عملية تثبيت السطح

يعد اللحام بإعادة التدفق الطريقة الأكثر استخدامًا لربط مكونات التركيب السطحي بلوحات الدوائر المطبوعة (PCBs).الهدف من هذه العملية هو تشكيل وصلات لحام مقبولة عن طريق التسخين المسبق للمكونات/ثنائي الفينيل متعدد الكلور/معجون اللحام أولاً ثم إذابة اللحام دون التسبب في تلف بسبب الحرارة الزائدة.

الجوانب الرئيسية التي تؤدي إلى عملية لحام بإعادة التدفق فعالة هي كما يلي:

1. آلة مناسبة
2. ملف تعريف إنحسر مقبول
3. تصميم بصمة ثنائي الفينيل متعدد الكلور/المكونات
4. طباعة PCB بعناية باستخدام استنسل مصمم جيدًا
5. وضع متكرر لمكونات التثبيت على السطح
6. نوعية جيدة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور والمكونات ومعجون اللحام

آلة مناسبة

هناك أنواع مختلفة من آلات اللحام بإعادة التدفق المتاحة اعتمادًا على سرعة الخط المطلوبة والتصميم/المواد الخاصة بمجموعات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المراد معالجتها.يجب أن يكون حجم الفرن المختار مناسبًا للتعامل مع معدل إنتاج معدات الالتقاط والوضع.

ويمكن حساب سرعة الخط كما هو موضح أدناه:-

سرعة الخط (الحد الأدنى) =لوحات في الدقيقة × الطول لكل لوحة
عامل التحميل (المسافة بين اللوحات)

من المهم مراعاة إمكانية تكرار العملية وبالتالي يتم عادةً تحديد "عامل التحميل" من قبل الشركة المصنعة للآلة، كما هو موضح أدناه:

لتتمكن من تحديد الحجم الصحيح لفرن إعادة التدفق، يجب أن تكون سرعة العملية (المحددة أدناه) أكبر من الحد الأدنى لسرعة الخط المحسوبة.

سرعة العملية=طول غرفة الفرن المسخنة
وقت بقاء العملية

وفيما يلي مثال على الحساب لتحديد حجم الفرن الصحيح: -

يريد أحد مجمعي SMT إنتاج لوحات مقاس 8 بوصات بمعدل 180 لوحة في الساعة.توصي الشركة المصنعة لمعجون اللحام بملف تعريف مدته 4 دقائق وثلاث خطوات.ما المدة التي أحتاجها في الفرن لمعالجة الألواح بهذه الإنتاجية؟

لوحات في الدقيقة = 3 (180/ساعة)
الطول لكل لوح = 8 بوصات
عامل التحميل = 0.8 (مسافة 2 بوصة بين اللوحات)
وقت سكون العملية = 4 دقائق

حساب سرعة الخط:(3 لوحات / دقيقة) × (8 بوصة / لوحة)
0.8

سرعة الخط = 30 بوصة/دقيقة

لذلك، يجب أن تكون سرعة عملية فرن إعادة التدفق 30 بوصة على الأقل في الدقيقة.

تحديد طول غرفة الفرن المسخنة بمعادلة سرعة العملية:

30 بوصة/دقيقة =طول غرفة الفرن المسخنة
4 دقائق

طول الفرن المسخن = 120 بوصة (10 قدم)

لاحظ أن الطول الإجمالي للفرن سيتجاوز 10 أقدام بما في ذلك قسم التبريد وأقسام تحميل الناقل.يتم الحساب من أجل طول التسخين - وليس الطول الإجمالي للفرن.

2. التحكم في الحلقة المغلقة لسرعة مراوح الحمل الحراري - هناك حزم معينة مثبتة على السطح مثل SOD323 (انظر الملحق) التي تحتوي على مساحة اتصال صغيرة لنسبة الكتلة والتي تكون عرضة للانزعاج أثناء عملية إعادة التدفق.يعد التحكم في سرعة الحلقة المغلقة لمراوح المؤتمرات خيارًا موصى به للتجميعات التي تستخدم مثل هذه الأجزاء.

3. التحكم التلقائي في عرض الناقل ودعم اللوحة المركزية - تحتوي بعض الأجهزة على تعديل يدوي للعرض، ولكن إذا كان هناك العديد من التجميعات المختلفة التي ستتم معالجتها بعروض مختلفة لثنائي الفينيل متعدد الكلور، فمن المستحسن هذا الخيار للحفاظ على عملية متسقة.

ملف تعريف إنحسر مقبول

من أجل إنشاء ملف تعريف إعادة التدفق، يتم توصيل المزدوجات الحرارية بمجموعة عينة (عادةً باستخدام لحام بدرجة حرارة عالية) في عدد من المواقع لقياس نطاق درجات الحرارة عبر ثنائي الفينيل متعدد الكلور.يوصى بوجود مزدوجة حرارية واحدة على الأقل على وسادة باتجاه حافة لوحة PCB ومزدوجة حرارية واحدة على وسادة باتجاه منتصف لوحة PCB.من الناحية المثالية، ينبغي استخدام المزيد من المزدوجات الحرارية لقياس النطاق الكامل لدرجات الحرارة عبر ثنائي الفينيل متعدد الكلور - المعروف باسم "Delta T".

عادة ما تكون هناك أربع مراحل في ملف اللحام بإعادة التدفق النموذجي - التسخين المسبق، والنقع، وإعادة التدفق، والتبريد.الهدف الرئيسي هو نقل ما يكفي من الحرارة إلى المجموعة لإذابة اللحام وتشكيل وصلات اللحام دون التسبب في أي ضرر للمكونات أو ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

سخن- خلال هذه المرحلة، يتم تسخين المكونات وثنائي الفينيل متعدد الكلور واللحام إلى درجة حرارة نقع أو ثبات محددة مع الحرص على عدم التسخين بسرعة كبيرة (عادة لا تزيد عن 2 درجة مئوية/ثانية - تحقق من ورقة بيانات لصق اللحام).يمكن أن يؤدي التسخين بسرعة كبيرة إلى حدوث عيوب مثل تشقق المكونات وتناثر معجون اللحام مما يتسبب في ظهور كرات اللحام أثناء إعادة التدفق.

نقع– الغرض من هذه المرحلة هو التأكد من وصول جميع المكونات إلى درجة الحرارة المطلوبة قبل الدخول في مرحلة إعادة التدفق.يستمر النقع عادةً لمدة تتراوح بين 60 و120 ثانية اعتمادًا على "الفرق الكتلي" للتجميع وأنواع المكونات الموجودة.كلما زادت كفاءة نقل الحرارة أثناء مرحلة النقع، قل الوقت اللازم.

إذا كان ملف إعادة التدفق يحتوي على حرارة غير كافية أثناء مرحلة إعادة التدفق، فستكون هناك وصلات لحام تبدو مشابهة للصور أدناه: -

لحام لم يتم تشكيل شرائح مع الرصاص

لم تذوب جميع كرات اللحام

أحد عيوب اللحام الشائعة بعد إعادة التدفق هو تكوين كرات / حبات لحام متوسطة الرقاقة كما هو موضح أدناه.الحل لهذا العيب هو تعديل تصميم الاستنسل -يمكن رؤية المزيد من التفاصيل هنا.

وينبغي النظر في استخدام النيتروجين أثناء عملية إنحسر بسبب الاتجاه للابتعاد عن معجون اللحام الذي يحتوي على تدفقات قوية.المشكلة في الواقع ليست في القدرة على إعادة التدفق في النيتروجين، بل في القدرة على إعادة التدفق في غياب الأكسجين.يؤدي تسخين اللحام في وجود الأكسجين إلى تكوين أكاسيد، والتي تكون بشكل عام أسطحًا غير قابلة للحام.

تبريد– هذه ببساطة هي المرحلة التي يتم خلالها تبريد المجموعة ولكن من المهم عدم تبريد المجموعة بسرعة كبيرة – عادةً يجب ألا يتجاوز معدل التبريد الموصى به 3 درجات مئوية/ثانية.

تصميم بصمة ثنائي الفينيل متعدد الكلور/المكونات

هناك عدد من جوانب تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي لها تأثير على مدى جودة إعادة تدفق التجميع.ومن الأمثلة على ذلك حجم المسارات المتصلة ببصمة مكون - إذا كان المسار المتصل بجانب واحد من بصمة المكون أكبر من الجانب الآخر، فقد يؤدي ذلك إلى خلل في التوازن الحراري مما يتسبب في تحول الجزء إلى "علامة مميزة" كما هو موضح أدناه: -

مثال آخر هو "موازنة النحاس" - العديد من تصميمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تستخدم مساحات نحاسية كبيرة وإذا تم وضع ثنائي الفينيل متعدد الكلور في لوحة للمساعدة في عملية التصنيع، فقد يؤدي ذلك إلى خلل في النحاس.يمكن أن يتسبب ذلك في اعوجاج اللوحة أثناء إعادة التدفق وبالتالي فإن الحل الموصى به هو إضافة "موازنة النحاس" إلى مناطق النفايات في اللوحة كما هو موضح أدناه: -

يرى"التصميم للتصنيع"لاعتبارات أخرى.

طباعة PCB بعناية باستخدام استنسل مصمم جيدًا

تعتبر خطوات العملية السابقة داخل مجموعة التركيب السطحي ضرورية لعملية لحام إنحسر فعالة.العملية طباعة معجون اللحاميعد أمرًا أساسيًا لضمان إيداع ثابت لمعجون اللحام على PCB.وأي خطأ في هذه المرحلة سيؤدي إلى نتائج غير مرغوب فيها وبالتالي السيطرة الكاملة على هذه العمليةتصميم استنسل فعالوهناك حاجة.

وضع متكرر لمكونات التثبيت على السطح

اختلاف موضع المكون

يجب أن يكون وضع مكونات التثبيت على السطح قابلاً للتكرار، وبالتالي من الضروري وجود آلة التقاط ووضع موثوقة ويتم صيانتها جيدًا.إذا لم يتم تدريس حزم المكونات بالطريقة الصحيحة، فقد يتسبب ذلك في عدم رؤية نظام رؤية الماكينة لكل جزء بنفس الطريقة وبالتالي سيتم ملاحظة الاختلاف في الموضع.سيؤدي هذا إلى نتائج غير متناسقة بعد عملية اللحام بإعادة التدفق.

يمكن إنشاء برامج وضع المكونات باستخدام آلات الالتقاط والوضع، لكن هذه العملية ليست دقيقة مثل أخذ معلومات النقطه الوسطى مباشرةً من بيانات PCB Gerber.في كثير من الأحيان يتم تصدير بيانات النقطه الوسطى هذه من برنامج تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور ولكن في بعض الأحيان لا تكون متاحة وبالتالييتم تقديم خدمة إنشاء ملف النقطه الوسطى من بيانات Gerber بواسطة Surface Mount Process.

سيكون لجميع آلات وضع المكونات "دقة تحديد الموضع" مثل: -

35um (QFPs) إلى 60um (الرقائق) عند 3 سيجما

من المهم أيضًا اختيار الفوهة الصحيحة لنوع المكون الذي سيتم وضعه - يمكن رؤية مجموعة من الفوهات المختلفة لوضع المكونات أدناه:-

نوعية جيدة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور والمكونات ومعجون اللحام

يجب أن تكون جودة جميع العناصر المستخدمة أثناء العملية عالية لأن أي شيء ذو جودة رديئة سيؤدي إلى نتائج غير مرغوب فيها.اعتمادًا على عملية تصنيع ثنائي الفينيل متعدد الكلور والطريقة التي تم بها تخزينها، يمكن أن يؤدي الانتهاء من ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى ضعف قابلية اللحام أثناء عملية اللحام بإعادة التدفق.فيما يلي مثال لما يمكن رؤيته عندما يكون السطح النهائي للوحة PCB رديئًا مما يؤدي إلى خلل يُعرف باسم "اللوحة السوداء": -

تشطيب ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالي الجودة

تشويه ثنائي الفينيل متعدد الكلور

يتدفق اللحام إلى المكون وليس إلى ثنائي الفينيل متعدد الكلور

وبطريقة مماثلة، يمكن أن تكون جودة أسلاك مكونات التركيب على السطح رديئة اعتمادًا على عملية التصنيع وطريقة التخزين.

تتأثر جودة معجون اللحام بشكل كبيرالتخزين والمناولة.من المرجح أن يعطي معجون اللحام ذو الجودة الرديئة نتائج كما هو موضح أدناه: -