử.

II. Dây chuyền sản xuất

Dây chuyền sản xuất SMT hiện đại được sử dụng để làm ra các sản phẩm mạch điện tử với các yêu cầu nhỏ, gọn, linh hoạt. Dây chuyền giúp tối ưu hóa kích thước của các PCB, đồng thời, cũng giúp gắn thêm nhiều thiết bị như Diot, điện trở, tụ điện. Phương pháp gắn bề mặt hỗ trợ trực tiếp quá trình sản xuất trở nên nhanh chóng, bớt cồng kềnh và cực kỳ hiệu quả. Đây đang là công nghệ cốt lõi của đa số dây chuyền lắp ráp linh kiện điện tử hiện nay trên thế giới.

Tham khảo: Phòng sạch điện tử là gì?

Phân loại

  • Căn cứ vào mức độ tự động hóa: Dây chuyền tự động và bán tự động
  • Căn cứ vào quy mô và kích thước dây chuyền: Nhỏ, vừa và lớn
Dây chuyền SMT là công nghệ được sử dụng trong sản xuất mạch điện tử
Dây chuyền SMT là công nghệ được sử dụng trong sản xuất mạch điện tử

Quy trình lắp ráp linh kiện

  1. Chuẩn bị: PCB được làm sạch và kiểm tra trước khi lắp ráp để đảm bảo rằng bề mặt PCB là sạch và không có vết nứt hay hỏng hóc nào.
  2. Lấy linh kiện từ băng chuyền hoặc khay.
  3. Đặt linh kiện lên PCB  lên vị trí tương ứng trên bề mặt PCB.
  4. Quét kem hàn: Sau khi linh kiện đã được đặt lên vị trí, một lượng nhỏ kem hàn dạng bột nhão, tính bám dính cao sẽ được đặt lên các điểm hàn (pads) trên PCB để chuẩn bị cho quá trình hàn.
  5. Hấp dẫn nhiệt (Reflow): Tại lò sấy PCB để linh kiện từ băng chuyền hoặc khay và đặt vào vị trí tương ứng đã được quét kem hàn. Trong quá trình này, kem hàn sẽ chảy và hàn linh kiện vào vị trí trên PCB.
  6. Kiểm tra và kiểm tra cuối cùng: Sau khi đã hoàn thành quá trình hàn, PCB sẽ được kiểm tra và kiểm tra cuối cùng để đảm bảo rằng linh kiện đã được hàn đúng vị trí và chất lượng sản phẩm đạt yêu cầu.

III. Hoạt động nào cần đến công nghệ sản xuất SMT

1. Sản xuất bo mạch điện tử

Công nghệ SMT cho phép gắn các linh kiện điện tử nhỏ gọn, chẳng hạn như vi mạch, diode, tụ, trở, IC (Integrated Circuit), và các linh kiện khác trực tiếp lên bề mặt bo mạch điện tử. Quá trình này nhanh chóng, tự động và đảm bảo chính xác cao, giúp tăng năng suất sản xuất và giảm chi phí lao động.

2. Điện tử tiêu dùng

Các sản phẩm điện tử tiêu dùng như điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính xách tay, đèn LED, máy nghe nhạc và các thiết bị gia dụng thông minh thường sử dụng này trong quá trình sản xuất.

3. Linh kiện ô tô

Trong ngành công nghiệp ô tô, công nghệ SMT được sử dụng để lắp ráp các bộ điều khiển động cơ, hệ thống giải trí, hệ thống định vị và các linh kiện khác trên bo mạch điện tử của xe.

4. Thiết bị y tế

Trong lĩnh vực y tế, công nghệ SMT được áp dụng trong sản xuất các thiết bị y tế như máy chẩn đoán hình ảnh, thiết bị theo dõi sức khỏe, thiết bị y tế di động và các bộ cảm biến y tế.

5. Sản phẩm điện tử công nghiệp

Các thiết bị và hệ thống điện tử công nghiệp như bộ điều khiển tự động, hệ thống điều khiển máy móc, mạch điều khiển nhiệt độ và các bộ điều khiển khác cũng sử dụng công nghệ SMT để gắn linh kiện và bo mạch điện tử.

Xem thêm: Chống tĩnh điện trong sản xuất điện tử

IV. Tìm hiểu về các thiết bị được dùng trong SMT

1. Thiết bị thụ động

SMT thụ động là các điện trở SMT, tụ điện SMT với kích thước theo gói tiêu chuẩn hoá và có nhiều cỡ gói tiêu chuẩn khác nhau như: 1812, 0805, 1206, 0603, …

Thông thường những thành phần thụ động thường bao gồm: điện cảm, điện dung và các thiết bị tổng hợp.

SMT thụ động là các điện trở SMT, tụ điện SMT
SMT thụ động là các điện trở SMT, tụ điện SMT

2. Bóng bán dẫn và Diode

Các bóng bán dẫn và Diode cũng là một trong các thành phần tiêu chuẩn. Các bóng dẫn và Diot thường có kích thước nhỏ, vì vậy chúng thường được đặt trong các gói nhựa bảo vệ tương đối. Bóng bán dẫn là khối xây dựng cơ bản cho các mạch máy tính và một số thiết bị điện tử khác, nó phản ứng nhanh và sử dụng với chức năng điều chỉnh điện áp, chuyển mạch, dao động, khuếch đại và điều chế tín hiệu.

Xem thêm: Xây dựng phòng sạch cho nhà máy sản xuất điện tử

3. Mạch tích hợp

Mạch tích hợp là các chip logic đơn giản có tác dụng truyền tín hiệu và giảm nhiệt độ để bo mạch hoạt động tốt nhất. Hiện nay có nhiều gói được sử dụng cho mạch tích hợp. Mạch tích hợp  được trang bị các gói tích hợp mở rộng và được thiết kế tùy biến theo mức độ kết nối cần đáp ứng. Tùy vào đặc thù từng loại sản phẩm và mức độ yêu cầu của hãng sản xuất  khác nhau mà hệ thống công nghệ cũng có những sự thay đổi nhất định:

  • Loại chip nhỏ sẽ sử dụng các gói tích hợp SOIC mạch dao động khuếch đại và điều chế tín hiệu – mạch tích hợp phác thảo nhỏ, được sử dụng cho các chip logic 74 series quen thuộc. Bên cạnh đó các gói phiên bản nhỏ hơn bao gồm TSOPSSOP.
  • Loại chip lớn hơn và đòi hỏi tiếp cận trực tiếp hơn sẽ sử dụng gói tích hợp VLSI – với đặc trưng là dấu chân hình vuông hoặc hình chữ nhật.
Mạch tích hợp SMT
Mạch tích hợp SMT

V. Ưu điểm và nhược điểm dây chuyền sản xuất SMT

Hiện nay công nghệ này đang được sử dụng rộng rãi, nhất là trong các nhà máy sản xuất thiết bị điện tử và các phòng sạch bởi những ưu điểm vượt trội so với kỹ thuật xuyên lỗ cổ điển.

Ưu điểm

Công nghệ SMT hỗ trợ lắp ráp linh kiện ngay trên bề mặt PCB, từ đó giúp giảm kích thước của các thành phần trên bo mạch và tiết kiệm được khoảng không gian sử dụng. Hiện nay linh kiện nhỏ nhất được lắp đặt bằng phương pháp này có kích thước chỉ 0,1 x 0,1 mm.

  • Quy trình lắp ráp đơn giản và nhanh chóng hơn, đồng thời mật độ kết nối cũng cao hơn so với kỹ thuật xuyên lỗ truyền thống.
  • Các lỗi nhỏ đều được sửa tự động trong quá trình lắp ráp nhờ sức căng bề mặt của vật hàn nóng chảy.
  • Các sản phẩm có giá cả hợp lý và độ bền bỉ cao hơn, giảm được sự tiếp xúc đáng kể.
  • Các linh kiện của SMT đa dạng và đáp tối đa nhu cầu của người sử dụng.
Ưu điểm của công nghệ SMT
Ưu điểm của công nghệ SMT

Nhược điểm

Ngoài những ưu điểm nổi bật nêu trên, SMT vẫn có một số hạn chế sau:

  • Quy trình chế tạo công nghệ SMT tốn nhiều thời gian và chi phí đầu tư trong việc lắp đặt, phần mềm quản lý và vận hành hệ thống.
  • Kích thước của các linh kiện rất nhỏ, có thể sẽ xảy ra một số sai sót, hỏng hóc mối hàn trong quá trình lắp ráp và vận hành.
  • Hệ thống SMT không phù hợp và khó tương thích với một số thành phần nhận và ngắt kết nối một các thường xuyên.
  • Công nghệ SMT sản xuất các linh kiện nhỏ gọn và chi tiết, việc sửa chữa, lắp đặt bằng tay sẽ khó khăn và tốn kém nhiều chi phí.

VI. Công nghệ nào có thể thay thế cho SMT ?

Hiện tại, SMT vẫn đang là công nghệ phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất điện tử. Tuy nhiên, có một số công nghệ khác đang được nghiên cứu để có thể thay thế SMT trong tương lai. Một trong những công nghệ được đề cập nhiều là “3D printing” hoặc “additive manufacturing” (in 3D hay sản xuất bằng phương pháp thêm lớp). Với công nghệ này, các linh kiện và đường dẫn mạch có thể được in trực tiếp trên bề mặt của vật liệu cách điện, thay vì phải lắp những linh kiện có chân trên bảng mạch. Tuy nhiên, phương pháp in 3D hiện vẫn đang trong giai đoạn phát triển và cần thêm nghiên cứu để đạt được chất lượng và hiệu quả sản xuất tốt hơn.

3D PCB, 3D printed circuit Board
3D PCB, 3D printed circuit Board

Ngoài ra, còn có một số công nghệ khác như “embedded component technology” (ECT) và “low-temperature co-fired ceramic” (LTCC) cũng đang được nghiên cứu để có thể thay thế SMT trong một số trường hợp đặc biệt. Tuy nhiên, đến thời điểm hiện tại, SMT vẫn là công nghệ phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong sản xuất điện tử.

Xem thêm: Tiêu chuẩn chống tĩnh điện ANSI/ESD

Lĩnh vực sản xuất điện tử năm 2024

Hiện nay (2024), sau thời gian gián đoạn chuỗi cung ứng do ảnh hưởng từ covid-19 và chiến tranh. Nhu cầu sản xuất điện tử đã dần hồi phục và phát triển nhanh hơn. Vị trí nào cho ngành điện tử và công nghệ SMT?

SMT Cleanroom, phòng sạch dây chuyển smt

Hãy cùng KYODO nhìn qua một số yếu tố

  • Chuỗi cung ứng linh kiện điện tử đang dần phục hồi hoạt động.
  • Các phân khúc điện tử tiêu dùng đang có thị phần lớn. Các hãng sản xuất thiết bị điện tử đang chạy đua về các khía cạnh như: giảm kích thước và trọng lượng. Các linh kiện cần gắn trên các bề mặt nhỏ hơn, mỏng hơn và nhẹ hơn so với các công nghệ sản xuất thông thường. Trong khi đó, SMT đang là phương pháp tối ưu cho sản xuất điện tử tiêu dùng.
  • Sự gia tăng các tiêu chuẩn công nghệ, truyền thông không dây, nhu cầu về mạng 5G, 6G thúc đẩy nhủ cầu cần đến công nghệ dán bề mặt.
  • Sự phát triển và chạy đua trong thị trường xe điện, xe tự hành cũng thúc đẩy nhu cầu về công nghệ Surface Mount Technology.
Sản xuất điện tử, biểu đồ phát triển
Chỉ số phát triển theo vùng Dịch vụ sản xuất điện tử – Nguồn: Mordor Intelligence

Với các yếu tố trên, có thể trong tương lai gần, lĩnh vực sản xuất điện tử sẽ phục hồi và phát triển nhanh chóng, các công nghệ sản xuất như SMT, 3D sẽ được ứng dụng rộng rãi.

Trên đây là những chia sẻ của KYODO về những thông tin liên quan đến hệ thống SMT. Hy vọng những thông tin trên đã mang đến cho quý khách những kiến thức hữu ích về hệ thống công nghệ sản xuất điện tử hiện nay.

0777 386 683