PROSESO NG SURFACE MOUNT

Ang reflow soldering ay ang pinakamalawak na ginagamit na paraan ng pag-attach ng mga surface mount component sa mga naka-print na circuit board (PCB).Ang layunin ng proseso ay bumuo ng mga katanggap-tanggap na solder joints sa pamamagitan ng pag-pre-pre-heating ng mga bahagi/PCB/solder paste at pagkatapos ay tunawin ang solder nang hindi nagdudulot ng pinsala sa sobrang init.

Ang mga pangunahing aspeto na humahantong sa isang epektibong proseso ng paghihinang ng reflow ay ang mga sumusunod:

1. Angkop na makina
2. Katanggap-tanggap na reflow profile
3. Disenyo ng footprint ng PCB/component
4. Maingat na naka-print ang PCB gamit ang mahusay na disenyo ng stencil
5. Paulit-ulit na paglalagay ng mga bahagi ng surface mount
6. Magandang kalidad ng PCB, mga bahagi at solder paste

Angkop na Makina

Mayroong iba't ibang uri ng reflow soldering machine na magagamit depende sa kinakailangang bilis ng linya at disenyo/materyal ng mga PCB assemblies na ipoproseso.Ang napiling oven ay kailangang may angkop na sukat upang mahawakan ang rate ng produksyon ng pick at place equipment.

Ang bilis ng linya ay maaaring kalkulahin tulad ng ipinapakita sa ibaba: -

Bilis ng linya (minimum) =Mga board kada minuto x Haba bawat board
Load Factor (espasyo sa pagitan ng mga board)

Mahalagang isaalang-alang ang pag-uulit ng proseso at kaya ang 'Load Factor' ay karaniwang tinutukoy ng tagagawa ng makina, pagkalkula na ipinapakita sa ibaba:

Upang mapili ang tamang laki ng reflow oven, ang bilis ng proseso (tinukoy sa ibaba) ay dapat na mas malaki kaysa sa minimum na kinakalkula na bilis ng linya.

Bilis ng proseso =Ang haba ng oven na pinainit
Oras ng tirahan sa proseso

Nasa ibaba ang isang halimbawa ng pagkalkula upang maitatag ang tamang laki ng oven:-

Ang isang SMT assembler ay gustong gumawa ng 8-inch boards sa bilis na 180 kada oras.Inirerekomenda ng tagagawa ng solder paste ang isang 4 minuto, tatlong hakbang na profile.Gaano katagal ang oven na kailangan kong iproseso ang mga board sa throughput na ito?

Mga board kada minuto = 3 (180/oras)
Haba bawat board = 8 pulgada
Load Factor = 0.8 (2-pulgadang espasyo sa pagitan ng mga board)
Oras ng Panahan sa Proseso = 4 na minuto

Kalkulahin ang Bilis ng Linya:(3 boards/min) x (8 inches/board)
0.8

Bilis ng linya = 30 pulgada/minuto

Samakatuwid, ang reflow oven ay dapat na may bilis ng proseso na hindi bababa sa 30 pulgada kada minuto.

Tukuyin ang haba ng pinainit na silid ng oven na may equation ng bilis ng proseso:

30 in/min =Ang haba ng oven na pinainit
4 na minuto

Haba ng pinainit na oven = 120 pulgada (10 talampakan)

Tandaan na ang kabuuang haba ng oven ay lalampas sa 10 talampakan kabilang ang cooling section at conveyor loading section.Ang pagkalkula ay para sa HEATED LENGTH – HINDI PANGKALAHATANG HABA NG OVEN.

2. Closed loop control para sa bilis ng convection fan – Mayroong ilang mga surface mount packages tulad ng SOD323 (tingnan ang insert) na may maliit na contact area sa mass ratio na madaling maabala sa panahon ng proseso ng reflow.Ang closed loop speed control ng mga convention fan ay isang inirerekomendang opsyon para sa mga assemblies na gumagamit ng mga naturang bahagi.

3. Awtomatikong kontrol ng mga lapad ng conveyor at center-board-support – Ang ilang mga makina ay may manu-manong pagsasaayos ng lapad ngunit kung mayroong maraming iba't ibang mga assemblies na ipoproseso na may iba't ibang lapad ng PCB, ang pagpipiliang ito ay inirerekomenda upang mapanatili ang isang pare-parehong proseso.

Katanggap-tanggap na Reflow Profile

Upang makalikha ng reflow profile, ang mga thermocouple ay konektado sa isang sample na pagpupulong (karaniwan ay may mataas na temperatura na panghinang) sa isang bilang ng mga lokasyon upang masukat ang hanay ng mga temperatura sa buong PCB.Inirerekomenda na magkaroon ng hindi bababa sa isang thermocouple na matatagpuan sa isang pad patungo sa gilid ng PCB at isang thermocouple na matatagpuan sa isang pad patungo sa gitna ng PCB.Pinakamainam na mas maraming thermocouple ang dapat gamitin upang sukatin ang buong hanay ng mga temperatura sa buong PCB – kilala bilang 'Delta T'.

Sa loob ng isang tipikal na profile ng paghihinang ng reflow ay karaniwang may apat na yugto - Painitin muna, ibabad, muling pagdaloy at paglamig.Ang pangunahing layunin ay maglipat ng sapat na init sa assembly upang matunaw ang solder at mabuo ang solder joints nang hindi nagiging sanhi ng anumang pinsala sa mga bahagi o PCB.

Painitin muna– Sa yugtong ito, ang mga bahagi, PCB at panghinang ay lahat ay pinainit hanggang sa isang tinukoy na temperatura ng pagbabad o dwell na nag-iingat na hindi masyadong mabilis uminit (karaniwan ay hindi hihigit sa 2ºC/segundo – tingnan ang datasheet ng solder paste).Ang masyadong mabilis na pag-init ay maaaring magdulot ng mga depekto gaya ng pagbitak ng mga bahagi at pagtilamsik ng solder paste na nagiging sanhi ng mga solder ball sa panahon ng reflow.

Magbabad– Ang layunin ng yugtong ito ay upang matiyak na ang lahat ng mga bahagi ay hanggang sa kinakailangang temperatura bago pumasok sa yugto ng reflow.Ang pagbababad ay karaniwang tumatagal sa pagitan ng 60 at 120 segundo depende sa 'mass differential' ng assembly at mga uri ng mga bahaging naroroon.Kung mas mahusay ang paglipat ng init sa panahon ng pagbababad, mas kaunting oras ang kinakailangan.

Kung ang reflow profile ay walang sapat na init na inilapat sa panahon ng reflow stage magkakaroon ng solder joints na makikita katulad ng mga larawan sa ibaba:-

panghinang hindi nabuo fillet na may lead

Hindi lahat ng solder ball ay natunaw

Ang isang karaniwang depekto sa paghihinang pagkatapos ng reflow ay ang pagbuo ng mid-chip solder balls/beads gaya ng makikita sa ibaba.Ang solusyon sa depektong ito ay baguhin ang disenyo ng stencil -mas maraming detalye ang makikita dito.

Ang paggamit ng nitrogen sa panahon ng proseso ng reflow ay dapat isaalang-alang dahil sa takbo ng paglayo sa solder paste na naglalaman ng malalakas na flux.Ang isyu ay talagang hindi ang kakayahang mag-reflow sa nitrogen, ngunit sa halip ang kakayahang mag-reflow sa kawalan ng oxygen.Ang pag-init ng solder sa presensya ng oxygen ay lilikha ng mga oxide, na sa pangkalahatan ay hindi nasusukat na mga ibabaw.

Paglamig– Ito ay simpleng yugto kung saan pinapalamig ang assembly ngunit mahalagang hindi masyadong mabilis na palamig ang assembly – kadalasan ang inirerekomendang rate ng paglamig ay hindi dapat lumampas sa 3ºC/segundo.

PCB/Component Footprint Design

Mayroong ilang mga aspeto ng disenyo ng PCB na may impluwensya sa kung gaano kahusay ang isang pagpupulong ay muling dadaloy.Ang isang halimbawa ay ang laki ng mga track na kumokonekta sa isang bahagi ng footprint – kung ang track na kumukonekta sa isang bahagi ng isang bahagi ng footprint ay mas malaki kaysa sa isa ito ay maaaring humantong sa isang thermal imbalance na nagiging sanhi ng bahagi sa 'lapida' tulad ng makikita sa ibaba:-

Ang isa pang halimbawa ay ang 'copper balancing' - maraming mga disenyo ng PCB ang gumagamit ng malalaking lugar na tanso at kung ang pcb ay inilagay sa isang panel upang tumulong sa proseso ng pagmamanupaktura maaari itong humantong sa isang kawalan ng timbang sa tanso.Maaari itong maging sanhi ng pag-warp ng panel sa panahon ng reflow at kaya ang inirerekomendang solusyon ay magdagdag ng 'copper balancing' sa mga basurang lugar ng panel tulad ng makikita sa ibaba:-

Tingnan mo'Disenyo para sa Paggawa'para sa iba pang mga pagsasaalang-alang.

Maingat na naka-print ang PCB gamit ang mahusay na disenyo ng stencil

Ang mga naunang hakbang sa proseso sa loob ng surface mount assembly ay kritikal sa isang epektibong proseso ng paghihinang ng reflow.Angproseso ng pag-print ng solder pasteay susi upang matiyak ang pare-parehong deposito ng solder paste sa PCB.Ang anumang pagkakamali sa yugtong ito ay hahantong sa hindi kanais-nais na mga resulta at kaya kumpletong kontrol sa prosesong ito kasama ngepektibong disenyo ng stencilay kailangan.

Paulit-ulit na paglalagay ng mga bahagi ng surface mount

Pagbabago ng pagkakalagay ng bahagi

Ang paglalagay ng mga surface mount component ay dapat na paulit-ulit at kaya ang isang maaasahang, well-maintained pick and place machine ay kinakailangan.Kung hindi itinuro sa tamang paraan ang mga component packages, maaari itong maging sanhi ng hindi makita ng system ng machine vision ang bawat bahagi sa parehong paraan at sa gayon ay mapapansin ang pagkakaiba-iba sa pagkakalagay.Ito ay hahantong sa hindi pantay na mga resulta pagkatapos ng proseso ng paghihinang ng reflow.

Maaaring malikha ang mga programa sa paglalagay ng bahagi gamit ang mga pick and place machine ngunit ang prosesong ito ay hindi kasing-tumpak ng pagkuha ng impormasyon ng sentroid nang direkta mula sa data ng PCB Gerber.Kadalasan ang data ng centroid na ito ay na-export mula sa software ng disenyo ng PCB ngunit minsan ay hindi magagamit at kaya angserbisyo upang makabuo ng centroid file mula sa data ng Gerber ay inaalok ng Surface Mount Process.

Ang lahat ng mga bahagi ng placement machine ay magkakaroon ng 'Placement Accuracy' na tinukoy tulad ng:-

35um (QFPs) hanggang 60um (chips) @ 3 sigma

Mahalaga rin para sa tamang nozzle na mapili para sa uri ng bahagi na ilalagay – isang hanay ng iba't ibang mga nozzle sa paglalagay ng bahagi ay makikita sa ibaba:-

Magandang kalidad ng PCB, mga bahagi at solder paste

Ang kalidad ng lahat ng mga item na ginamit sa panahon ng proseso ay dapat na mataas dahil ang anumang bagay na may mahinang kalidad ay hahantong sa hindi kanais-nais na mga resulta.Depende sa proseso ng pagmamanupaktura ng mga PCB at ang paraan kung saan sila na-imbak, ang pagtatapos ng mga PCB ay maaaring humantong sa mahinang solderability sa panahon ng proseso ng paghihinang ng reflow.Nasa ibaba ang isang halimbawa ng kung ano ang makikita kapag ang surface finish sa isang PCB ay hindi maganda na humahantong sa isang depekto na kilala bilang 'Black Pad':-

MAGANDANG KALIDAD PCB FINISH

DUMI na PCB

Solder na dumadaloy sa component at hindi PCB

Sa katulad na paraan ang kalidad ng surface mount component leads ay maaaring maging mahina depende sa proseso ng pagmamanupaktura at paraan ng pag-iimbak.

Ang kalidad ng solder paste ay lubhang apektado ngimbakan at paghawak.Ang mahinang kalidad na solder paste kung ginamit ay malamang na magbigay ng mga resulta tulad ng makikita sa ibaba:-