#### Juotospastan käyttö: Luotettavien liitosten perusta

Piirilevykokoonpanon kriittinen elementti, juotospasta, on hienostunut juotoshiukkasten ja juoksevien aineiden seos. Tätä tahnaa levitetään erittäin tarkasti painetun piirilevyn määrätyille alueille, tyypillisesti kuparityynyille, jotka myöhemmin muodostavat sähköiset liitännät komponenttien kanssa. Juotospastan levittämisen ensisijaisena tavoitteena on varmistaa, että oikea määrä juotetta kerrostuu täsmälliseen paikkaan, mikä helpottaa vahvan ja luotettavan juotosliitoksen muodostumista uudelleenjuotosprosessin aikana. Lähde: CHUXIN-SMT.

Yleisimmin käytetty levitysmenetelmä on kaavaimen avulla. Sablooni on ohut metallilevy, yleensä ruostumatonta terästä, jossa on tarkasti leikattuja aukkoja (aukkoja), jotka vastaavat piirilevyn komponenttien sijoitustyynyjä. Sablooni kohdistetaan piirilevyn päälle, ja juotospasta levitetään sen pinnalle puristimella. Juotospasta pakotetaan kaavan aukkojen läpi, jolloin se laskeutuu tarkasti alla oleviin tyynyihin. Sabluunan paksuus määrää levitettävän juotospastan määrän, ja aukkojen muotoilu määrää talletetun juotospastan muodon ja pinta-alan. Menetelmä mahdollistaa samanaikaisen levityksen useisiin tyynyihin, mikä lisää merkittävästi tehokkuutta ja johdonmukaisuutta suurten tuotantomäärien valmistuksessa. Lähde: CHUXIN-SMT.

Useat tekijät ovat ratkaisevia juotospastan onnistuneen levityksen kannalta. Juotospastan viskositeetin ja partikkelikoon on oltava sopiva valittuun levitysmenetelmään ja kaavion suunnitteluun. Oikea kohdistus sabluunan ja piirilevyn välillä on ensiarvoisen tärkeää, jotta vältetään siltojen muodostuminen tai epätäydellinen peitto. Lisäksi sekä piirilevyn että kaavion puhtaus on olennaisen tärkeää, sillä kaikki epäpuhtaudet voivat johtaa juotosvirheisiin. Levityksen jälkeen tahna pysyy puolikiinteässä tilassa, kunnes se kuumennetaan uudelleenjuotosprosessin aikana, jolloin juote sulaa ja muodostaa liitoksen. Lähde: CHUXIN-SMT.

Hyvin toteutettu juotospastan käyttö on vankkojen elektronisten kokoonpanojen perusta. Tässä vaiheessa ilmenevät virheet, kuten riittämätön tahna (johtaa heikkoihin liitoksiin) tai liiallinen tahna (aiheuttaa juotosiltoja vierekkäisten tyynyjen välille), voivat vaarantaa koko laitteen luotettavuuden ja toimivuuden. Siksi huolellinen huomio yksityiskohtiin, asianmukainen laitteiden kalibrointi ja tiukat laadunvalvontatoimenpiteet ovat elintärkeitä tässä piirilevykokoonpanon alkuvaiheessa.

#### Poimintakoneen rooli

Pick-and-place-kone, joka tunnetaan myös nimellä SMT-kone, on kriittinen laite piirilevyjen kokoonpanoprosessissa. Se automatisoi elektroniikkakomponenttien sijoittamisen piirilevylle (PCB). Tässä erittäin tarkassa toiminnassa kone poimii pieniä komponentteja syöttönauhoilta tai -alustoilta ja sijoittaa ne tarkasti tiettyihin kohtiin piirilevyä, jotka on esipinnoitettu juotospastalla. Tämän vaiheen tarkkuus on ensiarvoisen tärkeää, sillä pienetkin väärät kohdat voivat johtaa virheellisiin liitäntöihin tai komponenttien vioittumiseen. [Lähde: Chuxin SMT].

Näissä koneissa käytetään kehittyneitä visiojärjestelmiä ja nopeita robottikäsivarret, joilla varmistetaan, että jokainen komponentti on sijoitettu oikein ja suunnattu suunnittelumääritysten mukaisesti. Prosessi alkaa, kun piirilevy tulee koneeseen, jossa se asetetaan tarkasti paikoilleen. Sitten tyhjiösuuttimilla varustettu pick-and-place-pää poimii komponentin. Kamerajärjestelmä tarkastaa, onko komponentissa vikoja ja onko se oikein suunnattu, ennen kuin se asetetaan piirilevyn juotospastan päälle. Juotospasta toimii liimana, joka pitää komponentin paikallaan uudelleenjuotosvaiheeseen asti. Pick-and-place-koneiden tehokkuus ja tarkkuus vaikuttavat merkittävästi piirilevyjen valmistuksen kokonaisnopeuteen ja laatuun.

#### Lämpöprofiili: Reflow-juottamisen vaiheet

Reflow-juotosprosessiin kuuluu tarkoin ohjattu lämpösykli reflow-uunissa, joka on yleensä jaettu neljään eri lämpötilavyöhykkeeseen. Kullakin vyöhykkeellä on ratkaiseva rooli vahvojen ja luotettavien juotosliitosten muodostumisen varmistamisessa.

##### Esilämmitysalue
Alkuvaiheessa, jota kutsutaan esilämmitysalueeksi, koko piirilevyn (PCB) kokoonpanon lämpötilaa nostetaan asteittain. Tämä hallittu nousu on tärkeää useista syistä: se poistaa kosteuden vuosta ja piirilevystä ja minimoi komponentteihin kohdistuvan lämpöshokin varmistamalla tasaisemman lämpötilan jakautumisen koko levylle. [Lähde: ChuXin SMT]. Lämpötilan hidas ja tasainen nousu tämän vaiheen aikana estää nopean laajenemisen, joka voisi muuten johtaa komponenttien vaurioitumiseen tai levyn vääntymiseen.

##### Terminen liotusalue
Esikuumennuksen jälkeen lämpöliuotusvyöhyke pitää yllä tasaista, kohonnutta lämpötilaa tietyn ajan. Ensisijaisena tavoitteena on tasoittaa lämpötila kaikissa komponenteissa ja piirilevyssä, jotta varmistetaan, että myös suuremmat tai tiheämmät komponentit saavuttavat saman lämpötilan kuin pienemmät komponentit. [Lähde: ChuXin SMT]. Tämä tasaisuus on ratkaisevan tärkeää vuon aktivoimiseksi ja juotospastan valmistelemiseksi uudelleenjuotosvaihetta varten. Liotuksen kesto määräytyy muun muassa käytetyn juotospastan tyypin ja kokoonpanon lämpömassan mukaan.

##### Uudelleenvirtausvyöhyke
Reflow-alueella juotospasta todella sulaa ja muodostaa juotosliitokset. Tämän vyöhykkeen lämpötila nousee juotosseoksen sulamispisteen yläpuolelle, jolloin juote kastelee komponenttien johtimet ja piirilevytyynyt. Huippulämpötila ja juotteen sulamispisteen yläpuolella vietetty aika (tunnetaan nimellä "time above liquidus" tai TAL) ovat kriittisiä parametreja. Suositellun huippulämpötilan ylittäminen voi johtaa komponenttien vaurioitumiseen tai hauraiden metallien välisten yhdisteiden muodostumiseen, kun taas riittämätön aika liquiduksen yläpuolella voi johtaa huonoon kostutukseen ja epätäydellisiin liitoksiin. [Lähde: ChuXin SMT].

##### Jäähdytysvyöhyke
Viimeinen vaihe on jäähdytysalue, jossa piirilevykokoonpano jäähdytetään nopeasti. Tämä hallittu jäähdytysprosessi on elintärkeä, jotta juotosliitokset jähmettyvät nopeasti ja luovat sileän, rakeisen rakenteen, joka on mekaanisesti vahva. Nopea jäähdytysnopeus auttaa estämään suurten, haitallisten intermetallisten yhdisteiden muodostumisen, mikä voi heikentää liitoksen luotettavuutta ja sitkeyttä. [Lähde: ChuXin SMT]. Jäähdytysnopeuden on oltava riittävän asteittainen lämpöshokkien välttämiseksi, mutta riittävän nopea haluttujen metallurgisten ominaisuuksien saavuttamiseksi.

#### Yleiset reflow-juottamisen viat ja ratkaisut

Reflow-juottaminen, joka on elektroniikan valmistuksessa tärkeä vaihe, voi joskus johtaa vikoihin, jos sitä ei valvota huolellisesti. Näiden yleisten ongelmien ja niiden ratkaisujen ymmärtäminen on elintärkeää korkealaatuisten piirilevykokoonpanojen varmistamiseksi.

##### Hautaaminen
Tombstoning tapahtuu, kun komponentti, erityisesti pieni pintaliitoslaite (SMD), kuten vastus tai kondensaattori, nostetaan toisesta päästä ylös, mikä muistuttaa hautakiveä. Tämä tapahtuu tyypillisesti, kun komponentin toisella puolella oleva juotospasta sulaa ja jähmettyy ennen toista puolta, jolloin pintajännitysvoimat ovat epätasapainossa.

**Syyt:**
* **Yhtäläinen lämmitys:** Erot lämpömassassa tai lämmön absorptiossa komponentin tai tyynyjen kahden pään välillä voivat johtaa erilaiseen sulamiseen.
* **Juotospastan määrä:** Ylimääräinen määrä juotospastaa yhdellä alustalla tai riittämätön määrä toisella alustalla voi aiheuttaa epätasapainon.
* **Komponentin sijoittaminen:** Komponentin sijoittaminen epäkeskeisesti tyynyihin.
* **Levyn esilämmitys:** Piirilevykokoonpanon riittämätön tai epätasainen esilämmitys voi aiheuttaa erilaista lämpenemistä.

**Ratkaisut:**
* **Optimize Reflow Profile:** Varmista, että reflow-uuniprofiili tarjoaa riittävän ja tasaisen esilämmityksen koko levylle lämpögradienttien minimoimiseksi.
* **Juotospastatarkastus:** Varmista juotospastan oikea määrä ja tasainen laskeutuminen kaikkiin tyynyihin käyttämällä automaattista optista tarkastusta (AOI).
* **Komponenttien sijoittelutarkkuus:** Kalibroi pick-and-place-koneet varmistaaksesi komponenttien tarkan ja keskitetyn sijoittelun.
* **Huomioi komponenttien koko:** Hyvin pienille komponenteille voi olla apua käyttämällä hieman suurempaa tyynykokoa tai varmistamalla symmetrinen tyynysuunnittelu.

##### juotosillat
Juotossillat, jotka tunnetaan myös nimellä silloitus tai oikosulku, syntyvät, kun juote tahattomasti yhdistää kaksi tai useampia vierekkäisiä johtoja tai tyynyjä, joiden pitäisi pysyä sähköisesti eristettyinä.

**Syyt:**
* **Ylimääräinen juotospasta:** Liian suuri määrä juotospastaa tyynyille lisää todennäköisyyttä, että se virtaa sinne, minne sen ei pitäisi.
* **Juotospastan siltaaminen:** Juotospasta leviää kaavaimen aukkoihin, mikä johtaa tahattomiin liitoksiin.
* **Komponenttiväli:** Riittämätön etäisyys komponenttien tai tyynyjen välillä.
* **Juotospallojen muodostuminen:** Levylle muodostuu pieniä juotospalloja, jotka voivat myöhemmin aiheuttaa oikosulkuja.
* **Vääränlainen reflow-profiili:** Nopea ramppi tai huippulämpötila voi aiheuttaa liiallista juotteen leviämistä.

**Ratkaisut:**
* **Stencil Aperture Design:** Varmista sopiva aukon koko ja muoto, ja harkitse profilometriaa, jotta voit tarkistaa, että tahna laskeutuu tasaisesti.
* **Juotospastan laatu:** Käytä korkealaatuista juotospastaa, jonka viskositeetti ja hiukkaskoko ovat sopivia.
* **Tulostusprosessin valvonta:** Säilytä puhtaat kaavat, oikea puristuspaine ja sopiva tulostusnopeus.
* **Komponenttien sijoittelu:** Tarkka sijoittelu estää johtojen liian lähellä viereisiä tyynyjä.
* ** Reflow Profile Adjustment:** Hienosäädä reflow-profiili minimoimaan liiallinen juotteen leviäminen varmistaen samalla asianmukaisen liitoksen muodostumisen. Tämä voidaan saavuttaa ohjaamalla ramppinopeuksia ja huippulämpötiloja huolellisesti.

##### Virtsaneritys
Tyhjentymisellä tarkoitetaan tyhjien tilojen tai taskujen esiintymistä juotosliitoksessa. Vaikka jotkut tyhjät tilat ovat hyväksyttäviä, liiallinen tyhjyys voi heikentää liitoksen mekaanista lujuutta ja sähkönjohtavuutta.

**Syyt:**
* **Juotospastan koostumus:** Juotospastassa olevat haihtuvat komponentit, jotka eivät täysin kaasuudu uudelleenjuoksutuksen aikana.
* **Saastuminen:** Piirilevytyynyjen tai komponenttien johtimien epäpuhtaudet voivat estää juotoksen kostumisen ja luoda tyhjiöitä.
* **Komponenttijohdot:** Johtimet, joilla on huono juotettavuus tai pintakontaminaatio.
* **Jälleenvirtausprofiili:** Nopea kuumentaminen tai riittämätön aika höyryfaasissa voi sitoa kaasuja.
* **Juotospastan laskeutuminen:** Epäjohdonmukainen juotospastan laskeutuminen voi johtaa tyhjiöihin.

**Ratkaisut:**
* **Juotospastan valinta:** Valitse juotospastat, jotka on muotoiltu siten, että niiden tyhjennysominaisuudet ovat alhaiset ja ne ovat yhteensopivia reflow-prosessin kanssa.
* ** Prosessinvalvonta:** Komponenttien ja piirilevyjen puhtauden varmistaminen. Tarkista juotospastan asianmukainen tulostus ja komponenttien sijoittelu.
* ** Reflow-profiilin optimointi:** Toteuta reflow-profiili, joka mahdollistaa riittävän ajan huippulämpötilassa, jotta juotospasta voi kaasuuntua ja kastua kokonaan. Oikea lämpötilan säätö on avain hyvien juotosliitosten saavuttamiseen.
* ** Levyn suunnittelu:** Harkitse tyynyn suunnittelua juotteen virtauksen helpottamiseksi ja loukkuun jääneiden kaasujen minimoimiseksi.

#### Reflow-juottamisen tulevaisuus

Reflow-juottaminen on edelleen kriittinen prosessi elektroniikan valmistuksessa, ja sen avulla voidaan luoda vankkoja sähköisiä liitoksia sulattamalla ja juottamalla juotetta komponenttien liittämiseksi alustaan. Tämä tekniikka on välttämätön painettujen piirilevyjen (PCB) kokoonpanossa, erityisesti kun miniatyrisoinnin ja komponenttitiheyden kasvava kysyntä on lisääntynyt. Tekniikan kehittyessä itse reflow-prosessi kehittyy merkittävästi vastaamaan näihin kehittyviin haasteisiin.

Reflow-tekniikan tulevaisuuden suuntaukset keskittyvät ensisijaisesti tarkkuuden, tehokkuuden ja luotettavuuden parantamiseen. Innovaatiot juotosseoksissa ovat ratkaisevan tärkeitä, ja parhaillaan tutkitaan materiaaleja, jotka tarjoavat parempia lämpö- ja mekaanisia ominaisuuksia, alhaisempia sulamispisteitä energiatehokkuuden parantamiseksi ja parempaa yhteensopivuutta kehittyneiden pakkaustekniikoiden kanssa. Laitevalmistajat kehittävät reflow-uuneja, joissa on kehittyneemmät lämmitysprofiilit, parempi lämpötilan tasaisuus ja parempi energiatehokkuus, ja niihin sisältyy usein ominaisuuksia, kuten typen inertointi hapettumisen estämiseksi ja juotosliitosten laadun parantamiseksi. Lähde: CHUXIN SMT.

Lisäksi edistynyt prosessinvalvonta on ensiarvoisen tärkeää. Komponenttien, kuten System-in-Package (SiP) -järjestelmän ja kiekkotason pakkausten, miniatyrisointi edellyttää lämpötilan, ilmakehän ja ajan erittäin tarkkaa hallintaa. Tähän kuuluu älykkäiden reflow-järjestelmien kehittäminen, jotka hyödyntävät antureita ja reaaliaikaista data-analyysia optimoidakseen juotosprofiilin dynaamisesti ja varmistaakseen johdonmukaiset ja virheettömät kokoonpanot jopa herkimpien komponenttien kanssa. Lähde: CHUXIN SMT. Pyrkimys kohti teollisuus 4.0:aa vaikuttaa myös reflow-teknologiaan, jossa keskitytään automaatioon, liitettävyyteen ja tietoon perustuvaan optimointiin, jotta voidaan parantaa valmistuksen kokonaistuotosta ja tuotteiden laatua. Lähde: CHUXIN SMT.

## Lähteet

• CHUXIN SMT - Lämpöprofiili: Reflow-vaiheet
• Chuxin SMT - Poimi ja sijoita -kone
• CHUXIN SMT - SMT-reflow-uuni: Mikä se on, miten se toimii ja tyypit
• CHUXIN SMT - SMT Reflow-juottoprosessin optimointi ja valvonta
• CHUXIN-SMT - Juotospastan käyttöohjeet
• CHUXIN-SMT - Juotospastan käyttöohjeet
• CHUXIN-SMT - Juotospastan käyttöohjeet
• CHUXIN SMT - Reflow-juottamisen tulevaisuuden suuntaukset
• CHUXIN SMT - Reflow-juottamisen tulevaisuuden suuntaukset
• CHUXIN SMT - Mikä on reflow-juottaminen?