PROCES POVRCHOVÉ MONTÁŽE

Pájení přetavením je nejrozšířenější metodou připevňování součástek pro povrchovou montáž na desky plošných spojů (PCB).Cílem procesu je vytvořit přijatelné pájené spoje nejprve předehřátím součástek/PCB/pájecí pasty a poté roztavením pájky, aniž by došlo k poškození přehřátím.

Klíčové aspekty, které vedou k efektivnímu procesu pájení přetavením, jsou následující:

1. Vhodný stroj
2. Přijatelný profil přeformátování
3. Návrh plošného spoje/součástky
4. Pečlivě vytištěná deska plošných spojů pomocí dobře navržené šablony
5. Opakovatelné umístění součástí pro povrchovou montáž
6. Kvalitní PCB, součástky a pájecí pasta

Vhodný stroj

K dispozici jsou různé typy přetavovacích pájecích strojů v závislosti na požadované rychlosti linky a designu/materiálu sestav PCB, které mají být zpracovány.Vybraná trouba musí mít vhodnou velikost, aby zvládla rychlost výroby zařízení pro výběr a umístění.

Rychlost linky lze vypočítat následovně: -

Rychlost linky (minimum) =Desky za minutu x Délka na desku
Faktor zatížení (mezera mezi deskami)

Je důležité vzít v úvahu opakovatelnost procesu, a proto je „faktor zatížení“ obvykle specifikován výrobcem stroje, výpočet je uveden níže:

Aby bylo možné vybrat správnou velikost přetavovací pece, musí být rychlost procesu (definovaná níže) vyšší než minimální vypočítaná rychlost linky.

Rychlost procesu =Délka vyhřívané komory trouby
Doba setrvání procesu

Níže je uveden příklad výpočtu pro stanovení správné velikosti trouby:-

SMT assembler chce vyrábět 8palcové desky rychlostí 180 za hodinu.Výrobce pájecí pasty doporučuje 4minutový tříkrokový profil.Jak dlouho potřebuji pec na zpracování desek při této propustnosti?

Tabule za minutu = 3 (180/hod.)
Délka na desku = 8 palců
Faktor zatížení = 0,8 (mezera 2 palce mezi deskami)
Doba prodlevy procesu = 4 minuty

Vypočítat rychlost linky:(3 desky/min) x (8 palců/deska)
0,8

Rychlost linky = 30 palců/min

Proto musí mít přetavovací pec rychlost procesu alespoň 30 palců za minutu.

Určete délku zahřáté komory pece pomocí rovnice rychlosti procesu:

30 palců/min =Délka vyhřívané komory trouby
4 minuty

Délka vyhřáté trouby = 120 palců (10 stop)

Všimněte si, že celková délka pece přesáhne 10 stop včetně chladicí části a nakládacích částí dopravníku.Výpočet je pro DÉLKU OHŘEVU – NE CELKOVOU DÉLKU TROUBY.

2. Regulace rychlosti konvekčních ventilátorů s uzavřenou smyčkou – Existují určitá pouzdra pro povrchovou montáž, jako je SOD323 (viz příloha), které mají malý poměr kontaktní plochy k hmotnosti, které mohou být během procesu přetavování narušeny.Regulace rychlosti konvenčních ventilátorů v uzavřené smyčce je doporučenou možností pro sestavy používající takové díly.

3. Automatické řízení šířky dopravníku a podpěry středové desky – Některé stroje mají ruční nastavení šířky, ale pokud je potřeba zpracovávat mnoho různých sestav s různými šířkami PCB, pak se tato možnost doporučuje pro zachování konzistentního procesu.

Přijatelný profil přeformátování

Za účelem vytvoření profilu přetavení jsou termočlánky připojeny k sestavě vzorku (obvykle s vysokoteplotní pájkou) na několika místech pro měření rozsahu teplot na desce plošných spojů.Doporučuje se mít alespoň jeden termočlánek umístěný na podložce směrem k okraji DPS a jeden termočlánek umístěný na podložce směrem ke středu DPS.V ideálním případě by mělo být použito více termočlánků k měření celého rozsahu teplot napříč PCB – známého jako „Delta T“.

V rámci typického profilu pájení přetavením jsou obvykle čtyři stupně – předehřátí, namáčení, přetavení a chlazení.Hlavním cílem je přenést dostatek tepla do sestavy k roztavení pájky a vytvoření pájených spojů, aniž by došlo k jakémukoli poškození součástek nebo PCB.

Předehřejte– Během této fáze se všechny součástky, PCB a pájka zahřejí na specifikovanou teplotu prohřátí nebo setrvání, přičemž je třeba dávat pozor, aby se nezahřály příliš rychle (obvykle ne více než 2ºC/s – podívejte se na technický list pájecí pasty).Příliš rychlé zahřívání může způsobit vady, jako je praskání součástek a rozstřikování pájecí pasty, což způsobuje kuličky pájky během přetavování.

Namočit– Účelem této fáze je zajistit, aby všechny komponenty před vstupem do fáze přetavení dosáhly požadované teploty.Namáčení obvykle trvá 60 až 120 sekund v závislosti na „rozdílu hmotnosti“ sestavy a typu přítomných součástí.Čím efektivnější je přenos tepla během fáze namáčení, tím méně času je potřeba.

Pokud má profil přetavení během fáze přetavení nedostatečné teplo, budou pájené spoje vidět podobně jako na obrázcích níže: -

pájka nevytvořený filet s olovem

Ne všechny kuličky pájky se roztavily

Běžnou vadou pájení po přetavení je tvorba kuliček/kuliček pájky uprostřed čipu, jak je vidět níže.Řešením této vady je úprava designu šablony -více podrobností lze vidět zde.

Použití dusíku během procesu přetavení by mělo být zváženo kvůli trendu odklonu od pájecí pasty, která obsahuje silné tavidla.Problémem opravdu není schopnost přetékat v dusíku, ale spíše schopnost přetékat v nepřítomnosti kyslíku.Zahřívání pájky v přítomnosti kyslíku vytvoří oxidy, což jsou obecně nepájivé povrchy.

Chlazení– Toto je jednoduše fáze, během které se sestava ochlazuje, ale je důležité sestavu neochlazovat příliš rychle – obvykle by doporučená rychlost chlazení neměla překročit 3ºC/s.

Návrh půdorysu desky plošných spojů/komponentů

Existuje řada aspektů návrhu PCB, které mají vliv na to, jak dobře bude sestava přeformátována.Příkladem může být velikost drah připojujících se k stopě součástky – pokud je dráha připojující se k jedné straně stopy součástky větší než druhá, může to vést k tepelné nerovnováze, která způsobí „náhrobní kámen“, jak je vidět níže:-

Dalším příkladem je „vyvažování mědi“ – mnoho návrhů desek plošných spojů používá velké měděné plochy, a pokud je deska plošných spojů vložena do panelu, aby napomohla výrobnímu procesu, může to vést k nevyváženosti mědi.To může způsobit deformaci panelu během přetavování, takže doporučeným řešením je přidat „vyvažování mědi“ do odpadních oblastí panelu, jak je vidět níže:-

Vidět"Design for Manufacture"pro další úvahy.

Pečlivě vytištěná deska plošných spojů pomocí dobře navržené šablony

Dřívější procesní kroky v rámci montáže pro povrchovou montáž jsou rozhodující pro efektivní proces pájení přetavením.Theproces tisku pájecí pastyje klíčem k zajištění konzistentního ukládání pájecí pasty na PCB.Jakákoli chyba v této fázi povede k nežádoucím výsledkům a tím i úplnou kontrolu nad tímto procesemefektivní design šablonyje potřeba.

Opakovatelné umístění součástí pro povrchovou montáž

Variace umístění komponent

Umístění komponentů pro povrchovou montáž musí být opakovatelné, a proto je nezbytný spolehlivý a dobře udržovaný pick and place stroj.Pokud se balíčky součástí nenaučí správným způsobem, může to způsobit, že systém strojového vidění nebude vidět každou součást stejným způsobem, a proto budou pozorovány odchylky v umístění.To povede k nekonzistentním výsledkům po procesu pájení přetavením.

Programy umisťování součástí lze vytvářet pomocí strojů na výběr a umísťování, ale tento proces není tak přesný jako přebírání informací o těžišti přímo z dat PCB Gerber.Poměrně často jsou tato data těžiště exportována z návrhového softwaru PCB, ale někdy nejsou k dispozici a tak dáleSlužba Surface Mount Process nabízí službu generování souboru těžiště z dat Gerber.

Všechny stroje pro umístění součástí budou mít specifikovanou „Přesnost umístění“, jako například:-

35um (QFP) až 60um (čipy) @ 3 sigma

Je také důležité, aby byla vybrána správná tryska pro typ součásti, která má být umístěna – řadu různých trysek pro umístění součástí můžete vidět níže:-

Kvalitní PCB, součástky a pájecí pasta

Kvalita všech položek použitých během procesu musí být vysoká, protože cokoli špatné kvality povede k nežádoucím výsledkům.V závislosti na výrobním procesu desek plošných spojů a způsobu, jakým byly uloženy, může konečná úprava desek plošných spojů vést ke špatné pájitelnosti během procesu pájení přetavením.Níže je uveden příklad toho, co lze vidět, když je povrchová úprava na PCB špatná, což vede k defektu známému jako „Black Pad“:-

KVALITNÍ POVRCHOVÁ ÚPRAVA DPS

ZAŠLENÁ DPS

Pájka teče na součástku a ne na DPS

Podobným způsobem může být kvalita vývodů komponent pro povrchovou montáž špatná v závislosti na výrobním procesu a způsobu skladování.

Kvalita pájecí pasty je značně ovlivněnaskladování a manipulaci.Špatná kvalita pájecí pasty, pokud se použije, pravděpodobně poskytne výsledky, jak je vidět níže: -