PROCES POVRCHOVEJ MONTÁŽE

Spájkovanie pretavením je najpoužívanejší spôsob pripevnenia komponentov na povrchovú montáž na dosky plošných spojov (PCB).Cieľom procesu je vytvoriť prijateľné spájkované spoje najprv predhriatím komponentov/PCB/spájkovacej pasty a následným roztavením spájky bez toho, aby došlo k poškodeniu prehriatím.

Kľúčové aspekty, ktoré vedú k efektívnemu procesu spájkovania pretavením, sú nasledovné:

1. Vhodný stroj
2. Prijateľný profil pretavenia
3. Dizajn plošných spojov/súčiastok
4. Starostlivo vytlačená DPS pomocou dobre navrhnutej šablóny
5. Opakovateľné umiestnenie komponentov pre povrchovú montáž
6. Kvalitná DPS, súčiastky a spájkovacia pasta

Vhodný stroj

K dispozícii sú rôzne typy pretavovacích spájkovacích strojov v závislosti od požadovanej rýchlosti linky a dizajnu/materiálu zostáv PCB, ktoré sa majú spracovať.Vybraná pec musí mať vhodnú veľkosť, aby zvládla rýchlosť výroby zariadenia na vyberanie a umiestňovanie.

Rýchlosť linky je možné vypočítať podľa nižšie uvedeného: -

Rýchlosť linky (minimálna) =Dosky za minútu x Dĺžka dosky
Faktor zaťaženia (medzera medzi doskami)

Je dôležité vziať do úvahy opakovateľnosť procesu, a preto „faktor zaťaženia“ zvyčajne špecifikuje výrobca stroja, výpočet je uvedený nižšie:

Aby bolo možné vybrať správnu veľkosť pretavovacej pece, musí byť rýchlosť procesu (definovaná nižšie) vyššia ako minimálna vypočítaná rýchlosť linky.

Rýchlosť procesu =Dĺžka vyhrievanej komory rúry
Čas zotrvania procesu

Nižšie je uvedený príklad výpočtu na určenie správnej veľkosti rúry:-

Montér SMT chce vyrábať 8-palcové dosky rýchlosťou 180 za hodinu.Výrobca spájkovacej pasty odporúča 4-minútový trojkrokový profil.Ako dlho potrebujem rúru na spracovanie dosiek pri tejto priepustnosti?

Dosky za minútu = 3 (180/hod.)
Dĺžka jednej dosky = 8 palcov
Faktor zaťaženia = 0,8 (2-palcový priestor medzi doskami)
Čas zotrvania procesu = 4 minúty

Vypočítajte rýchlosť linky:(3 dosky/min) x (8 palcov/doska)
0,8

Rýchlosť linky = 30 palcov/min

Preto musí mať pretavovacia pec rýchlosť procesu aspoň 30 palcov za minútu.

Určte vyhrievanú dĺžku komory pece pomocou rovnice rýchlosti procesu:

30 palcov/min =Dĺžka vyhrievanej komory rúry
4 minúty

Dĺžka vyhrievanej rúry = 120 palcov (10 stôp)

Všimnite si, že celková dĺžka rúry presiahne 10 stôp vrátane chladiacej časti a nakladacích častí dopravníka.Výpočet je pre DĹŽKU OHRIEVANIA – NIE CELKOVÚ DĹŽKU RÚRY.

2. Uzavretá regulácia rýchlosti konvekčných ventilátorov – Existujú určité typy povrchových montáží, ako napríklad SOD323 (pozri prílohu), ktoré majú malý pomer kontaktnej plochy k hmotnosti, ktoré môžu byť počas procesu pretavenia narušené.Regulácia otáčok konvenčných ventilátorov v uzavretej slučke je odporúčaná možnosť pre zostavy využívajúce takéto diely.

3. Automatické ovládanie šírky dopravníka a podpery stredovej dosky – Niektoré stroje majú manuálne nastavenie šírky, ale ak existuje veľa rôznych zostáv na spracovanie s rôznymi šírkami PCB, potom sa táto možnosť odporúča na udržanie konzistentného procesu.

Prijateľný profil preformátovania

Aby sa vytvoril profil pretavenia, termočlánky sú pripojené k zostave vzorky (zvyčajne pomocou vysokoteplotnej spájky) na niekoľkých miestach na meranie rozsahu teplôt na doske plošných spojov.Odporúča sa mať aspoň jeden termočlánok umiestnený na podložke smerom k okraju DPS a jeden termočlánok umiestnený na podložke smerom k stredu DPS.V ideálnom prípade by sa malo použiť viac termočlánkov na meranie celého rozsahu teplôt na DPS – známe ako „Delta T“.

V rámci typického profilu spájkovania pretavením sú zvyčajne štyri stupne – predhrievanie, namáčanie, pretavenie a chladenie.Hlavným cieľom je preniesť dostatok tepla do zostavy na roztavenie spájky a vytvorenie spájkovaných spojov bez toho, aby došlo k poškodeniu komponentov alebo PCB.

Predhrejte– Počas tejto fázy sa všetky komponenty, doska plošných spojov a spájka zohrejú na špecifikovanú teplotu nahrievania alebo zotrvania, pričom dávajte pozor, aby sa nezohrievali príliš rýchlo (zvyčajne nie viac ako 2ºC/sekundu – pozrite si technický list spájkovacej pasty).Príliš rýchle zahriatie môže spôsobiť chyby, ako je prasknutie komponentov a rozstrekovanie spájkovacej pasty, čo spôsobí guľôčky spájky počas pretavenia.

Namočte– Účelom tejto fázy je zabezpečiť, aby všetky komponenty pred vstupom do fázy pretavenia dosiahli požadovanú teplotu.Namáčanie zvyčajne trvá 60 až 120 sekúnd v závislosti od „rozdielu hmotnosti“ zostavy a typov prítomných komponentov.Čím efektívnejší je prenos tepla počas fázy namáčania, tým menej času je potrebné.

Ak profil pretavenia neaplikuje počas fázy pretavenia dostatočné teplo, budú spájkované spoje vidieť podobne ako na obrázkoch nižšie: -

spájka nevytvorená filé s olovom

Nie všetky guľôčky spájky sa roztopili

Bežnou chybou spájkovania po pretavení je tvorba guľôčok/guľôčok spájky v strede čipu, ako je vidieť nižšie.Riešením tejto chyby je úprava dizajnu šablóny -viac podrobností si môžete pozrieť tu.

Použitie dusíka počas procesu pretavenia by sa malo zvážiť vzhľadom na trend odklonu od spájkovacej pasty, ktorá obsahuje silné tavidlá.Problém v skutočnosti nie je schopnosť pretaviť dusík, ale skôr schopnosť pretaviť sa v neprítomnosti kyslíka.Zahrievanie spájky v prítomnosti kyslíka vytvorí oxidy, ktoré sú vo všeobecnosti nespájkovateľné povrchy.

Chladenie– Toto je jednoducho fáza, počas ktorej sa zostava chladí, ale je dôležité, aby sa zostava neochladzovala príliš rýchlo – zvyčajne by odporúčaná rýchlosť chladenia nemala presiahnuť 3ºC/sekundu.

Návrh pôdorysu PCB/komponentov

Existuje množstvo aspektov návrhu PCB, ktoré majú vplyv na to, ako dobre sa zostava pretaví.Príkladom je veľkosť koľajníc pripájajúcich sa k stope komponentu – ak je stopa pripájajúca sa k jednej strane stopy komponentu väčšia ako druhá, môže to viesť k tepelnej nerovnováhe, ktorá spôsobí, že dielec sa stane „náhrobným kameňom“, ako je možné vidieť nižšie:

Ďalším príkladom je „vyvažovanie medi“ – mnoho návrhov dosiek plošných spojov používa veľké medené plochy a ak je doska plošných spojov vložená do panelu na uľahčenie výrobného procesu, môže to viesť k nerovnováhe medi.To môže spôsobiť deformáciu panelu počas pretavenia, takže odporúčaným riešením je pridať „vyváženie medi“ do odpadových oblastí panelu, ako je vidieť nižšie: -

Pozri„Dizajn pre výrobu“pre iné úvahy.

Starostlivo vytlačená DPS pomocou dobre navrhnutej šablóny

Skoršie procesné kroky v rámci montáže na povrchovú montáž sú rozhodujúce pre efektívny proces spájkovania pretavením.Theproces tlače spájkovacej pastyje kľúčom k zaisteniu konzistentného nanášania spájkovacej pasty na DPS.Akákoľvek chyba v tejto fáze povedie k nežiaducim výsledkom a tým aj k úplnej kontrole tohto procesuefektívny dizajn šablónyje potrebné.

Opakovateľné umiestnenie komponentov pre povrchovú montáž

Variácia umiestnenia komponentov

Umiestnenie komponentov povrchovej montáže musí byť opakovateľné, a preto je potrebný spoľahlivý, dobre udržiavaný stroj na vyberanie a umiestňovanie.Ak sa balíky komponentov nenaučia správnym spôsobom, môže to spôsobiť, že systém strojového videnia nebude vidieť každú časť rovnakým spôsobom, a preto budú pozorované odchýlky v umiestnení.To povedie k nekonzistentným výsledkom po procese spájkovania pretavením.

Programy umiestňovania komponentov je možné vytvoriť pomocou strojov na výber a umiestňovanie, ale tento proces nie je taký presný ako získavanie informácií o ťažisku priamo z údajov PCB Gerber.Pomerne často sa tieto údaje ťažiska exportujú z návrhového softvéru PCB, ale niekedy nie sú dostupné a tak ďalejslužbu na generovanie ťažiskového súboru z údajov Gerber ponúka spoločnosť Surface Mount Process.

Všetky stroje na umiestnenie komponentov budú mať špecifikovanú „presnosť umiestnenia“, ako napríklad:-

35 um (QFP) až 60 um (čipy) @ 3 sigma

Je tiež dôležité, aby ste zvolili správnu dýzu pre typ komponentu, ktorý sa má umiestniť – rad rôznych dýz na umiestnenie komponentov si môžete pozrieť nižšie:-

Kvalitná DPS, súčiastky a spájkovacia pasta

Kvalita všetkých položiek použitých počas procesu musí byť vysoká, pretože čokoľvek nekvalitné povedie k nežiaducim výsledkom.V závislosti od výrobného procesu DPS a spôsobu, akým boli uložené, môže konečná úprava DPS viesť k zlej spájkovateľnosti počas procesu spájkovania pretavením.Nižšie je uvedený príklad toho, čo možno vidieť, keď je povrchová úprava na PCB zlá, čo vedie k defektu známemu ako „Black Pad“:-

DOBRÁ KVALITNÁ POVRCHOVÁ ÚPRAVA DPS

ZABLOKOVANÁ DPS

Spájka tečie do súčiastky a nie do DPS

Podobným spôsobom môže byť kvalita vývodov komponentov na povrchovú montáž zlá v závislosti od výrobného procesu a spôsobu skladovania.

Na kvalitu spájkovacej pasty má veľký vplyvskladovanie a manipulácia.Nekvalitná spájkovacia pasta, ak sa použije, pravdepodobne poskytne výsledky, ako je možné vidieť nižšie: -