PCB Tecnico - Analisi SMT della tecnologia elettronica di montaggio superficiale

Negli ultimi anni, la nuova tecnologia elettronica di montaggio superficiale SMT (tecnologia di montaggio superficiale) ha sostituito la tradizionale tecnologia di inserimento a foro passante e ha dominato lo sviluppo di apparecchiature elettroniche. È riconosciuto come un cambiamento rivoluzionario nella tecnologia di assemblaggio elettronico. SMT mira a migliorare l'affidabilità e le prestazioni del prodotto e ridurre i costi. Essa apporterà cambiamenti significativi ai prodotti elettronici, sia nei prodotti elettronici di consumo che nei prodotti elettronici militari.

2 Introduzione alla tecnologia di montaggio superficiale e ai componenti PCB

La tecnologia di montaggio superficiale, nota anche come tecnologia di montaggio superficiale (SMT), è una tecnologia elettronica di assemblaggio che incolla direttamente i componenti assemblati in superficie alla posizione specificata del circuito stampato senza perforare i fori di inserimento sul circuito stampato e utilizza la saldatura per formare il collegamento meccanico ed elettrico tra i componenti e il circuito stampato.

I prodotti elettronici che richiedono montaggio superficiale sono generalmente composti da circuiti stampati e componenti di montaggio superficiale. La scheda metallica stampata (PWB) è un materiale multistrato monolaterale o bifacciale contenente linee e pad. I componenti per montaggio superficiale includono componenti per montaggio superficiale e dispositivi per montaggio superficiale. I componenti del montaggio superficiale si riferiscono a vari componenti passivi dello strato, quali resistenza, capacità, induttanza, ecc; I dispositivi di montaggio superficiale sono dispositivi elettronici confezionati, di solito riferiti a vari dispositivi attivi, come il piccolo pacchetto di contorno (SOP), il pacchetto di array della griglia della sfera (BGA), ecc Alcuni componenti non possono essere utilizzati in SMT, come alcuni connettori, trasformatori, condensatori di grandi dimensioni, ecc.

3 processo tecnologico di montaggio superficiale

Dingyi include due processi: e ausiliari. Il processo consiste di stampa, posizionamento del chip e saldatura a riflusso. La produzione di qualsiasi tipo di prodotto deve passare attraverso questi tre processi, e ogni parte è essenziale; Il processo ausiliario è composto principalmente dal processo di "erogazione" e dal processo di rilevamento automatico assistito ottico. Non è necessario, ma determinato in base alle caratteristiche del prodotto e alle esigenze dell'utente.

I circuiti stampati possono essere suddivisi in prodotti unilaterali e bifacciali. I prodotti elettronici possono anche essere suddivisi in prodotti monolaterali (i componenti devono essere attaccati a un lato del circuito stampato) e prodotti bifacciali (i componenti devono essere attaccati a entrambi i lati del circuito stampato). La figura 1 mostra il flusso del processo di montaggio superficiale dei prodotti monolaterali. La figura 2 mostra il flusso di processo di montaggio superficiale dei prodotti bifacciali.

Lo scopo del processo di stampa è quello di rendere la pasta di saldatura stampata accuratamente sul circuito stampato attraverso l'azione congiunta del modello e dell'attrezzatura di stampa. Gli elementi di processo coinvolti nel processo di stampa includono principalmente pasta di saldatura, modello e sistema di stampa. La pasta di saldatura è un materiale importante per collegare componenti con circuito stampato e realizzare il suo collegamento elettrico e meccanico. La pasta di saldatura è composta principalmente da lega e flusso. Nel processo di saldatura, svolgono i rispettivi ruoli per completare il lavoro di saldatura. Il modello viene utilizzato per stampare accuratamente la pasta di saldatura sul circuito stampato. Il metodo di produzione e il design di apertura del modello hanno un grande impatto sulla qualità di stampa. Il sistema di stampa si riferisce principalmente alle apparecchiature di stampa e ai parametri di stampa. La qualità delle attrezzature di stampa ha un grande impatto sulla precisione di stampa. La corrispondenza ragionevole tra l'accuratezza di stampa ripetuta delle apparecchiature di stampa e l'impostazione dei parametri di stampa è una garanzia importante per una stampa accurata. Ci sono molti parametri di stampa, ma i parametri chiave che influenzano l'effetto di stampa sono la velocità di stampa, la pressione del raschietto, la velocità di demoulding e la distanza di demoulding. Questi parametri chiave devono essere impostati e abbinati tra loro. Migliorare la qualità di stampa. La velocità di stampa è generalmente 12,7 ~ 203,2 mm / s, e i parametri specifici dipendono dalla pressione del raschietto e dalle proprietà fisiche della pasta di saldatura. Il processo SMT richiede che la pressione del raschietto di stampa sia 4.448 222 ~ 6.672 333 n.

Lo scopo del processo di patch è quello di garantire che tutte le parti siano incollate al circuito stampato accuratamente e rapidamente. Il processo di patch coinvolge principalmente la macchina patch e la sua capacità patch. La capacità di posizionamento della macchina di posizionamento è una garanzia importante per un posizionamento accurato. Le tecnologie chiave del montante includono: movimento, esecuzione e meccanismo di alimentazione ad alta velocità. Tecnologia di miniaturizzazione; Tecnologia di riconoscimento e illuminazione di visione a macchina ad alta velocità; Tecnologia intelligente di controllo ad alta velocità, alta precisione; Tecnologia multitasking di elaborazione parallela in tempo reale; L'attrezzatura apre la tecnologia flessibile di modulazione e la tecnologia di integrazione del sistema.

Il processo di saldatura a riflusso consiste nel realizzare il collegamento meccanico ed elettrico tra la superficie di saldatura o il perno dei componenti di montaggio superficiale e il pad PCB fondendo la pasta di saldatura pre distribuita sul pad PCB. La saldatura di riflusso può garantire l'effetto eccellente della saldatura. Gli elementi principali del processo di riflusso sono il forno di riflusso e la sua capacità di saldatura, che si riflette principalmente nel sistema di riscaldamento, nel sistema di raffreddamento, nel sistema di gestione del flusso e nel sistema di protezione del gas inerte del forno di riflusso. Il sistema di riscaldamento è relativo all'efficienza del riscaldamento, all'accuratezza del controllo della temperatura, all'uniformità della temperatura e alla stabilità; Le funzioni del sistema di raffreddamento sono: quando la temperatura di picco della saldatura a riflusso è alta, se non può essere raffreddata rapidamente, la temperatura del substrato fuori dal forno di saldatura a riflusso è troppo alta, che è facile causare flessione del substrato; Il raffreddamento rapido può raffinare la struttura e prevenire l'ispessimento dei composti intermetallici. Migliorare l'affidabilità. Il flusso volatilizzerà durante la saldatura a riflusso. Se non esiste un sistema ideale di gestione del flusso per rimuovere tempestivamente il flusso volatilizzato e filtrarlo per la circolazione, il flusso entrerà nell'area di raffreddamento con il flusso d'aria ad alta temperatura e condensa nel dissipatore di calore e nel forno, riduce l'effetto di raffreddamento e inquina l'attrezzatura e il substrato. Quando l'attività della pasta di saldatura abbinata al substrato non è abbastanza buona, o ci sono elementi di spaziatura ultra-fine e elementi complessi sul circuito stampato e il substrato deve passare attraverso il forno di riflusso per molte volte, considerare di riempire il forno di riflusso con gas inerte per ridurre l'opportunità di ossidazione e migliorare l'attività di saldatura. Il gas inerte comunemente utilizzato è l'azoto. La capacità di saldatura del forno a riflusso deve anche essere messa in gioco modificando il programma di controllo del forno a riflusso. Quando il circuito stampato che completa la patch passa attraverso il forno di riflusso, passa generalmente attraverso la fase di preriscaldamento, la fase di isolamento, la fase di riflusso e la fase di raffreddamento. Garantire la qualità della saldatura attraverso la procedura di controllo del forno di riflusso.

Il processo ausiliario viene utilizzato per assistere l'installazione regolare e prevenire attivamente il rilevamento e il post rilevamento. Il processo ausiliario è composto principalmente dal processo di "incollaggio del punto" e dal processo di rilevamento automatico ausiliario ottico. Il processo di "erogazione" consiste nel "puntare" la colla speciale alla parte inferiore o alla periferia dei componenti richiesti per proteggere correttamente i componenti, in modo da garantire che i componenti non cadano dopo ripetute saldature a riflusso; Ridurre l'impatto di stress sui componenti durante il montaggio; Proteggere i componenti da danni in ambienti di servizio complessi. Gli elementi di processo del processo di "erogazione" includono principalmente apparecchiature di "erogazione", colla speciale e impostazione dei parametri di "erogazione". È necessario selezionare ragionevolmente l'attrezzatura, la colla e le impostazioni dei parametri di progettazione per garantire l'effetto del processo. Il processo di rilevamento automatico assistito ottico comprende principalmente: in primo luogo, utilizzare attrezzature ottiche speciali per misurare l'uniformità di spessore e l'accuratezza di stampa della pasta di saldatura dopo la stampa, rilevare l'accuratezza della patch dopo patch e rilevare il circuito stampato difettoso prima della saldatura di riflusso e dare un allarme in tempo; In secondo luogo, dopo la saldatura a riflusso, utilizzare attrezzature ottiche speciali per rilevare il giunto di saldatura, rilevare il circuito stampato con difetti del giunto di saldatura e dare un allarme. L'attrezzatura di misura ottica speciale comprende principalmente l'attrezzatura di rilevamento della luce visibile e l'attrezzatura di rilevamento dei raggi X. Il primo è principalmente ispezione ottica automatica (AOI), e il secondo è principalmente apparecchiature a raggi X tridimensionali e a cinque dimensioni. Il primo viene utilizzato principalmente per rilevare giunti di saldatura visiva, mentre il secondo può rilevare giunti di saldatura di parti BGA non visive oltre ai giunti di saldatura visiva. Se utilizzare il processo ausiliario è determinato in base alle caratteristiche dei prodotti da montare.

4 principio e curva di temperatura della saldatura a riflusso

Il principio di saldatura a riflusso viene analizzato dalla curva della temperatura di saldatura a riflusso (Fig. 3): quando il PCB entra nell'area di preriscaldamento, il solvente e il gas della pasta di saldatura vengono evaporati e il flusso della pasta di saldatura inumidisce i cuscinetti, le estremità dei componenti e i perni. La pasta di saldatura ammorbidisce, collassa e copre le pastiglie, isolando le pastiglie e i perni dei componenti dall'ossigeno; Quando il PCB entra nell'area di isolamento, il PCB e i componenti sono completamente preriscaldati. Per impedire che PCB entri improvvisamente nell'area di saldatura a riflusso e danneggi PCB e componenti a causa del rapido aumento della temperatura; Quando il PCB entra nell'area di saldatura a riflusso, la temperatura aumenta rapidamente per far sì che la pasta di saldatura raggiunga lo stato di fusione e la saldatura liquida bagna, diffonde, diffonde o riflusso i pad PCB, le estremità dei componenti e i pin per formare contatti di saldatura; Il PCB entra nell'area di raffreddamento, il giunto di saldatura solidifica e l'intera saldatura a riflusso è completata.

Durante la saldatura a riflusso, la pasta di saldatura deve essere volatilizzata dal solvente. Il flusso rimuove l'ossido sulla superficie della saldatura, la pasta di saldatura si scioglie e scorre di nuovo, e la pasta di saldatura si raffredda e solidifica. Pertanto, nel processo di riflusso, la temperatura di saldatura è principalmente divisa in quattro zone di temperatura: zona di preriscaldamento, zona di isolamento, zona di riflusso e zona di raffreddamento. La zona di preriscaldamento è la temperatura ambiente a 120 gradi Celsius; L'area di isolamento è di 120 gradi Celsius ~ 170 gradi Celsius; La zona di reflusso è 170 gradi Celsius ~ 230 gradi Celsius e la temperatura è 210 gradi Celsius ~ 230 gradi Celsius; La zona di raffreddamento è ridotta da 210 gradi Celsius a circa 100 gradi Celsius.

La curva di temperatura è la chiave per garantire la qualità della saldatura. La pendenza di riscaldamento e la temperatura di picco della curva di temperatura effettiva e della curva di temperatura della pasta di saldatura devono essere sostanzialmente coerenti. Il tasso di riscaldamento prima di 160 gradi Celsius deve essere controllato a 1 grado Celsius / S ~ 2 gradi Celsius / s. se il tasso di riscaldamento è troppo veloce, da un lato, i componenti e PCB saranno riscaldati troppo velocemente, il che è facile danneggiare i componenti e causare deformazione PCB; D'altra parte, il solvente nella pasta di saldatura volatilizza troppo velocemente. È facile rovesciare componenti metallici e produrre sfere di saldatura. La temperatura di picco è generalmente impostata per essere 20 gradi Celsius ~ 40 gradi Celsius superiore alla temperatura di fusione della pasta di saldatura (per esempio, il punto di fusione della pasta di saldatura Sn63 / Pb37 è 183 gradi Celsius e la temperatura di picco dovrebbe essere impostata a 205 gradi Celsius ~ 230 gradi Celsius), e il tempo di flusso di ritorno (RE) è di 10 ~ 60 s. bassa temperatura di picco o breve tempo di flusso di ritorno (RE) porterà a saldatura insufficiente e non fusione della pasta di saldatura nei casi gravi; La temperatura di picco troppo alta o il tempo di ritorno lungo (RE) causeranno l'ossidazione della polvere di metallo, influenzeranno la qualità della saldatura e persino danneggiano componenti e PCB.

Base per impostare la curva della temperatura di saldatura di riflusso: la curva della temperatura della pasta di saldatura utilizzata, secondo il materiale, lo spessore, la scheda multistrato e la dimensione del PCB; Densità e dimensione dei componenti trasportati sul bordo di montaggio superficiale, e se ci sono BGA, CSP e altri componenti speciali; Condizioni specifiche dell'apparecchiatura, come la lunghezza della zona di riscaldamento, il materiale della fonte di riscaldamento, la struttura del forno a riflusso e la modalità di conduzione del calore.

Nella produzione effettiva di un certo tipo di cartone stampato, le aree di temperatura impostate a causa dell'apparecchiatura sono: area di riscaldamento, area di isolamento, area di riscaldamento rapido e area di riflusso. La pasta di saldatura è pasta di saldatura sn63pb37 con un punto di fusione di 183 gradi Celsius. Un certo forno di saldatura a riflusso è utilizzato per la saldatura. Ogni componente della scheda stampata deve essere progettato con parametri di saldatura appropriati per ottenere una curva di temperatura per ogni scheda stampata. La figura 4 mostra la curva standard della temperatura di saldatura di riflusso e la figura 5 mostra la curva effettiva della temperatura di saldatura di riflusso di un bordo stampato.

Questo è un forno di saldatura di riflusso in 9 zone di temperatura. Ci sono 3 punti di prova per la prova di temperatura effettiva, di cui la figura 5 è la curva di temperatura effettiva. L'impostazione dei parametri della zona di temperatura deve soddisfare i seguenti requisiti: 1) zona di aumento della temperatura: il tasso di aumento della temperatura dalla temperatura ambiente a 100 gradi Celsius non deve superare 2 gradi Celsius / S; 2) area di isolamento: da 100 gradi Celsius ~ 150 gradi Celsius per 70 ~ 120 s; 3) Zona di riscaldamento rapido: il tempo di tenuta da 150 gradi Celsius ~ 183 gradi Celsius non deve superare 30s e il tasso di riscaldamento deve essere 2 ~ 3 gradi Celsius / s: 4) zona di riflusso: la temperatura è 205 gradi Celsius ~ 230 gradi Celsius, e il tempo sopra il liquido è 40 ~ 60 s; 5) Zona di raffreddamento: il tasso di raffreddamento è di 2 ~ 4 gradi Celsius/s. Confrontando le curve teoriche ed effettive della temperatura PCB nella figura 4 e nella figura 5, l'area effettiva della temperatura di riflusso è all'interno della gamma di temperatura standard, Quindi si conclude che la saldatura dei dispositivi montati in superficie sul PCB soddisfa i requisiti e garantisce le prestazioni elettriche dei dispositivi montati in superficie sul PCB. Attenzione particolare: il forno a riflusso deve essere testato ogni settimana. Confrontare la curva della temperatura di prova con la curva della temperatura standard per determinare se sono completamente coerenti. I principali parametri di controllo includono: tasso di riscaldamento nella zona di riscaldamento, tempo di tenuta nella zona di tenuta, tasso di riscaldamento nella zona di riscaldamento rapido e nella zona di riflusso, temperatura di picco, tempo sopra il liquido, tasso di raffreddamento nella zona di raffreddamento e se c'è fluttuazione anormale nella curva.

5 Conclusione

La tecnologia di montaggio superficiale penetra in vari campi, che possono influenzare direttamente il livello di saldatura dei prodotti elettronici, così come le prestazioni e la qualità dei prodotti elettronici. Questo articolo descrive l'intero processo della tecnologia di montaggio superficiale ed espone il principio e la curva di temperatura della saldatura a riflusso nel processo di saldatura. Confrontando la curva standard della temperatura di saldatura di riflusso e la curva effettiva della temperatura di saldatura di riflusso di un cartone stampato nel processo di produzione effettivo, fintanto che l'area effettiva della temperatura di saldatura di riflusso è all'interno della gamma di temperatura standard, l'indice di prestazione dei componenti montati può essere soddisfatto.