ПРОЦЕС ЗА ПОВЪРХНОСТЕН МОНТАЖ

Запояването чрез пренареждане е най-широко използваният метод за закрепване на компоненти за повърхностен монтаж към печатни платки (PCB).Целта на процеса е да се образуват приемливи запоени съединения чрез първо предварително нагряване на компонентите/PCB/спояваща паста и след това разтопяване на спойката, без да се причинява повреда от прегряване.

Ключовите аспекти, които водят до ефективен процес на запояване чрез препълване, са следните:

1. Подходяща машина
2. Приемлив профил на преформатиране
3. Дизайн на отпечатък на печатни платки/компоненти
4. Внимателно отпечатана печатна платка с помощта на добре проектиран шаблон
5. Повтарящо се поставяне на компоненти за повърхностен монтаж
6. ПХБ с добро качество, компоненти и спояваща паста

Подходяща машина

Налични са различни видове машини за запояване с преформатиране в зависимост от необходимата скорост на линията и дизайна/материала на платките, които ще се обработват.Избраната фурна трябва да бъде с подходящ размер, за да се справи с производителността на оборудването за избиране и поставяне.

Скоростта на линията може да се изчисли, както е показано по-долу:-

Скорост на линията (минимум) =Дъски на минута x Дължина на дъска
Коефициент на натоварване (разстояние между дъските)

Важно е да се има предвид повторяемостта на процеса и затова „коефициентът на натоварване“ обикновено се определя от производителя на машината, изчислението е показано по-долу:

За да можете да изберете фурната с правилен размер, скоростта на процеса (дефинирана по-долу) трябва да бъде по-голяма от минималната изчислена скорост на линията.

Скорост на процеса =Дължина на нагрята камера на фурната
Време на престой на процеса

По-долу е даден пример за изчисление за установяване на правилния размер на фурната:-

SMT асемблер иска да произвежда 8-инчови платки със скорост 180 на час.Производителят на спояваща паста препоръчва 4-минутен профил с три стъпки.Колко време ми е необходима фурна, за да обработвам дъски при тази производителност?

Бордове на минута = 3 (180/час)
Дължина на дъска = 8 инча
Коефициент на натоварване = 0,8 (2-инчово пространство между дъските)
Време на задържане на процеса = 4 минути

Изчислете скоростта на линията:(3 дъски/мин) x (8 инча/дъска)
0,8

Скорост на линията = 30 инча/минута

Следователно, пещта за повторно оформяне трябва да има скорост на процеса най-малко 30 инча в минута.

Определете нагрятата дължина на пещната камера с уравнението за скоростта на процеса:

30 инча/мин =Дължина на нагрята камера на фурната
4 минути

Дължина на нагрята фурна = 120 инча (10 фута)

Имайте предвид, че общата дължина на фурната ще надвишава 10 фута, включително секцията за охлаждане и секциите за зареждане на конвейера.Изчислението е за НАГРЯТА ДЪЛЖИНА – НЕ ЗА ЦЯЛАТА ДЪЛЖИНА НА ФУРНАТА.

2. Затворен контур за управление на скоростта на вентилаторите за конвекция – Има определени пакети за повърхностен монтаж като SOD323 (вижте вложката), които имат малко съотношение на контактната площ към масата, което е податливо да бъде нарушено по време на процеса на преформатиране.Контролът на скоростта по затворен контур на конвенционалните вентилатори е препоръчителна опция за възли, използващи такива части.

3. Автоматично управление на ширините на конвейера и опората на централната дъска – Някои машини имат ръчно регулиране на ширината, но ако има много различни възли за обработка с различна ширина на печатни платки, тогава тази опция се препоръчва за поддържане на последователен процес.

Приемлив профил за преформатиране

За да се създаде профил на преформатиране, термодвойките се свързват към образец (обикновено с високотемпературна спойка) на няколко места, за да се измери диапазонът от температури в печатната платка.Препоръчително е да имате поне една термодвойка, разположена върху подложка към ръба на печатната платка и една термодвойка, разположена върху подложка към средата на печатната платка.В идеалния случай трябва да се използват повече термодвойки за измерване на пълния диапазон от температури в PCB – известен като „Делта Т“.

В рамките на типичния профил за запояване с преплавяне обикновено има четири етапа – предварително загряване, накисване, претопяване и охлаждане.Основната цел е да се прехвърли достатъчно топлина в модула, за да се разтопи спойката и да се оформят спойките, без да се причинява повреда на компоненти или печатни платки.

Загрейте предварително– По време на тази фаза всички компоненти, печатни платки и припой се нагряват до определена температура на накисване или престой, като се внимава да не се нагрява твърде бързо (обикновено не повече от 2ºC/секунда – проверете листа с данни за спояващата паста).Прекалено бързото нагряване може да причини дефекти, като например напукване на компоненти и разпръскване на спояващата паста, причинявайки топки за спояване по време на претопяване.

Накиснете– Целта на тази фаза е да гарантира, че всички компоненти са достигнали необходимата температура, преди да навлязат в етапа на преформатиране.Накисването обикновено продължава между 60 и 120 секунди в зависимост от „разликата в масата“ на модула и видовете налични компоненти.Колкото по-ефективен е преносът на топлина по време на фазата на накисване, толкова по-малко време е необходимо.

Ако профилът на преформатиране няма достатъчно топлина, приложена по време на етапа на преформатиране, ще се видят запоени съединения, подобни на изображенията по-долу:-

спойка не е образувано филе с олово

Не всички топки за припой се разтопиха

Често срещан дефект при запояване след претопяване е образуването на топчета/зърна за спояване в средата на чипа, както може да се види по-долу.Решението на този дефект е да се промени дизайнът на шаблона -повече подробности можете да видите тук.

Използването на азот по време на процеса на преформатиране трябва да се обмисли поради тенденцията за отдалечаване от паста за запояване, която съдържа силни потоци.Проблемът всъщност не е способността за префловане в азот, а по-скоро способността за префловане при липса на кислород.Нагряването на спойка в присъствието на кислород ще създаде оксиди, които обикновено са повърхности, които не подлежат на запояване.

Охлаждане– Това е просто етапът, по време на който модулът се охлажда, но е важно да не охлаждате модула твърде бързо – обикновено препоръчителната скорост на охлаждане не трябва да надвишава 3ºC/секунда.

Дизайн на печатни платки/компоненти

Съществуват редица аспекти на дизайна на печатни платки, които оказват влияние върху това колко добре ще се преформутира модулът.Пример е размерът на релсите, свързващи се с отпечатъка на компонента – ако релсите, свързващи се с едната страна на отпечатъка на компонента, е по-голям от другия, това може да доведе до термичен дисбаланс, причинявайки частта на „надгробен камък“, както може да се види по-долу:-

Друг пример е „балансирането на медта“ – много дизайни на печатни платки използват големи медни площи и ако печатната платка е поставена в панел, за да подпомогне производствения процес, това може да доведе до дисбаланс в медта.Това може да доведе до изкривяване на панела по време на преформатиране и затова препоръчителното решение е да добавите „медно балансиране“ към отпадъчните зони на панела, както може да се види по-долу:-

Вижте„Дизайн за производство“за други съображения.

Внимателно отпечатана печатна платка с помощта на добре проектиран шаблон

По-ранните стъпки на процеса в рамките на монтажа за повърхностен монтаж са от решаващо значение за ефективен процес на запояване чрез преформатиране.Theпроцес на печат на спояваща пастае от ключово значение за осигуряване на постоянно отлагане на спояваща паста върху печатната платка.Всяка повреда на този етап ще доведе до нежелани резултати и следователно до пълен контрол върху този процесефективен шаблонен дизайне необходимо.

Повтарящо се поставяне на компоненти за повърхностен монтаж

Варианти на разположение на компонентите

Поставянето на компонентите за повърхностен монтаж трябва да може да се повтаря и затова е необходима надеждна, добре поддържана машина за вземане и поставяне.Ако пакетите с компоненти не се обучават по правилния начин, това може да накара системата за машинно зрение да не вижда всяка част по един и същи начин и така ще се наблюдават вариации в разположението.Това ще доведе до противоречиви резултати след процеса на повторно запояване.

Програмите за поставяне на компоненти могат да бъдат създадени с помощта на машини за избор и поставяне, но този процес не е толкова точен, колкото вземането на информация за центроида директно от данните на PCB Gerber.Доста често тези центроидни данни се експортират от софтуера за проектиране на печатни платки, но понякога не са налични и такауслугата за генериране на центроидния файл от данните на Gerber се предлага от Surface Mount Process.

Всички машини за поставяне на компоненти ще имат определена „Точност на поставяне“, като:-

35um (QFP) до 60um (чипове) @ 3 сигма

Също така е важно да бъде избрана правилната дюза за типа компонент, който ще се постави – гама от различни дюзи за поставяне на компоненти може да се види по-долу:-

ПХБ с добро качество, компоненти и спояваща паста

Качеството на всички елементи, използвани по време на процеса, трябва да бъде високо, защото всичко с лошо качество ще доведе до нежелани резултати.В зависимост от производствения процес на печатните платки и начина, по който са били съхранявани, покритието на печатните платки може да доведе до лоша способност за запояване по време на процеса на повторно запояване.По-долу е даден пример за това, което може да се види, когато повърхностното покритие на печатна платка е лошо, което води до дефект, известен като „Черна подложка“: -

ДОБРО КАЧЕСТВО НА ПХБ

ПОПЕТНЕНА ПХБ

Спойка тече към компонент, а не към печатна платка

По подобен начин качеството на проводниците на компонентите за повърхностен монтаж може да бъде лошо в зависимост от производствения процес и метода на съхранение.

Качеството на спояващата паста е силно повлияно отсъхранение и обработка.Ако се използва спояваща паста с лошо качество, има вероятност да даде резултати, както може да се види по-долу:-