دفعت التطورات السريعة في الإلكترونيات الحديثة إلى ظهور وتقـدّم تقنية التركيب السطحي (Surface Mounting Technology – SMT). وخلال العقود الأخيرة برزت ثلاثة اتجاهات رئيسية في تطبيقات الإلكترونيات: المعالجة الذكية، وتكامل الوسائط المتعددة، والشبكات.
- المعالجة الذكية: تحويل الإشارات التماثلية إلى رقمية وإتاحة التحكم بالحاسوب.
- تكامل الوسائط المتعددة: توسيع الاتصال من النصوص إلى الصوت والصورة، ما يجعل المنتجات الإلكترونية أكثر سهولة وانتشارًا.
- الشبكات: ربط الأنظمة المستقلة سابقًا عبر نقل بيانات عالي السرعة والتردد، ما يتيح المشاركة العالمية للموارد.
وقد فرضت هذه التطورات متطلبات جديدة على تقنيات تجميع الدوائر: كثافة أعلى، وسرعة أكبر، ومعيارية أعلى.
- الكثافة العالية: معالجة كمية أكبر من البيانات ضمن الحيّز نفسه.
- السرعة العالية: تسريع معالجة الإشارات ونقل البيانات.
- المعيارية: نتيجة انتقال الصناعة من إنتاج كميات ضخمة لقليل من الطرازات إلى تصنيع متنوّع بدُفعات صغيرة، بما يتطلب توحيد تصميم المكوّنات وطرق التجميع.
تطوّر تقنية SMT
نشأت SMT من تصنيع الدارات الهجينة، ومرّت منذ سبعينيات القرن الماضي بثلاث مراحل رئيسية:
1970 – 1975
كان الهدف الأول توظيف المكوّنات الرقاقة المصغّرة في الدارات الهجينة (سماكات سميكة – Thick-Film). في هذه المرحلة أسهمت SMT بقوة في تقدّم تقنيات تصنيع الدارات المتكاملة، وظهرت أولًا في المنتجات الاستهلاكية مثل ساعات الكوارتز والآلات الحاسبة.
1976 – 1985
شهدت هذه الفترة تصغيرًا سريعًا وتعدّدًا في الوظائف. واستُخدمت SMT على نطاق واسع في كاميرات الفيديو والراديوات الجيبية والكاميرات الإلكترونية الثابتة. ظهرت معدات تركيب سطحي آلية، ونضجت تقنيات العمليات والمواد، مما مهّد للإنتاج عالي الكميات.
1986 – حتى اليوم
أصبحت خفض الكلفة وتحسين نسبة الأداء إلى السعر أولوية. ومع تحسّن موثوقية العمليات توسّع استخدام SMT إلى الإلكترونيات العسكرية والسيارات والحوسبة والصناعة، وانتشرت أنظمة الالتقاط واللحام المؤتمتة، ما خفض الكلفة الإجمالية للتصنيع.
التطوّر المتوازي للمكوّنات والتقنية
كان تطوّر المكوّنات السطحية (SMC/SMD) عاملًا حاسمًا في تقدّم SMT. فالعلاقة تلازمية: قدرة العملية تتأثر بتوافر المكوّنات المناسبة، وتصميم المكوّنات يتطور مع تقدّم تقنيات التجميع.
- في الستينيات طوّرت شركة Philips الأوروبية مكوّنًا ميكرويًا لساعات اليد تطوّر لاحقًا إلى حزمة SOIC ذات أرجل جناح النورس بتباعد 1.27 مم وحتى 28 دبوسًا.
- في السبعينيات استخدم المصنعون اليابانيون حزمة QFP للحواسيب الصغيرة مع أرجل على الجهات الأربع وبمسافات حتى 0.65 مم وعدد أرجل يصل إلى مئات.
- قدّمت الشركات الأميركية PLCC ذات الأرجل على شكل J التي تقاوم الانبعاج وتوفّر مساحة تركيب أصغر. وفي الوقت نفسه ظهرت LCCC الخزفية من دون أرجل مع وسادات معدّنة مختومة بالكامل.
نتيجة لذلك تقلّص تباعد الأرجل من 1.27 مم إلى 0.65 مم ثم إلى 0.3 مم وما دون. وبحلول أوائل التسعينيات نضجت تقنيات الدقّة العالية ومعدّاتها.
كما برزت الحزم بمقياس الشريحة (CSP) بحجم قريب من حجم الشريحة، وكلفة تصنيع منخفضة، وتوافق مع اختبارات الدارات المتكاملة، ودخلت الإنتاج المحدود نحو 1996. ولمواجهة تضخم عدد المداخل/المخارج، شاع اعتماد حزم BGA ذات كرات اللحام الموزعة على كامل أسفل الحزمة.
وتواصل SMT اليوم تحسين تركيب BGA وCSP، والدفع نحو قدرات أقل من 0.3 مم لمسافات الأرجل.
لقد دفع تصغير المكوّنات السطحية باستمرار إلى تطوير تقنيات التجميع، وفي المقابل فرضت الكثافات الأعلى والدقة الأكبر متطلبات جديدة على تصميم المكوّنات—أي أن التقدّم متبادل التأثير.
الامتداد نحو التغليف المتقدّم
شهدت التسعينيات صعود الوحدة متعددة الشرائح (MCM)—وهي دارة هجينة متقدمة تُدمج عدة شرائح عارية على ركيزة واحدة داخل غلاف واحد. مقارنةً بالتجميع التقليدي عبر SMT يمكن أن تُخفض المساحة بمقدار 3–6 مرات والوزن بأكثر من 3 مرات.
تمتد MCM من SMT عبر دمج تقنيات أنصاف النواقل والهجينة ذات الأغشية السميكة/الرقيقة وألواح الدارات متعددة الطبقات. وتستخدم عادةً أكثر من 4 طبقات توصيل وأكثر من 100 وِصلة I/O لربط شرائح مثل ASIC والشرائح المقلوبة (Flip-Chip) وغيرها. وقد مثّلت قمة التغليف في التسعينيات وتُستخدم على نطاق واسع في الحواسيب الفائقة وإلكترونيات الفضاء.
ولتلبية متطلبات الكثافة الأعلى والتشابك الطبقي المتعدد، تطوّرت SMT إلى ما يُعرف عالميًا باسم تقنية التغليف الميكروإلكتروني (MPT).
ترتكز MPT على MCM والتكديس ثلاثي الأبعاد، وتستخدم اللحام المجهري والتغليف على ألواح عالية الكثافة ومتعددة الطبقات لإنتاج أنظمة إلكترونية مدمجة، عالية السرعة وموثوقة جدًا. وأصبحت MPT فرعًا أساسياً في الميكروإلكترونيات الحديثة، ولها دور محوري في الطيران والفضاء والرادار والملاحة والإجراءات الإلكترونية المضادة وأنظمة مقاومة التشويش.
الوضع الراهن والأهمية
بعد أكثر من أربعين عامًا من التطوّر، وصلت SMT إلى مرحلة النضج الكامل وأصبحت الجيل الرابع من تقنيات التوصيل الإلكتروني، وهي النهج السائد عالميًا في تجميع الدارات.
ويتواصل الاتجاه نحو مكوّنات أصغر وكثافة تركيب أعلى وتعقيدٍ أعظم في العمليات. ويركّز التقدّم الحالي على أربعة محاور رئيسية:
- التصغير: الاستخدام على نطاق واسع لمكوّنات 0201 (0.6 × 0.3 مم)، وحزم QFP/BGA/CSP/Flip-Chip الدقيقة، ما يتطلب محاذاة ووضعًا فائقَي الدقة.
- الموثوقية: معالجة عدم تطابق معاملات التمدد الحراري بين المواد الذي قد يسبب تشقّق اللوح أو فشل لحامات الأرجل في البيئات القاسية.
- ابتكار المعدات: خطوط SMT الحديثة تعتمد محاذاة ليزرية عالية الدقة، وأنظمة رؤية بصرية، وأدوات تحكم ذكية بالجودة لتحقيق تركيب أسرع وأكثف وأدق.
- تركيب الألواح المرنة (FPC): نجح القطاع في حل تحدّي تثبيت الركائز المرنة بشكل صلب لضمان دقة التموضع أثناء التركيب.
تُعد SMT ركيزة أساسية في صناعة الإلكترونيات المعاصرة؛ فهي تمكّن التصغير، وخفة الوزن، والأداء العالي، والموثوقية في منتجات اليوم والغد—ابتداءً من الأجهزة الاستهلاكية ووصولًا إلى الأنظمة الدفاعية والفضائية.
