Leiterplattentechnisch - Leiterplattenkomponente THR Durchgangslöttechnologie

Neben dem Skaleneffekt der automatisierten Produktion hat SMT auch die folgenden technischen Vorteile: Komponenten können auf beiden Seiten der Leiterplatte montiert werden, um eine hochdichte Montage zu erreichen; Selbst kleinste Baugrößen können präzise montiert werden, so dass Leiterplattenkomponenten in hoher Qualität hergestellt werden können.

In einigen Fällen nehmen diese Vorteile jedoch ab, wenn die Haftung von Bauteilen auf der Leiterplatte abnimmt. Betrachten wir das Beispiel in Abbildung 1. SMT-Komponenten zeichnen sich durch kompakte Bauweise und einfache Montage aus. Sie unterscheiden sich erheblich von Durchgangssteckverbindern in Größe und Montageform.

Die Leiterplatte besteht aus SMT-Komponenten (links) und einem Dali-Steckverbinder (rechts)

Steckverbinder für die Feldverdrahtung im industriellen Bereich sind in der Regel Hochleistungskomponenten. Es kann die Anforderungen der Übertragung von Hochspannung und großem Strom erfüllen. Daher muss bei der Auslegung ein ausreichender elektrischer Abstand und Kriechabstand berücksichtigt werden. Diese Faktoren beeinflussen letztlich die Größe des Bauteils.

Darüber hinaus sind der Bedienkomfort und die mechanische Festigkeit des Steckverbinders auch sehr wichtige Faktoren. Der Stecker ist in der Regel die "Schnittstelle" für die Kommunikation zwischen dem PCB-Motherboard und den "externen Komponenten", so dass es manchmal erhebliche externe Kräfte treffen kann. Bauteile, die mittels Durchgangslochtechnik montiert werden, sind wesentlich zuverlässiger als entsprechende SMT-Komponenten. Ob starkes Ziehen, Drücken oder Wärmeschock, es kann widerstehen, und es ist nicht einfach, die Leiterplatte zu verlassen.

Aus Kostengründen machen SMT-Komponenten auf den meisten Leiterplatten etwa 80% und Produktionskosten nur 60%aus. Durchgangsbohrkomponenten betragen etwa 20%, die Produktionskosten betragen jedoch 40%, wie in Abbildung 2 dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Produktionskosten von Durchgangslochkomponenten relativ hoch sind. Für viele produzierende Unternehmen ist es eine der zukünftigen Herausforderungen, Leiterplatten mit reiner SMT-Technologie zu entwickeln.

Leiterplatte mit Durchgangslochteilen und SMT-Komponenten

Entsprechend den Produktionskosten und den Auswirkungen auf die Leiterplatte sind die bestehenden Prozesse wie SMT-Wellenlöten und SMT-Druckpresse in der Technologie (Press-in) nicht vollständig zufriedenstellend, da der bestehende SMT-Prozess eine Sekundärverarbeitung erfordert und nicht auf einmal Montage abgeschlossen werden kann.

Dies stellt folgende Anforderungen an Bauteile, die die Durchgangslochtechnologie nutzen: Durchgangs- und Patchkomponenten sollten die gleiche Zeit, Ausrüstung und Methoden verwenden, um die Montage abzuschließen.

So integrieren Sie THR in SMT

Die Technologie, die gemäß den oben genannten Anforderungen entwickelt wird, wird Through-Hole Reflow (THR), auch "Pin Inpaste (PIP)" Prozess genannt, der Prozess der Through-Hole Reflow Löttechnologie

Das Verfahren "Blei-Tauchlötpaste" wendet einen typischen SMT-Produktionsprozess auf Leiterplatten mit überzogenen Durchgangslöchern an und hat zufriedenstellende Ergebnisse erzielt. Bei diesem Verfahren müssen jedoch die relevanten Parameter entsprechend der tatsächlich verwendeten Komponenten und den spezifischen Bedingungen im Verarbeitungsprozess angepasst werden.

Die Eigenschaften, die die Verbindungskomponenten, die den THR-Prozess übernehmen können, erfüllen sollten

Schritte zum Abschluss des THR-Prozesses

1. Bestätigen Sie, ob der Durchgangslochverbinder THR-Prozess annehmen kann

"True" THR-Steckverbinder-Komponenten sollten die Eigenschaften erfüllen.

2. PCB-Design muss sich an neue Prozessbedingungen anpassen

1) Blende

Es gibt zwei Prinzipien der Öffnungsauswahl: Einerseits sollte sichergestellt werden, dass das Lot leicht in das Lötloch zurückfließt (Kapillarprinzip), andererseits sollte es auch die Zuverlässigkeit der Montage (Komponententoleranz) und die Wahl der Öffnung gewährleisten

2) Das Design des Padrings

Die empfohlene Pad Ringbreite beträgt 0,5mm, wie in Abbildung 6 gezeigt, was die Auswertung des gebildeten Lötstellenmeniskus erleichtert. Wenn ein größerer Abstand und Kriechabstand verwendet werden, entsprechend dem obigen Prozess, ist die Breite des Padrings nur 0,2mm.

3. Das Aussehen von hochwertigen Lötstellen

THR ist ein unabhängiges Schweißverfahren, und die Qualität der Lötstellen kann gemäß dem IPC-A-610C Standard geprüft werden. Vergleicht man die durch Wellenlöten gebildeten Lötstellen mit den THR-Lötstellen nach traditioneller Norm, scheinen die THR-Lötstellen "im Zinn unzureichend" zu sein und haben nur einen kleinen Meniskus. Dieses Phänomen ist ein Merkmal des THR-Schweißprozesses, und die Qualitätssicherung sollte in der Regel feststellen, ob es die Schweißanforderungen erfüllt.

Pad Ring Design

4. Verwenden Sie Schablonendesign passend für THR-Prozess und Druck auf Lötpaste

Die Dicke der Standardschablone beträgt 150～120μm, und es besteht normalerweise keine Notwendigkeit, übermäßigen Beschichtungsdruck anzuwenden.

ds=di+2R-0.1 (di ist die Blende, R die Breite des Padrings)

Diese Formel garantiert den richtigen Kontakt zwischen dem Pad Ring und der Schablone, und der Druck auf die Lötpaste ist ausreichend, ohne die Anzahl der Reinigung der Schablone zu erhöhen.

Die Eigenschaften der Lotpaste erfordern die folgenden Punkte: Während des Beschichtungsprozesses sollte sie eine gute Fließfähigkeit, gute Benetzbarkeit und gute Haftung im Loch und bei der Installation der Stifte haben.

Die Eigenschaften von THR Lötpastenbeschichtungsdruck

Die Produkte der meisten Lotpastenhersteller können diesem Prozess gerecht werden, die Grundregel lautet immer noch: SMT-Komponenten bestimmen das Prozessfenster-THR-Verfahren muss auch darauf angepasst werden.

5. Tragen Sie genügend Lotpaste auf die PCB-Pads auf

Der ideale THR-Lotpastenbeschichtdruck weist die in Abbildung 7 gezeigten Eigenschaften auf. Die Menge an Lotpaste, die auf jedem Pad aufgetragen wird, muss doppelt so groß sein wie das Volumen des entsprechenden Lötlochs.

Die erforderliche Menge an Lotpaste muss in Form von "Tröpfchen" unter der Leiterplatte sein. Die Menge der gefüllten Lotpaste kann durch Einstellen der Druckgeschwindigkeit und des Rakelwinkels erhalten werden. Beispielsweise kann durch Änderung des Winkels der Rakel mehr Druck auf die Lötpaste ausgeübt werden, wie in Abbildung 8 gezeigt (vorausgesetzt, die Geschwindigkeit ist konstant).

Den Winkel des Abstreifers ändern

Ein weiteres Verfahren ist das geschlossene Beschichtungsverfahren. Das versiegelte Lotpastenbeschichtungssystem kann direkt Druck auf die Lotpaste ausüben. Durch Anpassen des Drucks, der darauf ausgeübt wird, um die erforderliche Menge an aufgetragener Lotpaste zu erhalten,

Geschlossenes Beschichtungsverfahren

Beide Methoden können gute Ergebnisse in der Produktionspraxis erzielen. Aufgrund der unterschiedlichen Produktionsbedingungen kann jedoch gelegentlich zu wenig Lotpaste aufgetragen werden. In diesem Fall können die folgenden Verbesserungsmaßnahmen ausgewählt werden: Die Dicke der verwendeten Schablone ist der maximal zulässige Wert, die Lötpaste wird wiederholt aufgetragen, die Menge der Lötpaste wird lokal erhöht, die Lötpaste wird auf beiden Seiten aufgetragen (doppelseitiges Reflow-Löten), und die Beschichtung wird erhöht. Verwenden Sie kleinere Toleranzen (Prozessstandards geben in der Regel den Toleranzbereich an).

6Wählen Sie die optimale Verpackungsform

"Tape Packaging" ist in der SMT-Verarbeitung weit verbreitet. Auch THR-Prozessverbinder verwenden diese Standardverpackungsform. Die Breite des Geflechtes liegt in der Regel zwischen 32mm und 88mm.

THR-Produkte eignen sich für die meisten Standard-Feeder. Für einige Komponenten, insbesondere vertikale Komponenten, ist es jedoch notwendig, den Radius des Feeders zu überprüfen, das heißt, um zu überprüfen, ob er an den Zu- und Austragspunkten geeignet ist.

Viele Maschinen haben auch die Funktion, Waffelbehälter oder Rohrverpackungskomponenten zu verarbeiten, die verschiedene Anforderungen erfüllen können, einschließlich dedizierter oder "unvollendeter" Komponenten.

7. Überprüfen Sie den Schweißzustand entsprechend dem Standard IPC-A-610C

Der THR Stecker kann nach dem IPC-A-610C Standard getestet werden. Solange die Stifte hervorstehende Teile auf der Leiterplatte haben, können die Lötstellen auf der Lötfläche ausgewertet werden.

Wie man die Produktionskosten durch THR-Verfahren senkt

Ein zentrales Thema, das den Einsatz von THR-Technologie beeinflusst, ist die Balance zwischen Produktionskosten (niedrig) und Komponentenkosten (hoch). Der Grund, warum THR-Steckverbinder teurer sind als Standardkomponenten, liegt in höheren Material- und Verpackungskosten.

Die mögliche Kostensenkung hängt vom Produktionsprozess ab. Die Einflussfaktoren sind: der Automatisierungsgrad der Produktion, Auftragsvolumen, ob andere Durchgangskomponenten ausgetauscht werden können, die Notwendigkeit, neue Produkte zu entwerfen oder bestehende Produkte neu zu gestalten.

Nicht alle Hersteller empfehlen den Einsatz von THR-Prozesssteckern. Aber wenn alle Komponenten außer Ihrem PCB-Stecker den SMT-Prozess implementiert haben, dann sind Produkte mit THR-Technologie zweifellos Ihre beste Wahl.