فرآیند نصب سطحی

لحیم کاری مجدد پرکاربردترین روش برای اتصال قطعات نصب سطحی به بردهای مدار چاپی (PCB) است.هدف از این فرآیند ایجاد اتصالات لحیم قابل قبولی است که ابتدا اجزاء/PCB/خمیر لحیم کاری را پیش گرم کرده و سپس لحیم کاری را بدون ایجاد آسیب در اثر حرارت بیش از حد ذوب می کند.

جنبه های کلیدی که منجر به یک فرآیند لحیم کاری با جریان مجدد می شود به شرح زیر است:

1. دستگاه مناسب
2. نمایه جریان مجدد قابل قبول
3. طراحی ردپای PCB/کامپوننت
4. چاپ PCB با دقت با استفاده از شابلون خوب طراحی شده است
5. قرار دادن قابل تکرار اجزای نصب سطحی
6. PCB، قطعات و خمیر لحیم کاری با کیفیت خوب

ماشین مناسب

بسته به سرعت خط مورد نیاز و طراحی/مواد مجموعه‌های PCB که باید پردازش شوند، انواع مختلفی از دستگاه لحیم کاری مجدد وجود دارد.کوره انتخابی باید اندازه مناسبی داشته باشد تا بتواند میزان تولید تجهیزات انتخاب و مکان را کنترل کند.

سرعت خط را می توان مطابق شکل زیر محاسبه کرد:

سرعت خط (حداقل) =تخته در دقیقه x طول هر تخته
ضریب بار (فضای بین تخته ها)

مهم است که تکرارپذیری فرآیند در نظر گرفته شود و بنابراین "ضریب بار" معمولاً توسط سازنده ماشین مشخص می شود، محاسبه در زیر نشان داده شده است:

برای اینکه بتوانید سایز صحیح کوره جریان مجدد را انتخاب کنید، سرعت فرآیند (تعریف شده در زیر) باید از حداقل سرعت خط محاسبه شده بیشتر باشد.

سرعت فرآیند =طول محفظه گرم شده فر
زمان ماندن فرآیند

در زیر مثالی از محاسبه برای تعیین اندازه صحیح فر آورده شده است:

یک اسمبلر SMT می خواهد بردهای 8 اینچی را با نرخ 180 در ساعت تولید کند.سازنده خمیر لحیم کاری پروفیل 4 دقیقه ای و سه مرحله ای را توصیه می کند.برای پردازش تخته ها با این توان چه مدت به اجاق نیاز دارم؟

تخته در دقیقه = 3 (180 در ساعت)
طول هر تخته = 8 اینچ
ضریب بار = 0.8 (فضای 2 اینچی بین بردها)
زمان ماندن فرآیند = 4 دقیقه

محاسبه سرعت خط:(3 تخته در دقیقه) x (8 اینچ / تخته)
0.8

سرعت خط = 30 اینچ در دقیقه

بنابراین سرعت فرآوری مجدد باید حداقل 30 اینچ در دقیقه باشد.

طول محفظه گرم شده فر را با معادله سرعت فرآیند تعیین کنید:

30 اینچ در دقیقه =طول محفظه گرم شده فر
4 دقیقه

طول فر گرم شده = 120 اینچ (10 فوت)

توجه داشته باشید که طول کلی فر از 10 فوت شامل بخش خنک کننده و بخش بارگیری نوار نقاله بیشتر خواهد شد.محاسبه برای طول گرم شده - نه طول کلی فر است.

2. کنترل حلقه بسته برای سرعت فن های همرفت - بسته های نصب روی سطح خاصی مانند SOD323 (به درج مراجعه کنید) وجود دارند که نسبت سطح تماس به جرم کوچکی دارند که در طول فرآیند جریان مجدد مستعد اختلال هستند.کنترل سرعت حلقه بسته فن های معمولی یک گزینه توصیه شده برای مجموعه هایی است که از چنین قطعاتی استفاده می کنند.

3. کنترل خودکار عرض نوار نقاله و پشتیبانی از تخته مرکزی - برخی از ماشین‌ها دارای تنظیم دستی عرض هستند، اما اگر مجموعه‌های مختلفی برای پردازش با عرض‌های مختلف PCB وجود دارد، این گزینه برای حفظ یک فرآیند ثابت توصیه می‌شود.

نمایه جریان مجدد قابل قبول

به منظور ایجاد یک پروفیل جریان مجدد، ترموکوپل ها به یک مجموعه نمونه (معمولاً با لحیم کاری با دمای بالا) در تعدادی مکان متصل می شوند تا محدوده دما در سراسر PCB را اندازه گیری کنند.توصیه می شود حداقل یک ترموکوپل روی یک پد به سمت لبه PCB و یک ترموکوپل روی یک پد به سمت وسط PCB قرار گرفته باشد.در حالت ایده‌آل باید از ترموکوپل‌های بیشتری برای اندازه‌گیری طیف کامل دما در سراسر PCB استفاده شود که به «دلتا تی» معروف است.

در یک پروفیل لحیم کاری معمولی، چهار مرحله وجود دارد - پیش گرم کردن، خیساندن، جریان مجدد و خنک کردن.هدف اصلی انتقال حرارت کافی به داخل مجموعه برای ذوب شدن لحیم و تشکیل اتصالات لحیم بدون آسیب رساندن به قطعات یا PCB است.

پیش گرم کنید- در طول این مرحله، قطعات، PCB و لحیم کاری تا دمای مشخصی گرم می شوند و مراقب باشید که خیلی سریع گرم نشوند (معمولاً بیش از 2 درجه سانتیگراد در ثانیه - برگه اطلاعات خمیر لحیم کاری را بررسی کنید).گرم شدن بیش از حد سریع می تواند باعث ایراداتی مانند ترک خوردن قطعات و پاشیده شدن خمیر لحیم شود که باعث ایجاد گلوله های لحیم در طول جریان مجدد می شود.

خیس خوردن– هدف از این مرحله اطمینان از رسیدن تمام اجزاء به دمای مورد نیاز قبل از ورود به مرحله جریان مجدد است.خیساندن معمولا بین 60 تا 120 ثانیه بسته به "تفاوت جرم" مجموعه و انواع اجزای موجود طول می کشد.هرچه انتقال حرارت در مرحله خیساندن کارآمدتر باشد زمان کمتری نیاز است.

اگر پروفیل جریان مجدد دارای حرارت ناکافی در مرحله جریان مجدد باشد، اتصالات لحیم کاری مشابه تصاویر زیر مشاهده می شود:

لحیم کاری فیله با سرب تشکیل نشده است

همه توپ های لحیم کاری ذوب نمی شوند

یک نقص معمول لحیم کاری پس از جریان مجدد، تشکیل گلوله ها/دانه های لحیم کاری میان تراشه است که در زیر مشاهده می شود.راه حل این نقص، اصلاح طرح شابلون است -جزئیات بیشتر را می توان در اینجا مشاهده کرد.

استفاده از نیتروژن در طول فرآیند جریان مجدد به دلیل روند دور شدن از خمیر لحیم کاری که حاوی شارهای قوی است باید مورد توجه قرار گیرد.مسئله واقعاً توانایی جریان مجدد در نیتروژن نیست، بلکه توانایی جریان مجدد در غیاب اکسیژن است.حرارت دادن لحیم کاری در حضور اکسیژن باعث ایجاد اکسیدهایی می شود که عموماً سطوح غیر قابل لحیم کاری هستند.

خنک کننده- این مرحله صرفاً مرحله ای است که در طی آن مجموعه خنک می شود، اما مهم است که مجموعه را خیلی سریع خنک نکنید - معمولاً سرعت توصیه شده خنک کننده نباید از 3 درجه سانتیگراد در ثانیه تجاوز کند.

PCB/طراحی ردپای اجزاء

تعدادی از جنبه های طراحی PCB وجود دارد که بر چگونگی جریان مجدد یک مجموعه تأثیر می گذارد.به عنوان مثال اندازه مسیرهای متصل به ردپای قطعه - اگر مسیر اتصال به یک طرف ردپای قطعه بزرگتر از طرف دیگر باشد، می تواند منجر به عدم تعادل حرارتی شود که باعث می شود قطعه به "سنگ قبر" تبدیل شود، همانطور که در زیر مشاهده می شود:

مثال دیگر «تعادل مس» است – بسیاری از طرح‌های PCB از مساحت‌های بزرگ استفاده می‌کنند و اگر PCB برای کمک به فرآیند تولید در پانل قرار داده شود، می‌تواند منجر به عدم تعادل در مس شود.این می‌تواند باعث تاب برداشتن پانل در حین جریان مجدد شود و بنابراین راه‌حل پیشنهادی اضافه کردن «تعادل مس» به قسمت‌های ضایعاتی پانل است که در زیر مشاهده می‌شود:

دیدن"طراحی برای تولید"برای ملاحظات دیگر

چاپ PCB با دقت با استفاده از شابلون خوب طراحی شده است

مراحل اولیه فرآیند در مونتاژ نصب سطحی برای یک فرآیند لحیم کاری با جریان مجدد بسیار مهم است.رافرآیند چاپ خمیر لحیم کاریبرای اطمینان از رسوب ثابت خمیر لحیم کاری روی PCB کلیدی است.هر گونه خطا در این مرحله منجر به نتایج نامطلوب و کنترل کامل این فرآیند در کنار آن خواهد شدطراحی شابلون موثرلازم است.

قرار دادن قابل تکرار اجزای نصب سطحی

تنوع قرارگیری اجزا

قرار دادن اجزای نصب سطحی باید قابل تکرار باشد و بنابراین یک ماشین انتخاب و مکان قابل اطمینان و نگهداری لازم است.اگر پکیج‌های اجزا به روش صحیح آموزش داده نشوند، می‌تواند باعث شود که سیستم بینایی ماشین‌ها هر قسمت را به یک شکل نبیند و بنابراین تنوع در محل قرارگیری مشاهده می‌شود.این منجر به نتایج ناسازگار پس از فرآیند لحیم کاری مجدد می شود.

برنامه‌های قرار دادن اجزا را می‌توان با استفاده از ماشین‌های انتخاب و مکان ایجاد کرد، اما این فرآیند به اندازه گرفتن اطلاعات مرکز به طور مستقیم از داده‌های PCB Gerber دقیق نیست.اغلب این داده های مرکز از نرم افزار طراحی PCB صادر می شود اما گاهی اوقات در دسترس نیست و بنابراینسرویس تولید فایل centroid از داده های Gerber توسط Surface Mount Process ارائه می شود.

همه ماشین‌های قرار دادن اجزا دارای یک "دقت قرار دادن" خواهند بود مانند:

35mm (QFPs) تا 60um (تراشه) @ 3 sigma

همچنین مهم است که نازل صحیح برای نوع قطعه انتخاب شود - طیف وسیعی از نازل های قرار دادن قطعات مختلف را می توان در زیر مشاهده کرد:

PCB، قطعات و خمیر لحیم کاری با کیفیت خوب

کیفیت تمام اقلام مورد استفاده در طول فرآیند باید بالا باشد زیرا هر چیزی که کیفیت پایینی داشته باشد نتایج نامطلوبی را به همراه خواهد داشت.بسته به فرآیند تولید PCBها و روشی که آنها در آن ذخیره شده اند، پایان PCB ها می تواند منجر به لحیم کاری ضعیف در طول فرآیند لحیم کاری مجدد شود.در زیر نمونه‌ای از آنچه که می‌توان مشاهده کرد وقتی سطح روکش روی PCB ضعیف است و منجر به نقصی به نام "Black Pad" می‌شود، مشاهده می‌شود:

فینیش PCB با کیفیت خوب

PCB لکه دار

جریان لحیم کاری به قطعه و نه PCB

به روشی مشابه، کیفیت سرنخ‌های اجزای نصب سطحی بسته به فرآیند تولید و روش ذخیره‌سازی می‌تواند ضعیف باشد.

کیفیت خمیر لحیم کاری به شدت تحت تاثیر قرار می گیردذخیره سازی و جابجایی.خمیر لحیم کاری بی کیفیت در صورت استفاده احتمالاً نتایجی را به همراه خواهد داشت که در زیر مشاهده می کنید: