Независимо от того, являетесь ли вы любителем электроники, ремонтирующим старые печатные платы, или инженером, работающим над прототипами нового поколения, пайка оплавлением является важным процессом в вашем наборе инструментов. Использование контролируемого нагрева для ?оплавления? расплавленного припоя позволяет точно и одновременно прикреплять многочисленные крошечные компоненты поверхностного монтажа с непревзойденной эффективностью.
Пайка оплавлением произвела революцию в электронном производстве, обеспечив миниатюризацию и сложность, которые мы теперь воспринимаем как должное в наших смартфонах, ноутбуках и бесчисленном количестве других устройств. Прошли дни кропотливой ручной пайки под микроскопом. Современная передовая технология поверхностного монтажа основана на способности оплавления бесшовно прикреплять крошечные компоненты размером всего в несколько миллиметров.
Вы когда-нибудь задумывались, как осуществляется пайка оплавлением? Какое оборудование необходимо? Какие процессы обеспечивают равномерный нагрев и надежные соединения?
В этом руководстве мы объясним все, что вам нужно знать для успешного использования пайки оплавлением в вашей работе.
Понимание пайки оплавлением
Пайка оплавлением — один из основных производственных процессов, используемых в технологии поверхностного монтажа (SMT) печатных плат. Это процедура пайки электронных компонентов (таких как микросхемы, резисторы и конденсаторы) к проводящим площадкам печатной платы.
При пайке оплавлением тонкий слой паяльной пасты наносится методом трафаретной печати на контактные площадки печатной платы с помощью трафарета. Эта паяльная паста содержит смесь припойных сфер и флюса, который удерживает сферы вместе. Затем компоненты поверхностного монтажа выравниваются на контактных площадках с помощью машины Pick and Place. Затем такие компоненты, как плата, транспортируются в печь оплавления, где они нагреваются в соответствии с четко определенными тепловыми профилями.
Далее, в процессе пайки оплавлением температура внутри печи оплавления постоянно повышается, проходя через различные температурные зоны, соответствующие различным требованиям к компонентам и пайке. На этапе оплавления паяльная паста плавится, а флюс помогает процессу, удаляя окисление с контактных площадок и выводов компонентов. Это дает припою необходимое время для смачивания расплавленного припоя без образования мостиков между соседними контактными площадками. Когда плата остывает, припой становится твердым и образует постоянное физическое и электрическое соединение между компонентами и печатной платой.
Пайка плавлением является наиболее распространенным методом, используемым в массовом производстве, благодаря своей высокой производительности и высокому качеству паяных соединений. Это идеальная конструкция для плат SMT с плотными корпусами и миниатюрными компонентами. Печи с технологией оплавления обеспечивают равномерное и постоянное распределение тепла для больших плат, тем самым предотвращая дефекты, вызванные колебаниями температуры.
Правильный контроль временных и температурных профилей является обязательным условием для правильного формирования паяных соединений, а также для неповреждения термочувствительных компонентов устройства. Именно в этом смысле пайка оплавлением становится необходимостью для современного производства сложной электроники.
О PCBasic
Время — деньги в ваших проектах — и PCBasic получает это. PCBasic&苍产蝉辫;это&苍产蝉辫;компания по сборке печатных плат который обеспечивает быстрые и безупречные результаты каждый раз. Наш комплексный Услуги по сборке печатных плат включают экспертную инженерную поддержку на каждом этапе, гарантируя высочайшее качество каждой платы. Как ведущий Производитель печатных плат, мы предлагаем комплексное решение, которое оптимизирует вашу цепочку поставок. Сотрудничайте с нашими передовыми Завод по производству прототипов печатных плат для быстрого выполнения заказов и превосходных результатов, которым вы можете доверять.
Процедура пайки оплавлением
Пайка оплавлением включает в себя несколько критических этапов подготовки и сборки, чтобы обеспечить точное размещение и соединение компонентов. Ниже приведен подробный обзор шагов, которые необходимо выполнить на станции пайки оплавлением.
1. Подготовка
Первый этап — подготовка платы и компонентов к пайке. Это включает в себя нанесение паяльной пасты и позиционирование электронных компонентов.
Нанесение паяльной пасты
Паяльная паста представляет собой смесь мелкого припойного порошка, взвешенного в флюсовом растворителе. Она наносится на контактные площадки и площадки печатной платы, где необходимо сформировать паяные соединения. Используется трафарет для пайки с точными отверстиями, чтобы паста точно наносилась в нужном количестве и месте. Это помогает обеспечить хорошее смачивание и сцепление во время оплавления. Большинство сборочных линий используют автоматизированный трафаретный принтер, чтобы делать это многократно на высоких скоростях.
Трафарет должен быть настроен под конкретный дизайн печатной платы с отверстиями, которые напрямую соответствуют расположению и размерам контактных площадок. Он изготавливается из тонких листов нержавеющей стали, латуни или полимерных материалов с использованием лазерной резки или травления для достижения необходимого разрешения и точности печати.
На процесс трафаретной печати и качество нанесения паяльной пасты влияют несколько факторов:
●&苍产蝉辫;Дизайн трафарета: Толщина трафарета, геометрия отверстий, ширина площадок, сокращения и элементы мостиков влияют на эффективность переноса припоя и достигаемое качество печати. ??Более тонкие трафареты позволяют наносить меньшие отложения, но они менее долговечны, в то время как более толстые трафареты более прочны, но имеют ограниченное разрешение.
● Паяльная паста: Реология, содержание металла и распределение размера частиц пасты должны быть оптимизированы для предполагаемого процесса. Пасты с более высокой вязкостью хорошо печатаются, но плохо отделяются от трафарета, в то время как пасты с низкой вязкостью имеют тенденцию легче образовывать перемычки между тампонами. Выбор правильной пасты для применения и оборудования имеет решающее значение.
●&苍产蝉辫;Скорость печати: Слишком быстрое перемещение ракеля по трафарету может оставить полосы паяльной пасты или создать неравномерный отлив. И наоборот, слишком медленная печать тратит время без существенной выгоды. Оборудование и процессы настроены на оптимальный диапазон скоростей.
● Угол наклона и давление ракеля: Ракель должен быть установлен под правильным углом, обычно между 15-30 градусами, и прикладывать правильное усилие вниз, чтобы сдвинуть пасту и очистить отверстия трафарета, не повреждая тампоны. Слишком крутой угол или слабое давление приводят к неполным отпечаткам.
Мониторинг и управление этими факторами приводит к последовательному размещению точных объемов паяльной пасты в целевых местах на печатной плате. Это обеспечивает идеальную основу для последующего формирования паяного соединения путем оплавления.
Сборка компонентов
После нанесения паяльной пасты электронные компоненты, такие как интегральные схемы, резисторы и разъемы, размещаются на плате. Для небольших производственных партий это делается вручную с помощью пинцета или вакуумных инструментов Pick-and-Place. Для больших объемов используются высокоскоростные машины для поверхностного монтажа, которые могут очень быстро захватывать и размещать тысячи компонентов.
Высокоскоростные контактные головки захвата используют вакуум или капиллярное воздействие для надежного захвата компонентов без повреждения. Современные машины для пайки оплавлением могут размещать тысячи деталей в час с точностью размещения в пределах +/-50 микрон или лучше.
Распознавание и ориентация компонентов являются важнейшими начальными шагами. Большинство машин используют системы визуального контроля и файлы данных компонентов для сканирования, идентификации и правильного поворота деталей для оптимального размещения на плате. Любые неправильно размещенные компоненты могут привести к дефектам или снижению производительности.
Ключевые факторы, способствующие эффективности и точности процесса подбора и размещения, включают в себя:
●&苍产蝉辫;Скорость размещения: Современное оборудование способно развивать скорость более 200,000 XNUMX циклов в час для небольших компонентов, что обеспечивает максимальную производительность. Однако скорость должна быть сбалансирована с требованиями точности.
●&苍产蝉辫;Точность и повторяемость машины: Изменчивость размещения (3sigma) менее 50 микрон по горизонтали и вертикали позволяет соблюдать жесткие допуски на изготовление и минимизировать доработку. Точность сохраняется во всем диапазоне компонентов и рабочем диапазоне.
● Мощность питателя и время переключения: Высокопроизводительные ленточные и катушечные или объемные питатели оптимизируют время работы до того, как потребуется пополнение. Быстрая и простая смена питателя при необходимости минимизирует время простоя, затрачиваемое на загрузку новых деталей.
Компоненты автоматически выравниваются на влажной паяльной пасте, когда их осторожно вдавливают на место. Наконец, любые компоненты сквозного отверстия, такие как разъемы, вставляются вручную, а их провода припаиваются с противоположной стороны.
2. Стадия пайки оплавлением
Теперь пришло время для магии пайки оплавлением. Подготовленная плата попадает в печь оплавления для точного нагрева. На этом этапе происходят два процесса.
Процесс печи оплавления
Печатные платы транспортируются в печь оплавления на ленте или конвейере из нержавеющей стали. Внутри они проходят через несколько зон нагрева, включая верхние и нижние источники тепла. Инфракрасные лампы, струи горячего воздуха и нагреваемые поверхности работают вместе, чтобы подавать точное количество и распределение тепла. Температура тщательно отслеживается и регулируется термопарами, гарантируя, что каждая плата испытывает одинаковый тепловой профиль.
Расплавление паяльной пасты
Поскольку плата на конвейере пайки оплавлением нагревается в соответствии с тепловым профилем, паяльная паста постепенно достигает точки плавления. Активаторы флюса выделяют газы, которые помогают очистить оксиды на выводах компонентов и поверхностях плат.
Пайка оплавлением позволяет расплавленному припою смачивать эти чистые металлические поверхности, образуя металлургическую связь при охлаждении. Все это происходит плавно в течение нескольких минут в печи оплавления, постоянное соединение компонентов на их местах. Фильтры выхлопных газов печи улавливают любой дым или пары, образующиеся в процессе.
Результатом являются прочные, высококачественные паяные соединения, которые обеспечивают механический монтаж и электрические соединения. Компоненты поверхностного монтажа с их крошечной шириной выводов надежно собираются таким образом.
3. Контроль температуры
Ключевой частью пайки оплавлением является точное управление повышением температуры. Необходимо предотвратить повреждение компонентов, обеспечивая при этом оптимальные условия пайки.
Метод постепенного нагрева
Платы поступают в печь-тостер для пайки оплавлением при комнатной температуре и медленно нагреваются через несколько термических зон. Инфракрасные нагреватели и струи воздушного удара постепенно нагревают плату и компоненты со всех сторон. Это позволяет избежать любых механических напряжений, вызванных термическим воздействием. Типичная плавная скорость нагрева составляет около 1-3°C/сек.
Соответствие тепловым требованиям
Каждый компонент имеет максимальный температурный рейтинг, который нельзя превышать. Более чувствительные к нагреву детали, такие как осцилляторы, кристаллические фильтры и датчики, требуют еще более низких температур. Профиль оплавления точно соответствует тепловым требованиям наиболее чувствительного к нагреву компонента. Несколько термопар точно измеряют и контролируют температуру в разных точках, обеспечивая равномерный и безопасный нагрев.
4. Этапы нагрева
Большинство профилей оплавления включают четыре отдельных этапа нагрева для подготовки, активации и окончательного расплавления припоя. Это различные этапы, которые он включает.
Пандус к зоне замачивания
Зона перехода от рампы к зоне выдержки — это начальная стадия нагрева при пайке оплавлением. На этой стадии температура сборки печатной платы постепенно повышается контролируемым образом. Скорость перехода, то есть скорость повышения температуры, обычно составляет 1–5 °C/секунду. Более медленная скорость перехода помогает обеспечить равномерный и постоянный нагрев всей платы и ее компонентов, предотвращая такие проблемы, как термические напряжения.
По мере того, как температура начинает расти во время линейного изменения температуры, летучие органические соединения (ЛОС) в паяльной пасте начинают испаряться. Паяльные пасты содержат растворители, которые поддерживают порошок припоя в вязкой, пастообразной форме, пригодной для печати или дозирования. Эти растворители должны полностью испариться перед оплавлением, чтобы сформировать качественное соединение. Если в соединении останется какой-либо растворитель, это может привести к дефектам, таким как слипание припоя или пустоты в соединении.
Зона термического замачивания
Целью зоны выдержки является доведение всей сборки до постоянной температуры предварительного нагрева перед переходом к следующему этапу. Типичный диапазон температур предварительного нагрева составляет 150–160 °C для большинства сплавов. Выдержка при этой температуре в течение 1–3 минут позволяет завершить испарение остаточного растворителя и предотвращает дефекты, вызванные неравномерным нагревом компонентов. Она также предварительно нагревает сборку, чтобы обеспечить быстрый и равномерный нагрев на последующих этапах.
Точный контроль температуры и продолжительности имеет решающее значение. Слишком высокая температура или длительное замачивание могут вызвать дефекты, такие как хрупкость соединений или повреждение компонентов, которые могут выдерживать только более низкие температуры. Слишком низкая/короткая температура — и растворители могут остаться в ловушке. Правильное профилирование определяется на основе конкретной паяльной пасты и сборки.
Зона оплавления
Зона оплавления — это первичная фаза, где припой плавится. В этой зоне температура повышается выше, чем на предыдущих этапах, чтобы превзойти температуру ликвидуса припоя.
Температура ликвидуса — это точка, при которой припой начинает плавиться, и обычно она на 30–50 °C ниже точки плавления. Большинство припоев на основе сплавов Sn-Pb и Sn-Ag-Cu имеют точку ликвидуса в диапазоне 180–200 °C.
Пиковая температура — это максимальная температура, выдерживаемая во время оплавления. Для свинцовых припоев она обычно на 20–40 °C выше ликвидуса. Для бессвинцовых припоев требуются более высокие пики на 5–10 °C выше их значительно более высоких точек плавления.
Кратковременное удержание на пике обеспечивает полное смачивание и течение расплавленного припоя перед охлаждением. Идеальное время пика обычно составляет 15-60 секунд в зависимости от размера сборки, плотности и используемого сплава. Слишком короткое время — и припой может не полностью расплавиться и не потечь, а слишком долгое — риск повреждения компонента из-за перегрева.
Во время оплавления расплавленный припой смачивает и течет вокруг выводов компонента, прочно соединяя их с контактными площадками печатной платы ниже. Одновременно активация флюса помогает удалить любое окисление, обеспечивая чистые, без пустот соединения. Точный контроль температуры и профили имеют жизненно важное значение для оптимального смачивания припоя и потока без повреждений.
Зона охлаждения
После удержания пиковой температуры сборка переходит в зону охлаждения. На этом последнем этапе контролируемое охлаждение снижает температуру контролируемым образом. Скорость охлаждения так же важна, как и скорость нагрева, чтобы повлиять на качество соединения.
Постепенное охлаждение предотвращает дефекты, вызванные быстрым термическим ударом, такие как внутренние трещины соединений или трещины компонентов. Идеальная скорость охлаждения обычно составляет 1.5-6°C/секунду, в зависимости от размера сборки и характеристик сплава. Более медленные скорости позволяют получить более мелкозернистую микроструктуру соединений для лучшей механической целостности.
Температурный подъем зоны охлаждения продолжается до тех пор, пока не будет достигнута температура окружающей среды сборки, обычно ниже 100°C. На этом этапе цикл оплавления завершается, а термообработка паяных соединений заканчивается. Они должны выдерживать нормальные рабочие напряжения и циклические нагрузки.
Преимущества пайки оплавлением
Пайка оплавлением имеет много преимуществ по сравнению с другими методами пайки. Основные преимущества пайки оплавлением включают:
Автоматизация и согласованность:Паяние оплавлением — полностью автоматизированный процесс, который позволяет последовательно размещать и припаивать компоненты поверхностного монтажа на печатной плате. Такой высокий уровень автоматизации и постоянства снижает дефекты и повышает выход продукции. Наличие повторяемого процесса гарантирует качество и надежность паяных соединений.
Плотность и миниатюризация:Технология поверхностного монтажа позволяет создавать платы с более высокой плотностью размещения компонентов, позволяя размещать их в более мелких компонентах и ??делать более плотные промежутки между ними. Для размещения и пайки этих сверхтонких компонентов необходима пайка оплавлением. Эта плотность и миниатюризация позволили значительно уменьшить размеры электроники за последние несколько десятилетий.
Массовое производство: Автоматизированная природа пайки оплавлением делает ее хорошо подходящей для крупносерийного, массового производства. Одна печь оплавления может обрабатывать десятки или даже сотни плат в час. Такая высокая производительность обеспечивает экономичное производство электроники в больших количествах. Автоматизированный процесс также менее трудоемкий, чем ручная пайка.
Низкий термический стресс: Во время пайки оплавлением компоненты крепятся к плате до нагрева. Это позволяет всем деталям нагреваться и охлаждаться постепенно и равномерно. Напротив, ручная пайка сопряжена с риском многократного локального нагрева компонентов, что может привести к термической усталости и потенциальному отказу с течением времени. Пайка оплавлением вызывает меньшую термическую нагрузку на компоненты и разъемы.
Управление процессами и оптимизация: Современные печи оплавления обеспечивают точный контроль температурного профиля, которому подвергаются компоненты. Возможность тщательного контроля скорости конвейера, температуры зоны нагрева, скорости охлаждения и т. д. позволяет оптимизировать процесс для различных конструкций плат и смесей компонентов. Настройка процесса может гарантировать минимизацию дефектов с минимальными затратами.
Пайка оплавлением и волной припоя: сравнение
При сборке электронных плат исторически использовались два основных процесса: пайка оплавлением и пайка волной припоя. Ниже приведено сравнение этих методов по нескольким ключевым аспектам, чтобы разбить их различия и пригодность для различных применений.
Пайка оплавлением и пайка волной припоя
|
Аспект
|
Пайка оплавлением
|
пайка волной
|
|
Разработка
|
Компоненты предварительно размещаются на печатной плате. Затем плата проходит через конвекционную или инфракрасную печь для расплавления припоя.
|
Компоненты предварительно размещаются на печатной плате. Заполненная плата проходит через волну расплавленного припоя, где припой осаждается на все контакты одновременно.
|
|
Плотность
|
Может работать с платами с высокой плотностью размещения компонентов, малым шагом и несколькими слоями.
|
Лучше всего подходит для плат с низкой и средней плотностью размещения компонентов только с сквозными отверстиями. Не подходит для мелкого шага или сборок BGA.
|
|
Компоненты
|
Подходит как для сквозных отверстий, так и для поверхностей монтировать компоненты включая Корпуса BGA, CSP и 01005.
|
Работает только для компонентов с сквозным монтажом. Не совместимо с современными компонентами поверхностного монтажа или миниатюрными деталями.
|
|
Чистота
|
Очень чистый процесс с меньшим количеством шлака, перемычек и коротких замыканий.
|
Более вероятно образование припойных мостиков и коротких замыканий из-за способа нанесения припоя волной. Большая вероятность наличия загрязняющих веществ в припое.
|
|
Гибкость
|
Гибкий и может легко обрабатывать доски разных размеров и толщин. Можно обрабатывать несколько досок одновременно.
|
Менее гибкий процесс. Требует настройки инструмента для разных размеров досок. Обрабатывает только одну доску за раз.
|
|
Капитальные затраты
|
Более высокие первоначальные затраты на печи и оборудование для оплавления.
|
Более низкие капитальные затраты на оборудование для пайки волной припоя, которое менее сложное.
|
|
Контролировать
|
Очень контролируемый и повторяемый. Жесткий контроль профилирования и охлаждения обеспечивает единообразие паяных соединений.
|
Меньше контроля над конечными соединениями из-за природы процесса погружения. Более изменчивые результаты.
|
Пайка оплавлением стала доминирующим процессом для сборки электроники сегодня благодаря своей гибкости в работе с компонентами с более высокой плотностью и миниатюрными компонентами поверхностного монтажа. Процесс очень чистый с контролируемыми профилями нагрева и охлаждения, обеспечивающими высококачественные, стабильные паяные соединения даже на сложных многослойных платах.
Однако первоначальные затраты на печи оплавления и контрольное оборудование выше. Пайка волной припоя остается подходящей только для конструкций с низкой плотностью сквозных отверстий и предлагает более дешевые капитальные затраты, хотя и с меньшим контролем и большим количеством потенциальных дефектов при пайке по сравнению с оплавлением.
Рассмотрение проблем и решений в процессе оплавления
Хотя пайка оплавлением припоя обеспечивает большие преимущества в производстве электроники, она также создает некоторые проблемы, которые могут снизить качество, если их не решать должным образом.
Ниже приведены несколько распространенных проблем, возникающих во время оплавления, и соответствующие меры противодействия для обеспечения надежности процесса.
Формирование припоя
Образование припоя, также называемое разбрызгиванием или разбрызгиванием, относится к нежелательному рассеиванию небольших шариков и капель припоя по печатной плате во время оплавления. Существует несколько основных причин этого дефекта.
Во-первых, чрезмерный объем паяльной пасты может привести к переливу во время плавления, в результате чего припой будет отскакивать от компонентов и образовывать капли. Неправильная трафаретная печать с неравномерными или слишком большими апертурами также может привести к нанесению слишком большого количества пасты. Кроме того, чрезмерно агрессивный профиль оплавления со слишком крутым подъемом пиковой температуры может вызвать быстрый взрыв паяльной пасты.
Для борьбы с образованием припоя, в первую очередь, необходимо оптимизировать дизайн трафарета и печать паяльной пасты. Обеспечение равномерного, контролируемого осаждения минимизирует избыток пасты. Профиль оплавления должен затем обеспечивать плавную скорость подъема, чтобы избежать шока пасты. Более длительное время выдержки чуть ниже точки плавления позволяет любому выделению газа происходить постепенно.
Некоторые паяльные пасты также содержат добавки, которые уменьшают разбрызгивание за счет контролируемого газовыделения. Регулярная очистка трафарета предотвращает накопление, которое может помешать выпуску пасты. При правильной настройке процесса образование припоя во время оплавления может быть сведено к минимуму.
Компонент Tombstoneing
Эффект надгробия возникает, когда компонент поверхностного монтажа поднимается с печатной платы во время оплавления из-за неравномерных сил смачивания. Причинами неравномерного смачивания являются невыровненные или наклоненные компоненты, неравномерная металлизация контактных площадок и асимметричная геометрия детали/платы, которая обеспечивает больше паяемых областей на одной стороне. Паста под ней затем вытягивается поверхностным натяжением.
Для борьбы с эффектом надгробного камня сначала обеспечьте точное, повторяемое размещение симметричных компонентов на хорошо спроектированных контактных площадках. Регулировка размеров площадки или добавление угловых площадок может способствовать сбалансированной пайке там, где это необходимо. Пасты с более мелким шагом обеспечивают более контролируемые потоки по сравнению с более густыми вариантами. Тщательно разработанные флюсы без отмывки и с низким содержанием остатков также максимизируют смачиваемость на сложных поверхностях.
Также помогает точный профиль оплавления с длительной тепловой выдержкой вблизи точки плавления припоя; это позволяет любому частичному наклону самокорректироваться до затвердевания. Последующий контроль оплавления выявляет остаточные дефекты ?надгробного камня? для повторной обработки. Благодаря этим комбинированным мерам дефекты подъема компонентов могут быть эффективно смягчены.
Отсутствующие паяные соединения
Паяное соединение, которое частично или полностью отсутствует после оплавления, означает пропущенное соединение. Распространенными факторами, способствующими этому, являются недостаточное нанесение паяльной пасты или проблемы с паяемостью. В первом случае причинами являются недостаточно заполненная или смещенная апертура трафарета, истощенные резервуары паяльной пасты во время длительных циклов печати или изношенные/поврежденные резиновые ракели для печати.
Решения здесь подразумевают тщательные методы управления трафаретом и паяльной пастой. Регулярное обслуживание принтера/трафарета и тщательный контроль параметров печати обеспечивают приемлемый перенос постоянного объема припоя на контактные площадки. Это также помогает выбирать пасты, подходящие для более длительных интервалов печати между заправками/очистками.
Что касается проблем с паяемостью, то обычные средства включают очистку платы от остатков флюса или загрязнений, улучшение качества/покрытия контактной площадки и применение оптимизированного времени выдержки профиля в критических диапазонах плавления. Часто первопричина заключается в объединении нескольких второстепенных переменных; их оптимизация создает надежный ?защищенный от сбоев? процесс пайки.
Образование шариков/разбрызгивание припоя
Как и припойные шарики, шарики припоя — это нежелательные комки, которые образуются во время оплавления, а не смачивания должным образом. Дисбаланс химии флюса в первую очередь вызывает это, когда слишком активные типы выделяют избыточные газы при нагревании. Другими способствующими факторами являются загрязненная/окисленная паяльная паста или поверхности компонентов/плат, не имеющие надлежащей обработки для смачивания.
Хорошее управление флюсом играет ключевую роль в решениях. Тщательный выбор типа с контролируемой активностью и оптимальной липкостью для припойного сплава сводит к минимуму проблемы с выделением газа. Тщательная очистка удаляет остатки, которые могут помешать реакциям смачивания. Обеспечение свежести паяльной пасты посредством контролируемого хранения и использования также предотвращает накопление окисления. Мягкие профили нагрева обеспечивают постепенный выход газа для предотвращения разбрызгивания.
Наконец, подтверждение идеальной отделки поверхности на посадочных площадках платы и выводах компонентов способствует надежному смачиванию припоем каждый раз. С небольшими корректировками расходных материалов и корректировками процесса дефекты шариков припоя можно в значительной степени устранить.
Выгорание/деформация компонентов
Локальный перегрев компонента во время пиковой температуры оплавления является потенциальной причиной плавления/обжигания чувствительных пластиковых корпусов или печатных маркировок. Типичные причины — неравномерный нагрев платы, недостаточная циркуляция воздуха/конвекция и неточная калибровка зоны печи оплавления. Недостаточный предварительный нагрев перед пиком также может привести к шокирующим термическим напряжениям.
Хорошо спроектированный профиль оплавления и высококачественная печь являются ключом к предотвращению. Достаточный предварительный нагрев позволяет довести все материалы сборки до целевой температуры контролируемым образом. Плавные температурные рампы и система профилирования обеспечивают идеальную термическую однородность по зонам, обеспечивая распределенную, постоянную термическую обработку.
Где это возможно, компоненты, наиболее уязвимые к деформации или обесцвечиванию, могут иметь оптимизированную ориентацию для более постепенного нагрева. Внимание к пайке оплавлением, обслуживанию тостера, печи и периодическому профилированию также подтверждает производительность зоны с течением времени. Эти меры помогают устранить горячие/холодные точки, защищая компоненты от опасностей оплавления.
Недостаточный/неполный поток припоя
Когда расплавленный припой не может должным образом течь и смачивать площадки/концевые соединения во время оплавления, возникает неполная пайка. Распространенными первопричинами являются неадекватное нанесение паяльной пасты, проблемы с активностью флюса, геометрия компонента/площадки, препятствующая потоку, и неидеальные температурные профили.
Лучшие практики здесь включают использование хорошо спроектированной, точно настроенной трафаретной печати, оптимизированной для каждого применения и типа пасты. Формулы флюса с подходящими свойствами очистки поверхности способствуют надлежащему металлургическому соединению. Функции самовыравнивания компонентов помогают самоцентрироваться на контактных площадках для равномерных углов смачивания припоем.
Профили оплавления обеспечивают соответствующее тепловыделение выше температур плавления припоя с достаточно длительным временем тепло/массопереноса для сквозного отверждения. В некоторых случаях добавки в пасту, такие как усилители клейкости, могут улучшить распределение и фиксацию, чтобы избежать коротких замыканий. В целом, внимание ко всем переменным, связанным с оплавлением, помогает обеспечить беспроблемное, прочное паяное соединение каждый раз.
Контроль и обеспечение качества при пайке оплавлением припоя
Проверка качества является важнейшим шагом в любом процессе пайки оплавлением, чтобы гарантировать, что паяные соединения соответствуют спецификациям, а электронные сборки не имеют дефектов. Внедряя протоколы тщательной проверки и обеспечения качества, производители могут выявлять потенциальные проблемы на ранних этапах, стимулировать усовершенствования процесса и сокращать расходы, связанные с переделкой и выходом из строя компонентов.
Ниже представлены различные методы контроля, используемые при пайке оплавлением, а также стратегии создания эффективной программы обеспечения качества.
Визуальный осмотр
Визуальный осмотр обычно является первым этапом контроля качества в любом процессе пайки оплавлением. Операторы тщательно осматривают паяные соединения и окружающие области под увеличением, чтобы выявить распространенные дефекты, такие как перемычки припоя, недостаточный припой, несоосные компоненты и многое другое. Ручной осмотр допускает человеческое суждение, но может быть отнимающим много времени и субъективным.
Многие компании дополняют ручную инспекцию системами автоматизированной оптической инспекции (AOI). AOI использует камеры высокого разрешения и программное обеспечение для захвата и анализа изображений паяных соединений. Программное обеспечение сравнивает соединения с критериями проектирования для выявления аномалий.
Системы AOI обычно состоят из нескольких основных частей, включая следующие:
Камеры высокого разрешения: Системы оптического контроля используют одну или несколько камер для получения снимков печатной платы крупным планом. В зависимости от конфигурации системы можно выбирать различные углы для размещения камеры. Плату можно просматривать с нескольких точек зрения, что повышает вероятность обнаружения дефектов.
Освещение: Последовательное и стабильное освещение является одним из основных условий для правильного захвата изображения. Например, системы AOI могут быть основаны на нескольких источниках света с различными длинами волн и углами, которые создают необходимый контраст и минимизацию теней.
Программное обеспечение для обработки изображений: Программное обеспечение работает с изображениями, которые были захвачены, сравнивая их с эталонными изображениями или проектными данными для проверки дефектов. Новейшие системы AOI основаны на алгоритмах машинного обучения, которые помогают сделать процесс проверки более точным и позволяют адаптироваться к изменениям внешнего вида компонентов и качеству паяных соединений.
AOI повышает скорость, точность и повторяемость по сравнению с ручным контролем. Однако, как и человеческий глаз, AOI не может видеть внутренние компоненты или проверять скрытые соединения.
Дефекты, выявленные при визуальном осмотре, могут включать:
● Паечные мостики: непреднамеренные соединения между соединениями
● Недостаточное/избыточное количество припоя: слабые или закороченные соединения
● Несоосность компонентов: плохие электрические соединения
● Отсутствующие/неправильные компоненты: потенциальные проблемы с функциональностью
Рентгеновское обследование
Рентгеновский контроль дополняет визуальные методы, позволяя проводить осмотр скрытых паяных соединений под корпусами BGA и QFP. Рентгеновская система пропускает лучи через компоненты для создания радиографических изображений внутренних паяных соединений. Затем инспекторы или программное обеспечение анализируют изображения на предмет пустот, трещин, перемычек и других дефектов, не видимых снаружи.
Несмотря на свою мощь, рентгеновское излучение также имеет ограничения. Могут возникать ложные срабатывания, а дифференциация материалов с похожей плотностью, таких как припой и флюс, может быть сложной. Сопоставление результатов рентгеновского излучения с другими методами помогает минимизировать ошибки интерпретации. Рентгеновское излучение также подвергает операторов воздействию радиации, что требует соответствующих протоколов безопасности.
Типичные выявленные дефекты включают в себя:
● Пустоты — воздушные карманы, ослабляющие целостность сустава.
● Перекрытие под компонентами
● Недостаточное/избыточное количество припоя под устройствами
Осмотр в разрезе
Для исключительно плотных корпусов производители могут проводить осмотр с разрезом. Выборка компонентов подвергается разрезанию с использованием таких методов, как фрезерование сфокусированным ионным пучком. Это обнажает внутренние соединения для исследования с помощью оптического микроскопа с высоким увеличением или сканирующего электронного микроскопа. Разрез является высокоэффективным, но разрушительным, поэтому только образец проходит эту обработку.
Функциональное тестирование
Помимо физического осмотра, функциональное тестирование оценивает сборки на предмет электрических дефектов. Такие методы, как внутрисхемное тестирование, тестирование летающим зондом и функциональное тестирование, помогают выявлять такие неисправности, как прерывистые соединения или дефекты холодной пайки, которые не показывают визуальных аномалий. Производители должны сбалансировать физическое и функциональное тестирование на основе своих уникальных допусков продукта и возможностей тестирования.
Программа обеспечения качества
Чтобы максимизировать эффективность инспекций, компании интегрируют инспекционные мероприятия в комплексную программу обеспечения качества. Ключевые элементы такой программы включают:
● Установление критериев приемки для визуального, рентгеновского и функционального тестирования на основе требований к продукции и отраслевых стандартов.
● Разработка планов выборочного контроля для статистической проверки продукции с минимизацией затрат. Разрушительные методы отбирают только процент.
● Создание документов и контрольных списков проверок для стандартизации проверок и отслеживания прохождения/непрохождения проверок.
● Обучение операторов процедурам проверки, критериям приемки и распознаванию дефектов. Формальная сертификация обеспечивает постоянную точность.
● Калибровка инструментов контроля по расписанию и при изменении спецификаций системы. Калибровка поддерживает надежность теста с течением времени.
● Расследование отказов из полевых возвратов для улучшения критериев проверки. Обратная связь приводит к постоянному улучшению.
● Внедрение статистического контроля процесса для мониторинга качества оплавления с течением времени и выявления смещений до возникновения серьезных сбоев.
Хорошо разработанная программа обеспечения качества, скоординированная на этапах инспекции, сборки и тестирования, устанавливает ответственность, одновременно способствуя постоянному совершенствованию процесса. Надежные методы инспекции и четкие критерии ?прошел/не прошел? дают производителям постоянную уверенность в качестве пайки и надежности продукции.
Резюме и заключение
Процесс пайки оплавлением кардинально изменил способ сборки печатных плат благодаря своим уникальным свойствам эффективности, точности и надежности. Благодаря использованию точного контроля температуры, времени выдержки и скорости конвейера производители могут достигать высокой производительности и плотности на своих линиях SMT. Чем меньше уменьшаются компоненты и чем новее внедряются такие варианты, как BGA, тем пайка оплавлением всегда будет основой в электронной промышленности.
Хотя пайка оплавлением в Китае может показаться сложной, инженеры PCBasic полностью освоили этот процесс с помощью тысяч производственных циклов. Благодаря внедрению нашей системы MES мы контролируем каждую отдельную переменную, которая может стать фактором стресса для самых сложных конструкций.
Позвольте нашим экспертам из PCBasic заняться оплавлением вашего следующего прототипа или мелкосерийного производственного проекта. Свяжитесь с нами сегодня, чтобы узнать больше о том, как начать свой следующий электронный продукт с помощью нашей оптовой услуги по пайке оплавлением в печи.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Что такое пайка оплавлением?
Пайка оплавлением — это процесс, при котором паяльная паста наносится на печатные платы с помощью трафарета или трафаретной печати. ??Затем платы нагреваются, чтобы расплавить припой и сформировать электрические соединения между компонентами и платой. Обычно используется для компонентов с технологией поверхностного монтажа (SMT), которые имеют выводы, размещенные непосредственно на поверхности печатных плат. Пайка оплавлением позволяет производить гораздо более плотную упаковку по сравнению с компонентами для сквозного монтажа.
Как работает пайка оплавлением?
При пайке оплавлением паяльная паста сначала наносится на печатную плату с помощью сетки или трафарета. Это гарантирует, что паста будет нанесена в нужных местах. Затем на пасту помещаются компоненты. Затем плата проходит через печь или камеру, которая подвергает ее тщательно контролируемому нагреву. По мере нагревания платы паяльная паста сначала проходит стадию ?оплавления?, где она плавится и образует предварительные соединения. После охлаждения между компонентами и платой образуются прочные паяные соединения. Правильное охлаждение важно для предотвращения дефектов. Затем готовые платы проходят проверку качества.
Какое оборудование используется для пайки оплавлением?
Существует несколько основных типов используемого оборудования: печи оплавления, конвекционные печи оплавления и встроенные системы пайки оплавлением. Печи оплавления обеспечивают контролируемое воздействие тепла, но требуют загрузки/выгрузки каждой платы. Конвекционные печи предлагают непрерывную конвейерную ленту для крупносерийного производства. Встроенные системы объединяют размещение компонентов, пайку, проверку и многое другое для полностью автоматизированных сборочных линий. Кварцевые/инфракрасные нагреватели и горячий воздух являются распространенными методами нагрева. Температурное профилирование и мониторинг обеспечивают стабильные результаты. Выбор правильного оборудования зависит от ваших конкретных производственных потребностей и объема.
Каковы распространенные типы профилей оплавления?
Самые основные типы профилей — одноступенчатый (упрощенный одиночный пик), двухступенчатый (более низкий предварительный нагрев, затем более высокий пик оплавления) и многоступенчатый (несколько стадий предварительного нагрева и оплавления). Ключевыми стадиями являются предварительный нагрев, выдержка, оплавление и охлаждение. Различаются такие переменные, как пиковая температура, время выше ликвидуса, скорости линейного изменения и линейное изменение охлаждения. Для более быстрого охлаждения часто используется азот. Выбор профиля зависит от таких факторов, как размеры/плотность компонентов, тип паяльной пасты и сборка платы. Стандартные профили от производителей припоя являются хорошей отправной точкой, но может потребоваться оптимизация.
Каковы некоторые советы по успешной пайке оплавлением?
Вот несколько советов, которые помогут обеспечить успешные результаты пайки оплавлением: используйте правильную паяльную пасту для вашего процесса, тщательно очищайте печатные платы перед сборкой, не оставляйте компоненты частично спаянными, обеспечивайте надлежащее время предварительного нагрева/выдержки, тщательно контролируйте и отслеживайте температуру, минимизируйте воздействие воздуха во время пайки оплавлением, допускайте полные циклы охлаждения, выполняйте проверки паяных соединений и производства и поддерживайте оборудование в хорошем состоянии. Правильная техника, проверка настроек и проверка качества могут максимизировать выход продукции и помочь устранить любые возникающие проблемы.
