PROCESUL DE MONTARE LA SURFACĂ

Lipirea prin reflow este cea mai utilizată metodă de atașare a componentelor montate pe suprafață la plăcile de circuite imprimate (PCB).Scopul procesului este de a forma îmbinări de lipit acceptabile prin preîncălzirea mai întâi a componentelor/PCB/pasta de lipit și apoi topirea lipirii fără a provoca daune prin supraîncălzire.

Aspectele cheie care conduc la un proces eficient de lipire prin reflow sunt următoarele:

1. Masina potrivita
2. Profil de reflow acceptabil
3. Proiectare amprentă PCB/componentă
4. PCB imprimat cu atenție folosind un șablon bine proiectat
5. Amplasarea repetabilă a componentelor montate pe suprafață
6. PCB, componente și pastă de lipit de bună calitate

Masina potrivita

Există diferite tipuri de mașini de lipit prin reflow disponibile, în funcție de viteza necesară a liniei și de designul/materialul ansamblurilor PCB care urmează să fie procesate.Cuptorul selectat trebuie să aibă o dimensiune adecvată pentru a gestiona rata de producție a echipamentului de preluare și plasare.

Viteza liniei poate fi calculată după cum se arată mai jos:

Viteza liniei (minima) =Plăci pe minut x Lungime pe placă
Factor de încărcare (spațiu dintre plăci)

Este important să se ia în considerare repetabilitatea procesului și astfel „Factorul de încărcare” este de obicei specificat de către producătorul mașinii, calculul prezentat mai jos:

Pentru a putea selecta cuptorul de recirculare de dimensiunea corectă, viteza procesului (definită mai jos) trebuie să fie mai mare decât viteza minimă a liniei calculată.

Viteza procesului =Camera cuptorului încălzită lungime
Timpul de așteptare al procesului

Mai jos este un exemplu de calcul pentru a stabili dimensiunea corectă a cuptorului: -

Un asamblator SMT vrea să producă plăci de 8 inchi la o rată de 180 pe oră.Producătorul pastei de lipit recomandă un profil de 4 minute, în trei trepte.Cât timp am nevoie de un cuptor pentru a procesa plăci la acest debit?

Plăci pe minut = 3 (180/oră)
Lungime pe placă = 8 inci
Factor de încărcare = 0,8 (spațiu de 2 inchi între plăci)
Timp de așteptare proces = 4 minute

Calculați viteza liniei:(3 scânduri/min) x (8 inchi/planșă)
0,8

Viteza liniei = 30 inchi/minut

Prin urmare, cuptorul de reflow trebuie să aibă o viteză de proces de cel puțin 30 de inci pe minut.

Determinați lungimea camerei cuptorului încălzit cu ecuația vitezei procesului:

30 in/min =Camera cuptorului încălzită lungime
4 minute

Lungimea cuptorului încălzit = 120 inchi (10 picioare)

Rețineți că lungimea totală a cuptorului va depăși 10 picioare, inclusiv secțiunea de răcire și secțiunile de încărcare a transportorului.Calculul este pentru LUNGIME ÎNCĂLZITĂ – NU LUNGIME TOTALĂ CUPTORULUI.

2. Control în buclă închisă pentru viteza ventilatoarelor de convecție – Există anumite pachete de montare pe suprafață, cum ar fi SOD323 (vezi insertul) care au o zonă de contact mică față de raportul de masă care sunt susceptibile de a fi perturbate în timpul procesului de reflow.Controlul vitezei în buclă închisă a ventilatoarelor convenționale este o opțiune recomandată pentru ansamblurile care utilizează astfel de piese.

3. Controlul automat al lățimilor transportoarelor și suportului central al plăcii – Unele mașini au reglare manuală a lățimii, dar dacă există multe ansambluri diferite care trebuie prelucrate cu lățimi variabile de PCB, atunci această opțiune este recomandată pentru a menține un proces consistent.

Profil Reflow acceptabil

Pentru a crea un profil de reflux, termocuplurile sunt conectate la un ansamblu de probă (de obicei cu lipire la temperatură înaltă) într-un număr de locații pentru a măsura intervalul de temperaturi pe PCB.Se recomandă să aveți cel puțin un termocuplu situat pe un pad spre marginea PCB-ului și un termocuplu situat pe un pad spre mijlocul PCB-ului.În mod ideal, ar trebui folosite mai multe termocupluri pentru a măsura întreaga gamă de temperaturi de-a lungul PCB - cunoscut sub numele de „Delta T”.

Într-un profil tipic de lipire prin reflow există de obicei patru etape - Preîncălzire, înmuiere, reflow și răcire.Scopul principal este de a transfera suficientă căldură în ansamblu pentru a topi lipirea și a forma îmbinările de lipire fără a provoca daune componentelor sau PCB-ului.

Preîncălziți– În această fază, componentele, PCB-ul și lipirea sunt toate încălzite la o temperatură specificată de înmuiere sau de permanență, având grijă să nu se încălzească prea repede (de obicei nu mai mult de 2ºC/secundă – verificați fișa tehnică a pastei de lipit).Încălzirea prea rapidă poate cauza defecte, cum ar fi crăparea componentelor și stropirea pastei de lipit, provocând bile de lipit în timpul refluxării.

Înmuiați– Scopul acestei faze este de a se asigura că toate componentele sunt la temperatura necesară înainte de a intra în etapa de reflux.Înmuierea durează de obicei între 60 și 120 de secunde, în funcție de „diferența de masă” a ansamblului și de tipurile de componente prezente.Cu cât este mai eficient transferul de căldură în timpul fazei de înmuiere, cu atât este nevoie de mai puțin timp.

Dacă profilul de reflow are căldură insuficientă aplicată în timpul etapei de reflow, vor exista îmbinări de lipire văzute similare cu imaginile de mai jos: -

lipire nu a format file cu plumb

Nu toate bilele de lipit s-au topit

Un defect obișnuit de lipire după refluxare este formarea de bile/sfere de lipire la mijloc, așa cum se poate vedea mai jos.Soluția la acest defect este modificarea designului șablonului -mai multe detalii pot fi vazute aici.

Utilizarea azotului în timpul procesului de reflow ar trebui luată în considerare datorită tendinței de îndepărtare de pasta de lipit care conține fluxuri puternice.Problema nu este de fapt capacitatea de a reflue în azot, ci mai degrabă capacitatea de a reflue în absența oxigenului.Încălzirea lipiturii în prezența oxigenului va crea oxizi, care sunt în general suprafețe nelidurabile.

Răcire– Aceasta este pur și simplu etapa în care ansamblul este răcit, dar este important să nu răciți ansamblul prea repede – de obicei, viteza recomandată de răcire nu trebuie să depășească 3ºC/secundă.

Proiectare amprentă PCB/componentă

Există o serie de aspecte ale designului PCB care au o influență asupra cât de bine va reflue un ansamblu.Un exemplu este dimensiunea șinelor care se conectează la amprenta unei componente - dacă șina care se conectează la o parte a amprentei unei componente este mai mare decât cealaltă, aceasta poate duce la un dezechilibru termic care determină piesa să devină „piatră funerară”, așa cum se poate vedea mai jos:

Un alt exemplu este „echilibrarea cuprului” – multe modele de PCB folosesc suprafețe mari de cupru și dacă PCB-ul este pus într-un panou pentru a ajuta procesul de fabricație, poate duce la un dezechilibru în cupru.Acest lucru poate face ca panoul să se deformeze în timpul refluxării și, prin urmare, soluția recomandată este să adăugați „echilibrare de cupru” în zonele reziduale ale panoului, așa cum se poate vedea mai jos:-

Vedea„Design pentru fabricație”pentru alte considerente.

PCB imprimat cu atenție folosind un șablon bine proiectat

Etapele anterioare ale procesului din cadrul ansamblului de montare pe suprafață sunt esențiale pentru un proces eficient de lipire prin reflow.Theprocesul de imprimare a pastei de lipiteste cheia pentru a asigura un depozit consistent de pastă de lipit pe PCB.Orice defecțiune în această etapă va duce la rezultate nedorite și, astfel, la un control complet al acestui proces împreunădesign eficient de șablonEste nevoie.

Amplasarea repetabilă a componentelor montate pe suprafață

Variație de plasare a componentelor

Amplasarea componentelor de montare pe suprafață trebuie să fie repetabilă și, prin urmare, este necesară o mașină de preluare și plasare fiabilă, bine întreținută.Dacă pachetele de componente nu sunt predate în mod corect, sistemul de viziune al mașinii poate determina să nu vadă fiecare parte în același mod și astfel se vor observa variații în plasare.Acest lucru va duce la rezultate inconsistente după procesul de lipire prin reflow.

Programele de plasare a componentelor pot fi create folosind mașinile de alegere și plasare, dar acest proces nu este la fel de precis precum preluarea informațiilor centroid direct din datele PCB Gerber.Destul de des, aceste date centroidale sunt exportate din software-ul de proiectare PCB, dar uneori nu sunt disponibile și așadarserviciul de generare a fișierului centroid din datele Gerber este oferit de Surface Mount Process.

Toate mașinile de plasare a componentelor vor avea o „Precizie de plasare” specificată, cum ar fi: -

35um (QFP) la 60um (cipuri) @ 3 sigma

De asemenea, este important ca duza corectă să fie selectată pentru tipul de componentă care urmează să fie plasată - o gamă de duze diferite de plasare a componentelor poate fi văzută mai jos:-

PCB, componente și pastă de lipit de bună calitate

Calitatea tuturor articolelor utilizate în timpul procesului trebuie să fie ridicată, deoarece orice lucru de proastă calitate va duce la rezultate nedorite.În funcție de procesul de fabricație al PCB-urilor și de modul în care au fost depozitate, finisajul PCB-urilor poate duce la o lipire slabă în timpul procesului de lipire prin reflow.Mai jos este un exemplu de ceea ce poate fi văzut când finisajul suprafeței unui PCB este slab, ceea ce duce la un defect cunoscut sub numele de „Black Pad”:-

Finisaj PCB de bună calitate

PCB PĂTAȚI

Lipirea curge la componentă și nu la PCB

În mod similar, calitatea cablurilor componentelor de montare la suprafață poate fi slabă, în funcție de procesul de fabricație și metoda de depozitare.

Calitatea pastei de lipit este foarte afectată dedepozitare și manipulare.Pasta de lipit de calitate slabă, dacă este utilizată, este probabil să dea rezultate, așa cum se poate vedea mai jos: -