ზედაპირის დამაგრების პროცესი

Reflow soldering არის ყველაზე ფართოდ გამოყენებული მეთოდი ზედაპირის სამონტაჟო კომპონენტების დასამაგრებლად ბეჭდურ მიკროსქემის დაფებზე (PCB).პროცესის მიზანია ჩამოყალიბდეს მისაღები შედუღების სახსრები, ჯერ კომპონენტების/PCB/შედუღების პასტის წინასწარ გაცხელებით და შემდეგ შედუღების დნობით გადახურებით დაზიანების გარეშე.

ძირითადი ასპექტები, რომლებიც იწვევს ეფექტურ ხელახალი შედუღების პროცესს, არის შემდეგი:

1. შესაფერისი მანქანა
2. მისაღები გადამუშავების პროფილი
3. PCB/კომპონენტის კვალი დიზაინი
4. ფრთხილად დაბეჭდილი PCB კარგად შემუშავებული სტენლის გამოყენებით
5. ზედაპირის სამონტაჟო კომპონენტების განმეორებადი განთავსება
6. კარგი ხარისხის PCB, კომპონენტები და შედუღების პასტა

შესაფერისი მანქანა

არსებობს სხვადასხვა ტიპის ხელახალი შედუღების მანქანა, რაც დამოკიდებულია დასამუშავებელი PCB შეკრებების საჭირო ხაზის სიჩქარეზე და დიზაინზე/მასალაზე.შერჩეული ღუმელი უნდა იყოს შესაფერისი ზომის, რათა გაუმკლავდეს არჩევისა და განლაგების აღჭურვილობის წარმოების სიჩქარეს.

ხაზის სიჩქარე შეიძლება გამოითვალოს, როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ: -

ხაზის სიჩქარე (მინიმალური) =დაფები წუთში x სიგრძე თითო დაფაზე
დატვირთვის ფაქტორი (სივრცე დაფებს შორის)

მნიშვნელოვანია გავითვალისწინოთ პროცესის განმეორებადობა და ამიტომ „ჩატვირთვის ფაქტორი“ ჩვეულებრივ მითითებულია მანქანის მწარმოებლის მიერ, გაანგარიშება ნაჩვენებია ქვემოთ:

იმისათვის, რომ აირჩიოთ სწორი ზომის ღუმელი, პროცესის სიჩქარე (ქვემოთ განსაზღვრული) უნდა იყოს მინიმალურ გამოთვლილ ხაზის სიჩქარეზე მეტი.

პროცესის სიჩქარე =ღუმელის გაცხელებული კამერის სიგრძე
პროცესის დარჩენის დრო

ქვემოთ მოცემულია გაანგარიშების მაგალითი ღუმელის სწორი ზომის დასადგენად:-

SMT ასამბლერს სურს აწარმოოს 8 დიუმიანი დაფები საათში 180 სიჩქარით.შედუღების პასტის მწარმოებელი რეკომენდაციას უწევს 4 წუთიან, სამსაფეხურიან პროფილს.რამდენი ხანი მჭირდება ღუმელი ამ გამტარუნარიანობის დაფების დასამუშავებლად?

დაფები წუთში = 3 (180/საათში)
სიგრძე თითო დაფაზე = 8 ინჩი
დატვირთვის კოეფიციენტი = 0.8 (2 დიუმიანი სივრცე დაფებს შორის)
პროცესის დრო = 4 წუთი

ხაზის სიჩქარის გამოთვლა:(3 დაფა/წთ) x (8 ინჩი/დაფა)
0.8

ხაზის სიჩქარე = 30 ინჩი/წუთში

ამიტომ, გადამუშავების ღუმელს უნდა ჰქონდეს პროცესის სიჩქარე წუთში მინიმუმ 30 ინჩი.

განსაზღვრეთ ღუმელის გაცხელებული კამერის სიგრძე პროცესის სიჩქარის განტოლებით:

30 ინ/წთ =ღუმელის გაცხელებული კამერის სიგრძე
4 წუთი

ღუმელის გახურებული სიგრძე = 120 ინჩი (10 ფუტი)

გაითვალისწინეთ, რომ ღუმელის საერთო სიგრძე გადააჭარბებს 10 ფუტს გაგრილების განყოფილებისა და კონვეიერის დატვირთვის სექციების ჩათვლით.გაანგარიშება არის გაცხელებული სიგრძისთვის - არა ღუმელის მთლიანი სიგრძე.

2. დახურული მარყუჟის კონტროლი კონვექციური ვენტილატორების სიჩქარისთვის – არსებობს ზედაპირზე დამაგრების გარკვეული პაკეტები, როგორიცაა SOD323 (იხ. ჩანართი), რომლებსაც აქვთ მცირე შეხების არე და მასის თანაფარდობა, რომლებიც მიდრეკილია დაირღვეს ხელახალი გადინების პროცესში.კონვენციური ვენტილატორების დახურული მარყუჟის სიჩქარის კონტროლი რეკომენდებული ვარიანტია შეკრებებისთვის, რომლებიც იყენებენ ასეთ ნაწილებს.

3. კონვეიერის და ცენტრალური დაფის დამხმარე სიგანეების ავტომატური კონტროლი - ზოგიერთ მანქანას აქვს სიგანის ხელით რეგულირება, მაგრამ თუ არსებობს მრავალი განსხვავებული ასამბლეა, რომელიც უნდა დამუშავდეს სხვადასხვა PCB სიგანეებით, მაშინ ეს ვარიანტი რეკომენდირებულია თანმიმდევრული პროცესის შესანარჩუნებლად.

მისაღები Reflow პროფილი

ხელახალი ნაკადის პროფილის შესაქმნელად თერმოწყვილები უკავშირდება ნიმუშს (ჩვეულებრივ, მაღალი ტემპერატურის შედუღებით) რამდენიმე ადგილას, რათა გაზომონ ტემპერატურის დიაპაზონი PCB-ზე.რეკომენდირებულია გქონდეთ მინიმუმ ერთი თერმოწყვილი, რომელიც განლაგებულია ბალიშზე PCB-ის კიდეზე და ერთი თერმოწყვილი, რომელიც მდებარეობს ბალიშზე PCB-ის შუაში.იდეალურ შემთხვევაში, მეტი თერმოწყვილები უნდა იქნას გამოყენებული PCB-ზე ტემპერატურის სრული დიაპაზონის გასაზომად - ცნობილი როგორც 'დელტა T'.

ტიპიური ხელახალი შედუღების პროფილის ფარგლებში, ჩვეულებრივ, ოთხი ეტაპია - წინასწარ გათბობა, გაჟღენთვა, ხელახალი გადინება და გაგრილება.მთავარი მიზანია ასამბლეაში გადაიტანოს საკმარისი სითბო, რათა დნება შედუღება და ჩამოყალიბდეს შემაერთებელი ნაწილები კომპონენტების ან PCB-ის დაზიანების გარეშე.

Preheat– ამ ფაზის განმავლობაში კომპონენტები, PCB და სამაგრი თბება მითითებულ გაჟღენთვამდე ან დნობის ტემპერატურამდე, ფრთხილად არ გაცხელდეს ძალიან სწრაფად (ჩვეულებრივ არაუმეტეს 2ºC/წამში – შეამოწმეთ შედუღების პასტის მონაცემთა ფურცელი).ძალიან სწრაფად გაცხელებამ შეიძლება გამოიწვიოს ისეთი დეფექტები, როგორიცაა კომპონენტების ბზარი და გამაგრილებელი პასტის დაფხეკა, რაც იწვევს შედუღების ბურთულებს ხელახალი გადინების დროს.

გაჟღენთილი– ამ ფაზის მიზანია უზრუნველყოს ყველა კომპონენტი საჭირო ტემპერატურამდე გადასვლის ეტაპზე.გაჟღენთვა ჩვეულებრივ გრძელდება 60-დან 120 წამამდე, რაც დამოკიდებულია შეკრების „მასობრივი დიფერენციალზე“ და არსებული კომპონენტების ტიპზე.რაც უფრო ეფექტურია სითბოს გადაცემა გაჟღენთის ფაზაში მით ნაკლები დროა საჭირო.

თუ ხელახალი გადინების პროფილს აქვს არასაკმარისი სითბო გამოყენებული ხელახალი გადინების ეტაპზე, გამოჩნდება შედუღების სახსრები, როგორც ქვემოთ მოცემულ სურათებში:-

შედუღება არ არის ჩამოყალიბებული ფილე ტყვიით

ყველა გამაგრილებელი ბურთი არ დნება

ჩვეულებრივი შედუღების დეფექტი ხელახალი გადინების შემდეგ არის შუა ჩიპის შედუღების ბურთულების/მძივების წარმოქმნა, როგორც ეს ჩანს ქვემოთ.ამ დეფექტის გამოსავალი არის შაბლონის დიზაინის შეცვლა -მეტი დეტალი შეგიძლიათ ნახოთ აქ.

აზოტის გამოყენება ხელახალი გადინების პროცესის დროს გასათვალისწინებელია ტენდენციის გამო, რომ დაშორდეს ძლიერ ნაკადს.საქმე ნამდვილად არ არის აზოტის ხელახალი გადინების უნარი, არამედ ჟანგბადის არარსებობის შემთხვევაში ხელახალი გადინების შესაძლებლობა.ჟანგბადის თანდასწრებით შედუღების გაცხელება წარმოქმნის ოქსიდებს, რომლებიც, როგორც წესი, შეუსაბამო ზედაპირებია.

გაგრილება– ეს არის უბრალოდ ეტაპი, რომლის დროსაც ასამბლეა გაცივდება, მაგრამ მნიშვნელოვანია, რომ არ გაცივდეს შეკრება ძალიან სწრაფად – ჩვეულებრივ, გაციების რეკომენდებული სიჩქარე არ უნდა აღემატებოდეს 3ºC/წამს.

PCB/კომპონენტის კვალი დიზაინი

PCB დიზაინის რამდენიმე ასპექტია, რომლებიც გავლენას ახდენენ ასამბლეის ხელახლა გადინებაზე.მაგალითად, კომპონენტთან დამაკავშირებელი ბილიკების ზომა - თუ კომპონენტის ნაკვალევის ერთ მხარეს დამაკავშირებელი ბილიკი მეორეზე დიდია, ამან შეიძლება გამოიწვიოს თერმული დისბალანსი, რაც გამოიწვევს ნაწილს "საფლავის ქვას", როგორც ეს ჩანს ქვემოთ:

კიდევ ერთი მაგალითია „სპილენძის დაბალანსება“ – PCB-ის ბევრი დიზაინი იყენებს სპილენძის დიდ უბნებს და თუ PCB მოთავსებულია პანელში წარმოების პროცესის დასახმარებლად, ამან შეიძლება გამოიწვიოს სპილენძის დისბალანსი.ამან შეიძლება გამოიწვიოს პანელის გადახვევა ხელახალი გადინების დროს და ამიტომ რეკომენდებული გამოსავალია პანელის ნარჩენების უბნებზე „სპილენძის ბალანსის“ დამატება, როგორც ეს ჩანს ქვემოთ:

იხ"დიზაინი წარმოებისთვის"სხვა მოსაზრებებისთვის.

ფრთხილად დაბეჭდილი PCB კარგად შემუშავებული სტენლის გამოყენებით

ადრინდელი პროცესის ეტაპები ზედაპირული სამონტაჟო ასამბლეის ფარგლებში გადამწყვეტია ეფექტური ხელახალი შედუღების პროცესისთვის.Theშედუღების პასტის დაბეჭდვის პროცესიმთავარია, რომ უზრუნველყოფილი იყოს შედუღების პასტის თანმიმდევრული დეპონირება PCB-ზე.ამ ეტაპზე ნებისმიერი შეცდომა გამოიწვევს არასასურველ შედეგებს და ამ პროცესის სრულ კონტროლსეფექტური სტენლის დიზაინისაჭიროა.

ზედაპირზე დამაგრების კომპონენტების განმეორებადი განთავსება

კომპონენტის განლაგების ვარიაცია

ზედაპირული სამონტაჟო კომპონენტების განთავსება უნდა იყოს განმეორებადი და ამიტომ აუცილებელია საიმედო, კარგად მოვლილი არჩევისა და განთავსების მანქანა.თუ კომპონენტების პაკეტები სწორად არ არის ასწავლილი, ეს შეიძლება გამოიწვიოს მანქანების ხედვის სისტემამ ვერ დაინახოს თითოეული ნაწილი ერთნაირად და, შესაბამისად, შეინიშნება განლაგებაში ცვალებადობა.ეს გამოიწვევს არათანმიმდევრულ შედეგებს ხელახალი შედუღების პროცესის შემდეგ.

კომპონენტების განლაგების პროგრამები შეიძლება შეიქმნას არჩევისა და ადგილის აპარატების გამოყენებით, მაგრამ ეს პროცესი არ არის ისეთი ზუსტი, როგორც ცენტრალური ინფორმაციის აღება პირდაპირ PCB Gerber-ის მონაცემებიდან.ხშირად ეს ცენტროიდის მონაცემები ექსპორტირებულია PCB დიზაინის პროგრამული უზრუნველყოფიდან, მაგრამ ზოგჯერ მიუწვდომელია და ა.შგერბერის მონაცემებიდან ცენტროიდის ფაილის გენერირების სერვისს გთავაზობთ Surface Mount Process.

ყველა კომპონენტის განლაგების მანქანებს ექნება "განლაგების სიზუსტე" მითითებული, როგორიცაა:

35მუმ (QFPs) 60უმუმამდე (ჩიპები) @ 3 სიგმა

ასევე მნიშვნელოვანია, რომ სწორი საქშენი შეირჩეს განსათავსებელი კომპონენტის ტიპისთვის - სხვადასხვა კომპონენტის განთავსების საქშენების დიაპაზონი შეგიძლიათ იხილოთ ქვემოთ:-

კარგი ხარისხის PCB, კომპონენტები და შედუღების პასტა

პროცესის დროს გამოყენებული ყველა ნივთის ხარისხი უნდა იყოს მაღალი, რადგან ნებისმიერი უხარისხო გამოიწვევს არასასურველ შედეგს.PCB-ების წარმოების პროცესისა და მათი შენახვის ხერხიდან გამომდინარე, PCB-ების დასრულებამ შეიძლება გამოიწვიოს ცუდი შედუღების უნარი ხელახლა შედუღების პროცესში.ქვემოთ მოცემულია მაგალითი იმისა, თუ რისი დანახვა შეიძლება, როდესაც PCB-ზე ზედაპირის დასრულება ცუდია, რაც იწვევს დეფექტს, რომელიც ცნობილია როგორც „შავი ბალიშები“:-

კარგი ხარისხის PCB დასრულება

დაბინდული PCB

შემდუღებელი მიედინება კომპონენტში და არა PCB-ზე

ანალოგიურად, ზედაპირის სამონტაჟო კომპონენტის მილების ხარისხი შეიძლება იყოს დაბალი, რაც დამოკიდებულია წარმოების პროცესზე და შენახვის მეთოდზე.

შედუღების პასტის ხარისხზე დიდ გავლენას ახდენსშენახვა და დამუშავება.უხარისხო შედუღების პასტა, თუ გამოიყენება, სავარაუდოდ იძლევა შედეგს, როგორც ეს ჩანს ქვემოთ:-