Zapytanie ofertowe

Wpis: The Anatomy Of A Wave Soldering Machine

Strona główna / Blog

Anatomia maszyny do lutowania na fali

 

Podstawowa struktura linii produkcyjnej SMT

Linia produkcyjna SMT (technologia montażu powierzchniowego) to zautomatyzowany system montażowy przeznaczony do precyzyjnej, wysokonakładowej produkcji obwodów drukowanych (PCB). Zrozumienie jego podstawowej struktury ma kluczowe znaczenie dla opanowania wydajnego montażu i lutowania komponentów elektronicznych. Cały proces składa się z szeregu starannie skoordynowanych etapów, z których każdy wykonywany jest przez specjalistyczny sprzęt. Fundamentem tej zautomatyzowanej linii produkcyjnej jest zazwyczaj wiele kluczowych maszyn połączonych w celu zapewnienia płynnego przejścia od gołej płytki do gotowego produktu.

Sercem struktury linii produkcyjnej SMT są następujące podstawowe komponenty:

  • Ładowarka PCB: Rozpoczyna się proces z ładowarką PCB który automatycznie podaje gołe płytki z kaset na linię produkcyjną. Ten początkowy etap eliminuje ręczną obsługę i zmniejsza ryzyko zanieczyszczenia i uszkodzenia. Na drugim końcu rozładowarka PCB zbiera gotowe płytki PCB i układa je w stosy do następnego etapu produkcji lub testowania. Zautomatyzowana obsługa linii produkcyjnej ma kluczowe znaczenie dla utrzymania ciągłej, szybkiej produkcji . [Źródło: Electronic Design]
  • Drukarka pasty lutowniczej: Po załadowaniu gołej płytki jest ona wysyłana do drukarki pasty lutowniczej. Maszyna ta wykorzystuje szablon i skrobak do nakładania precyzyjnej warstwy pasty lutowniczej na określone pady, w których umieszczane są komponenty. Dokładność na tym etapie ma kluczowe znaczenie, ponieważ niewystarczająca lub nadmierna ilość pasty lutowniczej może skutkować wadami lutowniczymi, takimi jak przerwy lub mostki lutownicze . [Źródło: Epec Engineered Technologies]
  • Maszyny do umieszczania chipów: Są one sercem linii produkcyjnej SMT. Pobierają pojedyncze komponenty do montażu powierzchniowego z rolek lub tacek i precyzyjnie umieszczają je na padach. Nowoczesne maszyny pracują z niezwykle wysokimi prędkościami, zdolnymi do umieszczania tysięcy komponentów na godzinę z wysoką precyzją, co ma kluczowe znaczenie dla wydajności montażu SMT.
  • Maszyna lutownicza (lutowanie rozpływowe lub na fali): Po umieszczeniu komponentów płytka PCB musi zostać podgrzana, aby stopić pastę lutowniczą, tworząc trwałe połączenie elektryczne. Najpopularniejszą metodą stosowaną w SMT jest lutowanie rozpływowe . Płyta jest przenoszona na przenośniku taśmowym przez wiele stref grzewczych, zgodnie z określoną procedurą. profil temperatury aby upewnić się, że wszystkie połączenia lutowane są prawidłowo uformowane bez uszkodzenia komponentów [źródło: PCB Technologies] . W przypadku płyt z elementami z otworami przelotowymi, lutowanie na fali używana jest maszyna, która przepuszcza płytkę przez falę stopionego lutowia.
  • Przenośniki PCB: Łącznikiem wszystkich tych maszyn jest Przenośnik PCB system . Te zautomatyzowane przenośniki transportują płytki drukowane z jednej stacji roboczej do drugiej. Szybkość i stabilność przenośnika mają kluczowe znaczenie dla Optymalizacja przepływu pracy i zapobieganie wąskim gardłom lub przesunięciom komponentów podczas transportu. Bardziej złożone linie mogą również obejmować przenośniki buforowe lub bramki wahadłowe do dynamicznego zarządzania procesem produkcyjnym.

Przygotowanie płyty: Topniki i obszary podgrzewania

Gdy zespół PCB przechodzi przez maszynę do lutowania na fali, najpierw wchodzi do strefy nakładania topnika i podgrzewania. Te początkowe etapy mają kluczowe znaczenie dla przygotowania płytki do skutecznego tworzenia połączeń lutowniczych. Pominięcie tych kroków lub niewłaściwe zarządzanie nimi może skutkować licznymi wadami lutowniczymi.

Rola strefy przepływu

Zanim płytka PCB wejdzie w kontakt ze stopionym lutowiem, przechodzi przez strefę topnika, gdzie jest pokryta warstwą topnika. Główną funkcją topnika jest oczyszczenie metalowej powierzchni i przygotowanie jej do lutowania. Czyni to na trzy główne sposoby:

  • Usuwanie tlenków: Powierzchnie metalowe (w tym wyprowadzenia komponentów i pady PCB) naturalnie tworzą warstwy tlenku, gdy są wystawione na działanie powietrza. Te warstwy tlenków uniemożliwiają lutowi utworzenie dobrego połączenia z metalem. Topnik zawiera aktywatory chemiczne, które skutecznie usuwają te tlenki . [Źródło: AIM Solder]
  • Lepsze zwilżanie: Topnik oczyszcza powierzchnię, umożliwiając stopionemu lutowi "zwilżenie" lub równomierne rozprowadzenie po metalowych padach i przewodach. To zwilżanie ma kluczowe znaczenie dla tworzenia mocnych, niezawodnych połączeń lutowanych.
  • Zapobiega ponownemu utlenianiu: Topnik tworzy barierę ochronną na oczyszczonych powierzchniach, zapobiegając ich ponownemu utlenianiu, gdy płyta przechodzi przez strefę grzewczą maszyny przed dotarciem do fali lutowniczej.

Topnik może być nakładany różnymi metodami, w tym natryskiwaniem, spienianiem lub zanurzaniem, przy czym topnik natryskowy jest najczęściej stosowaną metodą w nowoczesnym sprzęcie ze względu na wysoką precyzję i kontrolę. Więcej szczegółowych informacji, zobacz nasze przewodnik dotyczący wyboru i konserwacji topnika.

Krytyczna faza rozgrzewki

Po nałożeniu topnika, płytka PCB natychmiast przechodzi do strefy podgrzewania. Etap ten polega na stopniowym podnoszeniu temperatury całego zespołu. Proces podgrzewania to coś więcej niż tylko podgrzanie płytki; pełni on również kilka ważnych funkcji:

  • Aktywacja strumienia: Ciepło aktywuje substancje chemiczne zawarte w topniku, zwiększając jego zdolność do czyszczenia powierzchni metalowych. Różne topniki mają określone zakresy temperatur aktywacji, więc kontrola temperatury jest parametrem krytycznym . [Źródło: EpecTec]
  • Odparowanie rozpuszczalnika: Płynny topnik zawiera rozpuszczalniki, które muszą odparować przed wystawieniem płyty na działanie fali lutowniczej. Jeśli rozpuszczalniki nie zostaną usunięte, zagotują się gwałtownie, gdy wejdą w kontakt ze stopionym lutowiem, powodując defekty, takie jak kulki lutownicze i puste przestrzenie.
  • Redukcja szoku termicznego: Najważniejszą rolą podgrzewania jest minimalizacja szoku termicznego. Szok termiczny odnosi się do naprężeń nakładanych na płytkę PCB i jej komponenty, gdy temperatura gwałtownie się zmienia. Strefa podgrzewania powoli podgrzewa komponenty do określonej temperatury (zazwyczaj między 100°C a 130°C), aby zapewnić, że różnica temperatur między płytką a falą lutowniczą (około 250°C) nie jest zbyt duża. Ten stopniowy wzrost temperatury zapobiega uszkodzeniom, takim jak wypaczanie płyty i pękanie lub rozwarstwianie komponentów . [Źródło: PCB Technologies]

Prawidłowe wykonanie etapów topienia i podgrzewania wstępnego stanowi fundament dla całego procesu lutowania na fali Zapewnienie, że komponenty są chemicznie i termicznie przygotowane do końcowych etapów lutowania.

Serce maszyny: garnki lutownicze i mechanika falowa

Garnek lutowniczy jest sercem każdej maszyny do lutowania na fali, służąc jako zbiornik stopionego lutowia. Garnek rozpoczyna proces lutowania poprzez podgrzanie stałego stopu lutowniczego (zazwyczaj bezołowiowej kompozycji, takiej jak cyna-srebro-miedź (SAC)) do precyzyjnego stanu ciekłego. Utrzymanie stałej temperatury w garnku ma kluczowe znaczenie dla uzyskania niezawodnych połączeń lutowanych. Jak omówiono w naszym przewodnik po temperaturach lutowania na fali Nawet niewielkie wahania mogą prowadzić do defektów, takich jak szok termiczny lub niepełne zwilżenie. Z biegiem czasu powierzchnia stopionego lutowia reaguje z powietrzem, tworząc warstwę tlenków i zanieczyszczeń znaną jako kożuch żużlowy. Regularne usuwanie tego kożucha ma kluczowe znaczenie, ponieważ może on wprowadzać zanieczyszczenia podczas procesu lutowania i powodować wady, takie jak oblodzenie i mostkowanie [źródło: Kester] .

Z tego starannie kontrolowanego garnka lutowniczego stopiony lut jest pompowany w górę przez dyszę, tworząc falę lutowniczą - serce całego procesu lutowania. Nowoczesne systemy lutowania na fali niemal powszechnie wykorzystują proces dwufalowy do obsługi złożonych, mieszanych technologicznie płytek PCB. Zrozumienie unikalnej roli każdej fali jest kluczem do opanowania procesu lutowania, a temat ten omówimy w następujący sposób zagłębić się w dynamikę fali lutowniczej .

  1. Fala turbulentna (Chip Wave): Pierwszą falą, z jaką styka się płytka PCB, jest przepływ turbulentny, zazwyczaj dwukierunkowy. Agresywny, wzburzony przepływ ma na celu zapewnienie pełnego pokrycia lutowiem, wtłaczając lut w ciasne przestrzenie, takie jak platerowane otwory przelotowe i pod komponentami do montażu powierzchniowego. Działanie to pozwala przezwyciężyć cieniowanie komponentów i sprzyja dobremu zwilżeniu wszystkich lutowalnych powierzchni . [Źródło: Epec Engineered Technologies]
  2. Fala laminarna (gładka): Po fali turbulentnej płytka PCB przechodzi przez drugą, łagodniejszą falę. Fala laminarna płynie w jednym kierunku, tworząc spokojną i stabilną powierzchnię. Jej celem jest wyprostowanie i ukształtowanie: usuwa nadmiar lutowia osadzonego przez falę turbulentną, eliminuje mostki lutownicze między blisko rozmieszczonymi pinami i ostatecznie tworzy idealny filet lutowniczy.

Skuteczność całego systemu zależy od precyzyjnej kalibracji charakterystyki dynamicznej fali lutowniczej. Krytyczne parametry, takie jak wysokość fali Prędkość przenośnika (która określa czas kontaktu) i kąt przenośnika muszą być idealnie zsynchronizowane. Celem jest zapewnienie wystarczającego czasu kontaktu dla odpowiedniego zwilżenia PCB bez narażania komponentów na nadmierne naprężenia termiczne. Ta równowaga między stabilną kąpielą lutowniczą a dynamiczną falą lutowniczą ostatecznie decyduje o jakości i niezawodności produktu końcowego.

Montaż końcowy: chłodzenie, czyszczenie i kontrola

Proces lutowania płytek drukowanych (PCB) nie kończy się w momencie stopienia lutowia. Faza chłodzenia jest krytycznym i kontrolowanym etapem, który pozwala stopionemu lutowi zestalić się, tworząc mocne i niezawodne połączenie elektryczne. Jeśli ta faza zostanie wykonana w pośpiechu lub nieprawidłowo, skrupulatna praca wstępnego podgrzewania i ponownego rozpływu może zostać cofnięta, prowadząc do wielu wad.

Kluczowa rola szybkości chłodzenia

Po tym, jak płytka PCB osiągnie szczytową temperaturę podczas procesu lutowania, wchodzi do strefa chłodzenia . Głównym celem jest tutaj obniżenie temperatury komponentu w kontrolowanym tempie. Tempo to jest prawdopodobnie najbardziej krytycznym parametrem na tym etapie, ponieważ bezpośrednio wpływa na mikrostrukturę złącza lutowniczego, wpływając tym samym na jego wytrzymałość mechaniczną i długoterminową niezawodność.

Optymalne szybkości chłodzenia (zazwyczaj około -4°C na sekundę) są kluczowe dla rozwoju drobnoziarnistej mikrostruktury w lutowiu [źródło: CircuitNet] . Ta drobnoziarnista struktura zwiększa wytrzymałość zmęczeniową i ogólną trwałość złącza. Jednak odchylenia od optymalnej szybkości chłodzenia mogą powodować poważne problemy:

  • Zbyt szybkie chłodzenie: Gwałtowny spadek temperatury może spowodować szok termiczny, generując naprężenia, które mogą spowodować pęknięcie podłoża PCB lub samych komponentów. Jest to szczególnie niebezpieczne w przypadku wrażliwych kondensatorów ceramicznych.
  • Zbyt wolne chłodzenie: Zbyt wolne chłodzenie może prowadzić do nadmiernego wzrostu związków międzymetalicznych (IMC) na styku lutowia i ołowiu. Podczas gdy cienka warstwa IMC jest pożądana dla dobrego połączenia, gruba, krucha warstwa IMC może zagrozić integralności połączenia, czyniąc je podatnym na uszkodzenia pod wpływem naprężeń lub wibracji . [Źródło: Bel Power Solutions]

Mastering system chłodzenia do lutowania rozpływowego jest kluczem do zapobiegania tym problemom i zapewnienia spójnych, wysokiej jakości wyników.

Czyszczenie i kontrola po spawaniu

Po ostygnięciu płytki i zestaleniu się połączeń lutowanych, zespół przechodzi do etapu po lutowaniu, aby zweryfikować jakość i przygotować go do ostatecznego zastosowania.

1. Czyszczenie:
Proces lutowania często pozostawia resztki topnika. Podczas gdy topniki "no-clean" są powszechne, ich pozostałości mogą czasami zakłócać sondowanie podczas testowania w obwodzie lub uniemożliwiać prawidłowe przyleganie powłok konformalnych. Czyszczenie jest niezbędne w przypadku zastosowań o wysokiej niezawodności w przemyśle motoryzacyjnym, medycznym lub lotniczym. Pozostałości topnika mogą być kwaśne i pochłaniać wilgoć z powietrza, potencjalnie powodując korozję i zwarcia elektryczne w miarę upływu czasu [źródło: Epec] . Do usuwania tych szkodliwych zanieczyszczeń można stosować różne metody czyszczenia, w tym systemy wodne, półwodne i rozpuszczalnikowe.

2. Kontrola i testowanie:
Aby zapewnić wysoką jakość, każdy komponent poddawany jest rygorystycznej kontroli. Główne metody obejmują:

  • Automatyczna inspekcja optyczna (AOI): System AOI wykorzystuje kamerę o wysokiej rozdzielczości do skanowania płytki PCB i porównywania jej ze szczegółowym szablonem "złotej" płytki. Może on szybko wykryć wady, takie jak mostki lutownicze, otwarte obwody, niewystarczająca ilość lutu i nieprawidłowe rozmieszczenie komponentów.
  • Zautomatyzowana kontrola rentgenowska (AXI): AXI ma kluczowe znaczenie dla komponentów z ukrytymi połączeniami lutowniczymi, takimi jak tablice z siatką kulkową (BGA). Promieniowanie rentgenowskie może penetrować korpus komponentu i generować obrazy ukrytych połączeń, ujawniając wady, których systemy optyczne nie są w stanie wykryć, takie jak Pustki lutownicze lub szorty . [Źródło: Creative Hi-Tech]

Po tej inspekcji zwykle przeprowadzane są testy funkcjonalne, aby upewnić się, że płyta jest prawidłowo zasilana i działa zgodnie z projektem. To końcowe sprawdzenie weryfikuje, czy cała rozpływ lub proces lutowania na fali został pomyślnie ukończony, co zaowocowało niezawodnym i w pełni funkcjonalnym zespołem elektronicznym.

źródło

“`

Copyright © 2024 Shenzhen Chuxin Electronic Equipment Co, Ltd 粤ICP备09167204号

Przewijanie do góry