PROCESSO DI MONTAGGIO SUPERFICIALE

La saldatura a riflusso è il metodo più utilizzato per collegare componenti a montaggio superficiale ai circuiti stampati (PCB).Lo scopo del processo è quello di formare giunti di saldatura accettabili preriscaldando prima i componenti/PCB/pasta saldante e poi sciogliendo la saldatura senza causare danni da surriscaldamento.

Gli aspetti chiave che portano ad un processo di saldatura a rifusione efficace sono i seguenti:

1. Macchina adatta
2. Profilo di riflusso accettabile
3. Progettazione dell'impronta PCB/componente
4. PCB stampato con cura utilizzando uno stencil ben progettato
5. Posizionamento ripetibile dei componenti a montaggio superficiale
6. PCB, componenti e pasta saldante di buona qualità

Macchina adatta

Sono disponibili vari tipi di saldatrici a rifusione a seconda della velocità della linea richiesta e del design/materiale dei gruppi PCB da elaborare.Il forno selezionato deve essere di dimensioni adeguate per gestire la velocità di produzione dell'attrezzatura pick and place.

La velocità della linea può essere calcolata come mostrato di seguito: -

Velocità della linea (minima) =Tavole al minuto x Lunghezza per tavola
Fattore di carico (spazio tra le schede)

È importante considerare la ripetibilità del processo e quindi il "fattore di carico" viene solitamente specificato dal produttore della macchina, calcolo mostrato di seguito:

Per poter selezionare il forno di rifusione della dimensione corretta, la velocità del processo (definita di seguito) deve essere maggiore della velocità minima calcolata della linea.

Velocità del processo =Lunghezza camera riscaldata
Tempo di permanenza del processo

Di seguito un esempio di calcolo per stabilire la corretta dimensione del forno:-

Un assemblatore SMT desidera produrre schede da 8 pollici a una velocità di 180 all'ora.Il produttore della pasta saldante consiglia un profilo in tre fasi di 4 minuti.Di quanto tempo ho bisogno in un forno per lavorare i pannelli con questa produttività?

Tavole al minuto = 3 (180/ora)
Lunghezza per tavola = 8 pollici
Fattore di carico = 0,8 (spazio di 2 pollici tra le schede)
Tempo di permanenza del processo = 4 minuti

Calcola la velocità della linea:(3 tavole/min) x (8 pollici/tavola)
0,8

Velocità della linea = 30 pollici/minuto

Pertanto, il forno di rifusione deve avere una velocità di processo di almeno 30 pollici al minuto.

Determinare la lunghezza riscaldata della camera del forno con l'equazione della velocità del processo:

30 pollici/minuto =Lunghezza camera riscaldata
4 minuti

Lunghezza riscaldata al forno = 120 pollici (10 piedi)

Si noti che la lunghezza complessiva del forno supererà i 10 piedi, compresa la sezione di raffreddamento e le sezioni di caricamento del trasportatore.Il calcolo si riferisce alla LUNGHEZZA RISCALDATA – NON ALLA LUNGHEZZA COMPLESSIVA DEL FORNO.

2. Controllo ad anello chiuso per la velocità dei ventilatori di convezione – Esistono alcuni pacchetti a montaggio superficiale come il SOD323 (vedere inserto) che hanno un rapporto area di contatto/massa ridotto e che sono suscettibili di essere disturbati durante il processo di riflusso.Il controllo della velocità ad anello chiuso dei ventilatori convenzionali è un'opzione consigliata per gli assemblaggi che utilizzano tali parti.

3. Controllo automatico delle larghezze del trasportatore e del supporto della scheda centrale – Alcune macchine sono dotate di regolazione manuale della larghezza, ma se ci sono molti assemblaggi diversi da elaborare con larghezze PCB diverse, questa opzione è consigliata per mantenere un processo coerente.

Profilo di riflusso accettabile

Per creare un profilo di rifusione, le termocoppie vengono collegate a un gruppo campione (solitamente con saldatura ad alta temperatura) in una serie di punti per misurare l'intervallo di temperature attraverso il PCB.Si consiglia di avere almeno una termocoppia posizionata su una piazzola verso il bordo del PCB e una termocoppia posizionata su una piazzola verso il centro del PCB.Idealmente dovrebbero essere utilizzate più termocoppie per misurare l'intero intervallo di temperature attraverso il PCB, noto come "Delta T".

All'interno di un tipico profilo di saldatura a rifusione ci sono solitamente quattro fasi: preriscaldamento, immersione, rifusione e raffreddamento.Lo scopo principale è trasferire abbastanza calore nell'assieme per sciogliere la saldatura e formare i giunti di saldatura senza causare alcun danno ai componenti o al PCB.

Preriscaldare– Durante questa fase i componenti, il PCB e la saldatura vengono tutti riscaldati a una temperatura di permanenza o di permanenza specificata, facendo attenzione a non riscaldarsi troppo rapidamente (di solito non più di 2ºC/secondo – controllare la scheda tecnica della pasta saldante).Un riscaldamento troppo rapido può causare difetti come la rottura dei componenti e schizzi di pasta saldante, con conseguente formazione di sfere di saldatura durante la rifusione.

Bagnare– Lo scopo di questa fase è garantire che tutti i componenti raggiungano la temperatura richiesta prima di entrare nella fase di riflusso.L'immersione dura solitamente tra 60 e 120 secondi a seconda della "differenza di massa" dell'assieme e del tipo di componenti presenti.Quanto più efficiente è il trasferimento di calore durante la fase di immersione, tanto meno tempo è necessario.

Se al profilo di rifusione viene applicato un calore insufficiente durante la fase di rifusione, verranno visualizzati giunti di saldatura simili alle immagini seguenti: -

saldare il raccordo non formato con piombo

Non tutte le sfere di saldatura si sono sciolte

Un difetto comune della saldatura dopo la rifusione è la formazione di sfere/perline di saldatura nella parte centrale del chip, come illustrato di seguito.La soluzione a questo difetto è modificare il design dello stencil:maggiori dettagli possono essere visti qui.

L'uso dell'azoto durante il processo di rifusione dovrebbe essere preso in considerazione a causa della tendenza ad allontanarsi dalla pasta saldante che contiene forti flussi.Il problema in realtà non è la capacità di rifluire nell’azoto, ma piuttosto la capacità di rifluire in assenza di ossigeno.Il riscaldamento della saldatura in presenza di ossigeno creerà ossidi, che generalmente sono superfici non saldabili.

Raffreddamento– Questa è semplicemente la fase durante la quale l'assieme viene raffreddato, ma è importante non raffreddare l'assieme troppo rapidamente: in genere la velocità di raffreddamento consigliata non deve superare i 3ºC/secondo.

Progettazione dell'impronta di PCB/componenti

Esistono numerosi aspetti della progettazione PCB che influiscono sulla qualità del riflusso di un assieme.Un esempio è la dimensione dei binari che si collegano all'impronta di un componente: se il binario che si collega a un lato dell'impronta di un componente è più grande dell'altro, ciò può portare a uno squilibrio termico che causa la "lapide" della parte, come si può vedere di seguito: -

Un altro esempio è il "bilanciamento del rame": molti progetti di PCB utilizzano ampie aree di rame e se il PCB viene inserito in un pannello per agevolare il processo di produzione, ciò può portare a uno squilibrio nel rame.Ciò può causare la deformazione del pannello durante la rifusione e quindi la soluzione consigliata è quella di aggiungere un "bilanciamento in rame" alle aree di scarto del pannello, come mostrato di seguito: -

Vedere"Design per la produzione"per altre considerazioni.

PCB stampato con cura utilizzando uno stencil ben progettato

Le fasi precedenti del processo all'interno dell'assemblaggio a montaggio superficiale sono fondamentali per un processo di saldatura a rifusione efficace.ILprocesso di stampa della pasta saldanteè fondamentale per garantire un deposito uniforme di pasta saldante sul PCB.Qualsiasi errore in questa fase porterà a risultati indesiderati e quindi al controllo completo di questo processodesign efficace dello stencilè necessario.

Posizionamento ripetibile dei componenti a montaggio superficiale

Variazione del posizionamento dei componenti

Il posizionamento dei componenti a montaggio superficiale deve essere ripetibile e quindi è necessaria una macchina pick and place affidabile e ben mantenuta.Se i pacchetti di componenti non vengono insegnati nel modo corretto, il sistema di visione artificiale può non vedere ciascuna parte nello stesso modo e quindi si osserverà una variazione nel posizionamento.Ciò porterà a risultati incoerenti dopo il processo di saldatura a rifusione.

I programmi di posizionamento dei componenti possono essere creati utilizzando le macchine pick and place, ma questo processo non è così accurato come prendere le informazioni sul centroide direttamente dai dati Gerber del PCB.Molto spesso questi dati del centroide vengono esportati dal software di progettazione PCB ma a volte non sono disponibili e così viail servizio per generare il file del centroide dai dati Gerber è offerto da Surface Mount Process.

Tutte le macchine per il posizionamento dei componenti avranno una "Precisione di posizionamento" specificata come:-

Da 35um (QFP) a 60um (chip) a 3 sigma

È anche importante selezionare l'ugello corretto per il tipo di componente da posizionare: di seguito è possibile vedere una gamma di diversi ugelli per il posizionamento dei componenti:-

PCB, componenti e pasta saldante di buona qualità

La qualità di tutti gli elementi utilizzati durante il processo deve essere elevata perché qualsiasi cosa di scarsa qualità porterà a risultati indesiderati.A seconda del processo di produzione dei PCB e del modo in cui sono stati conservati, la finitura dei PCB può portare a una scarsa saldabilità durante il processo di saldatura a rifusione.Di seguito è riportato un esempio di ciò che si può vedere quando la finitura superficiale di un PCB è scarsa e porta a un difetto noto come "Black Pad": -

FINITURA PCB DI BUONA QUALITÀ

PCB OSCURATO

La saldatura scorre verso il componente e non verso il PCB

In modo simile, la qualità dei conduttori dei componenti a montaggio superficiale può essere scarsa a seconda del processo di produzione e del metodo di conservazione.

La qualità della pasta saldante è fortemente influenzata dalstoccaggio e movimentazione.È probabile che una pasta saldante di scarsa qualità, se utilizzata, dia risultati come si può vedere di seguito: -