SMT-tuotantolinjan ydinrakenne

SMT-tuotantolinja (pinta-asennustekniikka) on automatisoitu kokoonpanojärjestelmä, joka on suunniteltu painettujen piirilevyjen (PCB) tarkkaan ja suureen tuotantomäärään. Sen ydinrakenteen ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää elektronisten komponenttien tehokkaan kiinnityksen ja juottamisen hallitsemiseksi. Koko prosessi koostuu useista huolellisesti koordinoiduista vaiheista, joista jokainen suoritetaan erikoislaitteilla. Tämän automatisoidun tuotantolinjan perustan muodostavat yleensä useat keskeiset koneet, jotka on yhdistetty varmistamaan saumaton siirtyminen paljaasta levystä valmiiseen tuotteeseen.

SMT-tuotantolinjan rakenteen ytimessä ovat seuraavat ydinkomponentit:

• PCB Loader: Prosessi alkaa piirilevylataajalla , joka syöttää paljaat levyt automaattisesti kaseteista tuotantolinjalle. Tämä ensimmäinen vaihe poistaa manuaalisen käsittelyn ja vähentää kontaminaatio- ja vaurioriskiä. Toisessa päässä piirilevyjen purkain kerää valmiit piirilevyt ja pinoaa ne seuraavaa tuotanto- tai testausvaihetta varten. Tuotantolinjan automaattinen käsittely on ratkaisevan tärkeää jatkuvan ja nopean tuotannon ylläpitämiseksi. . [Lähde: Electronic Design]
• Juotospastatulostin: Kun paljas levy on ladattu, se lähetetään juotospastatulostimeen. Tämä kone käyttää kaaviota ja kaavinta levittääkseen tarkan kerroksen juotospastaa tiettyihin tyynyihin, joihin komponentit on sijoitettu. Tarkkuus tässä vaiheessa on ratkaisevan tärkeää, koska riittämätön tai liiallinen juotospasta voi aiheuttaa juotosvirheitä, kuten aukkoja tai juotosiltoja. . [Lähde: Epec Engineered Technologies]
• Sirujen sijoituskoneet: Nämä ovat SMT-tuotantolinjan sydän. Ne poimivat yksittäisiä pintaliitoskomponentteja rullilta tai lokeroilta ja asentavat ne tarkasti tyynyille. Nykyaikaiset koneet toimivat erittäin suurilla nopeuksilla ja pystyvät asettamaan tuhansia komponentteja tunnissa erittäin tarkasti, mikä on ratkaisevan tärkeää SMT-kokoonpanon tehokkuuden kannalta.
• Juotoskone (Reflow- tai aaltojuotos): Komponenttien sijoittamisen jälkeen piirilevy on lämmitettävä juotospastan sulattamiseksi, jolloin syntyy pysyvä sähköinen yhteys. Yleisin SMT:ssä käytetty menetelmä on reflow-juottaminen . Levy siirretään kuljetinhihnalla useiden lämmitysvyöhykkeiden läpi, noudattaen tiettyä lämpötilaprofiili varmistaa, että kaikki juotosliitokset muodostuvat oikein komponentteja vahingoittamatta. [lähde: PCB Technologies] . Läpireikäkomponentteja sisältäville levyille, aaltojuottaminen käytetään konetta, jossa levy kulkee sulan juotteen aallon läpi.
• PCB-kuljettimet: Kaikkien näiden koneiden yhdistäminen on PCB-kuljetin järjestelmä . Nämä automaattiset kuljettimet kuljettavat piirilevyjä työpisteestä toiseen. Kuljettimen nopeus ja vakaus ovat ratkaisevan tärkeitä työnkulun optimointi ja estetään pullonkaulat tai komponenttien siirtyminen kuljetuksen aikana. Monimutkaisemmissa linjoissa voi olla myös puskurikuljettimia tai vaihtoportteja tuotantoprosessin dynaamiseksi hallitsemiseksi.

Hallituksen valmistelu: Fluksaus- ja esilämmitysalueet

Kun piirilevykokoonpano kulkee aaltojuotoskoneen läpi, se menee ensin vuon levitys- ja esilämmitysalueille. Nämä alkuvaiheet ovat ratkaisevia levyn valmistelemiseksi juotosliitoksen onnistunutta muodostumista varten. Näiden vaiheiden ohittaminen tai niiden virheellinen hallinta voi johtaa lukuisiin juotosvirheisiin.

Virtausvyöhykkeen rooli

Ennen kuin piirilevy joutuu kosketuksiin sulan juotteen kanssa, se kulkee flux-alueen läpi, jossa se päällystetään flux-kerroksella. Vuon pääasiallinen tehtävä on puhdistaa metallipinta ja valmistella se juottamista varten. Se tekee tämän kolmella tavalla:

• Oksidin poisto: Metallipinnat (mukaan lukien komponenttien johdot ja piirilevytyynyt) muodostavat luonnostaan oksidikerroksia, kun ne altistuvat ilmalle. Nämä oksidikerrokset estävät juotetta muodostamasta hyvää metallisidosta. Juoksute sisältää kemiallisia aktivaattoreita, jotka poistavat tehokkaasti nämä oksidit. . [Lähde: AIM Solder]
• Parempi kostutus: Flux puhdistaa pinnan, jolloin sula juote "kostuu" tai jakautuu tasaisesti metallityynyjen ja johtimien päälle. Tämä kostutus on ratkaisevan tärkeää vahvojen ja luotettavien juotosliitosten muodostamiseksi.
• Estää uudelleen hapettumisen: Flux muodostaa puhdistetuille pinnoille suojaavan esteen, joka estää niitä hapettumasta uudelleen levyn kulkiessa koneen lämmitysalueen läpi ennen juotosaallon saavuttamista.

Flux voidaan levittää useilla eri menetelmillä, kuten ruiskuttamalla, vaahdottamalla tai upottamalla, ja ruiskutettu flux on yleisin menetelmä nykyaikaisissa laitteissa sen suuren tarkkuuden ja hallinnan vuoksi. Lisätietoja, katso meidän opas vuon valintaan ja ylläpitoon.

Kriittinen lämmittelyvaihe

Vuon levittämisen jälkeen piirilevy siirtyy välittömästi esilämmitysalueelle. Tässä vaiheessa koko kokoonpanon lämpötilaa nostetaan asteittain. Esilämmitysprosessi ei pelkästään lämmitä piirilevyä, vaan sillä on myös useita tärkeitä tehtäviä:

• Virtauksen aktivointi: Lämpö aktivoi vuon kemikaalit, mikä parantaa sen kykyä puhdistaa metallipintoja. Eri vuotoaineilla on omat aktivoitumislämpötila-alueensa, joten lämpötilan säätö on kriittinen parametri . [Lähde: EpecTec]
• Liuottimen haihtuminen: Nestemäinen vuo sisältää liuottimia, joiden on haihtuttava ennen kuin levy altistuu juotosaallolle. Jos liuottimia ei poisteta, liuottimet kiehuvat rajusti joutuessaan kosketuksiin sulan juotteen kanssa ja aiheuttavat virheitä, kuten juotospalloja ja tyhjiöitä.
• Lämpöshokkien vähentäminen: Esilämmityksen tärkein tehtävä on lämpöshokkien minimointi. Lämpöshokilla tarkoitetaan piirilevyyn ja sen komponentteihin kohdistuvaa rasitusta, kun lämpötila muuttuu nopeasti. Esilämmitysvyöhyke lämmittää komponentit hitaasti tiettyyn lämpötilaan (tyypillisesti 100 °C:n ja 130 °C:n välille), jotta varmistetaan, että piirilevyn ja juotosaallon välinen lämpötilaero (noin 250 °C) ei ole liian suuri. Tämä asteittainen lämpötilan nousu ehkäisee vaurioita, kuten levyn vääntymistä ja komponenttien halkeilua tai delaminaatiota. . [Lähde: PCB Technologies]

Fluksaus- ja esilämmitysvaiheiden asianmukainen suorittaminen luo perustan sille, että koko aaltojuottoprosessin ajan varmistaa, että komponentit on kemiallisesti ja termisesti valmisteltu viimeisiä juotosvaiheita varten.

Koneen sydän: juotosastia ja aaltomekaniikka

Juotosastia on jokaisen aaltojuotoslaitteen sydän, joka toimii sulan juotteen säiliönä. Potti aloittaa juotosprosessin kuumentamalla kiinteän juotosseoksen (tyypillisesti lyijytön koostumus, kuten tina-hopea-kupari (SAC)) tarkkaan nestemäiseen tilaan. Tasaisen lämpötilan ylläpitäminen padassa on ratkaisevan tärkeää luotettavien juotosliitosten aikaansaamiseksi. Kuten käsiteltiin aaltojuottamisen lämpötilaopas , pienetkin vaihtelut voivat johtaa vikoihin, kuten lämpöshokkiin tai epätäydelliseen kostumiseen. Ajan myötä sulan juotoksen pinta reagoi ilman kanssa muodostaen oksidien ja epäpuhtauksien kerroksen, jota kutsutaan kuonaksi. Tämän kuonan säännöllinen poistaminen on ratkaisevan tärkeää, koska se voi tuoda epäpuhtauksia juotosprosessin aikana ja aiheuttaa jäähtymisen ja siltojen kaltaisia vikoja. [lähde: Kester] .

Tästä tarkkaan valvotusta juotosastiapurkista pumpataan sulaa juotetta ylöspäin suuttimen läpi ja muodostetaan juotosaalto - koko juotosprosessin sydän. Nykyaikaisissa aaltojuotosjärjestelmissä käytetään lähes yleisesti kaksiaaltoprosessia monimutkaisten, eri teknologioita sisältävien piirilevyjen käsittelyyn. Kummankin aallon ainutlaatuisen roolin ymmärtäminen on avainasemassa juotosprosessin hallitsemisessa. syventyä syvemmälle juotosaaltojen dynamiikkaan .

1. Turbulenttinen aalto (Chip Wave): Ensimmäinen aalto, jonka piirilevy kohtaa, on turbulenttinen virtaus, joka on tyypillisesti kaksisuuntainen. Sen aggressiivinen, sekoitettu virtaus on suunniteltu varmistamaan täydellinen juotteen peitto, pakottaen juotteen ahtaisiin tiloihin, kuten pinnoitettuihin läpivientireikiin ja pinta-asennettavien komponenttien alle. Tämä toiminta voittaa komponenttien varjostuksen ja edistää kaikkien juotettavien pintojen hyvää kostutusta. . [Lähde: Epec Engineered Technologies]
2. Laminaarinen (sileä) aalto: Turbulenttisen aallon jälkeen piirilevy kulkee toisen, tasaisemman aallon läpi. Laminaarinen aalto virtaa yhteen suuntaan, jolloin pinta on rauhallinen ja vakaa. Sen tarkoituksena on suoristaa ja muotoilla: se poistaa turbulenttisen aallon jättämän ylimääräisen juotteen, poistaa lähekkäin olevien nastojen väliset juotosillat ja luo lopulta täydellisen juotosviilun.

Koko järjestelmän tehokkuus riippuu juotosaallon dynaamisten ominaisuuksien tarkasta kalibroinnista. Kriittiset parametrit, kuten aallonkorkeus , kuljettimen nopeuden (joka määrittää kosketusaikaa) ja kuljettimen kulman on oltava täydellisesti synkronoitu. Tavoitteena on varmistaa riittävä kosketusaika piirilevyn riittävään kastumiseen ilman, että komponentit altistuvat liialliselle lämpörasitukselle. Tämä tasapaino vakaan juotekylvyn ja dynaamisen juotosaallon välillä määrittää lopulta lopputuotteen laadun ja luotettavuuden.

Loppukokoonpano: jäähdytys, puhdistus ja tarkastus

Painettujen piirilevyjen (PCB) juotosprosessi ei lopu, kun juote sulaa. Jäähdytysvaihe on kriittinen ja hallittu vaihe, jonka ansiosta sulanut juote jähmettyy muodostaen vahvan ja luotettavan sähköisen yhteyden. Jos tätä vaihetta kiirehditään tai se suoritetaan väärin, esilämmityksen ja uudelleenjuottamisen huolellinen työ voi peruuntua, mikä johtaa lukuisiin vikoihin.

Jäähdytysnopeuden keskeinen merkitys

Kun piirilevy saavuttaa huippulämpötilan juotosprosessin aikana, se siirtyy jäähdytysvyöhyke . Ensisijaisena tavoitteena on alentaa komponentin lämpötilaa hallitusti. Tämä nopeus on kiistatta kriittisin parametri tässä vaiheessa, koska se vaikuttaa suoraan juotosliitoksen mikrorakenteeseen ja siten sen mekaaniseen lujuuteen ja pitkän aikavälin luotettavuuteen.

Optimaalinen jäähdytysnopeus (tyypillisesti noin -4 °C sekunnissa) on ratkaisevan tärkeää hienorakeisen mikrorakenteen kehittymiselle juotteeseen. [lähde: CircuitNet] . Tämä hienorakeinen rakenne parantaa liitoksen väsymiskestävyyttä ja yleistä kestävyyttä. Poikkeamat optimaalisesta jäähdytysnopeudesta voivat kuitenkin aiheuttaa vakavia ongelmia:

• Jäähtyminen liian nopeasti: Nopea lämpötilan lasku voi aiheuttaa lämpöshokin, joka aiheuttaa jännitystä, joka voi halkaista piirilevyn alustan tai itse komponentit. Tämä on erityisen vaarallista herkille keraamisille kondensaattoreille.
• Liian hidas jäähdytys: Liian hidas jäähdytys voi johtaa metallien välisten yhdisteiden (IMC) liialliseen kasvuun juote-komponentin lyijyrajapinnassa. Vaikka ohut IMC-kerros on toivottavaa hyvän liitoksen kannalta, paksu, hauras IMC-kerros voi vaarantaa liitoksen eheyden ja tehdä siitä alttiin vioittumiselle jännityksen tai tärinän vaikutuksesta. . [Lähde: Bel Power Solutions]

Mastering reflow-juottamisen jäähdytysjärjestelmäsi on avainasemassa näiden ongelmien ehkäisemisessä ja tasalaatuisten tulosten varmistamisessa.

Hitsauksen jälkeinen puhdistus ja tarkastus

Kun levy on jäähtynyt ja juotosliitokset ovat jähmettyneet, kokoonpano siirtyy juottamisen jälkeiseen vaiheeseen laadun tarkistamiseksi ja lopullisen käytön valmistelemiseksi.

1. Puhdistus:
Juotosprosessi jättää usein jälkeensä juoksutejäämiä. Vaikka "ei-puhtaat" juotosnesteet ovat yleisiä, niiden jäämät voivat joskus häiritä luotainten testausta piirin sisäisessä testauksessa tai estää conformal-pinnoitteiden kunnollisen kiinnittymisen. Puhdistaminen on välttämätöntä korkean luotettavuuden sovelluksissa autoteollisuudessa, lääketieteessä tai ilmailu- ja avaruusteollisuudessa. Vuojäämät voivat olla happamia ja imeä kosteutta ilmasta, mikä voi ajan mittaan aiheuttaa korroosiota ja sähköisiä oikosulkuja. [lähde: Epec] . Näiden haitallisten epäpuhtauksien poistamiseen voidaan käyttää erilaisia puhdistusmenetelmiä, kuten vesipohjaisia, puolivesipohjaisia ja liuotinpohjaisia järjestelmiä.

2. Tarkastus ja testaus:
Laadun varmistamiseksi jokainen komponentti tarkastetaan tarkasti. Tärkeimpiä menetelmiä ovat mm:

• Automaattinen optinen tarkastus (AOI): AOI-järjestelmä käyttää korkean resoluution kameraa piirilevyn skannaamiseen ja sen vertaamiseen "kultaisen" piirilevyn yksityiskohtaiseen malliin. Järjestelmä havaitsee nopeasti viat, kuten juotosillat, avoimet piirit, riittämättömän juotoksen ja komponenttien virheellisen sijoittelun.
• Automaattinen röntgentarkastus (AXI): AXI on ratkaisevan tärkeä komponenteille, joissa on piilossa olevia juotosliitoksia, kuten BGA-levyjä (Ball Grid Array). Röntgensäteet voivat läpäistä komponentin rungon ja tuottaa kuvia sen alla olevista liitoksista, jolloin paljastuvat viat, joita optiset järjestelmät eivät pysty havaitsemaan, kuten juotoshäviöt tai shortsit . [Lähde: Creative Hi-Tech]

Tämän tarkastuksen jälkeen suoritetaan yleensä toiminnallinen testaus, jolla varmistetaan, että piirilevyyn on kytketty virta ja että se toimii suunnitellulla tavalla. Tässä lopputarkastuksessa varmistetaan, että koko reflow tai aaltojuotosprosessi on saatu onnistuneesti päätökseen, ja tuloksena on luotettava ja täysin toimiva elektroniikkakokoonpano.

lähde

• AIM Solder - juotosvirran merkitys juottosovelluksissa
• Bel Power Solutions - PCBA-juottoprosessin valvonta - PCBA-juottoprosessin valvonta
• CircuitNet - Jäähdytysnopeuden vaikutukset
• Creative Hi-Tech - PCB:n automatisoidun röntgentarkastuksen (AXI) perusteet
• Elektroniikan suunnittelu - pinta-asennustekniikan (SMT) perusteet
• Epec Engineered Technologies - juotoksen jälkeinen PCB-puhdistus
• Epec Engineered Technologies - SMT-kokoonpanoprosessi
• Epec Engineering Technology - Aaltojuotosprosessi
• Epec Engineered Technologies - Aaltojuottamisen esilämmitysvaihe
• Kester - roskat ja roskat
• PCB-tekniikka - Miten estää lämpöshokki PCB: ssä?
• PCB-tekniikka - SMT-kokoonpano - kattava opas

“`