YTMONTERINGSPROCESS

Återflödeslödning är den mest använda metoden för att fästa ytmonterade komponenter på kretskort (PCB).Målet med processen är att bilda acceptabla lödfogar genom att först förvärma komponenterna/PCB/lodpastan och sedan smälta lodet utan att orsaka skada genom överhettning.

De viktigaste aspekterna som leder till en effektiv återflödeslödningsprocess är följande:

1. Lämplig maskin
2. Acceptabel återflödesprofil
3. PCB/komponent fotavtryck Design
4. Noggrant tryckt PCB med väldesignad stencil
5. Repeterbar placering av ytmonterade komponenter
6. Bra kvalitet PCB, komponenter och lödpasta

Lämplig maskin

Det finns olika typer av återflödeslödningsmaskiner tillgängliga beroende på den erforderliga linjehastigheten och designen/materialet för de PCB-enheter som ska bearbetas.Den valda ugnen måste vara av lämplig storlek för att klara produktionshastigheten för plockningsutrustningen.

Linjehastigheten kan beräknas enligt nedan:-

Linjehastighet (minimum) =Brädor per minut x Längd per bräda
Belastningsfaktor (mellanrum mellan brädor)

Det är viktigt att ta hänsyn till processens repeterbarhet och därför specificeras "belastningsfaktorn" vanligtvis av maskintillverkaren, beräkningen visas nedan:

För att kunna välja rätt storlek på återflödesugnen måste processhastigheten (definierad nedan) vara större än den lägsta beräknade linjehastigheten.

Processhastighet =Ugnskammare uppvärmd längd
Processens uppehållstid

Nedan är ett exempel på beräkning för att fastställa rätt ugnsstorlek:-

En SMT-montör vill producera 8-tumskort med en hastighet av 180 per timme.Lödpastatillverkaren rekommenderar en 4 minuters trestegsprofil.Hur lång ugn behöver jag för att bearbeta skivor med denna genomströmning?

Brädor per minut = 3 (180/timme)
Längd per bräda = 8 tum
Belastningsfaktor = 0,8 (2-tums utrymme mellan brädorna)
Processuppehållstid = 4 minuter

Beräkna linjehastighet:(3 brädor/min) x (8 tum/bräda)
0,8

Linjehastighet = 30 tum/minut

Därför måste återflödesugnen ha en processhastighet på minst 30 tum per minut.

Bestäm ugnskammarens uppvärmda längd med processhastighetsekvationen:

30 tum/min =Ugnskammare uppvärmd längd
4 minuter

Ugnsuppvärmd längd = 120 tum (10 fot)

Observera att ugnens totala längd kommer att överstiga 10 fot inklusive kylsektionen och transportörlastningssektionerna.Beräkningen är för UPPVÄRMAD LÄNGD – INTE TOTAL UGNSLÄNGD.

2. Sluten kretsstyrning för hastighet på konvektionsfläktar – Det finns vissa ytmonterade paket såsom SOD323 (se bilagan) som har ett litet förhållande mellan kontaktyta och massa som är känsliga för att störas under återflödesprocessen.Varvtalsreglering med sluten slinga av konventionella fläktar är ett rekommenderat alternativ för sammansättningar som använder sådana delar.

3. Automatisk styrning av bredden på transportören och mittbordsstödet – Vissa maskiner har manuell breddjustering, men om det finns många olika sammansättningar som ska bearbetas med olika kretskortsbredder rekommenderas detta alternativ för att upprätthålla en konsekvent process.

Acceptabel återflödesprofil

För att skapa en återflödesprofil ansluts termoelement till en provenhet (vanligtvis med högtemperaturlod) på ett antal platser för att mäta temperaturintervallet över PCB:n.Det rekommenderas att ha minst ett termoelement placerat på en pad mot kanten av PCB och ett termoelement placerat på en pad mot mitten av PCB.Helst bör fler termoelement användas för att mäta hela temperaturintervallet över kretskortet – känt som "Delta T".

Inom en typisk återflödeslödningsprofil finns det vanligtvis fyra steg – förvärmning, blötläggning, återflöde och kylning.Huvudsyftet är att överföra tillräckligt med värme till enheten för att smälta lodet och bilda lödfogarna utan att orsaka några skador på komponenter eller PCB.

Förvärma– Under denna fas värms alla komponenter, PCB och lod till en specificerad blötläggnings- eller uppehållstemperatur, var noga med att inte värmas upp för snabbt (vanligtvis inte mer än 2ºC/sekund – kontrollera databladet för lödpasta).För snabb uppvärmning kan orsaka defekter såsom komponenter att spricka och lödpastan att stänka vilket orsakar lödkulor under återflöde.

Blöta– Syftet med denna fas är att säkerställa att alla komponenter är upp till önskad temperatur innan de går in i återflödessteget.Blötläggningen varar vanligtvis mellan 60 och 120 sekunder beroende på "massskillnaden" för enheten och typer av komponenter som finns.Ju effektivare värmeöverföringen är under blötläggningsfasen desto mindre tid behövs.

Om återflödesprofilen har otillräcklig värme som appliceras under återflödessteget kommer det att finnas lödfogar som liknar bilderna nedan:-

lod ej bildad filé med bly

Inte alla lödbollar smälte

En vanlig lödningsdefekt efter återflöde är bildandet av lödkulor/kulor/kulor i mitten av chipet som kan ses nedan.Lösningen på denna defekt är att modifiera stencildesignen -mer detaljer kan ses här.

Användningen av kväve under återflödesprocessen bör övervägas på grund av trenden att gå bort från lödpasta som innehåller starka flussmedel.Problemet är egentligen inte förmågan att återflöda i kväve, utan snarare förmågan att återflöda i frånvaro av syre.Uppvärmning av lod i närvaro av syre kommer att skapa oxider, som vanligtvis är icke-lödbara ytor.

Kyl– Detta är helt enkelt det skede under vilket aggregatet kyls men det är viktigt att inte kyla aggregatet för snabbt – vanligtvis bör den rekommenderade kylningshastigheten inte överstiga 3ºC/sekund.

PCB/Component Footprint Design

Det finns ett antal aspekter av PCB-design som har inflytande på hur väl en sammansättning kommer att återflöda.Ett exempel är storleken på spår som ansluter till ett komponentfotavtryck - om spåret som ansluter till ena sidan av ett komponentfotavtryck är större än den andra kan detta leda till en termisk obalans som gör att delen "gravsten" som kan ses nedan:-

Ett annat exempel är 'kopparbalansering' – många PCB-konstruktioner använder stora kopparområden och om kretskortet sätts in i en panel för att underlätta tillverkningsprocessen kan det leda till en obalans i koppar.Detta kan få panelen att skeva under återflöde och därför är den rekommenderade lösningen att lägga till "kopparbalansering" till panelens avfallsområden som kan ses nedan:-

Ser"Design för tillverkning"av andra hänsyn.

Noggrant tryckt PCB med väldesignad stencil

De tidigare processtegen inom ytmontering är avgörande för en effektiv återflödeslödningsprocess.Delödpasta utskriftsprocessär nyckeln för att säkerställa en konsekvent avsättning av lödpasta på kretskortet.Alla fel i detta skede kommer att leda till oönskade resultat och därmed fullständig kontroll över denna process tillsammans medeffektiv stencildesignbehövs.

Repeterbar placering av ytmonterade komponenter

Variation av komponentplacering

Placeringen av ytmonterade komponenter måste vara repeterbar och därför är en pålitlig, väl underhållen plockningsmaskin nödvändig.Om komponentpaket inte lärs ut på rätt sätt kan det göra att maskinens visionsystem inte ser varje del på samma sätt och så att variation i placering kommer att observeras.Detta kommer att leda till inkonsekventa resultat efter återflödeslödningsprocessen.

Komponentplaceringsprogram kan skapas med hjälp av pick and place-maskinerna men denna process är inte lika exakt som att ta tyngdpunktsinformationen direkt från PCB Gerber-data.Ganska ofta exporteras denna tyngdpunktsdata från PCB-designmjukvaran men är ibland inte tillgänglig och såtjänsten för att generera centroid-filen från Gerber-data erbjuds av Surface Mount Process.

Alla komponenter för placeringsmaskiner kommer att ha en "Placeringsnoggrannhet" specificerad som:-

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

Det är också viktigt att rätt munstycke väljs för den komponenttyp som ska placeras – en rad olika komponentplaceringsmunstycken kan ses nedan:-

Bra kvalitet PCB, komponenter och lödpasta

Kvaliteten på alla föremål som används under processen måste vara hög eftersom allt av dålig kvalitet kommer att leda till oönskade resultat.Beroende på tillverkningsprocessen för kretskorten och det sätt på vilket de har lagrats kan slutbehandlingen av kretskortet leda till dålig lödbarhet under återflödeslödningsprocessen.Nedan är ett exempel på vad som kan ses när ytfinishen på ett PCB är dålig vilket leder till en defekt som kallas "Black Pad":-

BRA KVALITET PCB YTBEHANDLING

MÄCKAD PCB

Löd flyter till komponent och inte PCB

På liknande sätt kan kvaliteten på ytmonterade komponentledningar vara dålig beroende på tillverkningsprocessen och lagringsmetoden.

Kvaliteten på lödpastan påverkas kraftigt avlagring och hantering.Lödpasta av dålig kvalitet om den används kommer sannolikt att ge resultat som kan ses nedan:-