PROCÉS DE MUNTATGE EN SUPERFICIE

La soldadura per reflux és el mètode més utilitzat per connectar components de muntatge superficial a plaques de circuits impresos (PCB).L'objectiu del procés és formar juntes de soldadura acceptables preescalfant primer els components / PCB / pasta de soldadura i després fondant la soldadura sense causar danys per sobreescalfament.

Els aspectes clau que condueixen a un procés de soldadura per reflux eficaç són els següents:

1. Màquina adequada
2. Perfil de reflux acceptable
3. Disseny d'empremta de PCB/component
4. PCB imprès amb cura amb una plantilla ben dissenyada
5. Col·locació repetible de components de muntatge superficial
6. PCB, components i pasta de soldadura de bona qualitat

Màquina adequada

Hi ha diversos tipus de màquines de soldadura per reflux disponibles en funció de la velocitat de línia requerida i el disseny/material dels conjunts de PCB que s'han de processar.El forn seleccionat ha de tenir una mida adequada per gestionar el ritme de producció de l'equip de recollida i col·locació.

La velocitat de la línia es pot calcular com es mostra a continuació:

Velocitat de línia (mínim) =Taulers per minut x Longitud per tauler
Factor de càrrega (espai entre taulers)

És important tenir en compte la repetibilitat del procés i, per tant, el 'Factor de càrrega' normalment l'especifica el fabricant de la màquina, càlcul que es mostra a continuació:

Per poder seleccionar la mida correcta del forn de reflux, la velocitat del procés (definida a continuació) ha de ser superior a la velocitat de línia mínima calculada.

Velocitat del procés =Longitud escalfada de la cambra del forn
Temps d'espera del procés

A continuació es mostra un exemple de càlcul per establir la mida correcta del forn:

Un muntador SMT vol produir plaques de 8 polzades a una velocitat de 180 per hora.El fabricant de pasta de soldadura recomana un perfil de 4 minuts i tres passos.Quant de temps necessito un forn per processar taulers amb aquest rendiment?

Taulers per minut = 3 (180/hora)
Longitud per tauler = 8 polzades
Factor de càrrega = 0,8 (espai de 2 polzades entre taulers)
Temps d'espera del procés = 4 minuts

Calcula la velocitat de la línia:(3 taulers/min) x (8 polzades/tauler)
0,8

Velocitat de línia = 30 polzades/minut

Per tant, el forn de reflux ha de tenir una velocitat de procés d'almenys 30 polzades per minut.

Determineu la longitud escalfada de la cambra del forn amb l'equació de velocitat del procés:

30 polzades/min =Longitud escalfada de la cambra del forn
4 minuts

Longitud escalfada al forn = 120 polzades (10 peus)

Tingueu en compte que la longitud total del forn superarà els 10 peus, inclosa la secció de refrigeració i les seccions de càrrega del transportador.El càlcul és per a la LONGITUD DE CALEFACCIÓ, NO LA LONGITUD TOTAL DEL FORN.

2. Control de llaç tancat per a la velocitat dels ventiladors de convecció: hi ha certs paquets de muntatge en superfície com el SOD323 (vegeu la inserció) que tenen una petita relació entre l'àrea de contacte i la massa que són susceptibles de ser alterats durant el procés de reflux.El control de velocitat de llaç tancat dels ventiladors de convenció és una opció recomanada per als conjunts que utilitzen aquestes peces.

3. Control automàtic de l'amplada de la cinta transportadora i de la placa central: algunes màquines tenen ajust manual de l'amplada, però si hi ha molts conjunts diferents per processar amb diferents amplades de PCB, es recomana aquesta opció per mantenir un procés coherent.

Perfil de redistribució acceptable

Per crear un perfil de reflux, els termoparells es connecten a un conjunt de mostra (generalment amb soldadura a alta temperatura) en diversos llocs per mesurar el rang de temperatures a través del PCB.Es recomana tenir almenys un termoparell situat en un coixinet cap a la vora de la PCB i un termopar situat en un coixinet cap al centre de la PCB.L'ideal és que s'utilitzin més termoparells per mesurar tot el rang de temperatures a través del PCB, conegut com a "Delta T".

Dins d'un perfil típic de soldadura per refluix, hi ha normalment quatre etapes: preescalfament, remull, reflux i refredament.L'objectiu principal és transferir prou calor al conjunt per fondre la soldadura i formar les juntes de soldadura sense causar cap dany als components o PCB.

Preescalfeu– Durant aquesta fase, els components, la PCB i la soldadura s'escalfen a una temperatura de remull o de permanència especificada, tenint cura de no escalfar-se massa ràpidament (normalment no més de 2ºC/segon; comproveu la fitxa tècnica de la pasta de soldadura).L'escalfament massa ràpid pot provocar defectes, com ara que els components s'esquerdin i que la pasta de soldadura s'esquilli, provocant boles de soldadura durant el reflux.

Remull– L'objectiu d'aquesta fase és assegurar-se que tots els components estiguin a la temperatura requerida abans d'entrar a l'etapa de reflux.El remull sol durar entre 60 i 120 segons en funció del 'diferencial de massa' del conjunt i dels tipus de components presents.Com més eficient sigui la transferència de calor durant la fase de remull, menys temps es necessita.

Si el perfil de reflux no té prou calor aplicat durant l'etapa de reflux, es veuran juntes de soldadura similars a les imatges següents:

soldadura no format filet amb plom

No totes les boles de soldadura es van fondre

Un defecte comú de soldadura després del reflux és la formació de boles/perles de soldadura de xip mitjà, com es pot veure a continuació.La solució a aquest defecte és modificar el disseny de la plantilla:es poden veure més detalls aquí.

S'ha de considerar l'ús de nitrogen durant el procés de reflux a causa de la tendència d'allunyar-se de la pasta de soldadura que conté fluxos forts.El problema realment no és la capacitat de refluir en nitrogen, sinó la capacitat de refluir en absència d'oxigen.L'escalfament de la soldadura en presència d'oxigen crearà òxids, que generalment són superfícies no soldables.

Refrigeració– Aquesta és simplement l'etapa durant la qual es refreda el conjunt, però és important no refredar-lo massa ràpidament, normalment la velocitat de refrigeració recomanada no ha de superar els 3ºC/segon.

Disseny d'empremta de PCB/component

Hi ha una sèrie d'aspectes del disseny de PCB que influeixen en el rendiment d'un conjunt.Un exemple és la mida de les vies que es connecten a una petjada d'un component: si la via que es connecta a un costat d'una petjada d'un component és més gran que l'altre, això pot provocar un desequilibri tèrmic que faci que la peça sigui "làpida", com es pot veure a continuació:

Un altre exemple és l'"equilibri de coure": molts dissenys de PCB utilitzen grans àrees de coure i si la PCB es col·loca en un panell per ajudar el procés de fabricació, pot provocar un desequilibri en el coure.Això pot provocar que el panell es deformi durant el reflux i, per tant, la solució recomanada és afegir "equilibri de coure" a les zones de residus del panell, com es pot veure a continuació:

Vegeu"Disseny per a la fabricació"per altres consideracions.

PCB imprès amb cura amb una plantilla ben dissenyada

Els passos anteriors del procés dins del muntatge de superfície són crítics per a un procés de soldadura per reflux eficaç.Elprocés d'impressió de pasta de soldaduraés clau per garantir un dipòsit consistent de pasta de soldadura al PCB.Qualsevol error en aquesta etapa donarà lloc a resultats no desitjats i, per tant, un control complet d'aquest procésdisseny de plantilla eficaçés necessari.

Col·locació repetible de components de muntatge superficial

Variació de la ubicació dels components

La col·locació dels components de muntatge en superfície ha de ser repetible i, per tant, és necessària una màquina de recollida i col·locació fiable i ben cuidada.Si els paquets de components no s'ensenyen de la manera correcta, pot provocar que el sistema de visió de les màquines no vegi cada part de la mateixa manera i, per tant, s'observarà una variació en la col·locació.Això conduirà a resultats inconsistents després del procés de soldadura per reflux.

Els programes de col·locació de components es poden crear mitjançant les màquines de selecció i col·locació, però aquest procés no és tan precís com agafar la informació del centroide directament de les dades de PCB Gerber.Molt sovint, aquestes dades del centroide s'exporten des del programari de disseny de PCB, però de vegades no estan disponibles i, per tant, elSurface Mount Process ofereix el servei per generar el fitxer del centroide a partir de les dades de Gerber.

Totes les màquines de col·locació de components tindran una "Precisió de col·locació" especificada com ara:

35um (QFP) a 60um (xips) @ 3 sigma

També és important seleccionar el broquet correcte per al tipus de component que s'ha de col·locar; a continuació es pot veure una sèrie de broquets de col·locació de components diferents:

PCB, components i pasta de soldadura de bona qualitat

La qualitat de tots els articles utilitzats durant el procés ha de ser alta perquè qualsevol cosa de mala qualitat conduirà a resultats no desitjats.Depenent del procés de fabricació de les PCB i de la forma en què s'han emmagatzemat, l'acabat dels PCB pot provocar una soldadura deficient durant el procés de soldadura per reflux.A continuació es mostra un exemple del que es pot veure quan l'acabat de la superfície d'una PCB és deficient, provocant un defecte conegut com a "Coixinet negre":

ACABAT PCB DE BONA QUALITAT

PCB DARNYADA

La soldadura flueix al component i no al PCB

De manera similar, la qualitat dels cables dels components de muntatge superficial pot ser deficient segons el procés de fabricació i el mètode d'emmagatzematge.

La qualitat de la pasta de soldadura es veu molt afectada per laemmagatzematge i manipulació.La pasta de soldadura de mala qualitat si s'utilitza és probable que doni resultats, com es pot veure a continuació: