PROCESO DE MONTAJE EN SUPERFICIE

La soldadura por reflujo es el método más utilizado para unir componentes de montaje superficial a placas de circuito impreso (PCB).El objetivo del proceso es formar uniones de soldadura aceptables precalentando primero los componentes/PCB/pasta de soldadura y luego derritiendo la soldadura sin causar daños por sobrecalentamiento.

Los aspectos clave que conducen a un proceso de soldadura por reflujo eficaz son los siguientes:

1. Máquina adecuada
2. Perfil de reflujo aceptable
3. Diseño de huella de PCB/componente
4. PCB cuidadosamente impreso usando una plantilla bien diseñada
5. Colocación repetible de componentes de montaje en superficie
6. PCB, componentes y pasta de soldadura de buena calidad.

Máquina adecuada

Hay varios tipos de máquinas de soldadura por reflujo disponibles según la velocidad de línea requerida y el diseño/material de los conjuntos de PCB que se van a procesar.El horno seleccionado debe tener un tamaño adecuado para soportar la tasa de producción del equipo de recogida y colocación.

La velocidad de la línea se puede calcular como se muestra a continuación: -

Velocidad de línea (mínima) =Tableros por minuto x Longitud por tablero
Factor de carga (espacio entre tableros)

Es importante considerar la repetibilidad del proceso, por lo que el 'factor de carga' generalmente lo especifica el fabricante de la máquina; el cálculo se muestra a continuación:

Para poder seleccionar el tamaño correcto del horno de reflujo, la velocidad del proceso (definida a continuación) debe ser mayor que la velocidad de línea mínima calculada.

Velocidad del proceso =Longitud calentada de la cámara del horno
Tiempo de permanencia del proceso

A continuación se muestra un ejemplo de cálculo para establecer el tamaño correcto del horno:-

Un ensamblador SMT quiere producir placas de 8 pulgadas a un ritmo de 180 por hora.El fabricante de soldadura en pasta recomienda un perfil de tres pasos de 4 minutos.¿Cuánto tiempo necesito un horno para procesar placas con este rendimiento?

Tableros por minuto = 3 (180/hora)
Longitud por tabla = 8 pulgadas
Factor de carga = 0,8 (espacio de 2 pulgadas entre tablas)
Tiempo de permanencia del proceso = 4 minutos

Calcular la velocidad de la línea:(3 tablas/min) x (8 pulgadas/tabla)
0,8

Velocidad de línea = 30 pulgadas/minuto

Por lo tanto, el horno de reflujo debe tener una velocidad de proceso de al menos 30 pulgadas por minuto.

Determine la longitud calentada de la cámara del horno con la ecuación de velocidad del proceso:

30 pulgadas/min =Longitud calentada de la cámara del horno
4 minutos

Longitud calentada en el horno = 120 pulgadas (10 pies)

Tenga en cuenta que la longitud total del horno excederá los 10 pies, incluidas la sección de enfriamiento y las secciones de carga del transportador.El cálculo es para la LONGITUD CALENTADA, NO para la LONGITUD TOTAL del HORNO.

2. Control de circuito cerrado para la velocidad de los ventiladores de convección: existen ciertos paquetes de montaje en superficie, como el SOD323 (ver inserto), que tienen una pequeña relación entre área de contacto y masa que son susceptibles de verse alterados durante el proceso de reflujo.El control de velocidad de circuito cerrado de los ventiladores convencionales es una opción recomendada para conjuntos que utilizan dichas piezas.

3. Control automático de los anchos del transportador y del soporte de la placa central: algunas máquinas tienen ajuste de ancho manual, pero si hay muchos conjuntos diferentes para procesar con diferentes anchos de PCB, entonces se recomienda esta opción para mantener un proceso consistente.

Perfil de reflujo aceptable

Para crear un perfil de reflujo, los termopares se conectan a un conjunto de muestra (generalmente con soldadura de alta temperatura) en varias ubicaciones para medir el rango de temperaturas en la PCB.Se recomienda tener al menos un termopar ubicado en una almohadilla hacia el borde de la PCB y un termopar ubicado en una almohadilla hacia el centro de la PCB.Lo ideal sería utilizar más termopares para medir todo el rango de temperaturas en la PCB, conocido como 'Delta T'.

Dentro de un perfil típico de soldadura por reflujo suele haber cuatro etapas: precalentamiento, remojo, reflujo y enfriamiento.El objetivo principal es transferir suficiente calor al conjunto para derretir la soldadura y formar las uniones de soldadura sin causar ningún daño a los componentes o PCB.

Precalentar– Durante esta fase, los componentes, la PCB y la soldadura se calientan hasta una temperatura de remojo o permanencia específica, teniendo cuidado de no calentar demasiado rápido (normalmente no más de 2 ºC/segundo; consulte la hoja de datos de la pasta de soldadura).Calentar demasiado rápido puede causar defectos como que los componentes se agrieten y la pasta de soldadura salpique causando bolas de soldadura durante el reflujo.

Remojar– El propósito de esta fase es garantizar que todos los componentes alcancen la temperatura requerida antes de ingresar a la etapa de reflujo.El remojo suele durar entre 60 y 120 segundos, dependiendo del "diferencial de masa" del conjunto y los tipos de componentes presentes.Cuanto más eficiente sea la transferencia de calor durante la fase de remojo, menos tiempo se necesitará.

Si el perfil de reflujo no tiene suficiente calor aplicado durante la etapa de reflujo, se verán juntas de soldadura similares a las imágenes a continuación: -

soldadura en filete no formada con plomo

No todas las bolas de soldadura se derritieron

Un defecto de soldadura común después del reflujo es la formación de bolas/perlas de soldadura en la mitad del chip, como se puede ver a continuación.La solución a este defecto es modificar el diseño de la plantilla.más detalles se pueden ver aquí.

Se debe considerar el uso de nitrógeno durante el proceso de reflujo debido a la tendencia a alejarse de la soldadura en pasta que contiene fundentes fuertes.En realidad, el problema no es la capacidad de refluir en nitrógeno, sino más bien la capacidad de refluir en ausencia de oxígeno.Calentar la soldadura en presencia de oxígeno creará óxidos, que generalmente son superficies no soldables.

Enfriamiento– Esta es simplemente la etapa durante la cual se enfría el conjunto, pero es importante no enfriar el conjunto demasiado rápido; normalmente, la velocidad de enfriamiento recomendada no debe exceder los 3ºC/segundo.

Diseño de huella de componentes/PCB

Hay una serie de aspectos del diseño de PCB que influyen en qué tan bien refluirá un ensamblaje.Un ejemplo es el tamaño de las pistas que se conectan a la huella de un componente: si la pista que se conecta a un lado de la huella de un componente es más grande que el otro, esto puede provocar un desequilibrio térmico que haga que la pieza se "tombstone", como se puede ver a continuación:

Otro ejemplo es el "equilibrio de cobre": muchos diseños de PCB utilizan grandes áreas de cobre y si la PCB se coloca en un panel para ayudar en el proceso de fabricación, puede provocar un desequilibrio en el cobre.Esto puede hacer que el panel se deforme durante el reflujo, por lo que la solución recomendada es agregar "equilibrio de cobre" a las áreas de desperdicio del panel, como se puede ver a continuación:

Ver'Diseño para la fabricación'por otras consideraciones.

PCB cuidadosamente impreso usando una plantilla bien diseñada

Los primeros pasos del proceso dentro del ensamblaje de montaje en superficie son fundamentales para un proceso de soldadura por reflujo eficaz.Elproceso de impresión de pasta de soldaduraEs clave para garantizar un depósito constante de pasta de soldadura en la PCB.Cualquier falla en esta etapa conducirá a resultados no deseados y por lo tanto un control completo de este proceso junto condiseño de plantilla eficazes necesario.

Colocación repetible de componentes de montaje en superficie

Variación de ubicación de componentes

La colocación de los componentes de montaje en superficie debe ser repetible y, por lo tanto, es necesaria una máquina de recogida y colocación confiable y bien mantenida.Si los paquetes de componentes no se enseñan de la manera correcta, puede causar que el sistema de visión de la máquina no vea cada pieza de la misma manera y, por lo tanto, se observará una variación en la ubicación.Esto dará lugar a resultados inconsistentes después del proceso de soldadura por reflujo.

Se pueden crear programas de colocación de componentes utilizando las máquinas de recogida y colocación, pero este proceso no es tan preciso como tomar la información del centroide directamente de los datos de PCB Gerber.Muy a menudo, estos datos de centroide se exportan desde el software de diseño de PCB, pero en ocasiones no están disponibles, por lo que elSurface Mount Process ofrece el servicio para generar el archivo centroide a partir de datos de Gerber..

Todas las máquinas de colocación de componentes tendrán una 'Precisión de colocación' especificada, tal como: -

35um (QFP) a 60um (chips) @ 3 sigma

También es importante seleccionar la boquilla correcta para el tipo de componente que se va a colocar; a continuación se puede ver una gama de diferentes boquillas para la colocación de componentes:

PCB, componentes y pasta de soldadura de buena calidad.

La calidad de todos los elementos utilizados durante el proceso debe ser alta porque cualquier cosa de mala calidad conducirá a resultados indeseables.Dependiendo del proceso de fabricación de las PCB y de la forma en que se hayan almacenado, el acabado de las PCB puede provocar una mala soldabilidad durante el proceso de soldadura por reflujo.A continuación se muestra un ejemplo de lo que se puede ver cuando el acabado de la superficie de una PCB es deficiente, lo que provoca un defecto conocido como "Black Pad":

ACABADO DE PCB DE BUENA CALIDAD

PCB deslustrado

La soldadura fluye hacia el componente y no hacia la PCB

De manera similar, la calidad de los cables de los componentes de montaje en superficie puede ser deficiente según el proceso de fabricación y el método de almacenamiento.

La calidad de la soldadura en pasta se ve muy afectada por laalmacenamiento y manipulación.Si se utiliza soldadura en pasta de mala calidad, es probable que dé resultados, como se puede ver a continuación: