ПРОЦЕСС МОНТАЖА НА ПОВЕРХНОСТИ

Пайка оплавлением — наиболее широко используемый метод крепления компонентов поверхностного монтажа к печатным платам (PCB).Целью процесса является формирование приемлемых паяных соединений путем предварительного нагрева компонентов/платы/паяльной пасты, а затем плавления припоя без повреждения при перегреве.

Ключевые аспекты, которые приводят к эффективному процессу пайки оплавлением, следующие:

1. Подходящая машина
2. Приемлемый профиль перекомпоновки
3. Конструкция печатной платы/компонента
4. Тщательно напечатанная печатная плата с использованием хорошо продуманного трафарета
5. Повторяемое размещение компонентов для поверхностного монтажа
6. Качественная печатная плата, компоненты и паяльная паста.

Подходящая машина

Доступны различные типы машин для пайки оплавлением в зависимости от требуемой скорости линии и конструкции/материала обрабатываемых печатных плат.Выбранная печь должна быть подходящего размера, чтобы обеспечить производительность оборудования для захвата и размещения.

Скорость линии можно рассчитать, как показано ниже:

Скорость линии (минимальная) =Досок в минуту x Длина доски
Коэффициент нагрузки (пространство между досками)

Важно учитывать повторяемость процесса, поэтому «коэффициент нагрузки» обычно указывается производителем машины, расчет показан ниже:

Чтобы иметь возможность выбрать печь оплавления правильного размера, скорость процесса (определенная ниже) должна быть больше минимальной расчетной скорости линии.

Скорость процесса =Длина нагреваемой камеры печи
Время задержки процесса

Ниже приведен пример расчета для определения правильного размера духовки:

Сборщик SMT хочет производить 8-дюймовые платы со скоростью 180 штук в час.Производитель паяльной пасты рекомендует 4-минутный трехэтапный профиль.Как долго мне понадобится печь для обработки досок при такой производительности?

Досок в минуту = 3 (180/час)
Длина доски = 8 дюймов.
Коэффициент нагрузки = 0,8 (пространство между досками 2 дюйма)
Время задержки процесса = 4 минуты

Рассчитать скорость линии:(3 доски/мин) x (8 дюймов/доска)
0,8

Скорость линии = 30 дюймов/мин.

Следовательно, печь оплавления должна иметь скорость процесса не менее 30 дюймов в минуту.

Определите длину нагреваемой камеры печи с помощью уравнения скорости процесса:

30 дюймов/мин =Длина нагреваемой камеры печи
4 минуты

Длина нагрева в духовке = 120 дюймов (10 футов).

Обратите внимание, что общая длина печи будет превышать 10 футов, включая секцию охлаждения и секции загрузки конвейера.Расчет производится для ДЛИНЫ НАГРЕВА, А НЕ ОБЩЕЙ ДЛИНЫ ПЕЧИ.

2. Управление скоростью конвекционных вентиляторов по замкнутому контуру. Существуют определенные корпуса для поверхностного монтажа, такие как SOD323 (см. вставку), которые имеют небольшое соотношение площади контакта к массе и могут быть нарушены в процессе оплавления.Регулирование скорости обычных вентиляторов с обратной связью является рекомендуемым вариантом для сборок, в которых используются такие детали.

3. Автоматический контроль ширины конвейера и опоры шверта. Некоторые машины имеют ручную регулировку ширины, но если требуется обрабатывать много различных сборок с печатной платой различной ширины, рекомендуется использовать эту опцию для обеспечения единообразия процесса.

Приемлемый профиль перекомпоновки

Чтобы создать профиль оплавления, термопары подключаются к образцу сборки (обычно с помощью высокотемпературного припоя) в нескольких местах для измерения диапазона температур на печатной плате.Рекомендуется иметь как минимум одну термопару, расположенную на площадке ближе к краю печатной платы, и одну термопару, расположенную на площадке ближе к середине печатной платы.В идеале следует использовать больше термопар для измерения полного диапазона температур печатной платы, известного как «Дельта Т».

Типичный профиль пайки оплавлением обычно состоит из четырех этапов: предварительный нагрев, выдержка, оплавление и охлаждение.Основная цель — передать достаточно тепла в сборку, чтобы расплавить припой и сформировать паяные соединения, не причиняя вреда компонентам или печатной плате.

Разогреть– На этом этапе компоненты, печатная плата и припой нагреваются до заданной температуры выдержки или выдержки, стараясь не нагреваться слишком быстро (обычно не более 2°C/секунду – см. техническое описание паяльной пасты).Слишком быстрый нагрев может привести к таким дефектам, как растрескивание компонентов и разбрызгивание паяльной пасты, вызывающее образование шариков припоя во время оплавления.

Замочить– Целью этого этапа является обеспечение того, чтобы все компоненты достигли необходимой температуры перед переходом на стадию оплавления.Выдержка обычно длится от 60 до 120 секунд в зависимости от «разницы масс» узла и типов присутствующих компонентов.Чем эффективнее передача тепла на этапе выдержки, тем меньше времени требуется.

Если на этапе оплавления к профилю оплавления приложено недостаточно тепла, будут видны паяные соединения, аналогичные изображениям ниже:

припой не сформированный галтель со свинцом

Не все шарики припоя расплавились

Распространенным дефектом пайки после оплавления является образование шариков/бусинок припоя в середине чипа, как показано ниже.Решением этого дефекта является изменение конструкции трафарета —более подробную информацию можно увидеть здесь.

Следует рассмотреть возможность использования азота в процессе оплавления из-за тенденции отказа от паяльной пасты, содержащей сильные флюсы.Проблема на самом деле не в способности оплавляться в азоте, а в способности оплавляться в отсутствие кислорода.Нагревание припоя в присутствии кислорода приводит к образованию оксидов, которые обычно не поддаются пайке.

Охлаждение– Это просто этап, на котором сборка охлаждается, но важно не охлаждать сборку слишком быстро – обычно рекомендуемая скорость охлаждения не должна превышать 3°C/секунду.

Проектирование печатной платы/компонента

Существует ряд аспектов проектирования печатных плат, которые влияют на то, насколько хорошо будет производиться оплавка сборки.Примером может служить размер дорожек, соединяющихся с посадочным местом компонента. Если дорожка, соединяющаяся с одной стороной посадочного места компонента, больше другой, это может привести к тепловому дисбалансу, в результате чего деталь станет «надгробием», как показано ниже:

Другим примером является «балансировка меди»: во многих конструкциях печатных плат используются большие площади меди, и если печатная плата помещается в панель для облегчения производственного процесса, это может привести к дисбалансу меди.Это может привести к деформации панели во время оплавления, поэтому рекомендуемым решением является добавление «балансировки меди» к ненужным областям панели, как показано ниже:

Видеть«Дизайн для производства»по другим соображениям.

Тщательно напечатанная печатная плата с использованием хорошо продуманного трафарета

Ранние этапы процесса сборки поверхностного монтажа имеют решающее значение для эффективного процесса пайки оплавлением.процесс печати паяльной пастыявляется ключом к обеспечению равномерного нанесения паяльной пасты на печатную плату.Любая ошибка на этом этапе приведет к нежелательным результатам, поэтому полный контроль над этим процессом иэффектный дизайн трафаретанеобходим.

Повторяемое размещение компонентов для поверхностного монтажа

Вариант размещения компонентов

Размещение компонентов для поверхностного монтажа должно быть повторяемым, поэтому необходима надежная и ухоженная машина для захвата и установки.Если пакеты компонентов не обучены правильно, это может привести к тому, что система машинного зрения не будет видеть каждую деталь одинаково, и поэтому будут наблюдаться различия в размещении.Это приведет к противоречивым результатам после процесса пайки оплавлением.

Программы размещения компонентов можно создавать с использованием машин для захвата и размещения, но этот процесс не так точен, как получение информации о центроиде непосредственно из данных Gerber печатной платы.Довольно часто эти данные центроида экспортируются из программного обеспечения для проектирования печатных плат, но иногда они недоступны, и поэтомуСлужба создания файла центроида из данных Gerber предлагается компанией Surface Mount Process..

Все машины для размещения компонентов будут иметь указанную «точность размещения», например:

От 35 мкм (QFP) до 60 мкм (чипы) @ 3 сигмы

Также важно правильно выбрать сопло для типа размещаемого компонента – ниже можно увидеть ряд различных сопел для размещения компонентов:

Качественная печатная плата, компоненты и паяльная паста.

Качество всех предметов, используемых в процессе, должно быть высоким, поскольку все, что некачественно, приведет к нежелательным результатам.В зависимости от производственного процесса печатных плат и способа их хранения отделка печатных плат может привести к ухудшению паяемости во время процесса пайки оплавлением.Ниже приведен пример того, что можно увидеть, когда качество поверхности печатной платы плохое, что приводит к дефекту, известному как «Черная площадка»:

ХОРОШЕЕ КАЧЕСТВО ОТДЕЛКИ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ

ПОтускневшая печатная плата

Припой течет к компоненту, а не к печатной плате

Аналогичным образом, качество выводов компонентов для поверхностного монтажа может быть плохим в зависимости от производственного процесса и метода хранения.

Качество паяльной пасты во многом зависит отхранение и обработка.Использование паяльной пасты низкого качества может привести к таким результатам, как показано ниже: