Podroben postopek izdelave PCBA (vključno s celotnim postopkom DIP), pridite in si oglejte!
"Postopek valovnega spajkanja"
Valovno spajkanje je običajno postopek varjenja vtičnih naprav. Gre za postopek, pri katerem staljena tekoča spajka s pomočjo črpalke oblikuje specifično obliko spajkalnega vala na površini tekočine v spajkalnem rezervoarju, tiskano vezje vstavljene komponente pa prehaja skozi vrh spajkalnega vala pod določenim kotom in določeno globino potopitve na prenosni verigi, da se doseže varjenje spajkanega spoja, kot je prikazano na spodnji sliki.
Splošni postopek je naslednji: vstavljanje naprave -- nalaganje tiskanega vezja -- valovno spajkanje -- razkladanje tiskanega vezja -- obrezovanje DIP-pinov -- čiščenje, kot je prikazano na spodnji sliki.
1. Tehnologija vstavljanja THC
1. Oblikovanje komponentnih zatičev
DIP naprave je treba pred vstavitvijo oblikovati
(1) Ročno obdelano oblikovanje komponent: Upognjen zatič je mogoče oblikovati s pinceto ali majhnim izvijačem, kot je prikazano na spodnji sliki.
(2) Strojna obdelava oblikovanja komponent: strojno oblikovanje komponent se izvede s posebnim oblikovalnim strojem, katerega princip delovanja je, da podajalnik uporablja vibracijsko podajanje materialov (na primer vtičnih tranzistorjev) z delilnikom za določitev položaja tranzistorja. Prvi korak je upogibanje nožic na obeh straneh, levo in desno; drugi korak je upogibanje srednjega nožice nazaj ali naprej, da se oblikuje. Kot je prikazano na naslednji sliki.
2. Vstavite komponente
Tehnologija vstavljanja skozi luknjo je razdeljena na ročno vstavljanje in avtomatsko vstavljanje mehanske opreme
(1) Pri ročnem vstavljanju in varjenju je treba najprej vstaviti tiste komponente, ki jih je treba mehansko pritrditi, kot so hladilna stojala, nosilci, sponke itd. napajalne naprave, nato pa vstaviti komponente, ki jih je treba variti in pritrditi. Med vstavljanjem se ne dotikajte neposredno zatičev komponent in bakrene folije na tiskalni plošči.
(2) Mehansko avtomatsko vstavljanje (imenovano AI) je najnaprednejša avtomatizirana proizvodna tehnologija pri vgradnji sodobnih elektronskih izdelkov. Pri vgradnji avtomatske mehanske opreme je treba najprej vstaviti komponente z nižjo višino in nato komponente z višjo višino. V končno namestitev je treba vgraditi dragocene ključne komponente. Namestitev stojala za odvajanje toplote, nosilca, sponke itd. mora biti čim bližje postopku varjenja. Zaporedje montaže komponent tiskanega vezja je prikazano na naslednji sliki.
3. Valovno spajkanje
(1) Načelo delovanja valovnega spajkanja
Valovno spajkanje je vrsta tehnologije, ki s pomočjo črpalnega tlaka oblikuje specifično obliko spajkalnega vala na površini staljene tekoče spajke in oblikuje spajkalno mesto na območju varjenja zatičev, ko vstavljena komponenta s komponento prehaja skozi spajkalni val pod fiksnim kotom. Komponenta se najprej predgreje v območju predgrevanja varilnega stroja med postopkom prenosa z verižnim transporterjem (predgretje komponente in dosežena temperatura sta še vedno nadzorovani z vnaprej določeno temperaturno krivuljo). Pri dejanskem varjenju je običajno treba nadzorovati temperaturo predgrevanja površine komponente, zato imajo številne naprave dodane ustrezne naprave za zaznavanje temperature (kot so infrardeči detektorji). Po predgrevanju gre sklop v svinčeni utor za varjenje. Pločevinasta posoda vsebuje staljeno tekočo spajko, šoba na dnu jeklene posode pa brizga fiksno oblikovan greben vala staljene spajke, tako da se varilna površina komponente, ko prehaja skozi val, segreje s spajkalnim valom, spajkalni val pa tudi navlaži varilno območje in se razširi, da ga napolni, s čimer se končno doseže postopek varjenja. Njegovo načelo delovanja je prikazano na spodnji sliki.
Valovno spajkanje uporablja princip konvekcijskega prenosa toplote za segrevanje varilnega območja. Val staljene spajke deluje kot vir toplote, ki po eni strani teče in obliva varilno območje pinov, po drugi strani pa ima tudi vlogo prevodnosti toplote, zaradi česar se varilno območje pinov segreje. Da se zagotovi segrevanje varilnega območja, ima spajkalni val običajno določeno širino, tako da se ob prehodu varilne površine komponente skozi val zadostno segreje, omoči itd. Pri tradicionalnem valovnem spajkanju se običajno uporablja enojni val, ki je relativno raven. Pri uporabi svinčenega spajka se trenutno uporablja dvojni val. Kot je prikazano na naslednji sliki.
Zatič komponente omogoča, da se spajka v trdnem stanju potopi v metalizirano skoznjo luknjo. Ko se zatič dotakne vala spajke, se tekoča spajka s pomočjo površinske napetosti vzpenja po zatiču in steni luknje. Kapilarno delovanje metaliziranih skoznjih lukenj izboljša vzpenjanje spajke. Ko spajka doseže ploščico tiskanega vezja, se pod vplivom površinske napetosti ploščice razširi. Dvigajoča se spajka odvaja plinski fluks in zrak iz skoznje luknje, s čimer jo zapolni in po ohladitvi tvori spajkalni spoj.
(2) Glavne komponente stroja za valovno varjenje
Valovni varilni stroj je sestavljen predvsem iz tekočega traku, grelnika, pločevinastega rezervoarja, črpalke in naprave za penjenje (ali pršenje) fluksa. V glavnem je razdeljen na območje dodajanja fluksa, območje predgrevanja, območje varjenja in območje hlajenja, kot je prikazano na naslednji sliki.
3. Glavne razlike med valovnim spajkanjem in reflow varjenjem
Glavna razlika med valovnim spajkanjem in reflow varjenjem je v tem, da se vir toplote in način dovajanja spajke pri varjenju razlikujeta. Pri valovnem spajkanju se spajka predhodno segreje in stopi v rezervoarju, val spajke, ki ga ustvari črpalka, pa igra dvojno vlogo vira toplote in dovajanja spajke. Val staljene spajke segreva skoznje luknje, blazinice in nožice komponent na tiskanem vezju, hkrati pa zagotavlja spajko, potrebno za oblikovanje spajkanih spojev. Pri reflow spajkanju se spajka (spajkalna pasta) predhodno dodeli varilnemu območju tiskanega vezja, vloga vira toplote med reflow spajkanjem pa je ponovno taljenje spajke.
(1) 3 Uvod v postopek selektivnega valovnega spajkanja
Oprema za valovno spajkanje je bila izumljena že več kot 50 let in ima prednosti visoke proizvodne učinkovitosti in velikega donosa pri izdelavi komponent in tiskanih vezij skozi luknje, zato je bila nekoč najpomembnejša varilna oprema v avtomatski množični proizvodnji elektronskih izdelkov. Vendar pa obstajajo nekatere omejitve pri njeni uporabi: (1) parametri varjenja so različni.
Različni spajkani spoji na istem tiskanem vezju lahko zahtevajo zelo različne parametre varjenja zaradi svojih različnih lastnosti (kot so toplotna kapaciteta, razmik med nožicami, zahteve glede penetracije kositra itd.). Vendar pa je značilnost valovnega spajkanja ta, da se vsi spajkani spoji na celotnem tiskanem vezju varijo pod enakimi nastavljenimi parametri, zato se morajo različni spajkani spoji "umiriti" med seboj, zaradi česar je valovno spajkanje težje v celoti izpolniti zahteve varjenja visokokakovostnih tiskanih vezij;
(2) Visoki obratovalni stroški.
Pri praktični uporabi tradicionalnega valovnega spajkanja brizganje talila po celotni plošči in nastajanje kositrne žlindre povzročata visoke obratovalne stroške. Še posebej pri varjenju brez svinca, kjer je cena brezsvinčevega spajka več kot trikrat višja od cene svinčevega spajka, je povečanje obratovalnih stroškov zaradi kositrne žlindre zelo presenetljivo. Poleg tega brezsvinčev spajka še naprej tali baker na blazinici, sestava spajka v kositrnem valju pa se sčasoma spreminja, kar zahteva redno dodajanje čistega kositra in dragega srebra za rešitev problema.
(3) Vzdrževanje in težave z vzdrževanjem.
Preostali tok v proizvodnji bo ostal v prenosnem sistemu valovnega spajkanja, nastalo kositrovo žlindro pa je treba redno odstranjevati, kar uporabniku otežuje vzdrževanje in vzdrževanje opreme; Zaradi teh razlogov je nastalo selektivno valovno spajkanje.
Tako imenovano selektivno valovno spajkanje PCBA še vedno uporablja originalno kositrno peč, vendar je razlika v tem, da je treba ploščo namestiti v nosilec kositrne peči, kar pogosto rečemo o nosilcu peči, kot je prikazano na spodnji sliki.
Deli, ki zahtevajo valovno spajkanje, so nato izpostavljeni kositru, drugi deli pa so zaščiteni z oblogo vozila, kot je prikazano spodaj. To je nekoliko podobno kot namestitev rešilne boje v bazen – mesto, ki ga pokriva rešilna boja, ne bo dobilo vode, in če ga nadomestite s pločevinasto pečico, mesto, ki ga pokriva vozilo, seveda ne bo dobilo kositra in ne bo težav s ponovnim taljenjem kositra ali padajočimi deli.
"Postopek varjenja s ponovnim nalivanjem skozi luknjo"
Varjenje s ponovnim polnjenjem skozi odprtino je postopek varjenja s ponovnim polnjenjem za vstavljanje komponent, ki se uporablja predvsem pri izdelavi plošč za površinsko montažo, ki vsebujejo nekaj vtičnikov. Jedro tehnologije je postopek nanašanja spajkalne paste.
1. Uvod v postopek
Glede na način nanašanja spajkalne paste lahko varjenje skozi luknjo s prelivanjem razdelimo na tri vrste: postopek varjenja s prelivanjem s tiskanjem cevi skozi luknjo, postopek varjenja s prelivanjem s spajkalno pasto skozi luknjo in postopek varjenja s prelivanjem oblikovane pločevine skozi luknjo.
1) Cevasto tiskanje skozi postopek varjenja z reflowom
Postopek varjenja s cevnim tiskanjem skozi luknjo s prelivanjem je najzgodnejša uporaba postopka varjenja s prelivanjem komponent skozi luknjo, ki se uporablja predvsem pri izdelavi barvnih TV-sprejemnikov. Jedro postopka je stiskanje cevne spajkalne paste, postopek pa je prikazan na spodnji sliki.
2) Tiskanje s spajkalno pasto skozi postopek varjenja z reflowom luknje
Postopek varjenja s prelivanjem skozi luknjo s tiskano pasto za spajkanje je trenutno najpogosteje uporabljen postopek varjenja s prelivanjem skozi luknjo, ki se uporablja predvsem za mešane PCBA, ki vsebujejo majhno število vtičnikov. Postopek je popolnoma združljiv s konvencionalnim postopkom varjenja s prelivanjem, ni potrebna posebna procesna oprema, edina zahteva je, da morajo biti varjeni vtični sestavni deli primerni za varjenje s prelivanjem skozi luknjo. Postopek je prikazan na naslednji sliki.
3) Postopek varjenja z reflowom za oblikovanje pločevine skozi luknjo
Postopek varjenja z reflow varjenjem z brizgano pločevino se uporablja predvsem za večpinske konektorje. Spajka ni spajkalna pasta, temveč brizgana pločevina, ki jo običajno doda neposredno proizvajalec konektorja, montažo pa je mogoče le segreti.
Zahteve za načrtovanje reflow skozi luknjo
1. Zahteve glede načrtovanja tiskanih vezij
(1) Primerno za debelino tiskanih vezij, manjšo ali enako 1,6 mm.
(2) Najmanjša širina blazinice je 0,25 mm, staljena spajkalna pasta pa se enkrat "potegne" in kositrova kroglica se ne oblikuje.
(3) Razmik med komponentami na plošči (Stand-off) mora biti večji od 0,3 mm
(4) Ustrezna dolžina žice, ki štrli iz blazinice, je 0,25~0,75 mm.
(5) Najmanjša razdalja med komponentami z drobnim razmikom, kot je 0603, in blazinico je 2 mm.
(6) Največja odprtina jeklene mreže se lahko razširi za 1,5 mm.
(7) Odprtina je premer svinca plus 0,1~0,2 mm. Kot je prikazano na naslednji sliki.
"Zahteve za odpiranje oken iz jeklene mreže"
Na splošno je treba za dosego 50-odstotnega polnjenja luknje razširiti okno jeklene mreže, specifično količino zunanjega raztezanja pa je treba določiti glede na debelino tiskanega vezja, debelino jeklene mreže, režo med luknjo in žico ter druge dejavnike.
Na splošno velja, da če raztezek ne presega 2 mm, se spajkalna pasta potegne nazaj in napolni luknjo. Upoštevati je treba, da zunanjega raztezanja ne sme stisniti ohišje komponente oziroma se mora izogniti telesu ohišja komponente in na eni strani tvoriti kositrno kroglico, kot je prikazano na naslednji sliki.
"Uvod v konvencionalni postopek montaže PCBA"
1) Enostranska montaža
Potek postopka je prikazan na spodnji sliki
2) Vstavljanje z ene strani
Potek postopka je prikazan na sliki 5 spodaj
Oblikovanje nožic naprave pri valovnem spajkanju je eden najmanj učinkovitih delov proizvodnega procesa, kar posledično prinaša tveganje elektrostatičnih poškodb in podaljšuje dobavni rok ter povečuje tudi možnost napak.
3) Dvostranska montaža
Potek postopka je prikazan na spodnji sliki
4) Ena stran mešana
Potek postopka je prikazan na spodnji sliki
Če je komponent s skoznjimi luknjami malo, se lahko uporabi reflow varjenje in ročno varjenje.
5) Dvostransko mešanje
Potek postopka je prikazan na spodnji sliki
Če je več dvostranskih SMD komponent in malo THT komponent, so lahko vtične naprave reflow ali ročno varjene. Diagram poteka procesa je prikazan spodaj.
