OVERFLADEMONTERINGSPROCES

Reflowlodning er den mest udbredte metode til at fastgøre overflademonteringskomponenter til printplader (PCB'er).Målet med processen er at danne acceptable loddesamlinger ved først at forvarme komponenterne/PCB/loddepastaen og derefter smelte loddet uden at forårsage skade ved overophedning.

De vigtigste aspekter, der fører til en effektiv reflow-loddeproces, er som følger:

1. Egnet maskine
2. Acceptabel reflow-profil
3. PCB/komponent fodaftryk Design
4. Omhyggeligt printet PCB ved hjælp af veldesignet stencil
5. Gentagelig placering af komponenter til overflademontering
6. God kvalitet PCB, komponenter og loddepasta

Egnet maskine

Der er forskellige typer reflow-loddemaskiner tilgængelige afhængigt af den påkrævede linjehastighed og design/materiale af de PCB-samlinger, der skal behandles.Den valgte ovn skal have en passende størrelse til at håndtere produktionshastigheden af ​​pick and place-udstyret.

Linjehastigheden kan beregnes som vist nedenfor:-

Linjehastighed (minimum) =Brædder pr. minut x Længde pr. bræt
Belastningsfaktor (mellemrum mellem brædder)

Det er vigtigt at overveje processens repeterbarhed, og derfor er 'belastningsfaktoren' normalt angivet af maskinproducenten, beregningen vist nedenfor:

For at kunne vælge den korrekte størrelse reflow-ovn skal proceshastigheden (defineret nedenfor) være større end den minimale beregnede linjehastighed.

Proceshastighed =Ovnkammer opvarmet længde
Processens opholdstid

Nedenfor er et eksempel på beregning for at fastslå den korrekte ovnstørrelse:-

En SMT-montør ønsker at producere 8-tommer plader med en hastighed på 180 i timen.Loddepastaproducenten anbefaler en 4 minutters tretrinsprofil.Hvor lang tid skal en ovn bruge til at behandle plader med denne gennemstrømning?

Brædder pr. minut = 3 (180/time)
Længde pr. bræt = 8 tommer
Belastningsfaktor = 0,8 (2-tommers mellemrum mellem pladerne)
Process Dwell Time = 4 minutter

Beregn linjehastighed:(3 plader/min) x (8 tommer/bræt)
0,8

Linjehastighed = 30 tommer/minut

Derfor skal reflow-ovnen have en proceshastighed på mindst 30 tommer pr. minut.

Bestem ovnkammerets opvarmede længde med proceshastighedsligningen:

30 in/min =Ovnkammer opvarmet længde
4 minutter

Ovn opvarmet længde = 120 tommer (10 fod)

Bemærk, at den samlede længde af ovnen vil overstige 10 fod inklusive kølesektionen og transportbåndsbelastningssektionerne.Beregningen er for OPVARMT LÆNGDE – IKKE SAMLET OVNLÆNGDE.

2. Lukket sløjfekontrol for hastigheden af ​​konvektionsventilatorer – Der er visse overflademonteringspakker, såsom SOD323 (se indlæg), som har et lille forhold mellem kontaktareal og masse, som er tilbøjelige til at blive forstyrret under reflow-processen.Lukket sløjfehastighedskontrol af konventionelle ventilatorer er en anbefalet mulighed for samlinger, der bruger sådanne dele.

3. Automatisk kontrol af transportbånd og center-board-understøttelsesbredder – Nogle maskiner har manuel breddejustering, men hvis der er mange forskellige samlinger, der skal behandles med varierende PCB-bredder, anbefales denne mulighed for at opretholde en ensartet proces.

Acceptabel reflow-profil

For at skabe en reflow-profil forbindes termoelementer til en prøvesamling (sædvanligvis med højtemperaturlodning) på en række steder for at måle temperaturområdet på tværs af printkortet.Det anbefales at have mindst et termoelement placeret på en pude mod kanten af ​​printkortet og et termoelement placeret på en pude mod midten af ​​printkortet.Ideelt set bør der bruges flere termoelementer til at måle hele området af temperaturer på tværs af printkortet – kendt som 'Delta T'.

Inden for en typisk reflow-loddeprofil er der normalt fire trin - Forvarmning, iblødsætning, reflow og afkøling.Hovedformålet er at overføre tilstrækkelig varme ind i samlingen til at smelte loddet og danne loddeforbindelserne uden at forårsage skade på komponenter eller PCB.

Forvarm– I denne fase opvarmes komponenterne, PCB og loddemetal alle til en specificeret iblødsætnings- eller opholdstemperatur, idet man skal passe på ikke at opvarme for hurtigt (normalt ikke mere end 2ºC/sekund – tjek datablad for loddepasta).For hurtig opvarmning kan forårsage defekter, såsom komponenter til at revne og loddepastaen til at sprøjte, hvilket forårsager loddekugler under reflow.

Blødgør– Formålet med denne fase er at sikre, at alle komponenter er op til den krævede temperatur, før de går ind i reflow-stadiet.Iblødsætning varer normalt mellem 60 og 120 sekunder afhængigt af 'masseforskellen' for samlingen og typer af komponenter, der er til stede.Jo mere effektiv varmeoverførslen er under iblødsætningsfasen, jo mindre tid er nødvendig.

Hvis reflow-profilen har utilstrækkelig varme påført under reflow-stadiet, vil der være loddeforbindelser, der ses svarende til billederne nedenfor:-

lodde ikke dannet filet med bly

Ikke alle loddekugler smeltede

En almindelig loddefejl efter reflow er dannelsen af ​​mid-chip loddekugler/perler som kan ses nedenfor.Løsningen på denne defekt er at ændre stencildesignet -flere detaljer kan ses her.

Brugen af ​​nitrogen under reflow-processen bør overvejes på grund af tendensen til at bevæge sig væk fra loddepasta, der indeholder stærke flusmidler.Spørgsmålet er virkelig ikke evnen til at strømme tilbage i nitrogen, men snarere evnen til at strømme tilbage i fravær af ilt.Opvarmning af loddemetal i nærvær af oxygen vil skabe oxider, som generelt er ikke-loddebare overflader.

Køling– Dette er simpelthen det trin, hvor samlingen afkøles, men det er vigtigt ikke at afkøle enheden for hurtigt – normalt bør den anbefalede afkølingshastighed ikke overstige 3ºC/sekund.

PCB/komponent Footprint Design

Der er en række aspekter af PCB-design, der har indflydelse på, hvor godt en samling vil reflow.Et eksempel er størrelsen af ​​spor, der forbinder til et komponentfodaftryk - hvis sporet, der forbinder til den ene side af et komponentfodaftryk er større end den anden, kan dette føre til en termisk ubalance, der får delen til at "gravsten", som det kan ses nedenfor:-

Et andet eksempel er 'kobberbalancering' – mange PCB-designs bruger store kobberarealer, og hvis printet sættes i et panel for at hjælpe fremstillingsprocessen, kan det føre til en ubalance i kobber.Dette kan få panelet til at deformeres under reflow, og derfor er den anbefalede løsning at tilføje 'kobberbalancering' til panelets spildområder, som det kan ses nedenfor:-

Se'Design til fremstilling'af andre hensyn.

Omhyggeligt printet PCB ved hjælp af veldesignet stencil

De tidligere procestrin inden for overflademontering er afgørende for en effektiv reflow-loddeproces.Detloddepasta udskrivningsproceser nøglen til at sikre en ensartet aflejring af loddepasta på printkortet.Enhver fejl på dette stadium vil føre til uønskede resultater og dermed fuldstændig kontrol over denne proces sammen medeffektivt stencildesigner nødvendig.

Gentagelig placering af komponenter til overflademontering

Variation af komponentplacering

Placeringen af ​​overflademonteringskomponenter skal kunne gentages, og derfor er en pålidelig, velholdt pick and place-maskine nødvendig.Hvis komponentpakker ikke indlæres på den korrekte måde, kan det medføre, at maskinens synssystem ikke ser hver del på samme måde, og der vil derfor blive observeret variation i placering.Dette vil føre til inkonsistente resultater efter reflow-loddeprocessen.

Komponentplaceringsprogrammer kan oprettes ved hjælp af pick and place-maskinerne, men denne proces er ikke så nøjagtig som at tage tyngdepunktsinformationen direkte fra PCB Gerber-dataene.Ganske ofte eksporteres disse tyngdepunktsdata fra PCB-designsoftwaren, men nogle gange er de ikke tilgængelige, og såservice til at generere centroid-filen fra Gerber-data tilbydes af Surface Mount Process.

Alle komponentplaceringsmaskiner vil have en 'Placeringsnøjagtighed' specificeret som:-

35um (QFP'er) til 60um (chips) @ 3 sigma

Det er også vigtigt, at den korrekte dyse vælges til den komponenttype, der skal placeres – en række forskellige komponentplaceringsdyser kan ses nedenfor:-

God kvalitet PCB, komponenter og loddepasta

Kvaliteten af ​​alle genstande, der bruges under processen, skal være høj, fordi alt af dårlig kvalitet vil føre til uønskede resultater.Afhængigt af fremstillingsprocessen for printkortene og måden, hvorpå de er blevet opbevaret, kan finishen af ​​printkortene føre til dårlig lodningsevne under reflow-lodningsprocessen.Nedenfor er et eksempel på, hvad der kan ses, når overfladefinishen på et PCB er dårlig, hvilket fører til en defekt kendt som 'Black Pad':-

GOD KVALITET PCB FINISH

PLETET PCB

Loddet strømmer til komponent og ikke PCB

På lignende måde kan kvaliteten af ​​de overflademonterede komponentledninger være dårlig afhængig af fremstillingsprocessen og opbevaringsmetoden.

Kvaliteten af ​​loddepastaen er stærkt påvirket afopbevaring og håndtering.Dårlig kvalitet loddepasta, hvis den bruges, vil sandsynligvis give resultater, som kan ses nedenfor:-