QUY TRÌNH GẮN BỀ MẶT

Hàn nóng chảy lại là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất để gắn các bộ phận gắn trên bề mặt vào bảng mạch in (PCB).Mục đích của quy trình là tạo ra các mối hàn có thể chấp nhận được bằng cách làm nóng trước các bộ phận/PCB/mán hàn và sau đó làm tan chảy chất hàn mà không gây hư hỏng do quá nóng.

Các khía cạnh chính dẫn đến quá trình hàn nóng chảy lại hiệu quả như sau:

1. Máy phù hợp
2. Hồ sơ chỉnh lại dòng được chấp nhận
3. Thiết kế dấu chân PCB/thành phần
4. PCB được in cẩn thận bằng khuôn tô được thiết kế tốt
5. Vị trí lặp lại của các bộ phận gắn trên bề mặt
6. PCB, linh kiện và chất hàn chất lượng tốt

Máy phù hợp

Có nhiều loại máy hàn nóng chảy lại có sẵn tùy thuộc vào tốc độ dây chuyền yêu cầu và thiết kế/vật liệu của cụm PCB cần xử lý.Lò được chọn cần phải có kích thước phù hợp để đáp ứng được tốc độ sản xuất của thiết bị gắp và đặt.

Tốc độ đường truyền có thể được tính như dưới đây: -

Tốc độ đường truyền (tối thiểu) =Số bảng mỗi phút x Chiều dài mỗi bảng
Hệ số tải (khoảng cách giữa các bảng)

Điều quan trọng là phải xem xét khả năng lặp lại của quy trình và do đó 'Hệ số tải' thường được nhà sản xuất máy chỉ định, tính toán được hiển thị bên dưới:

Để có thể chọn lò phản xạ kích thước chính xác, tốc độ xử lý (được xác định bên dưới) phải lớn hơn tốc độ dây chuyền được tính toán tối thiểu.

Tốc độ xử lý =Chiều dài buồng gia nhiệt của lò
Thời gian dừng xử lý

Dưới đây là một ví dụ về tính toán để thiết lập kích thước lò nướng chính xác:-

Một nhà lắp ráp SMT muốn sản xuất các tấm ván 8 inch với tốc độ 180 tấm mỗi giờ.Nhà sản xuất kem hàn khuyến nghị nên thực hiện hồ sơ 4 phút, ba bước.Tôi cần lò nướng trong bao lâu để xử lý các tấm ván với công suất này?

Bảng mỗi phút = 3 (180/giờ)
Chiều dài mỗi bảng = 8 inch
Hệ số tải = 0,8 (khoảng cách 2 inch giữa các bảng)
Thời gian dừng xử lý = 4 phút

Tính tốc độ dòng:(3 bảng/phút) x (8 inch/bảng)
0,8

Tốc độ đường truyền = 30 inch/phút

Do đó, lò phản xạ phải có tốc độ xử lý ít nhất 30 inch mỗi phút.

Xác định chiều dài buồng gia nhiệt của lò với phương trình tốc độ xử lý:

30 inch/phút =Chiều dài buồng gia nhiệt của lò
4 phút

Chiều dài lò làm nóng = 120 inch (10 feet)

Lưu ý rằng chiều dài tổng thể của lò sẽ vượt quá 10 feet bao gồm phần làm mát và phần tải băng tải.Việc tính toán dành cho CHIỀU DÀI NÓNG – KHÔNG PHẢI CHIỀU DÀI TỔNG THỂ CỦA LÒ.

2. Điều khiển vòng kín đối với tốc độ của quạt đối lưu – Có một số gói gắn trên bề mặt nhất định như SOD323 (xem phần chèn) có tỷ lệ diện tích tiếp xúc trên khối lượng nhỏ nên dễ bị nhiễu trong quá trình chỉnh lại dòng.Kiểm soát tốc độ vòng kín của quạt thông thường là một lựa chọn được khuyến nghị cho các cụm lắp ráp sử dụng các bộ phận như vậy.

3. Điều khiển tự động độ rộng của băng tải và tấm đỡ trung tâm – Một số máy có điều chỉnh độ rộng thủ công nhưng nếu có nhiều cụm lắp ráp khác nhau cần được xử lý với độ rộng PCB khác nhau thì nên sử dụng tùy chọn này để duy trì quy trình nhất quán.

Hồ sơ Reflow được chấp nhận

Để tạo cấu hình phản xạ lại, các cặp nhiệt điện được kết nối với cụm mẫu (thường bằng vật hàn nhiệt độ cao) ở một số vị trí để đo phạm vi nhiệt độ trên PCB.Nên có ít nhất một cặp nhiệt điện nằm trên một miếng đệm hướng về phía rìa của PCB và một cặp nhiệt điện nằm trên một miếng đệm hướng về giữa PCB.Lý tưởng nhất là nên sử dụng nhiều cặp nhiệt điện hơn để đo toàn bộ phạm vi nhiệt độ trên PCB – được gọi là 'Delta T'.

Trong một hồ sơ hàn nóng chảy lại điển hình thường có bốn giai đoạn - Làm nóng trước, ngâm, nóng chảy lại và làm mát.Mục đích chính là truyền đủ nhiệt vào tổ hợp để làm nóng chảy chất hàn và tạo thành các mối hàn mà không gây ra bất kỳ hư hỏng nào cho các bộ phận hoặc PCB.

Làm nóng trước– Trong giai đoạn này, các thành phần, PCB và chất hàn đều được nung nóng đến nhiệt độ ngâm hoặc dừng xác định, cẩn thận không làm nóng quá nhanh (thường không quá 2°C/giây – kiểm tra bảng dữ liệu chất hàn).Làm nóng quá nhanh có thể gây ra các khuyết tật như nứt các bộ phận và chất hàn bị bắn tung tóe gây ra các vết hàn trong quá trình nóng chảy lại.

Ngâm– Mục đích của giai đoạn này là đảm bảo tất cả các linh kiện đều đạt đến nhiệt độ yêu cầu trước khi bước vào giai đoạn nung lại.Quá trình ngâm thường kéo dài từ 60 đến 120 giây tùy thuộc vào 'sự chênh lệch khối lượng' của tổ hợp và loại linh kiện hiện có.Việc truyền nhiệt càng hiệu quả trong giai đoạn ngâm thì càng cần ít thời gian hơn.

Nếu cấu hình phản xạ lại không đủ nhiệt được áp dụng trong giai đoạn phản xạ lại thì sẽ có các mối hàn được nhìn thấy tương tự như hình ảnh bên dưới: -

hàn phi lê không hình thành bằng chì

Không phải tất cả các quả bóng hàn đều tan chảy

Một khuyết tật hàn phổ biến sau khi hàn nóng chảy lại là sự hình thành các hạt/bóng hàn ở giữa chip như có thể thấy dưới đây.Giải pháp cho khiếm khuyết này là sửa đổi thiết kế stencil -biết thêm chi tiết có thể được nhìn thấy ở đây.

Việc sử dụng nitơ trong quá trình hàn lại cần được xem xét do xu hướng tránh xa chất hàn có chứa chất trợ dung mạnh.Vấn đề thực sự không phải là khả năng hồi lưu trong nitơ mà là khả năng hồi lưu khi không có oxy.Chất hàn nung nóng với sự có mặt của oxy sẽ tạo ra các oxit, thường là các bề mặt không thể hàn được.

làm mát– Đây chỉ đơn giản là giai đoạn làm mát cụm lắp ráp nhưng điều quan trọng là không làm nguội cụm lắp ráp quá nhanh – thông thường tốc độ làm mát được khuyến nghị không được vượt quá 3°C/giây.

Thiết kế dấu chân PCB/Thành phần

Có một số khía cạnh của thiết kế PCB có ảnh hưởng đến mức độ phản xạ của tổ hợp.Một ví dụ là kích thước của các rãnh kết nối với vùng phủ thành phần - nếu rãnh kết nối với một bên của vùng phủ thành phần lớn hơn bên kia thì điều này có thể dẫn đến sự mất cân bằng nhiệt khiến bộ phận trở thành 'bia mộ' như có thể thấy bên dưới:-

Một ví dụ khác là 'cân bằng đồng' - nhiều thiết kế PCB sử dụng diện tích đồng lớn và nếu pcb được đặt vào một bảng điều khiển để hỗ trợ quá trình sản xuất, điều đó có thể dẫn đến sự mất cân bằng về đồng.Điều này có thể khiến bảng bị cong vênh trong quá trình chỉnh lại dòng và do đó, giải pháp được đề xuất là thêm 'cân bằng đồng' vào các khu vực lãng phí của bảng như có thể thấy bên dưới:-

Nhìn thấy'Thiết kế cho sản xuất'cho những cân nhắc khác.

PCB được in cẩn thận bằng khuôn tô được thiết kế tốt

Các bước quy trình trước đó trong quá trình lắp ráp gắn trên bề mặt rất quan trọng đối với quy trình hàn nóng chảy lại hiệu quả.Cácquá trình in dán hànlà chìa khóa để đảm bảo chất hàn được lắng đọng đều đặn trên PCB.Bất kỳ lỗi nào ở giai đoạn này sẽ dẫn đến kết quả không mong muốn và do đó kiểm soát hoàn toàn quá trình này cùng vớithiết kế stencil hiệu quảlà cần thiết.

Vị trí lặp lại của các bộ phận gắn trên bề mặt

Biến thể vị trí thành phần

Vị trí của các bộ phận gắn trên bề mặt phải được lặp lại và do đó cần có một máy gắp và đặt đáng tin cậy, được bảo trì tốt.Nếu các gói thành phần không được dạy đúng cách, nó có thể khiến hệ thống thị giác của máy không nhìn thấy từng bộ phận theo cùng một cách và do đó sẽ có sự thay đổi về vị trí.Điều này sẽ dẫn đến kết quả không nhất quán sau quá trình hàn nóng chảy lại.

Các chương trình sắp xếp thành phần có thể được tạo bằng cách sử dụng máy chọn và đặt nhưng quy trình này không chính xác bằng việc lấy thông tin trung tâm trực tiếp từ dữ liệu PCB Gerber.Thông thường, dữ liệu trung tâm này được xuất từ ​​phần mềm thiết kế PCB nhưng đôi khi không có sẵn và vì vậydịch vụ tạo tệp trung tâm từ dữ liệu Gerber được cung cấp bởi Surface Mount Process.

Tất cả các máy định vị linh kiện sẽ có 'Độ chính xác của Vị trí' được chỉ định, chẳng hạn như: -

35um (QFP) đến 60um (chip) @ 3 sigma

Điều quan trọng nữa là phải chọn đúng vòi phun cho loại thành phần được đặt - bạn có thể xem một loạt các vòi phun vị trí thành phần khác nhau dưới đây:-

PCB, linh kiện và chất hàn chất lượng tốt

Chất lượng của tất cả các mặt hàng được sử dụng trong quá trình này phải cao vì bất kỳ thứ gì có chất lượng kém sẽ dẫn đến kết quả không mong muốn.Tùy thuộc vào quy trình sản xuất PCB và cách chúng được bảo quản, lớp hoàn thiện của PCB có thể dẫn đến khả năng hàn kém trong quá trình hàn nóng chảy lại.Dưới đây là ví dụ về những gì có thể thấy khi độ hoàn thiện bề mặt trên PCB kém dẫn đến lỗi được gọi là 'Black Pad':-

HOÀN THIỆN PCB CHẤT LƯỢNG TỐT

PCB bị xỉn màu

Hàn chảy vào thành phần chứ không phải PCB

Tương tự như vậy, chất lượng của các dây dẫn thành phần gắn trên bề mặt có thể kém tùy thuộc vào quy trình sản xuất và phương pháp bảo quản.

Chất lượng của kem hàn bị ảnh hưởng rất nhiều bởilưu trữ và xử lý.Kem hàn kém chất lượng nếu sử dụng có thể cho kết quả như dưới đây:-