POSTUPAK POVRŠINSKE MONTAŽE

Reflow lemljenje je najčešće korištena metoda pričvršćivanja komponenti za površinsku montažu na tiskane ploče (PCB).Cilj procesa je formiranje prihvatljivih lemljenih spojeva prvo prethodnim zagrijavanjem komponenti/PCB-a/paste za lemljenje i zatim taljenjem lemljenja bez nanošenja štete pregrijavanjem.

Ključni aspekti koji dovode do učinkovitog procesa reflow lemljenja su sljedeći:

1. Prikladan stroj
2. Prihvatljivi reflow profil
3. PCB/dizajn komponente
4. Pažljivo ispisan PCB pomoću dobro dizajnirane šablone
5. Ponovljivo postavljanje komponenti za površinsku montažu
6. PCB, komponente i pasta za lemljenje dobre kvalitete

Prikladan stroj

Dostupni su različiti tipovi strojeva za reflow lemljenje ovisno o potrebnoj brzini linije i dizajnu/materijalu PCB sklopova koji se obrađuju.Odabrana pećnica mora biti odgovarajuće veličine kako bi mogla podnijeti stopu proizvodnje opreme za odabir i postavljanje.

Brzina linije može se izračunati kao što je prikazano u nastavku:-

Brzina linije (minimalna) =Ploče po minuti x duljina po ploči
Faktor opterećenja (prostor između ploča)

Važno je uzeti u obzir ponovljivost procesa i stoga 'Faktor opterećenja' obično određuje proizvođač stroja, izračun je prikazan u nastavku:

Da biste mogli odabrati ispravnu veličinu reflow pećnice, brzina procesa (definirana u nastavku) mora biti veća od minimalne izračunate brzine linije.

Brzina procesa =Duljina grijane komore pećnice
Vrijeme zadržavanja procesa

Ispod je primjer izračuna za određivanje točne veličine pećnice:-

SMT monter želi proizvoditi 8-inčne ploče brzinom od 180 na sat.Proizvođač paste za lemljenje preporučuje profil od 4 minute i tri koraka.Koliko mi je pećnica potrebna za obradu dasaka pri ovoj propusnosti?

Broj ploča po minuti = 3 (180/sat)
Duljina po dasci = 8 inča
Faktor opterećenja = 0,8 (razmak od 2 inča između ploča)
Vrijeme zadržavanja procesa = 4 minute

Izračunajte brzinu linije:(3 ploče/min) x (8 inča/ploča)
0.8

Brzina linije = 30 inča/minuti

Stoga, reflow pećnica mora imati brzinu procesa od najmanje 30 inča u minuti.

Odredite grijanu duljinu komore pećnice pomoću jednadžbe brzine procesa:

30 in/min =Duljina grijane komore pećnice
4 minute

Dužina grijane pećnice = 120 inča (10 stopa)

Imajte na umu da će ukupna duljina pećnice premašiti 10 stopa uključujući dio za hlađenje i dijelove za utovar pokretne trake.Izračun je za GRIJANU DUŽINU – NE UKUPNU DUŽINU PEĆNICE.

2. Kontrola zatvorene petlje za brzinu konvekcijskih ventilatora – Postoje određeni paketi za površinsku montažu kao što je SOD323 (pogledajte umetak) koji imaju mali omjer kontaktne površine i mase koji je podložan poremećajima tijekom procesa reflowa.Regulacija brzine zatvorene petlje konvencionalnih ventilatora preporučena je opcija za sklopove koji koriste takve dijelove.

3. Automatska kontrola širine pokretne trake i nosača središnje ploče – Neki strojevi imaju ručno podešavanje širine, ali ako postoji mnogo različitih sklopova koje treba obraditi s različitim širinama tiskanih ploča, tada se ova opcija preporučuje za održavanje dosljednog procesa.

Prihvatljivi profil reflowa

Kako bi se stvorio profil reflowa, termoparovi su spojeni na uzorak sklopa (obično s visokotemperaturnim lemom) na brojnim mjestima za mjerenje raspona temperatura na PCB-u.Preporuča se imati najmanje jedan termoelement smješten na podlozi prema rubu PCB-a i jedan termoelement smješten na podlozi prema sredini PCB-a.Idealno bi bilo koristiti više termoparova za mjerenje cijelog raspona temperatura preko PCB-a – poznatog kao 'Delta T'.

Unutar tipičnog profila lemljenja reflowom obično postoje četiri faze – prethodno zagrijavanje, namakanje, reflow lemljenje i hlađenje.Glavni cilj je prenijeti dovoljno topline u sklop za topljenje lema i formiranje lemljenih spojeva bez oštećenja komponenti ili PCB-a.

Prethodno zagrijte– Tijekom ove faze komponente, PCB i lem zagrijavaju se do određene temperature namakanja ili zadržavanja, pazeći da se ne zagrijavaju prebrzo (obično ne više od 2ºC/sekundi – provjerite podatkovnu tablicu paste za lemljenje).Prebrzo zagrijavanje može uzrokovati nedostatke kao što su pucanje komponenti i prskanje paste za lemljenje uzrokujući kuglice lema tijekom reflowa.

Upiti– Svrha ove faze je osigurati da su sve komponente na potrebnoj temperaturi prije ulaska u fazu reflowa.Namakanje obično traje između 60 i 120 sekundi, ovisno o 'razlici mase' sklopa i vrstama prisutnih komponenti.Što je učinkovitiji prijenos topline tijekom faze namakanja, potrebno je manje vremena.

Ako profil reflow nema dovoljno topline tijekom faze reflowa, lemljeni spojevi će se vidjeti slični slikama ispod:-

lemiti neformirani filet s olovom

Nisu se sve kuglice za lem otopile

Uobičajeni nedostatak lemljenja nakon reflowa je stvaranje kuglica/zrna lemljenja u sredini čipa, kao što se može vidjeti u nastavku.Rješenje za ovaj nedostatak je izmjena dizajna šablone -više detalja možete vidjeti ovdje.

Trebalo bi razmotriti upotrebu dušika tijekom procesa reflowa zbog trenda udaljavanja od paste za lemljenje koja sadrži jake flukseve.Problem zapravo nije sposobnost ponovnog točenja u dušiku, već sposobnost ponovnog točenja u odsutnosti kisika.Zagrijavanje lema u prisutnosti kisika stvorit će okside, koji su općenito površine koje se ne mogu lemiti.

Hlađenje– Ovo je jednostavno faza tijekom koje se sklop hladi, ali važno je ne hladiti sklop prebrzo – obično preporučena brzina hlađenja ne bi trebala prelaziti 3ºC/sekundi.

Dizajn otiska PCB/komponenti

Postoji niz aspekata dizajna tiskane pločice koji utječu na to koliko će se dobro sklop preoblikovati.Primjer je veličina tračnica koje se povezuju s otiskom komponente – ako je tračnica koja se povezuje s jednom stranom otiska komponente veća od druge, to može dovesti do toplinske neravnoteže koja uzrokuje da dio postane 'nadgrobni spomenik' kao što se može vidjeti u nastavku:-

Drugi primjer je 'balansiranje bakra' – mnogi dizajni PCB-a koriste velika područja bakra i ako se PCB stavi u ploču kako bi se olakšao proces proizvodnje, to može dovesti do neravnoteže u bakru.To može uzrokovati iskrivljenje ploče tijekom pretapanja, pa je preporučeno rješenje dodavanje 'balansiranja bakra' u otpadna područja ploče kao što se može vidjeti u nastavku:-

Vidjeti"Dizajn za proizvodnju"za druga razmatranja.

Pažljivo ispisan PCB pomoću dobro dizajnirane šablone

Raniji procesni koraci unutar sklopa za površinsku montažu ključni su za učinkovit postupak reflow lemljenja.Theproces ispisa paste za lemljenjeje ključ za osiguravanje dosljednog nanošenja paste za lemljenje na PCB.Svaka greška u ovoj fazi dovest će do neželjenih rezultata, a time i do potpune kontrole ovog procesaučinkovit dizajn šablonapotrebno je.

Ponovljivo postavljanje komponenti za površinsku montažu

Varijacija postavljanja komponenti

Postavljanje komponenti za površinsku montažu mora biti ponovljivo i stoga je neophodan pouzdan, dobro održavan stroj za odabir i postavljanje.Ako se paketi komponenti ne podučavaju na ispravan način, to može uzrokovati da sustav strojnog vida ne vidi svaki dio na isti način pa će se primijetiti varijacije u postavljanju.To će dovesti do nedosljednih rezultata nakon procesa reflow lemljenja.

Programi postavljanja komponenti mogu se izraditi korištenjem strojeva za odabir i postavljanje, ali ovaj proces nije tako precizan kao uzimanje informacija o težištu izravno iz PCB Gerber podataka.Prilično se često ti podaci o težištu izvoze iz softvera za dizajn PCB-a, ali ponekad nisu dostupni i takoSurface Mount Process nudi uslugu generiranja centroidne datoteke iz Gerberovih podataka.

Svi strojevi za postavljanje komponenti imat će navedenu 'Točnost postavljanja' kao što su:-

35um (QFP) do 60um (čipovi) @ 3 sigma

Također je važno odabrati ispravnu mlaznicu za vrstu komponente koja se postavlja – raspon različitih mlaznica za postavljanje komponente može se vidjeti u nastavku:-

PCB, komponente i pasta za lemljenje dobre kvalitete

Kvaliteta svih predmeta koji se koriste tijekom procesa mora biti visoka jer će sve što je loše kvalitete dovesti do neželjenih rezultata.Ovisno o procesu proizvodnje PCB-a i načinu na koji su pohranjeni, završna obrada PCB-a može dovesti do loše sposobnosti lemljenja tijekom procesa lemljenja reflowom.Ispod je primjer onoga što se može vidjeti kada je završna obrada na PCB-u loša što dovodi do defekta poznatog kao 'Black Pad':-

DOBRA KVALITETA ZAVRŠNE OBRADE PCB

POCAMLJENA PCB

Lem teče na komponentu, a ne na PCB

Na sličan način kvaliteta kabela komponenti za površinsku montažu može biti loša ovisno o procesu proizvodnje i načinu skladištenja.

Na kvalitetu paste za lemljenje uvelike utječeskladištenje i rukovanje.Ako se koristi pasta za lemljenje loše kvalitete, vjerojatno će dati rezultate kao što se može vidjeti u nastavku:-