OPPERVLAKTEBEVESTIGINGSPROCES

Reflow-solderen is de meest gebruikte methode voor het bevestigen van componenten voor opbouwmontage op printplaten (PCB's).Het doel van het proces is om acceptabele soldeerverbindingen te vormen door eerst de componenten/PCB/soldeerpasta voor te verwarmen en vervolgens het soldeer te smelten zonder schade door oververhitting te veroorzaken.

De belangrijkste aspecten die leiden tot een effectief reflow-soldeerproces zijn als volgt:

1. Geschikte machine
2. Acceptabel reflowprofiel
3. PCB/componentvoetafdruk Ontwerp
4. Zorgvuldig bedrukte PCB met behulp van een goed ontworpen stencil
5. Herhaalbare plaatsing van componenten voor opbouwmontage
6. Goede kwaliteit PCB, componenten en soldeerpasta

Geschikte machine

Er zijn verschillende soorten reflow-soldeermachines beschikbaar, afhankelijk van de vereiste lijnsnelheid en het ontwerp/materiaal van de te verwerken PCB-assemblages.De geselecteerde oven moet een geschikt formaat hebben om de productiesnelheid van de pick-and-place-apparatuur aan te kunnen.

De lijnsnelheid kan worden berekend zoals hieronder weergegeven: -

Lijnsnelheid (minimaal) =Planken per minuut x Lengte per plank
Belastingsfactor (ruimte tussen planken)

Het is belangrijk om rekening te houden met de herhaalbaarheid van het proces en daarom wordt de 'Belastingsfactor' meestal gespecificeerd door de machinefabrikant, de berekening hieronder:

Om de juiste maat reflow-oven te kunnen selecteren, moet de processnelheid (hieronder gedefinieerd) groter zijn dan de minimaal berekende lijnsnelheid.

Processnelheid =Verwarmde lengte van de ovenkamer
Proces verblijftijd

Hieronder vindt u een rekenvoorbeeld om de juiste ovengrootte vast te stellen: -

Een SMT-assembleur wil 8-inch platen produceren met een snelheid van 180 per uur.De fabrikant van de soldeerpasta adviseert een driestapsprofiel van 4 minuten.Hoe lang heb ik een oven nodig om platen bij deze verwerkingscapaciteit te verwerken?

Planken per minuut = 3 (180/uur)
Lengte per bord = 8 inch
Belastingsfactor = 0,8 (2 inch ruimte tussen de planken)
Procesverblijftijd = 4 minuten

Bereken lijnsnelheid:(3 planken/min) x (8 inch/plank)
0,8

Lijnsnelheid = 30 inch/minuut

Daarom moet de reflow-oven een processnelheid hebben van minimaal 30 inch per minuut.

Bepaal de verwarmde lengte van de ovenkamer met de processnelheidsvergelijking:

30 inch/min =Verwarmde lengte van de ovenkamer
4 minuten

In de oven verwarmde lengte = 120 inch (10 voet)

Houd er rekening mee dat de totale lengte van de oven groter zal zijn dan 3 meter, inclusief het koelgedeelte en het laadgedeelte van de transportband.De berekening geldt voor VERWARMDE LENGTE – NIET VOOR DE ALGEHELE OVENLENGTE.

2. Gesloten lusregeling voor de snelheid van convectieventilatoren – Er zijn bepaalde opbouwpakketten zoals de SOD323 (zie inzetstuk) die een kleine contactoppervlakte-massaverhouding hebben die gevoelig is voor verstoring tijdens het reflow-proces.Gesloten snelheidsregeling van de conventionele ventilatoren is een aanbevolen optie voor assemblages waarbij dergelijke onderdelen worden gebruikt.

3. Automatische controle van de breedte van de transportband en de middenbordsteun – Sommige machines hebben een handmatige breedteaanpassing, maar als er veel verschillende assemblages moeten worden verwerkt met variërende PCB-breedtes, wordt deze optie aanbevolen om een ​​consistent proces te behouden.

Acceptabel reflowprofiel

Om een ​​reflow-profiel te creëren, worden thermokoppels op een aantal locaties aangesloten op een monstersamenstel (meestal met soldeer op hoge temperatuur) om het temperatuurbereik over de PCB te meten.Het wordt aanbevolen om ten minste één thermokoppel op een pad in de richting van de rand van de printplaat te plaatsen, en één thermokoppel op een pad in de richting van het midden van de printplaat.Idealiter zouden er meer thermokoppels moeten worden gebruikt om het volledige temperatuurbereik op de printplaat te meten – bekend als 'Delta T'.

Binnen een typisch reflow-soldeerprofiel zijn er meestal vier fasen: voorverwarmen, weken, reflow en afkoelen.Het belangrijkste doel is om voldoende warmte in het samenstel over te brengen om het soldeer te smelten en de soldeerverbindingen te vormen zonder enige schade aan componenten of PCB's te veroorzaken.

voorverwarmen– Tijdens deze fase worden de componenten, de printplaat en het soldeer allemaal verwarmd tot een gespecificeerde week- of verblijftemperatuur, waarbij u erop let dat u niet te snel opwarmt (meestal niet meer dan 2ºC/seconde – raadpleeg de datasheet van de soldeerpasta).Te snel verwarmen kan defecten veroorzaken, zoals het barsten van componenten en het spetteren van de soldeerpasta, waardoor tijdens het reflowen soldeerballen ontstaan.

Geniet– Het doel van deze fase is ervoor te zorgen dat alle componenten de vereiste temperatuur hebben voordat ze de reflow-fase ingaan.Het weken duurt gewoonlijk tussen de 60 en 120 seconden, afhankelijk van het 'massaverschil' van het samenstel en het type aanwezige componenten.Hoe efficiënter de warmteoverdracht tijdens de weekfase, hoe minder tijd er nodig is.

Als er onvoldoende warmte wordt toegepast op het reflow-profiel tijdens de reflow-fase, zullen er soldeerverbindingen optreden die vergelijkbaar zijn met de onderstaande afbeeldingen: -

soldeer niet gevormde filet met lood

Niet alle soldeerballen smolten

Een veelvoorkomend soldeerdefect na reflow is de vorming van soldeerballen/kralen in het midden van de chip, zoals hieronder te zien is.De oplossing voor dit probleem is het aanpassen van het stencilontwerp -meer details zijn hier te zien.

Het gebruik van stikstof tijdens het reflow-proces moet worden overwogen vanwege de trend om af te stappen van soldeerpasta die sterke vloeimiddelen bevat.Het probleem is eigenlijk niet het vermogen om stikstof terug te laten stromen, maar eerder het vermogen om terug te stromen in afwezigheid van zuurstof.Door soldeer te verwarmen in de aanwezigheid van zuurstof ontstaan ​​er oxiden, die over het algemeen niet-soldeerbare oppervlakken zijn.

Koeling– Dit is eenvoudigweg de fase waarin het geheel wordt gekoeld, maar het is belangrijk om het geheel niet te snel af te koelen – doorgaans mag de aanbevolen afkoelsnelheid niet hoger zijn dan 3ºC/seconde.

PCB/Componentvoetafdrukontwerp

Er zijn een aantal aspecten van het PCB-ontwerp die van invloed zijn op hoe goed een assemblage zal reflowen.Een voorbeeld hiervan is de grootte van de sporen die aansluiten op de voetafdruk van een component. Als de baan die aansluit op de ene kant van de voetafdruk van een component groter is dan de andere, kan dit leiden tot een thermische onbalans waardoor het onderdeel een 'grafsteen' wordt, zoals hieronder te zien is: -

Een ander voorbeeld is 'koperbalancering' – veel PCB-ontwerpen maken gebruik van grote koperoppervlakken en als de printplaat in een paneel wordt geplaatst om het productieproces te ondersteunen, kan dit leiden tot een onbalans in koper.Dit kan ervoor zorgen dat het paneel kromtrekt tijdens het terugvloeien en daarom is de aanbevolen oplossing om 'koperbalancering' toe te voegen aan de afvalgebieden van het paneel, zoals hieronder te zien is:

Zien'Ontwerp voor fabricage'voor andere overwegingen.

Zorgvuldig bedrukte PCB met behulp van een goed ontworpen stencil

De eerdere processtappen binnen de opbouwmontage zijn van cruciaal belang voor een effectief reflow-soldeerproces.Desoldeerpasta printprocesis essentieel om een ​​consistente afzetting van soldeerpasta op de PCB te garanderen.Elke fout in dit stadium zal leiden tot ongewenste resultaten en dus tot volledige controle over dit proceseffectief stencilontwerpis nodig.

Herhaalbare plaatsing van componenten voor opbouwmontage

Variatie in plaatsing van componenten

De plaatsing van opbouwcomponenten moet herhaalbaar zijn en daarom is een betrouwbare, goed onderhouden pick-and-place-machine noodzakelijk.Als componentpakketten niet op de juiste manier worden aangeleerd, kan dit ertoe leiden dat het machinevisiesysteem elk onderdeel niet op dezelfde manier ziet, waardoor variatie in plaatsing wordt waargenomen.Dit zal leiden tot inconsistente resultaten na het reflow-soldeerproces.

Programma's voor het plaatsen van componenten kunnen worden gemaakt met behulp van de pick-and-place-machines, maar dit proces is niet zo nauwkeurig als het rechtstreeks uit de PCB Gerber-gegevens halen van de zwaartepuntinformatie.Heel vaak worden deze zwaartepuntgegevens geëxporteerd vanuit de PCB-ontwerpsoftware, maar soms zijn ze niet beschikbaarservice om het centroid-bestand te genereren op basis van Gerber-gegevens wordt aangeboden door Surface Mount Process.

Voor alle machines voor het plaatsen van componenten is een 'Plaatsingsnauwkeurigheid' gespecificeerd, zoals: -

35um (QFP's) tot 60um (chips) @ 3 sigma

Het is ook belangrijk dat de juiste spuitmond wordt geselecteerd voor het componenttype dat moet worden geplaatst. Hieronder vindt u een reeks verschillende spuitmonden voor het plaatsen van componenten: -

Goede kwaliteit PCB, componenten en soldeerpasta

De kwaliteit van alle items die tijdens het proces worden gebruikt, moet hoog zijn, omdat alles van slechte kwaliteit tot ongewenste resultaten zal leiden.Afhankelijk van het productieproces van de PCB's en de manier waarop ze zijn opgeslagen, kan de afwerking van de PCB's leiden tot een slechte soldeerbaarheid tijdens het reflow-soldeerproces.Hieronder ziet u een voorbeeld van wat u kunt zien als de oppervlakteafwerking op een PCB slecht is, wat leidt tot een defect dat bekend staat als 'Black Pad': -

GOEDE KWALITEIT PCB-AFWERKING

BEZOCHTE PCB

Soldeer stroomt naar het onderdeel en niet naar de PCB

Op soortgelijke wijze kan de kwaliteit van de aansluitkabels voor opbouwmontage slecht zijn, afhankelijk van het fabricageproces en de wijze van opslag.

De kwaliteit van de soldeerpasta wordt sterk beïnvloed door deopslag en behandeling.Soldeerpasta van slechte kwaliteit zal bij gebruik waarschijnlijk resultaten opleveren, zoals hieronder te zien is: -