ПРОЦЕС ПОВЕРХНЕВОГО МОНТАЖУ

Пайка оплавленням є найпоширенішим методом кріплення компонентів поверхневого монтажу до друкованих плат (PCB).Метою процесу є створення прийнятних паяних з’єднань шляхом попереднього нагрівання компонентів/друкованої плати/паяльної пасти, а потім розплавлення припою без пошкодження через перегрів.

Основні аспекти, які забезпечують ефективний процес паяння оплавленням, такі:

1. Підходить машина
2. Прийнятний профіль оплавлення
3. Дизайн друкованої плати/компонента
4. Ретельно надрукована друкована плата за допомогою добре розробленого трафарету
5. Повторюване розміщення компонентів поверхневого монтажу
6. Якісна друкована плата, компоненти та паяльна паста

Відповідна машина

Існують різні типи паяльних машин оплавленням залежно від необхідної швидкості лінії та дизайну/матеріалу вузлів друкованих плат, які потрібно обробити.Вибрана піч має бути відповідного розміру, щоб витримати продуктивність обладнання для підбору та розміщення.

Швидкість лінії можна розрахувати, як показано нижче:-

Швидкість лінії (мінімальна) =Дошки за хвилину x Довжина дошки
Коефіцієнт навантаження (простір між дошками)

Важливо враховувати повторюваність процесу, тому «Коефіцієнт навантаження» зазвичай вказується виробником машини, розрахунок наведено нижче:

Щоб вибрати правильний розмір печі оплавлення, швидкість процесу (зазначена нижче) має бути більшою за мінімальну розраховану швидкість лінії.

Швидкість процесу =Довжина нагрітої духової камери
Час витримки процесу

Нижче наведено приклад розрахунку для визначення правильного розміру духовки:-

Монтажник SMT хоче виробляти 8-дюймові плати зі швидкістю 180 плат на годину.Виробник паяльної пасти рекомендує 4-хвилинний триступеневий профіль.Скільки часу потрібна піч, щоб обробити дошки з такою продуктивністю?

Дошки за хвилину = 3 (180/год)
Довжина дошки = 8 дюймів
Коефіцієнт навантаження = 0,8 (2-дюймовий простір між дошками)
Тривалість процесу = 4 хвилини

Розрахувати швидкість лінії:(3 дошки/хв) x (8 дюймів/дошку)
0,8

Швидкість лінії = 30 дюймів/хв

Тому швидкість процесу оплавлення повинна бути не менше 30 дюймів на хвилину.

Визначте довжину нагрітої камери печі за рівнянням швидкості процесу:

30 дюймів/хв =Довжина нагрітої духової камери
4 хвилини

Довжина нагрітої печі = 120 дюймів (10 футів)

Зауважте, що загальна довжина печі перевищуватиме 10 футів, включаючи секцію охолодження та секцію завантаження конвеєра.Розрахунок здійснюється для ДОВЖИНИ НАГРІВАННЯ, А НЕ ЗАГАЛЬНОЇ ДОВЖИНИ ДУХОВКИ.

2. Контроль із замкнутим контуром для швидкості конвекційних вентиляторів – Існують певні пакети для поверхневого монтажу, такі як SOD323 (див. вкладиш), які мають невелике співвідношення площі контакту до маси, яке може бути порушено під час процесу оплавлення.Регулювання швидкості конвенційних вентиляторів із замкнутим контуром є рекомендованим варіантом для вузлів, що використовують такі деталі.

3. Автоматичний контроль ширини конвеєра та опори центральної дошки – деякі машини мають ручне регулювання ширини, але якщо потрібно обробляти багато різних вузлів із різною шириною друкованих плат, цей параметр рекомендується для підтримки узгодженого процесу.

Прийнятний профіль Reflow

Щоб створити профіль оплавлення, термопари підключаються до зразка (зазвичай за допомогою високотемпературного припою) у кількох місцях для вимірювання діапазону температур на друкованій платі.Рекомендується мати принаймні одну термопару, розташовану на майданчику до краю друкованої плати, і одну термопару, розташовану на майданчику до середини друкованої плати.В ідеалі слід використовувати більше термопар для вимірювання повного діапазону температур на друкованій платі, відомого як «Delta T».

У типовому профілі паяння оплавленням зазвичай є чотири етапи – попередній нагрів, витримка, оплавлення та охолодження.Основна мета полягає в тому, щоб передати достатньо тепла в збірку, щоб розплавити припій і сформувати паяні з’єднання, не завдаючи жодних пошкоджень компонентам або друкованій платі.

Розігріти– Під час цієї фази всі компоненти, друкована плата та припій нагріваються до заданої температури витримки або витримки, обережно, щоб не нагріватися надто швидко (зазвичай не більше 2ºC/секунду – перевірте таблицю даних паяльної пасти).Надто швидке нагрівання може спричинити такі дефекти, як розтріскування компонентів і розбризкування паяльної пасти, що спричинить кульки припою під час оплавлення.

Замочити– Мета цієї фази полягає в тому, щоб переконатися, що всі компоненти нагрілися до необхідної температури перед переходом на етап оплавлення.Замочування зазвичай триває від 60 до 120 секунд залежно від «різниці мас» вузла та типів присутніх компонентів.Чим ефективніша теплопередача під час фази замочування, тим менше часу потрібно.

Якщо профіль оплавлення має недостатнє нагрівання під час етапу оплавлення, паяні з’єднання будуть схожі на зображення нижче:-

спаяти не утворений галтель зі свинцем

Не всі кульки припою розплавилися

Поширеним дефектом паяння після оплавлення є утворення кульок/намистин припою всередині чіпа, як показано нижче.Рішення цього дефекту полягає в зміні дизайну трафарету -більше деталей можна побачити тут.

Слід розглянути використання азоту під час процесу оплавлення через тенденцію відходу від паяльної пасти, яка містить сильні флюси.Справа насправді не в здатності оплавляти в азоті, а скоріше у здатності оплавляти за відсутності кисню.Нагрівання припою в присутності кисню призведе до утворення оксидів, які, як правило, не піддаються паянню.

Охолодження– Це просто етап, під час якого вузол охолоджується, але важливо не охолоджувати вузол надто швидко – зазвичай рекомендована швидкість охолодження не повинна перевищувати 3ºC/с.

Дизайн друкованих плат/компонентів

Існує ряд аспектів конструкції друкованої плати, які впливають на те, наскільки добре вузол буде оплавлятися.Прикладом є розмір доріжок, що з’єднуються із слідом компонента. Якщо доріжка, що з’єднується з однією стороною відбитка компонента, більша за іншу, це може призвести до теплового дисбалансу, що призведе до «надгробної плити», як показано нижче:-

Іншим прикладом є «балансування міді» – у багатьох конструкціях друкованих плат використовуються великі площі міді, і якщо друковану плату помістити в панель для полегшення виробничого процесу, це може призвести до дисбалансу міді.Це може спричинити деформацію панелі під час оплавлення, тому рекомендованим рішенням є додавання «мідного балансування» до відпрацьованих ділянок панелі, як показано нижче:-

Побачити«Дизайн для виробництва»з інших міркувань.

Ретельно надрукована друкована плата за допомогою добре розробленого трафарету

Попередні етапи процесу монтажу поверхневого монтажу мають вирішальне значення для ефективного процесу пайки оплавленням.Theпроцес друку паяльної пастиє ключовим для забезпечення постійного нанесення паяльної пасти на друковану плату.Будь-яка помилка на цьому етапі призведе до небажаних результатів, а отже, до повного контролю над цим процесомефектний трафаретний дизайнпотрібен.

Повторюване розміщення компонентів поверхневого монтажу

Варіація розміщення компонентів

Розміщення компонентів для поверхневого монтажу має бути повторюваним, тому необхідна надійна, добре обслуговувана машина для забирання та розміщення.Якщо пакети компонентів не навчаються належним чином, це може призвести до того, що система машинного зору не буде бачити кожну частину однаково, і тому спостерігатимуться варіації в розміщенні.Це призведе до суперечливих результатів після процесу пайки оплавленням.

Програми розміщення компонентів можна створювати за допомогою машин підбору та розміщення, але цей процес не такий точний, як отримання інформації про центроїд напряму з даних Gerber PCB.Досить часто ці дані центроїда експортуються з програмного забезпечення для проектування друкованої плати, але іноді вони недоступні, томуСервіс для генерації файлу центроїда з даних Gerber пропонує Surface Mount Process.

Усі машини для розміщення компонентів матимуть визначену «Точність розміщення», наприклад:-

Від 35 мкм (QFP) до 60 мкм (чіпи) @ 3 сигма

Також важливо правильно вибрати насадку для типу компонента, який буде розміщено – низку різних насадок для розміщення компонентів можна побачити нижче:-

Якісна друкована плата, компоненти та паяльна паста

Якість усіх предметів, які використовуються під час процесу, має бути високою, тому що все поганої якості призведе до небажаних результатів.Залежно від процесу виробництва друкованих плат і способу їх зберігання, обробка друкованих плат може призвести до поганої паяльності під час процесу пайки оплавленням.Нижче наведено приклад того, що можна побачити, коли обробка поверхні на друкованій платі є поганою, що призводить до дефекту, відомого як «Чорна площадка»:-

ХОРОША ЯКІСТЬ ПОКРИТТЯ Друкованої плати

Потьмяніла друкована плата

Припій тече до компонента, а не до друкованої плати

Подібним чином якість проводів компонентів для поверхневого монтажу може бути низькою залежно від виробничого процесу та способу зберігання.

На якість паяльної пасти сильно впливаєзберігання та транспортування.Використання паяльної пасти низької якості може дати результати, як показано нижче:-