### Uporaba spajkalne paste: Osnova zanesljivih spojev
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 reflow soldering process Vir: CHUXIN-SMT.
Najpogosteje se uporablja način nanašanja s šablono. Šablona je tanka pločevina, običajno iz nerjavnega jekla, z natančno izrezanimi odprtinami (odprtinami), ki ustrezajo ploščicam za namestitev komponent na tiskanem vezju. Šablona je poravnana nad tiskanim vezjem, spajkalna pasta pa se razporedi po njeni površini s pomočjo stisneka. Pasta se iztisne skozi odprtine v šabloni in se natančno nanese na ploščice pod njo. Debelina šablone določa količino nanesene spajkalne paste, oblika odprtin pa določa obliko in površino nanosa. Ta metoda omogoča hkratno nanašanje na več ploščic, kar znatno poveča učinkovitost in doslednost pri velikoserijski proizvodnji. Vir: CHUXIN-SMT.
Za uspešen nanos spajkalne paste je ključnih več dejavnikov. Viskoznost in velikost delcev spajkalne paste morata biti primerni za izbrano metodo nanašanja in obliko šablone. Ustrezna poravnava med šablono in tiskanim vezjem je bistvenega pomena za preprečevanje premostitev ali nepopolne pokritosti. Poleg tega je bistvenega pomena čistoča tiskanega vezja in šablone, saj lahko kakršne koli nečistoče povzročijo napake pri spajkanju. Po nanosu ostane pasta v poltrdnem stanju, dokler se ne segreje med postopkom ponovnega uplinjanja, kjer se spajka stopi in oblikuje spoj. Vir: CHUXIN-SMT.
Dobro izveden nanos spajkalne paste je temelj robustnih elektronskih sklopov. Napake na tej stopnji, kot sta nezadostna količina paste (zaradi česar so spoji šibki) ali prevelika količina paste (zaradi spajkanja mostičkov med sosednjimi podložkami), lahko ogrozijo zanesljivost in funkcionalnost celotne naprave. Zato so v tej začetni fazi sestavljanja tiskanih vezij ključnega pomena natančna pozornost do podrobnosti, ustrezna kalibracija opreme in strogi ukrepi za nadzor kakovosti.
### Vloga stroja za pobiranje in nameščanje
Stroj za pobiranje in nameščanje, znan tudi kot stroj za tehnologijo površinske montaže (SMT), je ključni del opreme v postopku sestavljanja tiskanih vezij. Avtomatizira nameščanje elektronskih komponent na ploščo tiskanega vezja (PCB). Pri tem zelo natančnem postopku stroj pobere majhne komponente s podajalnih trakov ali pladnjev in jih natančno namesti na določena mesta na tiskanem vezju, ki so bila predhodno nanesena s spajkalno pasto. Natančnost tega koraka je izredno pomembna, saj lahko že manjše napake pri postavitvi vodijo do napačnih povezav ali okvar komponent. [Vir: Chuxin SMT].
Ti stroji uporabljajo napredne vidne sisteme in visokohitrostne robotske roke, ki zagotavljajo, da je vsaka komponenta pravilno nameščena in usmerjena v skladu s specifikacijami zasnove. Postopek se začne z vnosom tiskanega vezja v stroj, kjer se natančno namesti. Nato glava za pobiranje in umeščanje, opremljena z vakuumskimi šobami, pobere komponento. Preden se komponenta namesti na spajkalno pasto na tiskanem vezju, jo sistem kamer pregleda glede napak in pravilne usmerjenosti. Spajkalna pasta deluje kot lepilo in drži komponento na mestu do faze spajkanja s ponovnim tokom. Učinkovitost in natančnost strojev pick-and-place pomembno vplivata na splošno hitrost in kakovost izdelave tiskanih vezij.
### Termični profil: Stopnje spajkanja s ponovnim tokom
Postopek spajkanja s ponovnim topljenjem vključuje skrbno nadzorovan toplotni cikel v peči za spajkanje s ponovnim topljenjem, ki je običajno razdeljen na štiri različna temperaturna območja. Vsako območje ima ključno vlogo pri oblikovanju močnih in zanesljivih spajkanih spojev.
Območje predgrevanja
V začetni fazi, imenovani območje predgrevanja, se postopoma zviša temperatura celotnega sklopa tiskanega vezja (PCB). To nadzorovano povečevanje je bistvenega pomena iz več razlogov: iz toka in tiskanega vezja izloča vlago in zmanjšuje toplotni šok za komponente, saj zagotavlja enakomernejšo porazdelitev temperature po plošči. [Vir: ChuXin SMT]. Počasno in enakomerno povečevanje temperature v tej fazi preprečuje hitro širjenje, ki bi sicer lahko povzročilo poškodbe komponent ali deformacije plošče.
Thermal Soak Zone
Po predhodnem segrevanju se v območju toplotnega namakanja za določen čas ohranja konstantna, povišana temperatura. Glavni cilj je izenačiti temperaturo vseh sestavnih delov in tiskanega vezja ter zagotoviti, da tudi večji ali gostejši sestavni deli dosežejo enako temperaturo kot manjši. [Vir: ChuXin SMT]. Ta enakomernost je ključnega pomena za aktiviranje fluksa in pripravo spajkalne paste za fazo ponovnega pretoka. Trajanje namakanja je odvisno od dejavnikov, kot sta vrsta uporabljene spajkalne paste in toplotna masa sklopa.
Območje ponovnega pretoka
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 [Vir: ChuXin SMT].
Hladilno območje
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 [Vir: ChuXin SMT]. Hitrost ohlajanja mora biti dovolj postopna, da se izognemo toplotnemu šoku, vendar dovolj hitra, da dosežemo želene metalurške lastnosti.
### Pogoste napake pri spajkanju s topljenjem in rešitve
Spajkanje s topljenjem, ki je ključni korak v proizvodnji elektronike, lahko včasih privede do napak, če ni skrbno nadzorovano. Razumevanje teh pogostih težav in njihovih rešitev je bistvenega pomena za zagotavljanje visokokakovostnih sklopov tiskanih vezij.
Tombstoning
Do nagrobnega kamna pride, ko komponento, zlasti majhno napravo za površinsko vgradnjo (SMD), kot sta upor ali kondenzator, dvignemo na enem koncu, kar spominja na nagrobni kamen. To se običajno zgodi, ko se spajkalna pasta na eni strani komponente stopi in strdi prej kot na drugi, kar povzroči neravnovesje sil površinske napetosti.
**Prizadevanja:**
* **Neenakomerno segrevanje:** Razlike v toplotni masi ali absorpciji toplote med obema koncema komponente ali blazinicami lahko povzročijo diferencialno taljenje.
* **Količina spajkalne paste:** Presežek spajkalne paste na eni ploščici ali premajhna količina na drugi lahko povzroči neravnovesje.
* **Postavitev komponente:** Komponenta je na blazinicah postavljena izven sredine.
* **Predgrevanje plošče:** Neustrezno ali neenakomerno predgrevanje sklopa PCB lahko prispeva k diferencialnemu segrevanju.
**Rešitve:**
* **Optiminiranje profila ponovnega pretoka:** Zagotovite, da profil pečice za ponovno pretok zagotavlja ustrezno in enakomerno predgrevanje po celotni plošči, da se zmanjšajo toplotni gradienti.
* **Preverjanje spajkalne paste:** S samodejnim optičnim pregledom (AOI) preverite pravilno količino in enakomerno nanašanje spajkalne paste na vse ploščice.
* **Točnost umeščanja komponent:** Umerjajte stroje za pobiranje in umeščanje, da zagotovite natančno in centrirano umeščanje komponent.
* **Upoštevajte velikost komponente:** Pri zelo majhnih komponentah si lahko pomagate z nekoliko večjo velikostjo blazinice ali simetrično zasnovo blazinice.
Solder Bridges
Spajkalni mostovi, znani tudi kot premostitve ali kratki stiki, nastanejo, ko spajka nehote poveže dva ali več sosednjih vodnikov ali ploščic, ki bi morali ostati električno izolirani.
**Prizadevanja:**
* **Excess Solder Paste:** Too much solder paste applied to the pads increases the likelihood of it flowing where it shouldn’t.
* **Mostenje spajkalne paste:** Spajkalna pasta se razporedi po odprtinah šablone, kar povzroči nenamerne povezave.
* **Razmik med komponentami:** Nezadosten razmik med komponentami ali blazinicami.
* **Solder Balling:** Na plošči se tvorijo majhne kroglice spajke, ki lahko kasneje povzročijo kratke stike.
* **Nepravilen profil reflow:** Hitro naraščanje ali najvišja temperatura lahko povzroči prekomerno širjenje spajke.
**Rešitve:**
* **Načrtovanje odprtine šablone:** Zagotovite ustrezno velikost in obliko odprtine ter upoštevajte profilometrijo, da preverite dosledno nanašanje paste.
* **Kakovost spajkalne paste:** Uporabite visokokakovostno spajkalno pasto z ustrezno viskoznostjo in velikostjo delcev.
* **Kontrola procesa tiskanja:** Vzdrževanje čistih šablon, pravilnega pritiska stiske in ustrezne hitrosti tiskanja.
* **Postavitev komponent:** Natančna postavitev preprečuje, da bi bili vodi preblizu sosednjih ploščic.
* **Prilagoditev profila reflow:** Natančno nastavite profil reflow, da zmanjšate prekomerno širjenje spajke in hkrati zagotovite pravilno oblikovanje spoja. To je mogoče doseči s skrbnim nadzorom hitrosti naraščanja in najvišjih temperatur.
Praznjenje
Praznost se nanaša na prisotnost praznih prostorov ali žepov v spajkalnem spoju. Medtem ko je nekaj praznin sprejemljivih, lahko prevelika praznina ogrozi mehansko trdnost in električno prevodnost spoja.
**Prizadevanja:**
* **Sestava spajkalne paste:** Hlapne sestavine v spajkalni pasti, ki se med ponovnim pretokom ne izpraznijo v celoti.
* **Kontaminacija:** Kontaminanti na ploščicah tiskanega vezja ali vodnikih komponent lahko ovirajo navlaževanje spajke in ustvarjajo praznine.
* **Komponentni svinci:** svinci s slabo spajkalnostjo ali površinsko onesnaženostjo.
* **Profil ponovnega pretoka:** Hitro segrevanje ali premalo časa v parni fazi lahko zadrži pline.
* **Odlaganje spajkalne paste:** Nedosledno odlaganje spajkalne paste lahko privede do praznin.
**Rešitve:**
* **Izbira spajkalne paste:** Izberite spajkalne paste, ki so oblikovane za nizko praznjenje in so združljive s postopkom ponovnega pretoka.
* **Kontrola procesa:** Zagotovite čistočo komponent in tiskanih vezij. Preverite pravilno tiskanje spajkalne paste in nameščanje komponent.
* **Optimizacija profila reflow:** Izvedite profil reflow, ki omogoča dovolj časa pri najvišji temperaturi, da se omogoči izhlapevanje spajkalne paste in popolno omočenje. Ustrezen nadzor temperature je ključnega pomena za doseganje dobrih spajkanih spojev.
* **Dejavnost plošče:** Upoštevajte zasnovo ploščic, da olajšate pretok spajke in zmanjšate količino ujetih plinov.
### Prihodnost spajkanja s povratnim tokom
Spajkanje s pretokom ostaja ključni postopek v proizvodnji elektronike, ki omogoča ustvarjanje trdnih električnih povezav s taljenjem in pretakanjem spajke za spajanje komponent na podlago. Ta tehnika je nepogrešljiva pri sestavljanju plošč s tiskanim vezjem (PCB), zlasti zaradi vse večjega povpraševanja po miniaturizaciji in večji gostoti komponent. Z razvojem tehnologije se tudi sam postopek ponovnega spajkanja močno izboljšuje, da bi se lahko spopadel s temi izzivi, ki se razvijajo.
Prihodnji trendi v tehnologiji prelivanja so osredotočeni predvsem na izboljšanje natančnosti, učinkovitosti in zanesljivosti. Ključnega pomena so inovacije na področju spajkalnih zlitin, saj potekajo raziskave materialov, ki zagotavljajo boljše toplotne in mehanske lastnosti, nižja tališča za energetsko učinkovitost in boljšo združljivost z naprednimi tehnologijami pakiranja. Proizvajalci opreme razvijajo peči za preparevanje z bolj izpopolnjenimi grelnimi profili, boljšo temperaturno enakomernostjo in večjo energetsko učinkovitostjo, ki pogosto vključujejo funkcije, kot je inertizacija z dušikom za preprečevanje oksidacije in izboljšanje kakovosti spajkanih spojev. Vir: CHUXIN SMT.
Poleg tega je napreden nadzor procesa bistvenega pomena. Miniaturizacija komponent, kot sta sistem v paketu (SiP) in pakiranje na ravni ploščice, zahteva zelo natančen nadzor nad temperaturo, atmosfero in časom. To vključuje razvoj inteligentnih sistemov za spajkanje, ki uporabljajo senzorje in analizo podatkov v realnem času za dinamično optimizacijo profila spajkanja, kar zagotavlja dosledne in brezhibne sklope tudi pri najbolj občutljivih komponentah. Vir: CHUXIN SMT. Prizadevanja za Industrijo 4.0 vplivajo tudi na tehnologijo prelivanja, pri čemer se osredotočajo na avtomatizacijo, povezljivost in optimizacijo na podlagi podatkov, da bi izboljšali celoten donos proizvodnje in kakovost izdelkov. Vir: CHUXIN SMT.
## Viri
- 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?