Leiterplattentechnisch - SMT-Analyse der elektronischen Oberflächenmontage

In den letzten Jahren hat die neue elektronische Oberflächenmontagetechnologie SMT (Oberflächenmontagetechnologie) die traditionelle Durchgangsloch-Einführungstechnologie ersetzt und die Entwicklung elektronischer Geräte dominiert. Es gilt als revolutionärer Wandel in der elektronischen Montagetechnik. SMT zielt darauf ab, die Produktzuverlässigkeit und -leistung zu verbessern und Kosten zu senken. Sie wird erhebliche Veränderungen bei elektronischen Produkten mit sich bringen, sei es bei elektronischen Konsumgütern oder militärischen elektronischen Produkten.

2 Einführung in die Oberflächenmontage und Leiterplattenkomponenten

Aufputztechnik, also known as surface mount technology (SMT), ist eine elektronische Montagetechnik, die oberflächenmontierte Bauteile direkt an die angegebene Position von Leiterplatte ohne Bohren von Einführlöchern auf Leiterplatte, und verwendet Lot, um mechanische und elektrische Verbindungen zwischen Komponenten und Leiterplatte.

Elektronische Produkte, die Oberflächenmontage erfordern, bestehen im Allgemeinen aus Leiterplatten und Oberflächenmontage-Komponenten. Printed Wire Board (PWB) ist ein einseitiges oder doppelseitiges mehrschichtiges Material, das Linien und Pads enthält. Zu den Oberflächenmontagekomponenten gehören Oberflächenmontagekomponenten und Oberflächenmontagegeräte. Oberflächenmontage-Komponenten beziehen sich auf verschiedene passive Blechkomponenten, wie Widerstand, Kapazität, Induktivität usw. Oberflächenmontagegeräte sind verpackte elektronische Geräte, die sich normalerweise auf verschiedene aktive Geräte beziehen, z. B. kleines Outline-Paket (SOP), Kugelgitter-Array-Paket (BGA), usw. Einige Komponenten können nicht in SMT verwendet werden, wie einige Anschlüsse, Transformatoren, große Kondensatoren usw.

Verfahren zur Oberflächenmontage

Die Oberflächenmontage Dingyi umfasst zwei Prozesse: und Hilfsmittel. Das Verfahren besteht aus Druck, Chipplatzierung und Reflow-Löten. Die Herstellung jeder Art von Erzeugnissen muss diese drei Prozesse durchlaufen, und jeder Teil ist unerlässlich; Der Hilfsprozess besteht hauptsächlich aus dem "Dispensing"-Prozess und dem optisch unterstützten automatischen Erkennungsprozess. Es ist nicht notwendig, sondern nach Produkteigenschaften und Benutzerbedürfnissen bestimmt.

Leiterplatten können in einseitige und doppelseitige Produkte unterteilt werden. Elektronische Produkte können auch in einseitige Produkte (Komponenten müssen auf einer Seite der Leiterplatte befestigt werden) und doppelseitige Produkte (Komponenten müssen auf beiden Seiten der Leiterplatte befestigt werden). Abbildung 1 zeigt den Ablauf der Oberflächenmontage einseitiger Produkte. Abbildung 2 zeigt den Prozessablauf der Oberflächenmontage von doppelseitigen Produkten.

Der Zweck des Druckverfahrens besteht darin, die Lotpaste durch die gemeinsame Aktion von Schablone und Druckausrüstung genau auf die Leiterplatte gedruckt zu machen. Die am Druckprozess beteiligten Prozesselemente umfassen hauptsächlich Lotpaste, Schablone und Drucksystem. Lötpaste ist ein wichtiges Material, um Komponenten mit Leiterplatte zu verbinden und ihre elektrische und mechanische Verbindung zu realisieren. Die Lotpaste besteht hauptsächlich aus Legierung und Flussmittel. Im Schweißprozess spielen sie ihre jeweiligen Rollen, um die Schweißarbeiten abzuschließen. Die Vorlage wird verwendet, um die Lotpaste genau auf die Leiterplatte zu drucken. Die Herstellungsweise und das Öffnungsdesign der Schablone haben einen großen Einfluss auf die Druckqualität. Drucksystem bezieht sich hauptsächlich auf Druckausrüstung und Druckparameter. Die Qualität der Druckgeräte hat einen großen Einfluss auf die Druckgenauigkeit. Die angemessene Abstimmung zwischen der wiederholten Druckgenauigkeit von Druckgeräten und der Einstellung von Druckparametern ist eine wichtige Garantie für ein genaues Drucken. Es gibt viele Druckparameter, aber die wichtigsten Parameter, die den Druckeffekt beeinflussen, sind Druckgeschwindigkeit, Abstreifdruck, Entformungsgeschwindigkeit und Entformungsabstand. Diese Schlüsselparameter müssen gesetzt und aufeinander abgestimmt werden. Zur Verbesserung der Druckqualität. Die Druckgeschwindigkeit beträgt im Allgemeinen 12.7,203.2 mm s, und die spezifischen Parameter hängen vom Schaberdruck und den physikalischen Eigenschaften der Lötpaste ab. Der SMT-Prozess erfordert, dass der Druck des Schabers 4.448 222,6.672 333 n ist.

Der Zweck des Patch-Prozesses ist sicherzustellen, dass alle Teile präzise und schnell auf die Leiterplatte geklebt werden. Der Patch-Prozess umfasst hauptsächlich den Patch-Computer und seine Patch-Fähigkeit. Die Platzierungsfähigkeit der Bestückungsmaschine ist eine wichtige Garantie für eine genaue Platzierung. Zu den Schlüsseltechnologien des Montierers gehören: Bewegung, Ausführung und Hochgeschwindigkeits-Zuführmechanismus. Miniaturisierungstechnik; High Speed Machine Vision Erkennung und Beleuchtungstechnologie; Hohe Geschwindigkeit, hohe Präzision intelligente Steuerungstechnologie; Parallele Verarbeitung von Multitasking-Technologie in Echtzeit; Anlagen öffnen flexible Modularisierungstechnik und Systemintegrationstechnik.

Reflow-Lötverfahren besteht darin, die mechanische und elektrische Verbindung zwischen der Schweißoberfläche oder dem Stift von Oberflächenbefestigungskomponenten und dem PCB-Pad zu realisieren, indem die auf dem PCB-Pad vorverteilte Lötpaste geschmolzen wird. Das Rückflussschweißen kann einen ausgezeichneten Schweißeffekt gewährleisten. Die wichtigsten Prozesselemente des Reflow-Prozesses sind Reflow-Ofen und seine Schweißfähigkeit, die sich hauptsächlich im Heizsystem, Kühlsystem, Flussmanagementsystem und Inertgasschutzsystem des Reflow-Ofens widerspiegelt. Das Heizsystem bezieht sich auf Heizeffizienz, Temperaturregelgenauigkeit, Temperaturgleichmäßigkeit und Stabilität; Die Funktionen des Kühlsystems sind: Wenn die Spitzentemperatur des Reflow-Lötens hoch ist, wenn es nicht schnell abgekühlt werden kann, ist die Temperatur des Substrats aus dem Reflow-Lötofen zu hoch, was leicht zu Substratbiegen führt; Schnelle Abkühlung kann die Struktur verfeinern und die Verdickung intermetallischer Verbindungen verhindern. Verbesserung der Zuverlässigkeit. Das Flussmittel verflüchtigt sich beim Reflow-Löten. Wenn es kein ideales Flussmanagementsystem gibt, um den flüchtigen Fluss rechtzeitig zu entfernen und für die Zirkulation zu filtern, tritt der Fluss mit dem Hochtemperatur-Luftstrom in den Kühlbereich ein und kondensiert im Kühlkörper und Ofen, reduziert den Kühleffekt und verschmutzt die Ausrüstung und das Substrat. Wenn die Aktivität der mit dem Substrat abgestimmten Lotpaste nicht gut genug ist oder ultrafeine Abstandselemente und komplexe Elemente auf der Leiterplatte vorhanden sind und das Substrat viele Male durch den Reflow-Ofen gehen muss, erwägen Sie, den Reflow-Ofen mit Inertgas zu füllen, um die Oxidationsmöglichkeit zu verringern und die Schweißaktivität zu verbessern. Das übliche Inertgas ist Stickstoff. Auch die Schweißfähigkeit des Reflow-Ofens muss durch Editieren des Steuerungsprogramms des Reflow-Ofens ins Spiel gebracht werden. Wenn die Leiterplatte, die den Patch vervollständigt, durch den Reflow-Ofen geht, geht sie im Allgemeinen durch die Vorwärmstufe, Isolierstufe, Reflow-Stufe und Kühlstufe. Stellen Sie die Schweißqualität durch das Kontrollverfahren des Reflow-Ofens sicher.

Der Hilfsprozess wird verwendet, um die reibungslose Installation zu unterstützen und aktiv Erkennung und Nacherkennung zu verhindern. Der Hilfsprozess besteht hauptsächlich aus dem "Punktkleben"-Prozess und dem optischen zusätzlichen automatischen Erkennungsprozess. "Dispensing"-Prozess besteht darin, den speziellen Kleber auf den unteren Teil oder die Peripherie der erforderlichen Komponenten zu "zeigen", um die Komponenten ordnungsgemäß zu schützen, um sicherzustellen, dass die Komponenten nach wiederholtem Reflow-Schweißen nicht abfallen; Verringern Sie die Belastung der Komponenten während der Montage; Schützen Sie Komponenten vor Beschädigungen in komplexen Serviceumgebungen. Die Prozesselemente des "Dispensing"-Prozesses umfassen hauptsächlich "Dispensing"-Ausrüstung, Spezialkleber und Einstellung von "Dispensing"-Parametern. Es ist notwendig, Ausrüstungs-, Kleber- und Designparameter-Einstellungen vernünftig auszuwählen, um den Prozesseffekt sicherzustellen. Der optisch unterstützte automatische Erkennungsprozess umfasst hauptsächlich: zuerst verwenden Sie spezielle optische Geräte, um die Dickenungleichmäßigkeit und Druckgenauigkeit der Lötpaste nach dem Drucken zu messen, die Genauigkeit von Patch nach Patch zu erkennen und die defekte Leiterplatte vor dem Reflow-Löten zu erkennen und rechtzeitig Alarm zu geben; Zweitens verwenden Sie nach dem Reflow-Löten spezielle optische Geräte, um die Lötstelle zu erkennen, die Leiterplatte mit Lötstellendefekten zu erkennen und einen Alarm zu geben. Spezielle optische Messgeräte umfassen hauptsächlich Sichtlichterfassungsgeräte und Röntgenerkennungsgeräte. Ersteres ist hauptsächlich automatische optische Inspektion (AOI), und letzteres ist hauptsächlich dreidimensionale und fünfdimensionale Röntgengeräte. Ersteres wird hauptsächlich verwendet, um visuelle Lötstellen zu erkennen, während letzteres zusätzlich zu visuellen Lötstellen Lötstellen von nicht visuellen BGA-Teilen Lötstellen erkennen kann. Ob Hilfsverfahren eingesetzt werden, wird anhand der Eigenschaften der zu montierenden Produkte bestimmt.

4-Prinzip und Temperaturkurve des Reflow-Lötens

Das Reflow-Lötprinzip wird anhand der Reflow-Löttemperaturkurve analysiert (Abb. 3): Wenn die Leiterplatte in den Vorwärmbereich eintritt, werden Lösungsmittel und Gas der Lötpaste verdampft und der Fluss der Lötpaste befeuchtet die Pads, Bauteilenden und Stifte. Die Lotpaste erweicht, kollabiert und deckt die Pads ab, isoliert die Pads und Komponentenstifte vom Sauerstoff; Wenn die Leiterplatte in den Isolationsbereich gelangt, werden die Leiterplatte und die Komponenten vollständig vorgeheizt. Um zu verhindern, dass PCB plötzlich in den Reflow-Schweißbereich gelangt und PCB und Komponenten aufgrund des schnellen Temperaturanstiegs beschädigt; Wenn die Leiterplatte in den Reflow-Lötbereich eintritt, steigt die Temperatur schnell an, damit die Lotpaste den Schmelzzustand erreicht, und das flüssige Lot benetzt, diffundiert, diffundiert oder reflowt die PCB-Pads, Bauteilenden und Stifte, um Lötkontakte zu bilden; Die Leiterplatte tritt in den Kühlbereich ein, die Lötstelle erstarrt und das gesamte Reflow-Löten ist abgeschlossen.

Beim Reflow-Löten muss die Lotpaste durch Lösungsmittel verflüchtigt werden. Das Flussmittel entfernt das Oxid auf der Oberfläche des Schweißstücks, die Lotpaste schmilzt und fließt wieder, und die Lotpaste kühlt und erstarrt. Daher wird im Reflow-Prozess die Schweißtemperatur hauptsächlich in vier Temperaturzonen unterteilt: Vorwärmzone, Isolierzone, Reflow-Zone und Kühlzone. Die Vorwärmzone ist Raumtemperatur auf 120 Grad Celsius; Der Isolationsbereich ist 120 Grad Celsius, 170 Grad Celsius; Die Rückflusszone ist 170 Grad Celsius, und die Temperatur ist 210 Grad Celsius; Die Kühlzone ist von 210° Celsius auf ca. 100° Celsius reduziert.

Die Temperaturkurve ist der Schlüssel, um die Schweißqualität sicherzustellen. Die Heizneigung und Spitzentemperatur der tatsächlichen Temperaturkurve und der Lötpastentemperaturkurve müssen grundsätzlich konsistent sein. Die Heizrate vor 160 Grad Celsius ist bei 1 Grad Celsius zu steuern, wenn die Heizrate zu schnell ist, werden einerseits die Komponenten und die Leiterplatte zu schnell erhitzt, was leicht ist, die Komponenten zu beschädigen und PCB-Verformung zu verursachen; Andererseits verflüchtigt sich das Lösungsmittel in der Lotpaste zu schnell. Es ist einfach, Metallkomponenten zu verschütten und Lötkugeln herzustellen. Die Spitzentemperatur wird im Allgemeinen eingestellt, um 20° Celsius zu sein, 40 Grad Celsius höher als die Schmelztemperatur der Lötpaste (zum Beispiel ist der Schmelzpunkt von Sn63 und Pb37 Lötpaste 183 Grad Celsius, und die Spitzentemperatur sollte auf 205 Grad Celsius,230 Grad Celsius eingestellt werden), und die Rücklaufzeit (RE) beträgt 10,60 s. Niedrige Spitzentemperatur oder kurze Rücklaufzeit (RE) führt in schweren Fällen zu unzureichendem Schweißen und Nichtschmelzen der Lötpaste; Zu hohe Spitzentemperatur oder lange Rücklaufzeit (RE) verursachen Metallpulveroxidation, beeinträchtigen die Schweißqualität und beschädigen sogar Komponenten und Leiterplatten.

Grundlage für die Einstellung der Reflow-Löttemperaturkurve: die Temperaturkurve der verwendeten Lötpaste, entsprechend dem Material, der Dicke, der Mehrschichtplatte und der Größe der Leiterplatte; Dichte und Größe der Komponenten, die auf der Oberflächenmontageplatte getragen werden, und ob BGA, CSP und andere spezielle Komponenten vorhanden sind; Spezifische Bedingungen der Ausrüstung, wie die Länge der Heizzone, das Material der Heizquelle, die Struktur des Reflow-Ofens und der Wärmeleitungsmodus.

Bei der tatsächlichen Produktion einer bestimmten Art von Leiterplatte sind die Temperaturbereiche, die aufgrund der Ausrüstung eingestellt werden: Heizbereich, Isolierbereich, Schnellheizungsbereich und Reflux-Bereich. Die Lötpaste ist sn63pb37 Lötpaste mit einem Schmelzpunkt von 183 Grad Celsius. Ein bestimmter Reflow-Schweißofen wird zum Schweißen verwendet. Jede Leiterplattenkomponente muss mit geeigneten Schweißparametern ausgelegt sein, um eine Temperaturkurve für jede Leiterplatte zu erreichen. Abbildung 4 zeigt die Standard-Reflow-Löttemperaturkurve und Abbildung 5 zeigt die tatsächliche Reflow-Löttemperaturkurve einer Leiterplatte.

Dies ist ein Reflow Lötrofen in 9-Temperaturzone. Für den Ist-Temperaturtest gibt es drei Prüfpunkte, von denen Abb. 5 die Ist-Temperaturkurve ist. Die Parametereinstellung der Temperaturzone muss folgende Anforderungen erfüllen: 1) Temperaturanstiegszone: die Temperaturanstiegsgeschwindigkeit von Raumtemperatur auf 100° Celsius darf 2° Celsius S nicht überschreiten; 2) Isolierungsbereich: von 100 Grad Celsius 150 Grad Celsius für 70,120 s; 3) Schnelle Erwärmungszone: die Haltezeit von 150 Grad Celsius C87183 Grad Celsius überschreitet 30s nicht, und die Heizrate ist 2,3 Grad Celsius s: 4) Refluxzone: die Temperatur ist 205 Grad Celsius, 230 Grad Celsius, und die Zeit über der Flüssigkeit ist 40,60 s; 5) Kühlzone: Die Kühlrate beträgt 2,4 Grad Celsius s. Durch den Vergleich der theoretischen und tatsächlichen PCB-Temperaturkurven in Abbildung 4 und Abbildung 5 liegt der tatsächliche Reflow-Temperaturbereich innerhalb des Standardtemperaturbereichs, Daher wird der Schluss gezogen, dass das Schweißen der oberflächenmontierten Geräte auf der Leiterplatte die Anforderungen erfüllt und die elektrische Leistung der oberflächenmontierten Geräte auf der Leiterplatte gewährleistet. Besonderes Augenmerk: Der Reflow-Ofen muss jede Woche getestet werden. Vergleichen Sie die Prüftemperaturkurve mit der Standardtemperaturkurve, um festzustellen, ob sie vollständig konsistent sind. Die wichtigsten Prüfparameter umfassen: Heizrate in der Heizzone, Haltezeit in der Haltezone, Heizrate in der schnellen Heizzone und Refluxzone, Spitzentemperatur, Zeit über dem Liquidus, Abkühlrate in der Kühlzone und ob es anormale Schwankungen in der Kurve gibt.

5 Schlussfolgerung

Die Oberflächenmontage-Technologie dringt in verschiedene Bereiche ein, die direkt das Schweißniveau elektronischer Produkte sowie die Leistung und Qualität elektronischer Produkte beeinflussen können. Dieses Papier beschreibt den gesamten Prozess der Oberflächenmontage-Technologie und erläutert das Prinzip und die Temperaturkurve des Reflow-Schweißens im Schweißprozess. Vergleichen Sie die Standard-Reflow-Löttemperaturkurve und die tatsächliche Reflow-Löttemperaturkurve einer Leiterplatte im tatsächlichen Produktionsprozess, solange der tatsächliche Reflow-Löttemperaturbereich innerhalb des Standardtemperaturbereichs liegt, kann der Leistungsindex der montierten Komponenten erfüllt werden.