Technologie PCB - Analyse SMT de la technologie électronique de montage en surface

Au cours des dernières années, la nouvelle technologie électronique de montage en surface SMT (Surface Mount Technology) a remplacé la technologie traditionnelle d'insertion via et a dominé le développement de l'électronique. Il est considéré comme un changement révolutionnaire dans la technologie d'assemblage électronique. SMT vise à améliorer la fiabilité et les performances des produits et à réduire les coûts. Il apportera des changements majeurs dans l'électronique, qu'il s'agisse de l'électronique grand public ou de l'électronique militaire.

2 Introduction à la technologie de montage en surface et aux composants PCB

La technologie de montage en surface, également connue sous le nom de technologie de montage en surface (SMT), est une technologie d'assemblage électronique qui colle des éléments assemblés en surface directement à un emplacement spécifié de la carte de circuit imprimé sans avoir à percer des trous dans la carte de circuit imprimé et à utiliser des soudures pour créer des connexions mécaniques et électriques entre les éléments et la carte de circuit imprimé.

Les produits électroniques nécessitant un montage en surface sont généralement constitués d'une carte de circuit imprimé et d'un ensemble monté en surface. Le panneau de ligne imprimé (pwb) est un matériau multicouche simple ou double face contenant des lignes et des plots. Les composants montés en surface comprennent les composants montés en surface et les équipements montés en surface. Par éléments montés en surface, on entend divers éléments passifs en forme de lame tels que des résistances, des capacités, des inductances, etc.; Les dispositifs montés en surface sont des dispositifs électroniques encapsulés qui se réfèrent généralement à une variété de dispositifs actifs tels que les boîtiers à petit profil (SOP), les boîtiers à grille sphérique (BGA), etc. certains éléments ne peuvent pas être utilisés pour les SMT, tels que certains connecteurs, transformateurs, grands condensateurs, etc.

3 processus technique de montage en surface

L'assemblage de surface I comprend deux processus: et auxiliaire. Ce processus comprend l'impression, le placement de puces et le soudage par refusion. La production de tout type de produit doit passer par ces trois processus, chaque partie étant essentielle; Le processus auxiliaire se compose principalement d'un processus de « distribution» et d'un processus de détection automatique assisté optiquement. Ce n'est pas obligatoire, mais déterminé en fonction des caractéristiques du produit et des besoins de l'utilisateur.

Les cartes de circuit imprimé peuvent être divisées en produits à un côté et en produits à deux côtés. Les produits électroniques peuvent également être divisés en produits à une face (les composants doivent être fixés sur un côté de la carte de circuit imprimé) et en produits à deux faces (les composants doivent être fixés sur les deux côtés de la carte de circuit imprimé). La figure 1 montre le processus de montage en surface d'un produit simple face. La figure 2 montre le processus de montage en surface d'un produit double face.

Le but du processus d'impression est de faire imprimer avec précision la pâte à souder sur la carte de circuit imprimé grâce à l'action combinée du gabarit et de l'équipement d'impression. Les éléments de processus impliqués dans le processus d'impression comprennent principalement la pâte à souder, le coffrage et le système d'impression. La pâte à souder est un matériau important pour connecter un élément à une carte de circuit imprimé et réaliser ses connexions électriques et mécaniques. La pâte à souder est principalement composée d'alliages et de flux. Pendant le processus de soudage, ils jouent leurs rôles respectifs pour effectuer le travail de soudage. Ce modèle est utilisé pour imprimer avec précision la pâte à souder sur une carte de circuit imprimé. La méthode de fabrication du modèle et la conception de l'ouverture ont une grande influence sur la qualité de l'impression. Le système d'impression se réfère principalement à l'équipement d'impression et aux paramètres d'impression. La qualité de l'équipement d'impression a une grande influence sur la précision de l'impression. Une correspondance raisonnable entre la précision d'impression répétée de l'équipement d'impression et le réglage des paramètres d'impression est une garantie importante d'impression précise. Il existe de nombreux paramètres d'impression, mais les paramètres clés qui affectent l'effet d'impression sont la vitesse d'impression, la pression de raclage, la vitesse de démoulage et la distance de démoulage. Ces paramètres clés doivent être définis et adaptés les uns aux autres. Améliorer la qualité d'impression. La vitesse d'impression est généralement de 12,7 ~ 203,2 mm / s, les paramètres spécifiques dépendent de la pression de raclage et des propriétés physiques de la pâte à souder. Le processus SMT nécessite une pression de racle d'impression de 4448 222 ~ 6672 333 n.

Le but du processus de patch est de s'assurer que toutes les pièces sont collées avec précision et rapidité sur la carte de circuit imprimé. Le processus de patch concerne principalement la machine à patch et ses capacités de patch. La capacité de placer la machine est une garantie importante pour un placement précis. Les technologies clés de la machine à patch comprennent: Mouvement, exécution et mécanisme d'alimentation à grande vitesse. Techniques de miniaturisation; Identification visuelle de machine à grande vitesse et technologie d'éclairage; Technologie de contrôle intelligente à haute vitesse et haute précision; Traitement parallèle des technologies multitâches en temps réel; Équipement technologie modulaire flexible ouverte et technologie d'intégration de systèmes.

Le procédé de soudage par reflux consiste à réaliser la connexion mécanique et électrique entre la surface de soudage ou les broches d'un élément monté en surface et les plots de PCB par fusion d'une pâte à souder préalablement répartie sur les plots de PCB. Le soudage à reflux peut garantir un bon effet de soudage. Les principaux éléments du processus de soudage par refusion sont le four à refusion et sa capacité de soudage, principalement représentée par le système de chauffage du four à refusion, le système de refroidissement, le système de gestion du flux et le système de protection contre les gaz inertes. Le système de chauffage est lié à l'efficacité du chauffage, à la précision du contrôle de la température, à l'uniformité de la température et à la stabilité; La fonction du système de refroidissement est la suivante: lorsque la température de pointe du soudage à reflux est élevée, si elle ne peut pas être refroidie rapidement, la température du substrat à l'extérieur du four de soudage à reflux est trop élevée et peut facilement provoquer la flexion du substrat; Un refroidissement rapide affine la structure et empêche l'épaississement des composés intermétalliques. Améliorer la fiabilité. Le flux se volatilise lors du soudage à reflux. S'il n'y a pas de système de gestion de flux idéal pour éliminer le flux volatil à temps et le filtrer, le flux peut entrer dans la zone de refroidissement avec le flux d'air à haute température, se condenser dans les radiateurs et les fours, réduire l'effet de refroidissement et contaminer l'équipement et les substrats. Lorsque l'activité de la pâte à braser adaptée au substrat n'est pas assez bonne, ou lorsque des éléments à pas ultra - fin et des éléments complexes sont présents sur la carte, le substrat devant traverser plusieurs fois le four de reflux, on considère que le remplissage du four de reflux avec un gaz inerte permet de réduire les risques d'oxydation et d'améliorer l'activité de soudage. Le gaz inerte généralement utilisé est l'azote. Il est également nécessaire de jouer sur la capacité de soudage du four de reflux en éditant le programme de commande du four de reflux. Lorsque la carte de circuit imprimé qui termine le patch passe par le four de reflux, il est généralement nécessaire de passer par la phase de préchauffage, la phase d'isolation, la phase de reflux et la phase de refroidissement. La qualité de la soudure est assurée par un programme de contrôle du four à reflux.

Les processus auxiliaires sont utilisés pour aider à une installation en douceur et prévenir activement la détection et la détection ultérieure. Le processus auxiliaire se compose principalement d'un processus de « point de colle» et d'un processus de détection automatique assisté optiquement. Le procédé de "distribution" consiste à "pointer" une colle spéciale sur la partie inférieure ou périphérique de la pièce désirée, en protégeant correctement la pièce pour s'assurer qu'elle ne tombe pas après des soudures répétées à reflux; Réduire l'impact des contraintes sur les composants lors de l'installation; Protège les composants contre les dommages dans un environnement de service complexe. Les éléments de processus du processus de « distribution» comprennent principalement l '« équipement de distribution», la colle spéciale et le « réglage des paramètres de distribution». Il est nécessaire de choisir rationnellement l'équipement, la colle et les paramètres de conception pour assurer l'effet du processus. Le processus de détection automatique assisté optiquement consiste principalement à: Tout d'abord, mesurer l'uniformité d'épaisseur et la précision d'impression de la pâte à souder après l'impression à l'aide d'un équipement optique spécial, détecter la précision d'un patch après l'autre et détecter les cartes défectueuses et alerter à temps avant le soudage à reflux; Deuxièmement, après le soudage à reflux, utilisez un équipement optique spécial pour détecter les points de soudure, détecter la carte avec des défauts de points de soudure et alarmer. L'équipement de mesure optique spécial comprend principalement un équipement de détection de la lumière visible et un équipement de détection des rayons X. Les premiers sont principalement des inspections optiques automatisées (AOI) et les seconds sont principalement des appareils à rayons X tridimensionnels et pentadimensionnels. Le premier est principalement utilisé pour détecter les points de soudure visuels, tandis que le second, en plus de pouvoir détecter les points de soudure visuels, peut également détecter les points de soudure de pièces BGA non visuelles. L'utilisation ou non d'un procédé auxiliaire est déterminée en fonction des caractéristiques du produit à installer.

4 principe de soudage par retour et courbe de température

Analyse du principe de soudage par reflux à partir de la courbe de température de soudage par reflux (Figure 3): lorsque le PCB entre dans la zone de préchauffage, le solvant et le gaz de la pâte à souder s'évaporent et le flux de pâte à souder mouille les Plots, les extrémités des éléments et les broches. La pâte à souder adoucit, s'effondre et recouvre les Plots, isolant les Plots et les broches du composant de l'oxygène; Lorsque la carte de circuit imprimé pénètre dans la zone isolante, la carte de circuit imprimé et les composants sont suffisamment préchauffés. Empêcher le PCB d'entrer soudainement dans la zone de soudure à reflux et d'endommager le PCB et les composants en raison d'une augmentation rapide de la température; Lorsque le PCB entre dans la zone de soudure de retour, la température augmente rapidement, de sorte que la pâte à souder atteint l'état fondu, la soudure liquide mouille, diffuse, diffuse ou retourne les plots de PCB, les extrémités des éléments et les broches, formant des contacts de soudure; Le PCB entre dans la zone de refroidissement, le point de soudure se solidifie et la soudure à reflux complète.

Lors du soudage à reflux, la pâte à souder doit être volatilisée par le solvant. Le flux élimine les oxydes de la surface de la soudure, la pâte à souder fond et coule à nouveau, la pâte à souder refroidit et se solidifie. Ainsi, lors du soudage par reflux, la température de soudage est principalement divisée en quatre zones de température: une zone de préchauffage, une zone d'isolation, une zone de reflux et une zone de refroidissement. La zone de préchauffage est de la température ambiante à 120 degrés Celsius; La zone d'isolation est de 120 ° C ~ 170 ° C; La zone de reflux est de 170 ° C ~ 230 ° C et la température de 210 ° C ~ 250 ° C; La zone de refroidissement a été réduite de 210 degrés Celsius à environ 100 degrés Celsius.

La courbe de température est la clé pour garantir la qualité du soudage. La pente de chauffage et la température de crête de la courbe de température réelle et de la courbe de température de la pâte à souder doivent être sensiblement cohérentes. La vitesse de chauffage avant 160 degrés Celsius doit être contrôlée à 1 degré Celsius / S ~ 2 degrés Celsius / S. si la vitesse de chauffage est trop rapide, d'une part, l'élément et le PCB chaufferont trop rapidement, facilement endommager l'élément et provoquer la déformation du PCB; D'autre part, le solvant dans la pâte à souder se volatilise trop rapidement. Les pièces métalliques débordent facilement et créent des billes de soudure. La température de pointe est généralement fixée à 20 ° C ~ 40 ° C au - dessus de la température de fusion de la pâte à souder (par exemple, le point de fusion de la pâte à souder sn63 / pb37 est de 183 ° C, la température de pointe doit être réglée à 205 ° C ~ 230 ° c), Le temps de reflux est de 10 ~ 60s, la température de pointe est basse ou le temps de reflux est court, dans les cas graves, cela entraînera une soudure insuffisante de la pâte à souder et ne fondra pas; Une température de pointe trop élevée ou un temps de retour (re) trop long peut entraîner une oxydation de la poudre métallique, affecter la qualité de la soudure et même endommager les composants et les PCB.

Base pour définir la courbe de température de soudage à reflux: courbe de température de la pâte à souder utilisée en fonction du matériau, de l'épaisseur, de la plaque multicouche et de la taille du PCB; La densité et les dimensions des composants portés sur la plaque d'assemblage en surface et la présence ou l'absence de BGA, CSP et autres composants spéciaux; Les conditions spécifiques de l'appareil, telles que la longueur de la zone de chauffage, le matériau de la source de chauffage, la structure du four de retour et le mode de conduction thermique.

Dans la production réelle d'un certain type de plaque d'impression, les zones de température définies en raison de l'équipement sont: zone de chauffage, zone d'isolation, zone de chauffage rapide et zone de reflux. La pâte à souder est une pâte à souder sn63pb37 avec un point de fusion de 183 degrés Celsius. Le soudage utilise une sorte de four de soudage à reflux. Chaque composant de plaque imprimée doit être conçu avec des paramètres de soudage appropriés pour obtenir une courbe de température pour chaque plaque imprimée. La figure 4 montre la courbe de température de soudage par reflux standard et la figure 5 montre la température réelle de soudage par reflux de la plaque d'impression.

Il s'agit d'un four de soudage à reflux dans 9 zones de température. Le test de température réelle comporte 3 points de test au total, la figure 5 étant la courbe de température réelle. Le réglage des paramètres de la zone de température doit répondre aux exigences suivantes: 1) Zone de montée en température: la vitesse de montée en température de la température ambiante à 100 degrés Celsius ne doit pas dépasser 2 degrés Celsius / s; 2) zone d'isolation: de 100 ° C à 150 ° C pendant 70 ~ 120 secondes; 3) Zone de chauffage rapide: 150 ° C ~ 183 ° C temps d'isolation ne dépasse pas 30s, le taux de chauffage est de 2 ~ 3 ° C / S: 4) Zone de reflux: la température est de 205 ° C ~ 230 ° C, le temps au - dessus de la liquidus est de 40 ~ 60s; 5) Zone de refroidissement: la vitesse de refroidissement est de 2 ~ 4 degrés Celsius / S. en comparant les courbes de température théoriques et réelles de PCB dans les figures 4 et 5, la zone de température de reflux réelle est dans la plage de température standard, Il a donc été conclu que la soudure du dispositif monté en surface sur le PCB était conforme aux exigences et assurait les propriétés électriques du dispositif monté en surface. Remarque spéciale: les fours de soudage par refusion doivent être testés une fois par semaine. Les courbes de température testées sont comparées aux courbes de température standard pour déterminer si elles sont parfaitement cohérentes. Les principaux paramètres de contrôle sont: la vitesse de chauffage de la zone de chauffage, le temps de rétention de la zone d'isolation, la vitesse de chauffage de la zone de chauffage rapide et de la zone de reflux, la température de pointe, le temps au - dessus de la liquidus, la vitesse de refroidissement de la zone de refroidissement et s'il y a des fluctuations anormales de la courbe.

5 Conclusion

La technologie de montage en surface imprègne divers domaines et affecte directement le niveau de soudage des produits électroniques, ainsi que leurs performances et leur qualité. Cet article présente l'ensemble du processus de la technologie de montage en surface, expose le principe et la courbe de température du soudage par reflux dans le processus de soudage. La comparaison de la courbe de température de soudage par reflux standard de la plaque d'impression dans le processus de production réel avec la courbe de température de soudage par reflux réelle permet de répondre aux indicateurs de performance des composants installés tant que la zone de température du soudage par reflux réel se situe dans la plage de température standard.