PROSES PEMASANGAN PERMUKAAN

Penyolderan reflow adalah metode yang paling banyak digunakan untuk memasang komponen pemasangan permukaan ke papan sirkuit cetak (PCB).Tujuan dari proses ini adalah untuk membentuk sambungan solder yang dapat diterima dengan terlebih dahulu memanaskan komponen/PCB/pasta solder terlebih dahulu dan kemudian melelehkan solder tanpa menyebabkan kerusakan karena panas berlebih.

Aspek kunci yang mengarah pada proses penyolderan reflow yang efektif adalah sebagai berikut:

1. Mesin yang cocok
2. Profil reflow yang dapat diterima
3. Desain tapak PCB/komponen
4. PCB dicetak dengan hati-hati menggunakan stensil yang dirancang dengan baik
5. Penempatan komponen pemasangan permukaan yang berulang
6. PCB, komponen, dan pasta solder berkualitas baik

Mesin yang Cocok

Ada berbagai jenis mesin solder reflow yang tersedia tergantung pada kecepatan garis yang dibutuhkan dan desain/bahan rakitan PCB yang akan diproses.Oven yang dipilih harus berukuran sesuai untuk menangani laju produksi peralatan pengambilan dan penempatan.

Kecepatan garis dapat dihitung seperti yang ditunjukkan di bawah ini: -

Kecepatan jalur (minimum) =Papan per menit x Panjang per papan
Load Factor (jarak antar papan)

Penting untuk mempertimbangkan pengulangan proses sehingga 'Faktor Beban' biasanya ditentukan oleh produsen mesin, perhitungannya ditunjukkan di bawah ini:

Untuk dapat memilih oven reflow ukuran yang benar, kecepatan proses (didefinisikan di bawah) harus lebih besar dari kecepatan jalur minimum yang dihitung.

Kecepatan proses =Panjang ruang oven dipanaskan
Waktu tunggu proses

Di bawah ini adalah contoh perhitungan untuk menentukan ukuran oven yang benar:-

Seorang perakit SMT ingin memproduksi papan berukuran 8 inci dengan kecepatan 180 per jam.Produsen pasta solder merekomendasikan profil 4 menit, tiga langkah.Berapa lama oven yang saya perlukan untuk memproses papan pada keluaran ini?

Papan per menit = 3 (180/jam)
Panjang per papan = 8 inci
Faktor Beban = 0,8 (ruang antar papan 2 inci)
Proses Dwell Time = 4 menit

Hitung Kecepatan Garis:(3 papan/menit) x (8 inci/papan)
0,8

Kecepatan jalur = 30 inci/menit

Oleh karena itu, oven reflow harus memiliki kecepatan proses minimal 30 inci per menit.

Tentukan panjang ruang oven yang dipanaskan dengan persamaan kecepatan proses:

30 inci/menit =Panjang ruang oven dipanaskan
4 menit

Panjang oven yang dipanaskan = 120 inci (10 kaki)

Perhatikan bahwa panjang keseluruhan oven akan melebihi 10 kaki termasuk bagian pendingin dan bagian pemuatan konveyor.Perhitungannya adalah untuk PANJANG PANAS – BUKAN PANJANG OVEN KESELURUHAN.

2. Kontrol loop tertutup untuk kecepatan kipas konveksi – Ada paket pemasangan permukaan tertentu seperti SOD323 (lihat sisipan) yang memiliki rasio area kontak terhadap massa kecil yang rentan terganggu selama proses reflow.Kontrol kecepatan loop tertutup pada kipas konvensi merupakan opsi yang direkomendasikan untuk rakitan yang menggunakan komponen tersebut.

3. Kontrol otomatis lebar konveyor dan penyangga papan tengah – Beberapa mesin memiliki penyesuaian lebar manual tetapi jika ada banyak rakitan berbeda yang harus diproses dengan lebar PCB yang bervariasi maka opsi ini disarankan untuk menjaga konsistensi proses.

Profil Reflow yang Dapat Diterima

Untuk membuat profil reflow, termokopel dihubungkan ke rakitan sampel (biasanya dengan solder suhu tinggi) di sejumlah lokasi untuk mengukur kisaran suhu di seluruh PCB.Disarankan untuk memiliki setidaknya satu termokopel yang terletak pada bantalan di tepi PCB dan satu termokopel yang terletak pada bantalan di tengah PCB.Idealnya, lebih banyak termokopel harus digunakan untuk mengukur seluruh rentang suhu di seluruh PCB – yang dikenal sebagai 'Delta T'.

Dalam profil penyolderan reflow biasanya ada empat tahap – Pemanasan awal, rendam, reflow, dan pendinginan.Tujuan utamanya adalah untuk mentransfer panas yang cukup ke dalam rakitan untuk melelehkan solder dan membentuk sambungan solder tanpa menyebabkan kerusakan pada komponen atau PCB.

Memanaskan lebih dulu– Selama fase ini, komponen, PCB, dan solder semuanya dipanaskan hingga suhu rendam atau suhu diam yang ditentukan, berhati-hatilah agar tidak memanas terlalu cepat (biasanya tidak lebih dari 2ºC/detik – periksa lembar data pasta solder).Pemanasan yang terlalu cepat dapat menyebabkan cacat seperti komponen retak dan pasta solder berceceran sehingga menyebabkan bola solder pada saat reflow.

Basah– Tujuan dari fase ini adalah untuk memastikan semua komponen mencapai suhu yang dibutuhkan sebelum memasuki tahap reflow.Perendaman biasanya berlangsung antara 60 dan 120 detik tergantung pada 'diferensiasi massa' rakitan dan jenis komponen yang ada.Semakin efisien perpindahan panas pada fase perendaman maka semakin sedikit waktu yang dibutuhkan.

Jika profil reflow tidak memiliki panas yang cukup selama tahap reflow, akan ada sambungan solder yang terlihat seperti gambar di bawah:-

solder fillet yang belum terbentuk dengan timah

Tidak semua bola solder meleleh

Cacat penyolderan yang umum setelah reflow adalah pembentukan bola/manik solder mid-chip seperti yang dapat dilihat di bawah.Solusi untuk cacat ini adalah dengan memodifikasi desain stensil -lebih jelasnya dapat dilihat di sini.

Penggunaan nitrogen pada proses reflow patut dipertimbangkan karena kecenderungan menjauhi pasta solder yang mengandung fluks kuat.Masalahnya sebenarnya bukan pada kemampuan untuk melakukan reflow dalam nitrogen, melainkan pada kemampuan untuk melakukan reflow dalam keadaan tidak adanya oksigen.Memanaskan solder dengan adanya oksigen akan menghasilkan oksida, yang umumnya merupakan permukaan yang tidak dapat disolder.

Pendinginan– Ini hanyalah tahap di mana rakitan didinginkan namun penting untuk tidak mendinginkan rakitan terlalu cepat – biasanya laju pendinginan yang disarankan tidak boleh melebihi 3ºC/detik.

Desain Jejak PCB/Komponen

Ada sejumlah aspek desain PCB yang mempengaruhi seberapa baik suatu perakitan akan di-reflow.Contohnya adalah ukuran jalur yang menghubungkan ke tapak komponen – jika jalur yang menghubungkan ke satu sisi tapak komponen lebih besar dari sisi lainnya, hal ini dapat menyebabkan ketidakseimbangan termal yang menyebabkan bagian tersebut menjadi 'batu nisan' seperti yang dapat dilihat di bawah:-

Contoh lainnya adalah 'penyeimbangan tembaga' – banyak desain PCB yang menggunakan area tembaga yang luas dan jika PCB dimasukkan ke dalam panel untuk membantu proses pembuatannya, hal ini dapat menyebabkan ketidakseimbangan tembaga.Hal ini dapat menyebabkan panel melengkung selama proses reflow sehingga solusi yang disarankan adalah menambahkan 'penyeimbang tembaga' pada area limbah panel seperti yang dapat dilihat di bawah:-

Melihat'Desain untuk Pembuatan'untuk pertimbangan lain.

PCB dicetak dengan hati-hati menggunakan stensil yang dirancang dengan baik

Langkah-langkah proses sebelumnya dalam perakitan pemasangan permukaan sangat penting untuk proses penyolderan reflow yang efektif.Ituproses pencetakan pasta solderadalah kunci untuk memastikan deposit pasta solder yang konsisten ke PCB.Kesalahan apa pun pada tahap ini akan menyebabkan hasil yang tidak diinginkan dan karenanya kendali penuh atas proses inidesain stensil yang efektifdiperlukan.

Penempatan komponen pemasangan permukaan yang berulang

Variasi penempatan komponen

Penempatan komponen pemasangan di permukaan harus dapat diulang sehingga diperlukan mesin pick and place yang andal dan dirawat dengan baik.Jika paket komponen tidak diajarkan dengan cara yang benar, hal ini dapat menyebabkan sistem visi mesin tidak melihat setiap bagian dengan cara yang sama sehingga variasi penempatan akan terlihat.Hal ini akan menyebabkan hasil yang tidak konsisten setelah proses penyolderan reflow.

Program penempatan komponen dapat dibuat menggunakan mesin pick and place tetapi proses ini tidak seakurat mengambil informasi pusat massa langsung dari data PCB Gerber.Seringkali data pusat massa ini diekspor dari perangkat lunak desain PCB tetapi terkadang tidak tersedia dan sebagainyalayanan untuk menghasilkan file centroid dari data Gerber ditawarkan oleh Surface Mount Process.

Semua mesin penempatan komponen akan memiliki 'Akurasi Penempatan' yang ditentukan seperti: -

35um (QFPs) hingga 60um (chip) @ 3 sigma

Penting juga untuk memilih nozel yang tepat untuk jenis komponen yang akan ditempatkan – rangkaian nozel penempatan komponen yang berbeda dapat dilihat di bawah:-

PCB, komponen, dan pasta solder berkualitas baik

Kualitas semua barang yang digunakan selama proses harus tinggi karena kualitas yang buruk akan menimbulkan hasil yang tidak diinginkan.Tergantung pada proses pembuatan PCB dan cara penyimpanannya, lapisan akhir PCB dapat menyebabkan kemampuan solder yang buruk selama proses penyolderan reflow.Di bawah ini adalah contoh dari apa yang dapat dilihat ketika permukaan akhir pada PCB buruk sehingga menyebabkan cacat yang dikenal sebagai 'Black Pad':-

FINISH PCB KUALITAS BAIK

PCB TERNODA

Solder mengalir ke komponen dan bukan PCB

Demikian pula, kualitas kabel komponen pemasangan di permukaan bisa buruk tergantung pada proses produksi dan metode penyimpanan.

Kualitas pasta solder sangat dipengaruhi olehpenyimpanan dan penanganan.Pasta solder yang berkualitas buruk jika digunakan kemungkinan akan memberikan hasil seperti yang dapat dilihat di bawah ini: -