### Použití pájecí pasty: Základ spolehlivých spojů
Solder paste, a critical element in PCB assembly, is a finely engineered mixture of solder particles and flux. This paste is applied with high precision to designated areas on the printed circuit board, typically the copper pads, which will later form electrical connections with the components. The primary goal of solder paste application is to ensure that the correct amount of solder is deposited in the exact location, facilitating a strong and reliable solder joint during the pájení přetavením process 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.
Předehřívací zóna
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.
Thermal Soak Zone
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.
Zóna přetavení
The reflow zone is where the solder paste actually melts and forms the solder joints. The temperature in this zone is raised above the melting point of the solder alloy, allowing the solder to wet the component leads and the PCB pads. The peak temperature and the time spent above the solder’s melting point (known as the “time above liquidus” or TAL) are critical parameters. Exceeding the recommended peak temperature can lead to component damage or the formation of brittle intermetallic compounds, while insufficient time above liquidus can result in poor wetting and incomplete joints [Zdroj: ChuXin SMT].
Chladicí zóna
The final stage is the cooling zone, where the PCB assembly is rapidly cooled. This controlled cooling process is vital for solidifying the solder joints quickly, creating a smooth, granular structure that is mechanically strong. A fast cooling rate helps prevent the formation of large, detrimental intermetallic compounds, which can compromise the joint’s reliability and ductility [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.
Tombstoning
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.
Solder Bridges
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:**
* **Excess Solder Paste:** Too much solder paste applied to the pads increases the likelihood of it flowing where it shouldn’t.
* **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.
Voiding
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 – The Thermal Profile: Stages of Reflow
- Chuxin SMT – Pick-and-Place Machine
- CHUXIN SMT – SMT Reflow Oven: What is it, How does it Work, and Types
- CHUXIN SMT – SMT Reflow Soldering Process Optimization and Control
- CHUXIN-SMT – Solder Paste Application
- CHUXIN-SMT – Solder Paste Application
- CHUXIN-SMT – Solder Paste Application
- CHUXIN SMT – Future Trends in Reflow Soldering
- CHUXIN SMT – Future Trends in Reflow Soldering
- CHUXIN SMT – What is Reflow Soldering?