PROCESO DE MONTAXE EN SUPERFICIE

A soldadura por refluxo é o método máis utilizado para unir compoñentes de montaxe en superficie a placas de circuíto impreso (PCB).O obxectivo do proceso é formar xuntas de soldadura aceptables quentando primeiro os compoñentes/PCB/pasta de soldadura e despois fundindo a soldadura sen causar danos por sobrequecemento.

Os aspectos clave que conducen a un proceso de soldadura por refluxo eficaz son os seguintes:

1. Máquina axeitada
2. Perfil de refluxo aceptable
3. Deseño de pegada de PCB/compoñente
4. PCB coidadosamente impreso usando un stencil ben deseñado
5. Colocación repetible de compoñentes de montaxe en superficie
6. PCB, compoñentes e pasta de soldadura de boa calidade

Máquina axeitada

Existen varios tipos de máquinas de soldar por refluxo dispoñibles dependendo da velocidade de liña necesaria e do deseño/material dos conxuntos de PCB que se van procesar.O forno seleccionado debe ter un tamaño adecuado para xestionar a taxa de produción do equipo de selección e colocación.

A velocidade da liña pódese calcular como se mostra a continuación:

Velocidade da liña (mínima) =Taboleiros por minuto x Lonxitude por taboleiro
Factor de carga (espazo entre placas)

É importante ter en conta a repetibilidade do proceso, polo que o 'Factor de carga' adoita ser especificado polo fabricante da máquina, cálculo que se mostra a continuación:

Para poder seleccionar o tamaño correcto do forno de refluxo, a velocidade do proceso (definida a continuación) debe ser maior que a velocidade de liña mínima calculada.

Velocidade do proceso =Cámara de forno quentada lonxitude
Tempo de permanencia do proceso

A continuación móstrase un exemplo de cálculo para establecer o tamaño correcto do forno: -

Un ensamblador SMT quere producir placas de 8 polgadas a un ritmo de 180 por hora.O fabricante de pasta de soldadura recomenda un perfil de tres pasos de 4 minutos.Canto tempo necesito un forno para procesar placas a este rendemento?

Taboleiros por minuto = 3 (180/hora)
Lonxitude por taboleiro = 8 polgadas
Factor de carga = 0,8 (espazo de 2 polgadas entre placas)
Tempo de permanencia do proceso = 4 minutos

Calcula a velocidade da liña:(3 taboleiros/min) x (8 polgadas/taboleiro)
0,8

Velocidade da liña = 30 polgadas/minuto

Polo tanto, o forno de refluxo debe ter unha velocidade de proceso de polo menos 30 polgadas por minuto.

Determine a lonxitude quentada da cámara do forno coa ecuación da velocidade do proceso:

30 in/min =Cámara de forno quentada lonxitude
4 minutos

Lonxitude quentada ao forno = 120 polgadas (10 pés)

Teña en conta que a lonxitude total do forno superará os 10 pés, incluíndo a sección de refrixeración e as seccións de carga do transportador.O cálculo é para a LONXITUDE CALEFACCIÓN, NON A LONXITUDE TOTAL DO FORNO.

2. Control de lazo pechado para a velocidade dos ventiladores de convección - Hai certos paquetes de montaxe en superficie, como o SOD323 (ver a inserción) que teñen unha pequena relación de área de contacto a masa que son susceptibles de ser perturbados durante o proceso de refluxo.O control de velocidade en bucle pechado dos ventiladores de convención é unha opción recomendada para conxuntos que usan tales pezas.

3. Control automático do ancho do transportador e do soporte da placa central - Algunhas máquinas teñen un axuste manual do ancho, pero se hai moitos conxuntos diferentes para procesar con diferentes anchos de PCB, recoméndase esta opción para manter un proceso consistente.

Perfil de refluxo aceptable

Para crear un perfil de refluxo, os termopares conéctanse a un conxunto de mostras (xeralmente con soldadura a alta temperatura) en varios lugares para medir o intervalo de temperaturas no PCB.Recoméndase ter polo menos un termopar situado nunha almofada cara ao bordo da PCB e unha termopar situada nunha almofada cara ao medio da PCB.O ideal é que se usen máis termopares para medir o rango completo de temperaturas no PCB, coñecido como "Delta T".

Dentro dun perfil típico de soldadura por refluxo, normalmente hai catro etapas: precalentamento, remollo, refluxo e arrefriamento.O obxectivo principal é transferir suficiente calor ao conxunto para derreter a soldadura e formar as unións de soldadura sen causar ningún dano aos compoñentes ou PCB.

Prequentar– Durante esta fase, os compoñentes, a PCB e a soldadura quéntanse a unha temperatura especificada de remollo ou de permanencia tendo coidado de non quentar demasiado rápido (normalmente non máis de 2ºC/segundo; consulte a folla de datos da pasta de soldadura).O quecemento con demasiada rapidez pode provocar defectos, como que se rachen os compoñentes e salpique a pasta de soldadura, provocando bolas de soldadura durante o refluxo.

Remollo– O obxectivo desta fase é asegurar que todos os compoñentes estean á temperatura necesaria antes de entrar na fase de refluxo.A remollo adoita durar entre 60 e 120 segundos dependendo do 'diferencial de masa' do conxunto e dos tipos de compoñentes presentes.Canto máis eficiente sexa a transferencia de calor durante a fase de remollo, menos tempo se necesita.

Se o perfil de refluxo ten calor insuficiente aplicado durante a fase de refluxo, veranse xuntas de soldadura similares ás imaxes seguintes: -

soldadura non formada filete con chumbo

Non todas as bolas de soldadura se derretiron

Un defecto común de soldadura despois do refluxo é a formación de bolas/perlas de soldadura de chip medio, como se pode ver a continuación.A solución a este defecto é modificar o deseño do stencil.pódense ver máis detalles aquí.

Debe considerarse o uso de nitróxeno durante o proceso de refluxo debido á tendencia de afastarse da pasta de soldadura que contén fluxos fortes.O problema realmente non é a capacidade de refluir en nitróxeno, senón a capacidade de refluír en ausencia de osíxeno.O quecemento da soldadura en presenza de osíxeno creará óxidos, que xeralmente son superficies non soldables.

Refrixeración– Esta é simplemente a etapa durante a que se arrefría o conxunto, pero é importante non arrefriar o conxunto con demasiada rapidez; normalmente a velocidade de arrefriamento recomendada non debe superar os 3ºC/segundo.

Deseño de pegadas de PCB/componentes

Hai unha serie de aspectos do deseño de PCB que inflúen sobre o ben que refluxará un conxunto.Un exemplo é o tamaño das pistas que se conectan a unha pegada de compoñente: se a pista que se conecta a un lado da pegada dun compoñente é máis grande que o outro, isto pode provocar un desequilibrio térmico que faga que a peza se converta en "lápida", como se pode ver a continuación:

Outro exemplo é o "equilibrado de cobre": moitos deseños de PCB usan grandes áreas de cobre e se a PCB se coloca nun panel para axudar ao proceso de fabricación pode provocar un desequilibrio no cobre.Isto pode provocar que o panel se deforme durante o refluxo, polo que a solución recomendada é engadir un "equilibrio de cobre" ás áreas de refugallo do panel, como se pode ver a continuación:

Ver"Deseño para a fabricación"por outras consideracións.

PCB coidadosamente impreso usando un stencil ben deseñado

Os pasos anteriores do proceso dentro da montaxe en superficie son fundamentais para un proceso de soldadura por refluxo eficaz.Oproceso de impresión de pasta de soldaduraé clave para garantir un depósito consistente de pasta de soldadura no PCB.Calquera fallo nesta fase levará a resultados non desexados e, así, un control completo deste proceso xuntodeseño de plantillas eficazé necesario.

Colocación repetible de compoñentes de montaxe en superficie

Variación de colocación de compoñentes

A colocación dos compoñentes de montaxe en superficie debe ser repetible, polo que é necesaria unha máquina de selección e colocación fiable e ben mantida.Se os paquetes de compoñentes non se ensinan da forma correcta, pode provocar que o sistema de visión da máquina non vexa cada parte da mesma forma e así se observará a variación na colocación.Isto levará a resultados inconsistentes despois do proceso de soldadura por refluxo.

Os programas de colocación de compoñentes pódense crear usando as máquinas de selección e colocación, pero este proceso non é tan preciso como tomar a información do centroide directamente dos datos de PCB Gerber.Moitas veces estes datos do centroide expórtanse desde o software de deseño de PCB, pero nalgúns momentos non están dispoñibles, polo que oSurface Mount Process ofrece un servizo para xerar o ficheiro centroide a partir de datos de Gerber.

Todas as máquinas de colocación de compoñentes terán unha "Precisión de colocación" especificada como: -

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

Tamén é importante que se seleccione a boquilla correcta para o tipo de compoñente que se vai colocar: a continuación pódese ver unha variedade de boquillas de colocación de compoñentes diferentes:

PCB, compoñentes e pasta de soldadura de boa calidade

A calidade de todos os elementos utilizados durante o proceso debe ser alta porque calquera cousa de mala calidade levará a resultados indesexables.Dependendo do proceso de fabricación dos PCB e da forma en que foron almacenados, o acabado dos PCB pode levar a unha soldabilidade deficiente durante o proceso de soldadura por refluxo.A continuación móstrase un exemplo do que se pode ver cando o acabado superficial dun PCB é deficiente, o que provoca un defecto coñecido como "Black Pad":

ACABADO PCB DE BOA CALIDADE

PCB deslustrado

Soldadura que flúe ao compoñente e non á PCB

De xeito similar, a calidade dos cables dos compoñentes de montaxe en superficie pode ser deficiente dependendo do proceso de fabricación e do método de almacenamento.

A calidade da pasta de soldadura vese moi afectada polaalmacenamento e manipulación.A pasta de soldadura de mala calidade, se se usa, é probable que dea resultados como se pode ver a continuación: