PROSESS FOR OVERFLATEMONTERING

Reflow-lodding er den mest brukte metoden for å feste overflatemonterte komponenter til trykte kretskort (PCB).Målet med prosessen er å danne akseptable loddeforbindelser ved først å forvarme komponentene/PCB/loddepasta og deretter smelte loddet uten å forårsake skade ved overoppheting.

De viktigste aspektene som fører til en effektiv reflow-loddeprosess er som følger:

1. Egnet maskin
2. Akseptabel reflow-profil
3. PCB/komponent fotavtrykk Design
4. Nøye trykt PCB med godt designet sjablong
5. Repeterbar plassering av overflatemonterte komponenter
6. God kvalitet PCB, komponenter og loddepasta

Egnet maskin

Det finnes ulike typer reflow-loddemaskiner tilgjengelig avhengig av nødvendig linjehastighet og design/materiale til PCB-enhetene som skal behandles.Den valgte ovnen må ha en passende størrelse for å håndtere produksjonshastigheten til pick and place-utstyret.

Linjehastigheten kan beregnes som vist nedenfor:-

Linjehastighet (minimum) =Brett per minutt x Lengde per brett
Belastningsfaktor (avstand mellom brett)

Det er viktig å vurdere repeterbarheten til prosessen, og derfor spesifiseres "belastningsfaktoren" vanligvis av maskinprodusenten, beregningen vist nedenfor:

For å kunne velge riktig størrelse reflow-ovn må prosesshastigheten (definert nedenfor) være større enn minimum beregnet linjehastighet.

Prosesshastighet =Ovnskammer oppvarmet lengde
Prosessoppholdstid

Nedenfor er et eksempel på beregning for å etablere riktig ovnsstørrelse:-

En SMT-montør ønsker å produsere 8-tommers plater med en hastighet på 180 per time.Loddepastaprodusenten anbefaler en 4-minutters tre-trinns profil.Hvor lang ovn trenger jeg for å behandle plater med denne gjennomstrømningen?

Brett per minutt = 3 (180/time)
Lengde per brett = 8 tommer
Belastningsfaktor = 0,8 (2-tommers mellomrom mellom brett)
Process Dwell Time = 4 minutter

Beregn linjehastighet:(3 brett/min) x (8 tommer/brett)
0,8

Linjehastighet = 30 tommer/minutt

Derfor må reflow-ovnen ha en prosesshastighet på minst 30 tommer per minutt.

Bestem lengden på oppvarmet ovnskammer med prosesshastighetsligningen:

30 in/min =Ovnskammer oppvarmet lengde
4 minutter

Ovnsoppvarmet lengde = 120 tommer (10 fot)

Merk at den totale lengden på ovnen vil overstige 10 fot, inkludert kjøleseksjonen og transportbåndseksjonene.Beregningen er for OPPVARMET LENGDE – IKKE SAMLET OVNSLENGDE.

2. Kontroll med lukket sløyfe for hastighet på konveksjonsvifter – Det er visse overflatemonterte pakker som SOD323 (se vedlegg) som har et lite forhold mellom kontaktareal og masse som er utsatt for forstyrrelser under reflow-prosessen.Lukket sløyfehastighetskontroll av konvensjonsviftene er et anbefalt alternativ for sammenstillinger som bruker slike deler.

3. Automatisk kontroll av transportbånd og senterbordstøttebredder – Noen maskiner har manuell breddejustering, men hvis det er mange forskjellige sammenstillinger som skal behandles med varierende PCB-bredder, anbefales dette alternativet for å opprettholde en konsistent prosess.

Akseptabel reflow-profil

For å lage en omstrømningsprofil kobles termoelementer til en prøvemontasje (vanligvis med høytemperaturloddemetall) på en rekke steder for å måle temperaturområdet over PCB.Det anbefales å ha minst ett termoelement plassert på en pute mot kanten av PCB og ett termoelement plassert på en pute mot midten av PCB.Ideelt sett bør flere termoelementer brukes for å måle hele spekteret av temperaturer over PCB - kjent som 'Delta T'.

Innenfor en typisk reflow-loddeprofil er det vanligvis fire trinn – Forvarming, bløtlegging, reflow og avkjøling.Hovedmålet er å overføre nok varme inn i enheten til å smelte loddetinn og danne loddeforbindelsene uten å forårsake skade på komponenter eller PCB.

Forvarm– I løpet av denne fasen varmes komponentene, PCB og loddemetall opp til en spesifisert bløtleggings- eller oppholdstemperatur, og pass på at de ikke varmes opp for raskt (vanligvis ikke mer enn 2ºC/sekund – sjekk datablad for loddepasta).Oppvarming for fort kan føre til defekter som komponenter som sprekker og loddepastaen spruter og forårsaker loddekuler under reflow.

Bløtlegg– Hensikten med denne fasen er å sikre at alle komponenter er opp til den nødvendige temperaturen før de går inn i reflow-stadiet.Bløtlegging varer vanligvis i mellom 60 og 120 sekunder, avhengig av "masseforskjellen" til sammenstillingen og typene av komponenter som finnes.Jo mer effektiv varmeoverføringen er under bløtleggingsfasen, jo mindre tid er nødvendig.

Hvis reflow-profilen har utilstrekkelig varme påført under reflow-stadiet, vil det være loddeforbindelser som ligner på bildene nedenfor:-

lodde ikke dannet filet med bly

Ikke alle loddekuler smeltet

En vanlig loddefeil etter reflow er dannelsen av mid-chip loddekuler/kuler som kan sees nedenfor.Løsningen på denne defekten er å modifisere sjablongdesignet -flere detaljer kan sees her.

Bruk av nitrogen under reflow-prosessen bør vurderes på grunn av trenden med å gå bort fra loddepasta som inneholder sterke flukser.Problemet er egentlig ikke evnen til å strømme tilbake i nitrogen, men heller evnen til å strømme tilbake i fravær av oksygen.Oppvarming av loddemetall i nærvær av oksygen vil skape oksider, som vanligvis er ikke-loddbare overflater.

Avkjøling– Dette er ganske enkelt stadiet der enheten avkjøles, men det er viktig å ikke avkjøle enheten for raskt – vanligvis bør den anbefalte kjølehastigheten ikke overstige 3ºC/sekund.

PCB/komponent fotavtrykk design

Det er en rekke aspekter ved PCB-design som har innflytelse på hvor godt en sammenstilling vil reflow.Et eksempel er størrelsen på spor som kobles til et komponentfotavtrykk - hvis sporet som kobles til den ene siden av et komponentfotavtrykk er større enn den andre, kan dette føre til en termisk ubalanse som får delen til å "gravstein" som kan ses nedenfor:

Et annet eksempel er "kobberbalansering" – mange PCB-design bruker store kobberområder, og hvis PCB-en settes inn i et panel for å hjelpe produksjonsprosessen kan det føre til ubalanse i kobber.Dette kan føre til at panelet deformeres under reflow, og derfor er den anbefalte løsningen å legge til 'kobberbalansering' til avfallsområdene på panelet som kan sees nedenfor:

Se"Design for produksjon"av andre hensyn.

Nøye trykt PCB med godt designet sjablong

De tidligere prosesstrinnene innen overflatemontering er avgjørende for en effektiv reflow-loddeprosess.Deloddepasta utskriftsprosesser nøkkelen for å sikre en konsistent avsetning av loddepasta på kretskortet.Enhver feil på dette stadiet vil føre til uønskede resultater og dermed full kontroll over denne prosessen sammen medeffektiv sjablongdesigntrengs.

Repeterbar plassering av overflatemonterte komponenter

Variasjon av komponentplassering

Plasseringen av overflatemonterte komponenter må kunne repeteres, og derfor er det nødvendig med en pålitelig, godt vedlikeholdt pick and place-maskin.Hvis komponentpakkene ikke læres inn på riktig måte, kan det føre til at maskinens synssystem ikke ser hver del på samme måte, og derfor vil variasjon i plassering bli observert.Dette vil føre til inkonsekvente resultater etter reflow-loddeprosessen.

Komponentplasseringsprogrammer kan opprettes ved hjelp av plukke- og plassermaskiner, men denne prosessen er ikke så nøyaktig som å ta tyngdepunktinformasjonen direkte fra PCB Gerber-dataene.Ganske ofte eksporteres disse tyngdepunktdataene fra PCB-designprogramvaren, men noen ganger er de ikke tilgjengelige og såtjeneste for å generere centroid-filen fra Gerber-data tilbys av Surface Mount Process.

Alle komponentplasseringsmaskiner vil ha en 'Plasseringsnøyaktighet' spesifisert som:-

35um (QFPs) til 60um (chips) @ 3 sigma

Det er også viktig at riktig dyse velges for komponenttypen som skal plasseres – en rekke forskjellige komponentplasseringsdyser kan sees nedenfor:-

God kvalitet PCB, komponenter og loddepasta

Kvaliteten på alle gjenstander som brukes under prosessen må være høy fordi alt av dårlig kvalitet vil føre til uønskede resultater.Avhengig av produksjonsprosessen til PCB-ene og måten de har blitt lagret på, kan finishen til PCB-ene føre til dårlig loddeevne under reflow-loddeprosessen.Nedenfor er et eksempel på hva som kan sees når overflatefinishen på et PCB er dårlig, noe som fører til en defekt kjent som 'Black Pad':-

GOD KVALITET PCB FINISH

PLETTE PCB

Loddemetall flyter til komponent og ikke PCB

På lignende måte kan kvaliteten på overflatemonterte komponentledninger være dårlig avhengig av produksjonsprosessen og lagringsmetoden.

Kvaliteten på loddepastaen er sterkt påvirket avlagring og håndtering.Loddepasta av dårlig kvalitet hvis den brukes vil sannsynligvis gi resultater som kan sees nedenfor:-