### Použití pájecí pasty: Základ spolehlivých spojů

Pájecí pasta, která je důležitým prvkem při osazování desek plošných spojů, je jemně upravená směs částic pájky a tavidla. Tato pasta se nanáší s vysokou přesností na určená místa na desce s plošnými spoji, obvykle na měděné plošky, které budou později tvořit elektrické spoje se součástkami. Hlavním cílem nanášení pájecí pasty je zajistit, aby bylo správné množství pájky naneseno na přesné místo, což usnadní vytvoření pevného a spolehlivého pájecího spoje během procesu pájení přetavením. Zdroj: CHUXIN-SMT.

Nejčastěji se používá metoda nanášení pomocí šablony. Šablona je tenký plech, obvykle z nerezové oceli, s přesně vyříznutými otvory (otvory), které odpovídají podložkám pro umístění součástek na desce plošných spojů. Šablona se zarovná na desku plošných spojů a pájecí pasta se rozetře po jejím povrchu pomocí stěrky. Pasta se protlačí otvory v šabloně a přesně se nanese na podložky pod ní. Tloušťka šablony určuje objem nanesené pájecí pasty a konstrukce otvorů určuje tvar a plochu nanesené pasty. Tato metoda umožňuje současné nanášení na více podložek, což výrazně zvyšuje efektivitu a konzistenci při velkosériové výrobě. Zdroj: CHUXIN-SMT.

Pro úspěšnou aplikaci pájecí pasty je rozhodujících několik faktorů. Viskozita a velikost částic pájecí pasty musí odpovídat zvolené metodě nanášení a konstrukci šablony. Správné zarovnání šablony a desky plošných spojů je nejdůležitější, aby nedocházelo k přemostění nebo neúplnému pokrytí. Kromě toho je zásadní čistota DPS i šablony, protože jakékoli nečistoty mohou vést k vadám pájení. Po nanesení zůstává pasta v polotuhém stavu, dokud se nezahřeje během procesu přetavení, kde se pájka roztaví a vytvoří spoj. Zdroj: CHUXIN-SMT.

Dobře provedená aplikace pájecí pasty je základem robustních elektronických sestav. Vady v této fázi, jako je nedostatečné množství pasty (vedoucí ke slabým spojům) nebo nadměrné množství pasty (způsobující pájecí můstky mezi sousedními podložkami), mohou ohrozit spolehlivost a funkčnost celého zařízení. Proto je v této počáteční fázi osazování desek plošných spojů zásadní věnovat pečlivou pozornost detailům, provést vhodnou kalibraci zařízení a přijmout přísná opatření pro kontrolu kvality.

### Úloha Pick-and-Place Machine

Stroj pick-and-place, známý také jako stroj pro povrchovou montáž (SMT), je důležitým zařízením v procesu osazování desek plošných spojů. Automatizuje umísťování elektronických součástek na desku s plošnými spoji (PCB). Tato vysoce přesná operace spočívá v tom, že stroj odebírá drobné součástky z podávacích pásek nebo zásobníků a přesně je umisťuje na konkrétní místa na desce plošných spojů, která byla předem nanesena pájecí pastou. Přesnost tohoto kroku je nesmírně důležitá, protože i drobné nesrovnalosti mohou vést k chybným spojům nebo selhání součástek. [Zdroj: Chuxin SMT].

Tyto stroje využívají pokročilé systémy vidění a vysokorychlostní robotická ramena, která zajišťují správné umístění a orientaci každé součásti podle specifikací návrhu. Proces začíná vstupem desky plošných spojů do stroje, kde je přesně umístěna. Poté hlava pick-and-place, vybavená vakuovými tryskami, odebere součástku. Kamerový systém kontroluje, zda součástka nemá vady a zda je správně orientována, a teprve poté je umístěna na pájecí pastu na desce plošných spojů. Pájecí pasta funguje jako lepidlo a drží součástku na místě až do fáze pájení přetavením. Účinnost a přesnost strojů pick-and-place významně ovlivňuje celkovou rychlost a kvalitu výroby DPS.

### Tepelný profil: Fáze pájení přetavením

Proces pájení přetavením zahrnuje pečlivě řízený tepelný cyklus v přetavovací peci, obvykle rozdělený do čtyř různých teplotních zón. Každá zóna hraje rozhodující roli při zajišťování pevných a spolehlivých pájecích spojů.

1. zóna předehřátí
V počáteční fázi, známé jako zóna předehřevu, se postupně zvyšuje teplota celé sestavy desek s plošnými spoji (PCB). Tento řízený náběh je nezbytný z několika důvodů: odvádí vlhkost z tavidla a desky plošných spojů a minimalizuje tepelný šok pro součástky tím, že zajišťuje rovnoměrnější rozložení teploty po celé desce. [Zdroj: ChuXin SMT]. Pomalé a stálé zvyšování teploty během této fáze zabraňuje rychlému rozpínání, které by jinak mohlo vést k poškození součástek nebo deformaci desky.

1. zóna tepelného namáčení
Po předehřátí se v zóně tepelného namáčení udržuje po určitou dobu stálá zvýšená teplota. Hlavním cílem je vyrovnat teplotu všech součástí a desky plošných spojů, aby i větší nebo hustší součásti dosáhly stejné teploty jako ty menší. [Zdroj: ChuXin SMT]. Tato rovnoměrnost je rozhodující pro aktivaci tavidla a přípravu pájecí pasty pro fázi přetavení. Délka namáčení závisí na faktorech, jako je typ použité pájecí pasty a tepelná hmotnost sestavy.

1. zóna přetavení
V zóně přetavení se pájecí pasta skutečně taví a vytváří pájecí spoje. Teplota v této zóně je zvýšena nad bod tání pájecí slitiny, což umožňuje pájce smáčet vývody součástek a plošné spoje. Špičková teplota a doba strávená nad bodem tání pájky (známá jako "doba nad liquidus" nebo TAL) jsou kritické parametry. Překročení doporučené špičkové teploty může vést k poškození součástek nebo vzniku křehkých intermetalických sloučenin, zatímco nedostatečná doba nad liquidusem může mít za následek špatné smáčení a neúplné spoje. [Zdroj: ChuXin SMT].

Chladicí zóna ###
Poslední fází je chladicí zóna, kde se sestava DPS rychle ochladí. Tento řízený proces chlazení je nezbytný pro rychlé ztuhnutí pájecích spojů a vytvoření hladké, zrnité struktury, která je mechanicky pevná. Rychlé chlazení pomáhá zabránit vzniku velkých, škodlivých intermetalických sloučenin, které mohou ohrozit spolehlivost a tažnost spoje. [Zdroj: ChuXin SMT]. Rychlost ochlazování by měla být dostatečně pozvolná, aby se zabránilo tepelnému šoku, ale dostatečně rychlá, aby se dosáhlo požadovaných metalurgických vlastností.

### Běžné závady při pájení přetavením a jejich řešení

Pájení přetavením, klíčový krok při výrobě elektroniky, může někdy vést k vadám, pokud není pečlivě kontrolováno. Pochopení těchto běžných problémů a jejich řešení je zásadní pro zajištění vysoce kvalitních sestav desek plošných spojů.

1. ledna 2014 se konal první ročník festivalu.
Tombstoning nastává, když se součástka, zejména malé zařízení pro povrchovou montáž (SMD), jako je rezistor nebo kondenzátor, zvedne na jednom konci a připomíná náhrobní kámen. K tomu obvykle dochází, když se pájecí pasta na jedné straně součástky roztaví a ztuhne dříve než na druhé, což způsobí nerovnováhu sil povrchového napětí.

**Příčiny:**
* ** Nerovnoměrné zahřívání:** Rozdíly v tepelné hmotnosti nebo absorpci tepla mezi oběma konci součásti nebo podložek mohou vést k rozdílnému tavení.
* **Objem pájecí pasty:** Přebytek pájecí pasty na jedné podložce nebo nedostatečné množství na druhé může způsobit nerovnováhu.
* **Umístění součásti:** Umístění součásti na podložkách mimo střed.
* **Předehřev desky:** Nedostatečný nebo nerovnoměrný předehřev sestavy desek plošných spojů může přispět k rozdílnému zahřívání.

**Řešení:**
* **Optimalizace profilu přetavování:** Zajistěte, aby profil přetavovací pece poskytoval dostatečný a rovnoměrný předehřev celé desky, aby se minimalizovaly tepelné gradienty.
* **Kontrola pájecí pasty:** Ověřte správný objem a rovnoměrné nanášení pájecí pasty na všechny podložky pomocí automatické optické kontroly (AOI).
* **Přesnost umístění komponent:** Kalibrace strojů pick-and-place pro zajištění přesného a vycentrovaného umístění komponent.
* **Zvažte velikost součástek:** U velmi malých součástek může pomoci použití o něco větší velikosti podložky nebo symetrické provedení podložky.

Pájecí můstky ###
Pájecí můstky, známé také jako přemostění nebo zkraty, vznikají, když pájka neúmyslně spojí dva nebo více sousedních vodičů nebo plošek, které by měly zůstat elektricky izolované.

**Příčiny:**
* **Přebytek pájecí pasty:** Příliš mnoho pájecí pasty nanesené na plošky zvyšuje pravděpodobnost, že poteče tam, kam nemá.
* **Pájení pájecí pastou:** Pájecí pasta se rozprostře na otvory šablony, což vede k nechtěným spojům.
* **Rozteč komponentů:** Nedostatečná vzdálenost mezi komponenty nebo podložkami.
* **Solder Balling:** Na desce se tvoří malé kuličky pájky, které mohou později způsobit zkrat.
* **Nesprávný profil přetavení:** Rychlý náběh nebo špičková teplota mohou způsobit nadměrné rozšíření pájky.

**Řešení:**
* **Návrh otvoru šablony:** Zajistěte správnou velikost a tvar otvoru a zvažte profilometrii pro kontrolu konzistentního nanášení pasty.
* **Kvalita pájecí pasty:** Používejte vysoce kvalitní pájecí pastu s vhodnou viskozitou a velikostí částic.
* **Kontrola procesu tisku:** Udržujte čisté šablony, správný tlak stěrky a odpovídající rychlost tisku.
* **Umístění komponentů:** Přesné umístění zabraňuje tomu, aby byly vývody příliš blízko sousedním podložkám.
* **Nastavení profilu přetavení:** Dolaďte profil přetavení tak, aby se minimalizovalo nadměrné rozšíření pájky a zároveň se zajistilo správné vytvoření spoje. Toho lze dosáhnout pečlivou kontrolou náběhových rychlostí a špičkových teplot.

### Vyprázdnění
Prázdnotou se rozumí přítomnost prázdných míst nebo kapes v pájecím spoji. Zatímco některé prázdné prostory jsou přijatelné, nadměrné prázdné prostory mohou ohrozit mechanickou pevnost a elektrickou vodivost spoje.

**Příčiny:**
* **Složení pájecí pasty:** Těkavé složky v pájecí pastě, které se během přetavení plně nezplyní.
* **Kontaminace:** Kontaminanty na plošných spojích nebo vývodech součástek mohou bránit smáčení pájky a vytvářet dutiny.
* **Složkové olova:** olova se špatnou pájitelností nebo povrchovou kontaminací.
* **Profil zpětného toku:** Rychlý ohřev nebo nedostatečná doba v parní fázi mohou zachytit plyny.
* **Nasazování pájecí pasty:** Nedůsledné nanášení pájecí pasty může vést ke vzniku dutin.

**Řešení:**
* **Výběr pájecí pasty:** Vyberte si pájecí pasty s nízkými charakteristikami znečištění a kompatibilní s procesem přetavení.
* **Kontrola procesů:** Zajistěte čistotu součástek a desek plošných spojů. Ověřte správný tisk pájecí pasty a umístění součástek.
* **Optimalizace profilu přetavení:** Implementujte profil přetavení, který umožňuje dostatečnou dobu při špičkové teplotě, aby došlo k odplynění pájecí pasty a úplnému smočení. Správná regulace teploty je klíčem k dosažení pevných pájecích spojů.
* **Design desky:** Zvažte design podložek, abyste usnadnili tok pájky a minimalizovali množství zachycených plynů.

### Budoucnost pájení přetavením

Pájení přetavením zůstává klíčovým procesem ve výrobě elektroniky, který umožňuje vytvářet robustní elektrické spoje tavením a prouděním pájky při spojování součástek se substrátem. Tato technika je nepostradatelná pro osazování desek s plošnými spoji (PCB), zejména s rostoucími požadavky na miniaturizaci a vyšší hustotu součástek. S technologickým pokrokem prochází i samotný proces přetavování významným vývojem, aby bylo možné tyto měnící se výzvy splnit.

Budoucí trendy v technologii přetavování se zaměřují především na zvýšení přesnosti, účinnosti a spolehlivosti. Zásadní význam mají inovace pájecích slitin, přičemž probíhá výzkum materiálů, které nabízejí lepší tepelné a mechanické vlastnosti, nižší body tání pro energetickou účinnost a lepší kompatibilitu s pokročilými obalovými technologiemi. Výrobci zařízení vyvíjejí přetavovací pece se sofistikovanějšími topnými profily, lepší teplotní rovnoměrností a vyšší energetickou účinností, které často obsahují funkce, jako je inertizace dusíkem, jež zabraňuje oxidaci a zlepšuje kvalitu pájecích spojů. Zdroj: CHUXIN SMT.

Kromě toho je nejdůležitější pokročilá kontrola procesu. Miniaturizace komponent, jako je systém v obalu (SiP) a balení na úrovni waferu, vyžaduje vysoce přesnou kontrolu teploty, atmosféry a času. To zahrnuje vývoj inteligentních systémů přetavování, které využívají senzory a analýzu dat v reálném čase k dynamické optimalizaci pájecího profilu, což zajišťuje konzistentní sestavy bez vad i u těch nejchoulostivějších komponent. Zdroj: CHUXIN SMT. Snaha o Průmysl 4.0 ovlivňuje také technologii přetavování, která se zaměřuje na automatizaci, konektivitu a optimalizaci založenou na datech s cílem zvýšit celkovou výtěžnost výroby a kvalitu výrobků. Zdroj: CHUXIN SMT.

## Zdroje

• CHUXIN SMT - Tepelný profil: Fáze přetavování
• Chuxin SMT - Pick-and-Place Machine
• CHUXIN SMT - SMT přetavovací pec: co to je, jak funguje a typy
• CHUXIN SMT - Optimalizace a řízení procesu pájení SMT přetavením
• CHUXIN-SMT - aplikace pájecí pasty
• CHUXIN-SMT - aplikace pájecí pasty
• CHUXIN-SMT - aplikace pájecí pasty
• CHUXIN SMT - Budoucí trendy v pájení přetavením
• CHUXIN SMT - Budoucí trendy v pájení přetavením
• CHUXIN SMT - Co je pájení přetavením?