Yüzey montaj teknolojisi

Yüzey montaj teknolojisi (YMT)(İngilizce SMT = surface-mount technology). YME (yüzey montaj devre elemanları), elektronik elemanların yüzeye monte edilebilir biçimde olanlarıdır. Bu teknikle yapılan üretim teknolojisine de yüzey montaj teknolojisi denir. İlk defa IBM tarafından 1960 yılında kullanılmış, 1980'lerden sonra yaygınlaşmaya başlamıştır. Çoğu kaynakta İngilizce anlamının baş harflerini temsilen SMD kısaltmasıyla anılan yüzey montaj elemanları (YME) kullanımından önce devre montajları, sadece bacaklı devre elemanları ile yapılabilmekteydi.

Yüzey montaj elemanları (YME), bacaklı elemanlara göre çok daha küçük imal edilebilmektedir. Seri çalışabilen YME dizgi robotları ile monte edilebilmektedir. Bu sayede seri imalat ve daha minyatür elektronik devreler tasarlamak mümkün olabilmiştir. Bacaklı devre elemanlarının elektronik kartlarda deliklere takılıp erimiş lehim haznesine daldırılarak lehimlenmesi gerekirken SMD elemanlar kart yüzeyine monte edilir ve fırınlanır.

Dikdörtgen prizma ve silindir gövdeli minyatür elemanlara çip komponent denir. 2007 itibarıyla en küçük çip komponent 0,1 x 0,05mm (LxW) boyutlarındadır. Endüstride 1,0 x 0,5 mm (LxW) boyutunda çipler çoğunlukla sadece yüksek teknoloji gerektiren ve az yer kaplaması arzu edilen cihazlarda (cep telefonu, PDA, el bilgisayarları, RF modüllerde vb.) kullanılırken, 1,6 x 0,8 mm (LxW) ve daha büyük boyutlardaki yüzey montaj devre elemanlarını yüzey montaj teknolojisi (YMT) ile üretilmiş her türlü cihazın içinde görmek mümkündür. Çip komponentlerin yanı sıra gövdeden iki yana bacakların dışa çıktığı SOP ve dört tarafa dışa çıktığı QFP tipleri, dört taraftan gövde altına J harfi biçiminde kıvrık bacaklı PLCC ve gövdenin alt kısmında matris şeklinde lehim toplarının bulunduğu BGA kılıf tipleri de çok bilinen kılıf tipleridir.

Komponentlerin (YME malzemelerin) monte edileceği kart üzerinde ince bir tabaka halinde bakır veya kalay-kurşun veya altın kaplanmış düz yüzeylere ada denir. Ada'lar su yolları ile birbirlerine ve diğer elektriksel noktalara birleştirilmiştir. Su yolları, gerek kart yüzeyinde dolaşarak devre elemanları arasında ve gerekse çift yüzlü veya çok katmanlı kartlarda kaplamalı delik içleri vasıtasıyla katmanlar arasında elektriksel iletimi sağlarlar. Çok katmanlı kartlar ve kaplamalı delik içleri, YMT'nin getirdiği bir yenilik değildir ancak elemanların uçlarının delik içlerine monte edilmesi ihtiyazı yüzey montaj teknolojisinde ortadan kalkmıştır. Krem lehim %62 kalay, %36 kurşun, %2 gümüş alaşımından 100 mikrondan küçük çapta metal toplarının jel kıvamında lehim pastası (flux) ile oluşturduğu yapışkan kıvamda bir karışımdır. Krem lehim adalar üzerine serigrafi ile metal elek şablonlar kullanılarak sürülür. Bu işlem için serigrafi baskı makineleri kullanılır. Böylece adalar üzerinde istenen yükseklikte ve delikli sac şablonun oyuğunun şeklinde krem lehim bırakılır. Sürülen lehimin kalınlığı elek denilen adaların üzerlerine denk gelen yerlere oyukların açıldığı metal şablonun sac kalınlığı kadar olacaktır. Daha sonra YME (SMD) dizgi robotları, krem lehim sürülmüş karta YME (SMD) malzemeleri dizer. Kart bu işlemden sonra fırına gönderilir. Fırında lehim sürülüp dizilmiş kart, programlı bir şekilde belirli sıcaklıklara belirli sürelerde ulaştırılır. İlk önce ilk ısıtma (rampa ısıtma) yapılır. Bütün kart belli bir süre eşit ve düzgün bir şekilde ısıtılır. Bu sayede ısınma ve soğumaların yarattığı gerilmelere dayanım sağlanmış olur. Sonra ön ısıtmada yapılmaya başlanır. Krem lehimin içindeki jel flux'ın ada ve komponent metal yüzeyine yayılıp yüzey gerilimini azaltması, oksitleri çözmesi istenir. Son aşamada ise krem lehimin metal alaşımı eritilerek ve komponent bacakları ile adalar arasında iletken, metal bir bağlantı oluşturur. Bu son aşamaya yeniden akıştırma (reflow) denir. Kart en sonunda soğutularak lehimleme süreci bitirilir.

Komponentlerin merkezine gelecek yerlere kart üzerine yapıştırıcı dağıtıcı makine veya serigrafi baskı yöntemi ile yapıştırıcı sürülür. Karta YME (SMD) dizgi robotu ile elemanlar dizilir. Sonra fırında belli bir sıcaklıkta belli bir süre kaldıktan sonra yapıştırıcı kurur (Kürlenir). Daha sonra geleneksel dalga lehimleme makinesinde kart lehimlenir.

SMD malzemelerle imalatın bacaklı malzemelere imalata göre üstünlükleri şunlardır:

• Küçük, hafif komponentler
• Daha az ısı üreten cihazlar yapabilme
• Daha az güç tüketen minyatür devreler üretebilme
• Kart üzerinde daha az delik delme gereği
• Montajda daha sade devre elemanı montaj makineleri kullanabilme imkânı
• Mekanik titreşim ve sallantılara karşı daha iyi dayanıklılık
• Fırınlamada erimiş lehimin yüzey gerilimleri ile malzemeyi merkeze çekip düzeltme yeteneği
• Seri imalatta elektronik kartın iki yüzüne de eleman dizebilmede imkânı
• Düşük iç direnç ve iç indüktans (ki yüksek frekans devrelerinde daha iyi başarım sağlar)
• SMD elemanlar genelde daha ucuz olması ve bu sayede daha ucuz elektronik cihazlar üretebilme imkânı
• Daha az istenmeyen radyo frekans parazitlerine neden olması
• Belirli koşullar altında SMT komponentlerin değerlerini ve davranışları kolay kestirilebilir olması

Yüzey montaj teknolojisinin bacaklı komponent ile montaj tekniğine göre zayıf yönleri şunlardır:

• SMT (YMT) üretiminin daha karmaşık olması,
• İlk üretime başlama yatırım maliyetinin daha yüksek olması,
• El ile müdahale ve tamir imkânlarının parçalar çok küçük olduğu için zorlaşması ya da ekonomik olmaması,
• Prototip imalatın ekonomik olmaması.

SMD devre elemanları kılıf ölçüleri JEDEC standardlarına göre belirlenmiştir. Çiplerde standard isimler çoğunlukla elemanın eni ve boyunun inç veya metrik birimde yan yana yazılmasıyla verilir. Örnek olarak 1.6 mm boyunda ve 0.8 mm enindeki çip komponent metrik ölçü birimiyle 1608 kılıf olarak adlandırılır. Eğer eleman bir direnç ise R1608 veya 1608R diye adlandırılır. Benzer şekilde kondansatörler 1608C veya C1608; indüktans ise L1608 veya 1608L olur. Ölçü imperyal ölçü birimiyle 1.6 x 0.8 mm boyutlarının inç karşılığının 0.06" x 0.03" olması nedeniyle 0603 diye adlandırılır.

• isimlendirme inç(metrik): en x boy"(en x boy mm)
• 01005 (0402): 0.016" × 0.008" (0.4 mm × 0.2 mm)
• 0201 (0603): 0.024" × 0.012" (0.6 mm × 0.3 mm)
• 0402 (1005): 0.04" × 0.02" (1.0 mm × 0.5 mm)
• 0603 (1608): 0.063" × 0.031" (1.6 mm × 0.8 mm)
• 0805 (2012): 0.08" × 0.05" (2.0 mm × 1.25 mm)
• 1206 (3216): 0.126" × 0.063" (3.2 mm × 1.6 mm)
• 1806 (4516): 0.177" × 0.063" (4.5 mm × 1.6 mm)
• 1812 (4532): 0.18" × 0.12" (4.6 mm × 3.2 mm)
• 2512: 0.25" × 0.12" (6.3 mm × 3.0 mm)