ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΣΤΗΡΙΞΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ

Η συγκόλληση με επαναροή είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη μέθοδος προσάρτησης εξαρτημάτων επιφανειακής βάσης σε πλακέτες τυπωμένων κυκλωμάτων (PCB).Ο στόχος της διαδικασίας είναι να σχηματιστούν αποδεκτοί σύνδεσμοι συγκόλλησης προθερμαίνοντας πρώτα τα εξαρτήματα/PCB/πολτό συγκόλλησης και στη συνέχεια λιώνοντας τη συγκόλληση χωρίς να προκληθεί ζημιά από υπερθέρμανση.

Οι βασικές πτυχές που οδηγούν σε μια αποτελεσματική διαδικασία συγκόλλησης με επαναροή είναι οι εξής:

1. Κατάλληλο μηχάνημα
2. Αποδεκτό προφίλ επαναροής
3. Σχεδιασμός αποτυπώματος PCB/εξαρτήματος
4. Προσεκτικά εκτυπωμένο PCB χρησιμοποιώντας καλά σχεδιασμένο στένσιλ
5. Επαναλαμβανόμενη τοποθέτηση εξαρτημάτων επιφανειακής βάσης
6. PCB καλής ποιότητας, εξαρτήματα και πάστα συγκόλλησης

Κατάλληλο μηχάνημα

Υπάρχουν διάφοροι τύποι μηχανής συγκόλλησης επαναροής που διατίθενται ανάλογα με την απαιτούμενη ταχύτητα γραμμής και το σχέδιο/υλικό των συγκροτημάτων PCB που πρόκειται να υποβληθούν σε επεξεργασία.Ο επιλεγμένος φούρνος πρέπει να είναι κατάλληλου μεγέθους για να ανταποκρίνεται στον ρυθμό παραγωγής του εξοπλισμού συλλογής και τοποθέτησης.

Η ταχύτητα γραμμής μπορεί να υπολογιστεί όπως φαίνεται παρακάτω:

Ταχύτητα γραμμής (ελάχιστη) =Σανίδες ανά λεπτό x Μήκος ανά σανίδα
Συντελεστής φόρτωσης (κενός μεταξύ των σανίδων)

Είναι σημαντικό να ληφθεί υπόψη η επαναληψιμότητα της διαδικασίας και έτσι ο «Συντελεστής Φορτίου» καθορίζεται συνήθως από τον κατασκευαστή του μηχανήματος, ο υπολογισμός που φαίνεται παρακάτω:

Για να μπορείτε να επιλέξετε το σωστό μέγεθος φούρνου επαναροής, η ταχύτητα διεργασίας (που ορίζεται παρακάτω) πρέπει να είναι μεγαλύτερη από την ελάχιστη υπολογιζόμενη ταχύτητα γραμμής.

Ταχύτητα διαδικασίας =Μήκος θερμαινόμενου θαλάμου φούρνου
Χρόνος παραμονής της διαδικασίας

Ακολουθεί ένα παράδειγμα υπολογισμού για τον καθορισμό του σωστού μεγέθους φούρνου:-

Ένας συναρμολογητής SMT θέλει να παράγει πλακέτες 8 ιντσών με ρυθμό 180 ανά ώρα.Ο κατασκευαστής της πάστας συγκόλλησης συνιστά ένα προφίλ 4 λεπτών, τριών βημάτων.Πόσο χρόνο χρειάζεται ένας φούρνος για να επεξεργαστώ σανίδες σε αυτήν την απόδοση;

Σανίδες ανά λεπτό = 3 (180/ώρα)
Μήκος ανά σανίδα = 8 ίντσες
Συντελεστής φόρτωσης = 0,8 (κενό 2 ιντσών μεταξύ των σανίδων)
Χρόνος παραμονής διαδικασίας = 4 λεπτά

Υπολογισμός Ταχύτητας Γραμμής:(3 σανίδες/λεπτό) x (8 ίντσες/σανίδα)
0,8

Ταχύτητα γραμμής = 30 ίντσες/λεπτό

Επομένως, ο φούρνος επαναροής πρέπει να έχει ταχύτητα επεξεργασίας τουλάχιστον 30 ίντσες ανά λεπτό.

Προσδιορίστε το μήκος του θερμαινόμενου θαλάμου φούρνου με την εξίσωση ταχύτητας διεργασίας:

30 in/min =Μήκος θερμαινόμενου θαλάμου φούρνου
4 λεπτά

Μήκος θερμαινόμενου φούρνου = 120 ίντσες (10 πόδια)

Σημειώστε ότι το συνολικό μήκος του φούρνου θα υπερβαίνει τα 10 πόδια, συμπεριλαμβανομένων των τμημάτων ψύξης και φόρτωσης του μεταφορέα.Ο υπολογισμός είναι για ΘΕΡΜΑΝΤΙΚΟ ΜΗΚΟΣ – ΟΧΙ ΣΥΝΟΛΙΚΟ ΜΗΚΟΣ ΦΟΥΡΝΟΥ.

2. Έλεγχος κλειστού βρόχου για την ταχύτητα των ανεμιστήρων μεταφοράς – Υπάρχουν ορισμένα πακέτα επιφανειακής τοποθέτησης, όπως το SOD323 (βλ. ένθετο) που έχουν μικρή αναλογία επιφάνειας επαφής προς μάζα, τα οποία είναι ευαίσθητα να διαταραχθούν κατά τη διαδικασία επαναροής.Ο έλεγχος ταχύτητας κλειστού βρόχου των συμβατικών ανεμιστήρων είναι μια προτεινόμενη επιλογή για συγκροτήματα που χρησιμοποιούν τέτοια εξαρτήματα.

3. Αυτόματος έλεγχος του πλάτους στήριξης του μεταφορέα και της κεντρικής πλακέτας – Ορισμένες μηχανές έχουν χειροκίνητη ρύθμιση πλάτους, αλλά εάν υπάρχουν πολλά διαφορετικά συγκροτήματα προς επεξεργασία με διαφορετικά πλάτη PCB, τότε αυτή η επιλογή συνιστάται για τη διατήρηση μιας συνεπούς διαδικασίας.

Αποδεκτό προφίλ Reflow

Προκειμένου να δημιουργηθεί ένα προφίλ αναρροής, τα θερμοστοιχεία συνδέονται σε ένα συγκρότημα δείγματος (συνήθως με συγκόλληση υψηλής θερμοκρασίας) σε διάφορες θέσεις για τη μέτρηση του εύρους θερμοκρασιών σε όλο το PCB.Συνιστάται να έχετε τουλάχιστον ένα θερμοστοιχείο τοποθετημένο σε ένα μαξιλαράκι προς την άκρη του PCB και ένα θερμοστοιχείο τοποθετημένο σε ένα μαξιλάρι προς τη μέση του PCB.Ιδανικά θα πρέπει να χρησιμοποιούνται περισσότερα θερμοστοιχεία για τη μέτρηση του πλήρους εύρους θερμοκρασιών στο PCB – γνωστό ως «Δέλτα Τ».

Μέσα σε ένα τυπικό προφίλ συγκόλλησης επαναροής υπάρχουν συνήθως τέσσερα στάδια - Προθέρμανση, εμποτισμό, επαναροή και ψύξη.Ο κύριος στόχος είναι να μεταφερθεί αρκετή θερμότητα στο συγκρότημα για να λιώσει η συγκόλληση και να σχηματιστούν οι σύνδεσμοι συγκόλλησης χωρίς να προκληθεί ζημιά σε εξαρτήματα ή PCB.

Προθέρμανση– Κατά τη διάρκεια αυτής της φάσης, τα εξαρτήματα, το PCB και η συγκόλληση θερμαίνονται σε μια καθορισμένη θερμοκρασία εμποτισμού ή παραμονής, προσέχοντας να μην θερμανθούν πολύ γρήγορα (συνήθως όχι περισσότερο από 2ºC/δευτερόλεπτο – ελέγξτε το φύλλο δεδομένων πάστας συγκόλλησης).Η υπερβολικά γρήγορη θέρμανση μπορεί να προκαλέσει ελαττώματα, όπως ρωγμές εξαρτημάτων και πιτσίλισμα της πάστας συγκόλλησης, προκαλώντας μπάλες συγκόλλησης κατά την επαναροή.

Μουλιάζω– Ο σκοπός αυτής της φάσης είναι να διασφαλίσει ότι όλα τα εξαρτήματα βρίσκονται στην απαιτούμενη θερμοκρασία πριν εισέλθουν στο στάδιο επαναροής.Το εμποτισμό διαρκεί συνήθως από 60 έως 120 δευτερόλεπτα ανάλογα με τη «διαφορική μάζας» του συγκροτήματος και τους τύπους των εξαρτημάτων που υπάρχουν.Όσο πιο αποτελεσματική είναι η μεταφορά θερμότητας κατά τη φάση εμποτισμού τόσο λιγότερος χρόνος απαιτείται.

Εάν το προφίλ επαναροής έχει ανεπαρκή εφαρμογή θερμότητας κατά τη διάρκεια του σταδίου επαναροής, θα εμφανιστούν σύνδεσμοι συγκόλλησης παρόμοια με τις παρακάτω εικόνες:-

συγκολλήστε μη σχηματισμένο φιλέτο με μόλυβδο

Δεν έλιωσαν όλες οι μπάλες συγκόλλησης

Ένα κοινό ελάττωμα συγκόλλησης μετά την επαναροή είναι ο σχηματισμός σφαιρών/σφαιριδίων συγκόλλησης μεσαίου τσιπ, όπως φαίνεται παρακάτω.Η λύση σε αυτό το ελάττωμα είναι η τροποποίηση του σχεδίου στένσιλ -περισσότερες λεπτομέρειες μπορείτε να δείτε εδώ.

Η χρήση αζώτου κατά τη διαδικασία επαναροής θα πρέπει να ληφθεί υπόψη λόγω της τάσης απομάκρυνσης από την πάστα συγκόλλησης που περιέχει ισχυρές ροές.Το θέμα στην πραγματικότητα δεν είναι η ικανότητα να ξαναρέει το άζωτο, αλλά μάλλον η ικανότητα να ρέει εκ νέου απουσία οξυγόνου.Η θέρμανση της συγκόλλησης παρουσία οξυγόνου θα δημιουργήσει οξείδια, τα οποία είναι γενικά μη συγκολλήσιμες επιφάνειες.

Ψύξη– Αυτό είναι απλώς το στάδιο κατά το οποίο ψύχεται το συγκρότημα, αλλά είναι σημαντικό να μην ψύχεται το συγκρότημα πολύ γρήγορα – συνήθως ο συνιστώμενος ρυθμός ψύξης δεν πρέπει να υπερβαίνει τους 3ºC/δευτερόλεπτο.

Σχεδιασμός αποτυπώματος PCB/Στοιχείου

Υπάρχουν πολλές πτυχές του σχεδιασμού των PCB που επηρεάζουν το πόσο καλά θα ρέει ξανά ένα συγκρότημα.Ένα παράδειγμα είναι το μέγεθος των ιχνών που συνδέονται με ένα αποτύπωμα εξαρτήματος – εάν η διαδρομή που συνδέεται με τη μία πλευρά του αποτυπώματος ενός στοιχείου είναι μεγαλύτερη από την άλλη, αυτό μπορεί να οδηγήσει σε θερμική ανισορροπία που προκαλεί το τμήμα σε «ταφόπλακα», όπως φαίνεται παρακάτω:

Ένα άλλο παράδειγμα είναι η «εξισορρόπηση χαλκού» – πολλά σχέδια PCB χρησιμοποιούν μεγάλες χάλκινες επιφάνειες και εάν το PCB τοποθετηθεί σε ένα πάνελ για να βοηθήσει τη διαδικασία κατασκευής, μπορεί να οδηγήσει σε ανισορροπία του χαλκού.Αυτό μπορεί να προκαλέσει παραμόρφωση του πλαισίου κατά τη διάρκεια της επαναροής και έτσι η συνιστώμενη λύση είναι να προσθέσετε «εξισορρόπηση χαλκού» στις περιοχές απορριμμάτων του πλαισίου, όπως φαίνεται παρακάτω:

Βλέπω"Σχεδιασμός για την κατασκευή"για άλλους λόγους.

Προσεκτικά εκτυπωμένο PCB χρησιμοποιώντας καλά σχεδιασμένο στένσιλ

Τα προηγούμενα στάδια της διαδικασίας στο συγκρότημα επιφανειακής στήριξης είναι κρίσιμα για μια αποτελεσματική διαδικασία συγκόλλησης με επαναροή.οδιαδικασία εκτύπωσης πάστας συγκόλλησηςείναι το κλειδί για τη διασφάλιση της σταθερής εναπόθεσης πάστας συγκόλλησης στο PCB.Οποιοδήποτε σφάλμα σε αυτό το στάδιο θα οδηγήσει σε ανεπιθύμητα αποτελέσματα και έτσι τον πλήρη έλεγχο αυτής της διαδικασίας μαζί μεαποτελεσματικό σχέδιο στένσιλαπατείται.

Επαναλαμβανόμενη τοποθέτηση εξαρτημάτων επιφανειακής βάσης

Παραλλαγή τοποθέτησης εξαρτημάτων

Η τοποθέτηση των εξαρτημάτων επιφανειακής βάσης πρέπει να είναι επαναλαμβανόμενη και επομένως είναι απαραίτητη μια αξιόπιστη, καλά συντηρημένη μηχανή συλλογής και τοποθέτησης.Εάν τα πακέτα εξαρτημάτων δεν διδάσκονται με τον σωστό τρόπο, μπορεί το σύστημα όρασης των μηχανών να μην βλέπει κάθε μέρος με τον ίδιο τρόπο και έτσι θα παρατηρηθεί διαφοροποίηση στην τοποθέτηση.Αυτό θα οδηγήσει σε ασυνεπή αποτελέσματα μετά τη διαδικασία συγκόλλησης με επαναροή.

Τα προγράμματα τοποθέτησης στοιχείων μπορούν να δημιουργηθούν χρησιμοποιώντας μηχανές επιλογής και τοποθέτησης, αλλά αυτή η διαδικασία δεν είναι τόσο ακριβής όσο η λήψη των πληροφοριών του κέντρου απευθείας από τα δεδομένα PCB Gerber.Πολύ συχνά αυτά τα δεδομένα κέντρου εξάγονται από το λογισμικό σχεδιασμού PCB αλλά κάποια στιγμή δεν είναι διαθέσιμα και έτσι τοΗ υπηρεσία δημιουργίας του αρχείου centroid από δεδομένα Gerber προσφέρεται από το Surface Mount Process.

Όλες οι μηχανές τοποθέτησης εξαρτημάτων θα έχουν μια «Ακρίβεια τοποθέτησης» που καθορίζεται όπως:

35um (QFPs) έως 60um (τσιπ) @ 3 sigma

Είναι επίσης σημαντικό να επιλέγεται το σωστό ακροφύσιο για τον τύπο εξαρτήματος που θα τοποθετηθεί – μια σειρά από διαφορετικά ακροφύσια τοποθέτησης εξαρτημάτων μπορεί να δει κανείς παρακάτω:-

PCB καλής ποιότητας, εξαρτήματα και πάστα συγκόλλησης

Η ποιότητα όλων των αντικειμένων που χρησιμοποιούνται κατά τη διαδικασία πρέπει να είναι υψηλή γιατί οτιδήποτε κακής ποιότητας θα οδηγήσει σε ανεπιθύμητα αποτελέσματα.Ανάλογα με τη διαδικασία κατασκευής των PCB και τον τρόπο με τον οποίο έχουν αποθηκευτεί, το φινίρισμα των PCB μπορεί να οδηγήσει σε κακή ικανότητα συγκόλλησης κατά τη διαδικασία συγκόλλησης με επαναροή.Παρακάτω είναι ένα παράδειγμα του τι μπορεί να φανεί όταν το φινίρισμα της επιφάνειας σε ένα PCB είναι ανεπαρκές που οδηγεί σε ένα ελάττωμα γνωστό ως «Μαύρο μαξιλάρι»:

ΦΙΝΙΡΙΣΜΑ PCB ΚΑΛΗ ΠΟΙΟΤΗΤΑΣ

Αμαυρωμένο PCB

Η συγκόλληση ρέει στο εξάρτημα και όχι στο PCB

Με παρόμοιο τρόπο η ποιότητα των καλωδίων επιφανειακής στήριξης μπορεί να είναι κακή ανάλογα με τη διαδικασία κατασκευής και τη μέθοδο αποθήκευσης.

Η ποιότητα της πάστας συγκόλλησης επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από τοαποθήκευση και χειρισμός.Η κακής ποιότητας πάστα συγκόλλησης, εάν χρησιμοποιηθεί, είναι πιθανό να δώσει αποτελέσματα όπως φαίνεται παρακάτω: