PROCES POVRŠINSKE MONTAŽE

Reflow lemljenje je najčešće korištena metoda pričvršćivanja komponenti za površinsku montažu na štampane ploče (PCB).Cilj procesa je da se formiraju prihvatljivi lemni spojevi tako što se prvo zagrevaju komponente/PCB/pasta za lemljenje, a zatim topljeni lem bez izazivanja oštećenja pregrijavanjem.

Ključni aspekti koji dovode do efikasnog procesa reflow lemljenja su sljedeći:

1. Odgovarajuća mašina
2. Prihvatljiv profil povratnog toka
3. Dizajn PCB/komponente
4. Pažljivo odštampan PCB koristeći dobro dizajniranu šablonu
5. Ponovljivo postavljanje komponenti za površinsku montažu
6. Kvalitetan PCB, komponente i pasta za lemljenje

Pogodna mašina

Dostupne su različite vrste mašina za lemljenje reflow u zavisnosti od potrebne brzine linije i dizajna/materijala PCB sklopova koji se obrađuju.Odabrana pećnica mora biti prikladne veličine da podnese brzinu proizvodnje opreme za odabir i postavljanje.

Brzina linije se može izračunati kao što je prikazano u nastavku: -

Brzina linije (minimalna) =Daske u minuti x dužina po ploči
Faktor opterećenja (razmak između ploča)

Važno je uzeti u obzir ponovljivost procesa pa je 'Faktor opterećenja' obično specificiran od strane proizvođača mašine, proračun je prikazan u nastavku:

Da biste mogli odabrati ispravnu veličinu peći za reflow, brzina procesa (definirana u nastavku) mora biti veća od minimalne izračunate brzine linije.

Brzina procesa =Dužina pećnice zagrijana
Vrijeme zadržavanja procesa

Ispod je primjer izračuna za utvrđivanje tačne veličine pećnice:-

SMT montažer želi da proizvodi 8-inčne ploče brzinom od 180 na sat.Proizvođač paste za lemljenje preporučuje profil od 4 minute u tri koraka.Koliko dugo mi je pećnica potrebna za obradu ploča pri ovom protoku?

Tabla u minuti = 3 (180/sat)
Dužina po ploči = 8 inča
Faktor opterećenja = 0,8 (2-inčni razmak između ploča)
Vrijeme zadržavanja procesa = 4 minute

Izračunajte brzinu linije:(3 ploče/min) x (8 inča/ploča)
0.8

Brzina linije = 30 inča/minuti

Prema tome, reflow peć mora imati brzinu procesa od najmanje 30 inča u minuti.

Odredite dužinu zagrijane komore pećnice pomoću jednačine brzine procesa:

30 in/min =Dužina pećnice zagrijana
4 minute

Dužina zagrijane pećnice = 120 inča (10 stopa)

Imajte na umu da će ukupna dužina pećnice premašiti 10 stopa uključujući dio za hlađenje i dijelove za punjenje transportera.Izračun je za GRIJANU DUŽINU – NE UKUPNU DUŽINU PEĆNICE.

2. Kontrola zatvorene petlje za brzinu konvekcijskih ventilatora – Postoje određeni paketi za površinsku montažu kao što je SOD323 (pogledajte umetak) koji imaju malu površinu kontakta i omjer mase koji su podložni da budu poremećeni tokom procesa reflow.Kontrola brzine konvencionalnih ventilatora u zatvorenoj petlji je preporučena opcija za sklopove koji koriste takve dijelove.

3. Automatska kontrola širine transportera i nosača središnje ploče – Neke mašine imaju ručno podešavanje širine, ali ako postoji mnogo različitih sklopova koje treba obraditi sa različitim širinama PCB-a, onda se ova opcija preporučuje za održavanje konzistentnog procesa.

Prihvatljiv profil pretoka

Da bi se stvorio profil povratnog toka, termoparovi su povezani na sklop uzorka (obično sa visokotemperaturnim lemom) na više lokacija za mjerenje raspona temperatura na PCB-u.Preporučljivo je imati najmanje jedan termopar smješten na podlozi prema rubu PCB-a i jedan termopar smješten na podlozi prema sredini PCB-a.U idealnom slučaju bi trebalo koristiti više termoparova za mjerenje cijelog raspona temperatura preko PCB-a – poznatog kao 'Delta T'.

Unutar tipičnog profila reflow lemljenja obično postoje četiri faze – predgrijavanje, namakanje, reflow i hlađenje.Glavni cilj je prenijeti dovoljno topline u sklop da se rastopi lem i formiraju lemni spojevi bez izazivanja bilo kakvog oštećenja komponenti ili PCB-a.

Zagrijte– Tokom ove faze komponente, PCB i lem se zagrevaju do određene temperature upijanja ili zadržavanja, pazeći da se ne zagreju prebrzo (obično ne više od 2ºC/sekundi – proverite tablicu sa pastom za lemljenje).Prebrzo zagrijavanje može uzrokovati defekte kao što su pucanje komponenti i prskanje paste za lemljenje što uzrokuje kuglice za lemljenje tokom ponovnog toka.

Soak– Svrha ove faze je osigurati da su sve komponente na traženoj temperaturi prije ulaska u fazu reflow.Natapanje obično traje između 60 i 120 sekundi ovisno o 'diferencijalu mase' sklopa i vrsti prisutnih komponenti.Što je efikasniji prenos toplote tokom faze namakanja, potrebno je manje vremena.

Ako profil povratnog toka nema dovoljno toplote tokom faze reflow, videće se lemni spojevi slični slikama ispod:-

lem nije formiran file sa olovom

Nisu se sve kuglice za lemljenje istopile

Uobičajeni defekt lemljenja nakon reflow je formiranje kuglica/zrna za lemljenje u sredini čipa kao što se može vidjeti u nastavku.Rješenje za ovaj nedostatak je izmjena dizajna šablona -više detalja možete vidjeti ovdje.

Treba razmotriti upotrebu dušika tokom procesa ponovnog toka zbog trenda udaljavanja od paste za lemljenje koja sadrži jake fluksove.Problem zapravo nije u sposobnosti ponovnog protoka u dušiku, već u sposobnosti ponovnog toka u odsustvu kisika.Zagrijavanje lema u prisutnosti kisika će stvoriti okside, koji su uglavnom površine koje se ne mogu lemiti.

Hlađenje– Ovo je jednostavno faza tokom koje se sklop hladi, ali je važno ne hladiti sklop prebrzo – obično preporučena brzina hlađenja ne bi trebala prelaziti 3ºC/sekundi.

Dizajn PCB/komponentnog otiska

Postoji niz aspekata dizajna PCB-a koji utiču na to koliko će se sklop preurediti.Primjer je veličina kolosijeka koji se povezuju s otiskom komponente – ako je staza koja se povezuje s jednom stranom otiska komponente veća od druge, to može dovesti do termičke neravnoteže koja uzrokuje da dio bude 'nadgrobni spomenik' kao što se može vidjeti u nastavku:-

Drugi primjer je 'balansiranje bakra' – mnogi dizajni PCB-a koriste velike površine bakra i ako se štampana ploča stavi u ploču kako bi se pomogao proizvodni proces, to može dovesti do neravnoteže u bakru.Ovo može uzrokovati deformaciju ploče tokom ponovnog toka i stoga je preporučeno rješenje dodavanje 'bakarnog balansa' na otpadne površine ploče kao što se može vidjeti u nastavku:-

Vidi'Dizajn za proizvodnju'za druga razmatranja.

Pažljivo odštampan PCB koristeći dobro dizajniranu šablonu

Raniji koraci procesa unutar sklopa za površinsku montažu su kritični za efikasan proces lemljenja povratnim tokom.Theproces štampanja paste za lemljenjeje ključ za osiguravanje dosljednog taloženja paste za lemljenje na PCB.Svaka greška u ovoj fazi će dovesti do neželjenih rezultata i tako potpune kontrole ovog procesa zajedno saefektan dizajn šablonaje potrebno.

Ponovljivo postavljanje komponenti za površinsku montažu

Varijacija postavljanja komponenti

Postavljanje komponenti za površinsku montažu mora biti ponovljivo, tako da je neophodna pouzdana, dobro održavana mašina za biranje i postavljanje.Ako se paketi komponenti ne podučavaju na ispravan način, to može uzrokovati da sistem vizije mašina ne vidi svaki dio na isti način i tako će se uočiti varijacije u postavljanju.To će dovesti do nedosljednih rezultata nakon procesa lemljenja reflow.

Programi za postavljanje komponenti mogu se kreirati korištenjem strojeva za odabir i postavljanje, ali ovaj proces nije tako precizan kao uzimanje informacija o centroidu direktno iz PCB Gerber podataka.Često se ovi centriroidni podaci izvoze iz softvera za dizajn PCB-a, ali ponekad nisu dostupni i takoSurface Mount Process nudi uslugu za generiranje centroid datoteke iz Gerber podataka.

Sve mašine za postavljanje komponenti će imati specificiranu 'Preciznost postavljanja' kao što su:-

35um (QFP) do 60um (čipovi) @ 3 sigma

Također je važno odabrati ispravnu mlaznicu za tip komponente koja će se postaviti – niz različitih mlaznica za postavljanje komponenti može se vidjeti u nastavku:-

Kvalitetan PCB, komponente i pasta za lemljenje

Kvalitet svih predmeta koji se koriste tokom procesa mora biti visok jer će sve lošeg kvaliteta dovesti do neželjenih rezultata.Ovisno o proizvodnom procesu PCB-a i načinu na koji su pohranjeni, završni sloj PCB-a može dovesti do slabe sposobnosti lemljenja tokom procesa lemljenja ponovnim tokom.Ispod je primjer onoga što se može vidjeti kada je površina na PCB-u loša što dovodi do defekta poznatog kao 'Black Pad':-

DOBRO KVALITETNA ZAVRŠNA OBRADA PCB-a

TARNISHED PCB

Lem teče na komponentu, a ne na PCB

Na sličan način kvalitet vodova komponenti za površinsku montažu može biti loš ovisno o proizvodnom procesu i načinu skladištenja.

Na kvalitet paste za lemljenje u velikoj meri utičeskladištenje i rukovanje.Pasta za lemljenje lošeg kvaliteta, ako se koristi, vjerovatno će dati rezultate kao što se može vidjeti u nastavku:-