תהליך הרכבה על פני השטח

הלחמת זרימה חוזרת היא השיטה הנפוצה ביותר לחיבור רכיבי הרכבה על פני השטח למעגלים מודפסים (PCB).מטרת התהליך היא ליצור חיבורי הלחמה מקובלים על ידי חימום מוקדם של הרכיבים / PCB / משחת הלחמה ולאחר מכן המסת הלחמה מבלי לגרום נזק על ידי התחממות יתר.

ההיבטים המרכזיים המובילים לתהליך הלחמה מזרימה אפקטיבית הם כדלקמן:

1. מכונה מתאימה
2. פרופיל זרימה חוזרת מקובל
3. עיצוב טביעת רגל PCB/רכיב
4. PCB מודפס בקפידה באמצעות סטנסיל מעוצב היטב
5. מיקום חוזר של רכיבי הרכבה על פני השטח
6. PCB באיכות טובה, רכיבים ומשחת הלחמה

מכונה מתאימה

ישנם סוגים שונים של מכונת הלחמה חוזרת זמינה בהתאם למהירות הקו הנדרשת ולעיצוב/חומר של מכלולי ה-PCB לעיבוד.התנור הנבחר צריך להיות בגודל מתאים כדי להתמודד עם קצב הייצור של ציוד הבחירה והמקום.

ניתן לחשב את מהירות הקו כפי שמוצג להלן:-

מהירות קו (מינימום) =לוחות לדקה x אורך לכל לוח
מקדם עומס (רווח בין לוחות)

חשוב לקחת בחשבון את יכולת החזרה של התהליך ולכן 'מקדם העומס' מצוין בדרך כלל על ידי יצרן המכונה, החישוב מוצג להלן:

כדי להיות מסוגל לבחור את התנור לזרימה חוזרת בגודל הנכון, מהירות התהליך (מוגדר להלן) חייבת להיות גדולה ממהירות הקו המינימלי המחושבת.

מהירות תהליך =תא תנור מחומם אורך
זמן השהייה בתהליך

להלן דוגמה לחישוב כדי לקבוע את גודל התנור הנכון:

מרכיב SMT רוצה לייצר לוחות בגודל 8 אינץ' בקצב של 180 לשעה.יצרן משחת ההלחמה ממליץ על פרופיל בן 4 דקות ושלושה שלבים.כמה זמן תנור אני צריך לעבד לוחות בתפוקה זו?

לוחות לדקה = 3 (180/שעה)
אורך לכל לוח = 8 אינץ'
מקדם עומס = 0.8 (רווח של 2 אינץ' בין לוחות)
זמן השהייה בתהליך = 4 דקות

חשב את מהירות קו:(3 לוחות/דקה) x (8 אינץ'/לוח)
0.8

מהירות קו = 30 אינץ' לדקה

לכן, תנור הזרימה החוזרת חייבת להיות בעלת מהירות תהליך של לפחות 30 אינץ' לדקה.

קבע את אורך תא התנור המחומם עם משוואת מהירות התהליך:

30 אינץ'/דקה =תא תנור מחומם אורך
4 דקות

אורך תנור מחומם = 120 אינץ' (10 רגל)

שימו לב שהאורך הכולל של התנור יעלה על 10 רגל כולל קטע הקירור וקטעי טעינת המסוע.החישוב הוא עבור אורך מחומם - לא אורך תנור כולל.

2. בקרת לולאה סגורה למהירות של מאווררי הסעה - ישנן חבילות מסוימות להרכבה על פני השטח כגון SOD323 (ראה תוספת) בעלות יחס שטח מגע קטן למסה אשר רגישות להפרעה במהלך תהליך הזרימה מחדש.בקרת מהירות בלולאה סגורה של מאווררי הקונבנציה היא אפשרות מומלצת עבור מכלולים המשתמשים בחלקים כאלה.

3. שליטה אוטומטית ברוחב המסוע והמרכז-לוח - לחלק מהמכונות יש התאמת רוחב ידנית אבל אם יש מכלולים רבים ושונים לעיבוד עם רוחבי PCB משתנים אז אפשרות זו מומלצת כדי לשמור על תהליך עקבי.

פרופיל זרימה חוזרת מקובל

על מנת ליצור פרופיל זרימה חוזרת מחוברים צמדים תרמיים למכלול מדגם (בדרך כלל עם הלחמה בטמפרטורה גבוהה) במספר מקומות כדי למדוד את טווח הטמפרטורות על פני ה-PCB.מומלץ שיהיה לפחות צמד תרמי אחד הממוקם על פד לכיוון קצה ה-PCB וצמד תרמי אחד הממוקם על פד לכיוון אמצע ה-PCB.באופן אידיאלי יש להשתמש בצמדים תרמיים נוספים כדי למדוד את כל טווח הטמפרטורות על פני ה-PCB - המכונה 'Delta T'.

בתוך פרופיל הלחמה חוזרת טיפוסית ישנם בדרך כלל ארבעה שלבים - חימום מוקדם, השרייה, זרימה חוזרת וקירור.המטרה העיקרית היא להעביר מספיק חום לתוך המכלול כדי להמיס את ההלחמה וליצור את מפרקי ההלחמה מבלי לגרום נזק לרכיבים או PCB.

מחממים מראש- במהלך שלב זה הרכיבים, ה-PCB וההלחמה מחוממים כולם לטמפרטורת השרייה או שהייה מוגדרת תוך הקפדה לא להתחמם מהר מדי (בדרך כלל לא יותר מ-2ºC לשנייה - בדוק את גיליון הנתונים של הדבקת הלחמה).חימום מהיר מדי עלול לגרום לפגמים כמו רכיבים להיסדק ולנתז של משחת ההלחמה ולגרום לכדורי הלחמה במהלך זרימה חוזרת.

לְהַשְׁרוֹת- מטרת שלב זה היא לוודא שכל הרכיבים עומדים בטמפרטורה הנדרשת לפני הכניסה לשלב הזרימה החוזרת.ההשריה נמשכת בדרך כלל בין 60 ל-120 שניות בהתאם ל'הפרש ההמוני' של המכלול וסוגי הרכיבים הקיימים.ככל שהעברת החום במהלך שלב ההשריה יעילה יותר כך נדרש פחות זמן.

אם לפרופיל הזרימה החוזרת לא הופעל מספיק חום בשלב הזרימה החוזרת, יהיו חיבורי הלחמה בדומה לתמונות למטה:

הלחמה לא נוצר פילה עם עופרת

לא כל כדורי ההלחמה נמסו

פגם נפוץ בהלחמה לאחר זרימה חוזרת הוא היווצרות של כדורי הלחמה/חרוזים באמצע שבב כפי שניתן לראות להלן.הפתרון לפגם זה הוא לשנות את עיצוב השבלונה -פרטים נוספים ניתן לראות כאן.

יש לשקול שימוש בחנקן במהלך תהליך הזרימה מחדש עקב מגמת ההתרחקות ממשחת הלחמה המכילה שטפים חזקים.הבעיה היא באמת לא היכולת להזרים חנקן, אלא היכולת להזרים בהיעדר חמצן.חימום הלחמה בנוכחות חמצן תיצור תחמוצות, שהן בדרך כלל משטחים שאינם ניתנים להלחמה.

הִתקָרְרוּת- זהו פשוט השלב שבו ההרכבה מתקררת אך חשוב לא לקרר את המכלול מהר מדי - בדרך כלל קצב הקירור המומלץ לא יעלה על 3ºC/שנייה.

עיצוב טביעת רגל PCB/רכיב

ישנם מספר היבטים של עיצוב PCB שיש להם השפעה על מידת הזרימה מחדש של המכלול.דוגמה לכך היא גודל המסלולים המתחברים לטביעת רגל של רכיב - אם המסילה המתחברת לצד אחד של טביעת הרגל של רכיב גדול יותר מהשני, הדבר עלול להוביל לחוסר איזון תרמי הגורם לחלק להיות 'מצבה' כפי שניתן לראות להלן:-

דוגמה נוספת היא 'איזון נחושת' - עיצובי PCB רבים משתמשים בשטחי נחושת גדולים ואם ה-PCB מוכנס ללוח כדי לסייע לתהליך הייצור זה עלול להוביל לחוסר איזון בנחושת.זה יכול לגרום לפאנל להתעוות במהלך זרימה חוזרת ולכן הפתרון המומלץ הוא להוסיף 'איזון נחושת' לאזורי הפסולת של הפאנל כפי שניתן לראות להלן:

לִרְאוֹת'עיצוב לייצור'משיקולים אחרים.

PCB מודפס בקפידה באמצעות סטנסיל מעוצב היטב

שלבי התהליך המוקדמים יותר במכלול הרכבה על פני השטח הם קריטיים לתהליך הלחמה אפקטיבית בזרימה חוזרת.התהליך הדפסת משחת הלחמההוא המפתח להבטיח הפקדה עקבית של משחת הלחמה על גבי ה-PCB.כל תקלה בשלב זה תוביל לתוצאות לא רצויות ולכן שליטה מלאה בתהליך זה יחד עםעיצוב סטנסיל יעילנחוץ.

מיקום חוזר של רכיבי הרכבה על פני השטח

וריאציה של מיקום רכיב

המיקום של רכיבי הרכבה על פני השטח חייב להיות בר-חזרה ולכן יש צורך במכונת בחירה אמינה ומתוחזקת היטב.אם חבילות רכיבים לא נלמדות בצורה הנכונה, זה יכול לגרום למערכת הראייה של המכונות לא לראות כל חלק באותה צורה, ולכן תראה שונות במיקום.זה יוביל לתוצאות לא עקביות לאחר תהליך הלחמה מחדש.

ניתן ליצור תוכניות להצבת רכיבים באמצעות מכונות הבחירה והמקום, אך תהליך זה אינו מדויק כמו לקיחת מידע המרכז ישירות מנתוני PCB Gerber.לעתים קרובות נתוני המרכז הללו מיוצאים מתוכנת העיצוב של PCB אך מתישהו אינם זמינים וכךשירות להפקת קובץ ה-centroid מנתוני Gerber מוצע על ידי Surface Mount Process.

לכל מכונות מיקום הרכיבים יהיה 'דיוק מיקום' שצוין כגון:-

35um (QFPs) עד 60um (שבבים) @ 3 סיגמא

כמו כן, חשוב לבחור את הזרבובית הנכונה עבור סוג הרכיב שיוצב - מגוון חרירי מיקום רכיבים שונים ניתן לראות להלן:-

PCB באיכות טובה, רכיבים ומשחת הלחמה

האיכות של כל הפריטים המשמשים במהלך התהליך חייבת להיות גבוהה מכיוון שכל דבר באיכות ירודה יוביל לתוצאות לא רצויות.בהתאם לתהליך הייצור של ה-PCB והאופן שבו הם אוחסנו, הגימור של ה-PCB יכול להוביל ליכולת הלחמה לקויה במהלך תהליך ההלחמה מחדש.להלן דוגמה למה שניתן לראות כאשר גימור פני השטח על PCB גרוע, מה שמוביל לפגם המכונה 'רפידה שחורה':-

גימור PCB באיכות טובה

PCB מוכתם

הלחמה זורמת לרכיב ולא PCB

באופן דומה, האיכות של רכיבי ההרכבה על פני השטח יכולה להיות ירודה בהתאם לתהליך הייצור ולשיטת האחסון.

איכות משחת ההלחמה מושפעת מאוד מה-אחסון וטיפול.משחת הלחמה באיכות ירודה אם משתמשים בה צפויה לתת תוצאות כפי שניתן לראות להלן:-