पृष्ठभाग माउंट प्रक्रिया

रिफ्लो सोल्डरिंग ही मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) मध्ये पृष्ठभाग माउंट घटक जोडण्याची सर्वात जास्त वापरली जाणारी पद्धत आहे.प्रक्रियेचे उद्दिष्ट हे आहे की प्रथम घटक/पीसीबी/सोल्डर पेस्ट प्री-हीट करून स्वीकार्य सोल्डर जॉइंट्स तयार करणे आणि नंतर जास्त गरम केल्याने नुकसान न होता सोल्डर वितळवणे.

प्रभावी रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियेस कारणीभूत असलेले मुख्य पैलू खालीलप्रमाणे आहेत:

1. योग्य मशीन
2. स्वीकार्य रीफ्लो प्रोफाइल
3. पीसीबी/घटक फूटप्रिंट डिझाइन
4. चांगले डिझाइन केलेले स्टॅन्सिल वापरून काळजीपूर्वक मुद्रित पीसीबी
5. पृष्ठभाग माउंट घटकांची पुनरावृत्ती करण्यायोग्य प्लेसमेंट
6. चांगल्या दर्जाचे पीसीबी, घटक आणि सोल्डर पेस्ट

योग्य मशीन

पीसीबी असेंब्लीजच्या आवश्यक रेषेचा वेग आणि डिझाइन/साहित्य यावर अवलंबून विविध प्रकारचे रिफ्लो सोल्डरिंग मशीन उपलब्ध आहेत.पिक अँड प्लेस उपकरणांचे उत्पादन दर हाताळण्यासाठी निवडलेले ओव्हन योग्य आकाराचे असणे आवश्यक आहे.

खाली दर्शविल्याप्रमाणे रेषेचा वेग मोजला जाऊ शकतो:-

रेषेचा वेग (किमान) =बोर्ड प्रति मिनिट x लांबी प्रति बोर्ड
लोड फॅक्टर (बोर्डमधील जागा)

प्रक्रियेच्या पुनरावृत्तीक्षमतेचा विचार करणे महत्वाचे आहे आणि म्हणून 'लोड फॅक्टर' सहसा मशीन उत्पादकाद्वारे निर्दिष्ट केला जातो, गणना खाली दर्शविली आहे:

योग्य आकाराचे रिफ्लो ओव्हन निवडण्यासाठी प्रक्रियेचा वेग (खाली परिभाषित) किमान गणना केलेल्या रेषेच्या गतीपेक्षा जास्त असणे आवश्यक आहे.

प्रक्रियेचा वेग =ओव्हन चेंबर गरम पाण्याची सोय
प्रक्रिया निवास वेळ

खाली योग्य ओव्हन आकार स्थापित करण्यासाठी गणनाचे उदाहरण आहे:-

एका एसएमटी असेंबलरला 180 प्रति तास दराने 8-इंच बोर्ड तयार करायचे आहेत.सोल्डर पेस्ट निर्माता 4 मिनिट, तीन चरण प्रोफाइलची शिफारस करतो.या थ्रूपुटवर बोर्डांवर प्रक्रिया करण्यासाठी मला किती काळ ओव्हनची आवश्यकता आहे?

बोर्ड प्रति मिनिट = 3 (180/तास)
प्रति बोर्ड लांबी = 8 इंच
लोड फॅक्टर = 0.8 (बोर्डमधील 2-इंच जागा)
प्रक्रिया निवास वेळ = 4 मिनिटे

रेषेच्या गतीची गणना करा:(3 बोर्ड/मिनिट) x (8 इंच/बोर्ड)
०.८

रेषेचा वेग = ३० इंच/मिनिट

म्हणून, रीफ्लो ओव्हनची प्रक्रिया गती किमान 30 इंच प्रति मिनिट असणे आवश्यक आहे.

प्रक्रियेच्या गती समीकरणासह ओव्हन चेंबरची गरम लांबी निश्चित करा:

30 इं/मिनिट =ओव्हन चेंबर गरम पाण्याची सोय
4 मिनिटे

ओव्हन गरम केलेली लांबी = 120 इंच (10 फूट)

ओव्हनची एकूण लांबी कूलिंग सेक्शन आणि कन्व्हेयर लोडिंग सेक्शनसह 10 फुटांपेक्षा जास्त असेल याची नोंद घ्या.गणना गरम केलेल्या लांबीसाठी आहे - एकूण ओव्हन लांबीसाठी नाही.

2. संवहन पंख्यांच्या गतीसाठी क्लोज्ड लूप कंट्रोल - SOD323 (इन्सर्ट पहा) सारखी काही पृष्ठभाग माउंट पॅकेजेस आहेत ज्यात लहान संपर्क क्षेत्र ते वस्तुमान गुणोत्तर आहे जे रीफ्लो प्रक्रियेदरम्यान विस्कळीत होण्याची शक्यता असते.असे भाग वापरणाऱ्या असेंब्लीसाठी कन्व्हेन्शन फॅन्सचे क्लोज्ड लूप स्पीड कंट्रोल हा शिफारस केलेला पर्याय आहे.

3. कन्व्हेयर आणि केंद्र-बोर्ड-समर्थन रुंदीचे स्वयंचलित नियंत्रण - काही मशीन्समध्ये मॅन्युअल रुंदी समायोजन असते परंतु वेगवेगळ्या PCB रूंदीसह प्रक्रिया करण्यासाठी अनेक भिन्न असेंब्ली असल्यास, प्रक्रिया सातत्य राखण्यासाठी या पर्यायाची शिफारस केली जाते.

स्वीकार्य रीफ्लो प्रोफाइल

रिफ्लो प्रोफाइल तयार करण्यासाठी थर्मोकूपल्स पीसीबीमधील तापमानाची श्रेणी मोजण्यासाठी अनेक ठिकाणी सॅम्पल असेंब्लीशी (सामान्यत: उच्च तापमान सोल्डरसह) जोडलेले असतात.पीसीबीच्या काठावर पॅडवर किमान एक थर्मोकूपल आणि पीसीबीच्या मध्यभागी पॅडवर एक थर्मोकूपल ठेवण्याची शिफारस केली जाते.तद्वतच अधिक थर्मोकपल्सचा वापर संपूर्ण PCB मधील तापमान मोजण्यासाठी केला जावा – ज्याला 'डेल्टा टी' म्हणून ओळखले जाते.

ठराविक रिफ्लो सोल्डरिंग प्रोफाइलमध्ये सहसा चार टप्पे असतात - प्रीहीट, सोक, रिफ्लो आणि कूलिंग.घटक किंवा पीसीबीला कोणतेही नुकसान न करता सोल्डर वितळण्यासाठी आणि सोल्डर सांधे तयार करण्यासाठी असेंबलीमध्ये पुरेशी उष्णता हस्तांतरित करणे हे मुख्य उद्दिष्ट आहे.

प्रीहीट– या टप्प्यात घटक, PCB आणि सोल्डर हे सर्व एका विनिर्दिष्ट भिजवलेल्या किंवा राहण्याच्या तपमानावर गरम केले जातात आणि खूप लवकर गरम होणार नाही याची काळजी घेतली जाते (सामान्यत: 2ºC/सेकंद पेक्षा जास्त नाही - सोल्डर पेस्ट डेटाशीट तपासा).खूप लवकर गरम केल्याने दोष निर्माण होऊ शकतात जसे की घटक क्रॅक होतात आणि सोल्डर पेस्ट स्प्लॅटर होतात ज्यामुळे रिफ्लो दरम्यान सोल्डर बॉल होतात.

भिजवणे- रिफ्लो स्टेजमध्ये प्रवेश करण्यापूर्वी सर्व घटक आवश्यक तापमानापर्यंत आहेत याची खात्री करणे हा या टप्प्याचा उद्देश आहे.असेंब्लीच्या 'मास डिफरेंशियल' आणि उपस्थित घटकांच्या प्रकारांवर अवलंबून, भिजवणे सामान्यतः 60 ते 120 सेकंदांपर्यंत टिकते.भिजण्याच्या अवस्थेत उष्णता हस्तांतरण जितके अधिक कार्यक्षम असेल तितका कमी वेळ लागेल.

रीफ्लो स्टेज दरम्यान रिफ्लो प्रोफाइलमध्ये पुरेशी उष्णता लागू न झाल्यास खाली दिलेल्या प्रतिमांप्रमाणे सोल्डर जॉइंट्स दिसतील:-

सोल्डर लीडसह फिलेट तयार करत नाही

सर्व सोल्डर बॉल वितळले नाहीत

रिफ्लो नंतर एक सामान्य सोल्डरिंग दोष म्हणजे मिड-चिप सोल्डर बॉल्स/मणी तयार होणे, जसे की खाली पाहिले जाऊ शकते.या दोषावर उपाय म्हणजे स्टॅन्सिल डिझाइनमध्ये बदल करणे -अधिक तपशील येथे पाहिले जाऊ शकतात.

मजबूत फ्लक्सेस असलेल्या सोल्डर पेस्टपासून दूर जाण्याच्या प्रवृत्तीमुळे रिफ्लो प्रक्रियेदरम्यान नायट्रोजनच्या वापराचा विचार केला पाहिजे.मुद्दा खरोखर नायट्रोजनमध्ये पुनर्प्रवाह करण्याच्या क्षमतेचा नाही, तर ऑक्सिजनच्या अनुपस्थितीत पुनर्प्रवाह करण्याच्या क्षमतेचा आहे.ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत सोल्डर गरम केल्याने ऑक्साईड तयार होतील, जे सामान्यतः न सोल्डर करण्यायोग्य पृष्ठभाग असतात.

थंड करणे– हा फक्त एक टप्पा आहे ज्या दरम्यान असेंब्ली थंड केली जाते परंतु असेंबली खूप वेगाने थंड होऊ नये हे महत्वाचे आहे – सहसा शिफारस केलेले कूलिंग दर 3ºC/सेकंद पेक्षा जास्त नसावे.

पीसीबी/घटक फूटप्रिंट डिझाइन

PCB डिझाइनचे अनेक पैलू आहेत ज्यांचा प्रभाव असेंब्ली किती चांगल्या प्रकारे रिफ्लो होईल यावर आहे.घटक फुटप्रिंटला जोडणाऱ्या ट्रॅक्सच्या आकाराचे उदाहरण – जर घटक पदचिन्हाच्या एका बाजूला जोडणारा ट्रॅक दुसऱ्या पेक्षा मोठा असेल तर त्यामुळे थर्मल असंतुलन होऊ शकते ज्यामुळे तो भाग 'समाधीचा दगड' बनू शकतो:-

दुसरे उदाहरण म्हणजे 'कॉपर बॅलन्सिंग' - अनेक PCB डिझाईन्स मोठ्या तांब्याचे क्षेत्र वापरतात आणि pcb उत्पादन प्रक्रियेला मदत करण्यासाठी पॅनेलमध्ये ठेवल्यास तांब्यामध्ये असंतुलन होऊ शकते.यामुळे रीफ्लो दरम्यान पॅनेल विस्कळीत होऊ शकते आणि म्हणून शिफारस केलेले उपाय म्हणजे पॅनेलच्या कचरा भागात 'तांबे संतुलन' जोडणे हे खाली पाहिले जाऊ शकते:-

पहा'उत्पादनासाठी डिझाइन'इतर विचारांसाठी.

चांगले डिझाइन केलेले स्टॅन्सिल वापरून काळजीपूर्वक मुद्रित पीसीबी

पृष्ठभाग माउंट असेंब्लीमधील पूर्वीच्या प्रक्रियेच्या पायऱ्या प्रभावी रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियेसाठी महत्त्वपूर्ण आहेत.दसोल्डर पेस्ट प्रिंटिंग प्रक्रियाPCB वर सोल्डर पेस्टची सातत्यपूर्ण ठेव सुनिश्चित करण्यासाठी महत्वाचे आहे.या टप्प्यातील कोणतीही चूक अवांछित परिणामांना कारणीभूत ठरेल आणि त्यामुळे या प्रक्रियेवर पूर्ण नियंत्रण राहीलप्रभावी स्टॅन्सिल डिझाइनआवश्यक आहे.

पृष्ठभाग माउंट घटकांची पुनरावृत्ती करण्यायोग्य प्लेसमेंट

घटक प्लेसमेंट भिन्नता

पृष्ठभाग माउंट घटकांची नियुक्ती पुनरावृत्ती करण्यायोग्य असणे आवश्यक आहे आणि म्हणून एक विश्वासार्ह, चांगली देखभाल केलेली पिक आणि प्लेस मशीन आवश्यक आहे.जर घटक पॅकेजेस योग्य पद्धतीने शिकवले गेले नाहीत तर यामुळे मशीन्स व्हिजन सिस्टम प्रत्येक भाग एकाच प्रकारे पाहू शकत नाही आणि त्यामुळे प्लेसमेंटमध्ये फरक दिसून येईल.यामुळे रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियेनंतर विसंगत परिणाम मिळतील.

पिक आणि प्लेस मशीन वापरून घटक प्लेसमेंट प्रोग्राम तयार केले जाऊ शकतात परंतु ही प्रक्रिया PCB Gerber डेटावरून थेट सेंट्रॉइड माहिती घेण्याइतकी अचूक नाही.बहुतेकदा हा सेंट्रोइड डेटा पीसीबी डिझाइन सॉफ्टवेअरमधून निर्यात केला जातो परंतु काही वेळा उपलब्ध नसतो आणि त्यामुळेसरफेस माउंट प्रोसेसद्वारे जर्बर डेटामधून सेंट्रॉइड फाइल तयार करण्याची सेवा दिली जाते.

सर्व घटक प्लेसमेंट मशीन्समध्ये निर्दिष्ट केलेली 'प्लेसमेंट अचूकता' असेल जसे की: -

35um (QFPs) ते 60um (चिप्स) @ 3 सिग्मा

घटक प्रकार ठेवण्यासाठी योग्य नोझल निवडणे देखील महत्त्वाचे आहे – विविध घटक प्लेसमेंट नोझलची श्रेणी खाली पाहिली जाऊ शकते:-

चांगल्या दर्जाचे पीसीबी, घटक आणि सोल्डर पेस्ट

प्रक्रियेदरम्यान वापरल्या जाणाऱ्या सर्व वस्तूंची गुणवत्ता उच्च असणे आवश्यक आहे कारण खराब गुणवत्तेची कोणतीही गोष्ट अवांछित परिणामांना कारणीभूत ठरेल.PCB च्या उत्पादन प्रक्रियेवर आणि PCB चे फिनिश ज्या पद्धतीने साठवले गेले त्यावर अवलंबून रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रियेदरम्यान खराब सोल्डरबिलिटी होऊ शकते.पीसीबीवरील पृष्ठभाग खराब असताना 'ब्लॅक पॅड' म्हणून ओळखला जाणारा दोष उद्भवतो तेव्हा काय पाहिले जाऊ शकते याचे एक उदाहरण खाली दिले आहे:

चांगल्या दर्जाचे पीसीबी फिनिश

कलंकित पीसीबी

सोल्डर घटकाकडे वाहते आणि PCB नाही

अशाच प्रकारे पृष्ठभाग माउंट घटक लीड्सची गुणवत्ता उत्पादन प्रक्रिया आणि स्टोरेजच्या पद्धतीनुसार खराब असू शकते.

सोल्डर पेस्टची गुणवत्ता मोठ्या प्रमाणात प्रभावित होतेस्टोरेज आणि हाताळणी.निकृष्ट दर्जाची सोल्डर पेस्ट वापरल्यास ते खाली पाहिल्याप्रमाणे परिणाम देण्याची शक्यता आहे:-