Szczegółowy proces produkcji PCBA (włącznie z całym procesem DIP) – przyjdź i zobacz!
„Proces lutowania falowego”
Lutowanie falowe to proces spawania urządzeń wtykowych. W tym procesie stopiony, ciekły lut, za pomocą pompy, formuje falę lutowniczą o określonym kształcie na powierzchni cieczy w zbiorniku z lutem, a płytka PCB wstawianego elementu przechodzi przez szczyt fali lutowniczej pod określonym kątem i na określonej głębokości zanurzenia w łańcuchu transmisyjnym, aby uzyskać spawanie lutowane, jak pokazano na poniższym rysunku.
Ogólny przebieg procesu wygląda następująco: wkładanie urządzenia, ładowanie płytki PCB, lutowanie falowe, rozładowywanie płytki PCB, przycinanie wyprowadzeń DIP, czyszczenie, jak pokazano na poniższym rysunku.
1.Technologia wprowadzania THC
1. Formowanie pinów komponentów
Urządzenia DIP muszą zostać uformowane przed włożeniem
(1)Kształtowanie elementów metodą ręczną: Wygięty sworzeń można nadać kształt za pomocą pęsety lub małego śrubokręta, jak pokazano na poniższym rysunku.
(2) Obróbka maszynowa kształtowania komponentów: kształtowanie komponentów odbywa się za pomocą specjalnej maszyny kształtującej. Zasada działania polega na tym, że podajnik wykorzystuje podawanie wibracyjne do podawania materiałów (takich jak tranzystor wtykowy) z dzielnikiem do pozycjonowania tranzystora. Pierwszym krokiem jest zagięcie pinów po obu stronach, lewej i prawej strony; drugim krokiem jest zagięcie środkowego pinu do tyłu lub do przodu, aby nadać mu kształt. Jak pokazano na poniższym rysunku.
2. Wstaw komponenty
Technologia wkładania otworów przelotowych dzieli się na wkładanie ręczne i automatyczne wkładanie za pomocą sprzętu mechanicznego
(1) Podczas ręcznego wkładania i spawania należy najpierw włożyć elementy wymagające mechanicznego zamocowania, takie jak stojak chłodzący, wspornik, zacisk itp. urządzenia zasilającego, a następnie włożyć elementy wymagające spawania i mocowania. Podczas wkładania nie należy dotykać bezpośrednio styków elementów ani folii miedzianej na płycie drukarskiej.
(2) Mechaniczne, automatyczne podłączanie (określane jako AI) to najnowocześniejsza technologia zautomatyzowanej produkcji w montażu współczesnych produktów elektronicznych. Podczas montażu urządzeń automatycznych należy najpierw wstawić komponenty o niższej wysokości, a następnie zainstalować komponenty o wyższej wysokości. Kluczowe komponenty powinny zostać umieszczone w końcowej instalacji. Montaż stelaża rozpraszającego ciepło, wspornika, klipsa itp. powinien odbywać się blisko procesu spawania. Kolejność montażu komponentów PCB przedstawiono na poniższym rysunku.
3. Lutowanie falowe
(1) Zasada działania lutowania falowego
Lutowanie falowe to technologia, która formuje określony kształt fali lutowniczej na powierzchni stopionego, ciekłego lutu za pomocą ciśnienia pompowania i tworzy punkt lutowniczy w obszarze spawania kołkowego, gdy element zespołu wsuwany wraz z elementem przechodzi przez falę lutowniczą pod ustalonym kątem. Element jest najpierw podgrzewany w strefie podgrzewania wstępnego spawarki podczas procesu transportu przez przenośnik łańcuchowy (podgrzewanie wstępne elementu i temperatura do osiągnięcia są nadal kontrolowane przez z góry określoną krzywą temperatury). Podczas rzeczywistego spawania zazwyczaj konieczne jest kontrolowanie temperatury podgrzewania wstępnego powierzchni elementu, dlatego wiele urządzeń jest wyposażonych w odpowiednie czujniki temperatury (takie jak detektory podczerwieni). Po podgrzaniu wstępnym zespół jest umieszczany w rowku prowadzącym w celu spawania. Zbiornik z cyną zawiera stopiony, ciekły lut, a dysza na dnie stalowego zbiornika rozpyla falę lutowniczą o ustalonym kształcie, dzięki czemu powierzchnia spawania elementu, przechodząc przez falę, jest podgrzewana przez falę lutowniczą, która zwilża obszar spawania i rozszerza się, wypełniając go, co ostatecznie prowadzi do procesu spawania. Zasada działania urządzenia jest przedstawiona na poniższym rysunku.
Lutowanie falowe wykorzystuje zasadę konwekcyjnego przenoszenia ciepła do nagrzewania obszaru spawania. Fala stopionego lutu działa jako źródło ciepła, z jednej strony opływając obszar spawania pinów, a z drugiej strony pełniąc funkcję przewodzenia ciepła, a obszar spawania pinów jest nagrzewany w tym procesie. Aby zapewnić nagrzewanie obszaru spawania, fala lutownicza ma zazwyczaj określoną szerokość, tak aby podczas przechodzenia przez nią powierzchni spawanego elementu nastąpiło odpowiednie nagrzanie, zwilżenie itd. W tradycyjnym lutowaniu falowym zazwyczaj stosuje się pojedynczą falę, która jest stosunkowo płaska. W przypadku lutu ołowiowego stosuje się obecnie falę podwójną, jak pokazano na poniższym rysunku.
Kołek elementu umożliwia zanurzenie lutu w metalizowanym otworze przelotowym w stanie stałym. Gdy kołek styka się z falą lutowniczą, ciekły lut wspina się po ściankach kołka i otworu dzięki napięciu powierzchniowemu. Zjawisko kapilarne metalizowanych otworów przelotowych usprawnia wspinanie się lutu. Po dotarciu do padu PCB, lut rozpływa się pod wpływem napięcia powierzchniowego padu. Unoszący się lut odprowadza gaz topnikowy i powietrze z otworu przelotowego, wypełniając go i tworząc połączenie lutownicze po schłodzeniu.
(2) Główne elementy spawarki falowej
Spawarka falowa składa się głównie z przenośnika taśmowego, grzałki, zbiornika z cyną, pompy oraz urządzenia do spieniania (lub natryskiwania) topnika. Urządzenie dzieli się głównie na strefę dodawania topnika, strefę podgrzewania wstępnego, strefę spawania i strefę chłodzenia, jak pokazano na poniższym rysunku.
3. Główne różnice między lutowaniem falowym a spawaniem rozpływowym
Główną różnicą między lutowaniem falowym a spawaniem rozpływowym (reflow) jest zastosowanie innego źródła ciepła i innego sposobu podawania lutu. W lutowaniu falowym lut jest podgrzewany i topiony w zbiorniku, a fala lutownicza wytwarzana przez pompę pełni podwójną rolę: źródła ciepła i dopływu lutu. Roztopiona fala lutownicza podgrzewa otwory przelotowe, pady i piny elementów płytki PCB, dostarczając jednocześnie lut potrzebny do wykonania połączeń lutowniczych. W lutowaniu rozpływowym lut (pasta lutownicza) jest wstępnie umieszczany w obszarze spawania płytki PCB, a rolą źródła ciepła podczas lutowania rozpływowego jest ponowne stopienie lutu.
(1) 3 Wprowadzenie do procesu selektywnego lutowania falowego
Urządzenia do lutowania falowego zostały wynalezione ponad 50 lat temu i charakteryzują się wysoką wydajnością produkcji oraz dużą wydajnością w produkcji elementów przewlekanych i płytek drukowanych. Dzięki temu były niegdyś najważniejszym urządzeniem spawalniczym w automatycznej masowej produkcji wyrobów elektronicznych. Istnieją jednak pewne ograniczenia w jego zastosowaniu: (1) różnią się parametry spawania.
Różne połączenia lutownicze na tej samej płytce drukowanej mogą wymagać bardzo różnych parametrów spawania ze względu na ich odmienne właściwości (takie jak pojemność cieplna, odstępy między pinami, wymagania dotyczące penetracji cyny itp.). Jednak lutowanie falowe charakteryzuje się tym, że wszystkie połączenia lutownicze na całej płytce drukowanej są spawane z zachowaniem tych samych parametrów, co oznacza, że różne połączenia lutownicze muszą się „ułożyć”, co utrudnia lutowanie falowe w pełni spełniające wymagania dotyczące spawania wysokiej jakości płytek drukowanych.
(2) Wysokie koszty operacyjne.
W praktyce tradycyjnego lutowania falowego, natryskiwanie topnika na całą płytę i powstawanie żużla cynowego wiążą się z wysokimi kosztami eksploatacyjnymi. Szczególnie w przypadku spawania bezołowiowego, którego cena jest ponad trzykrotnie wyższa niż lutu ołowiowego, wzrost kosztów eksploatacyjnych spowodowany żużlem cynowym jest bardzo zaskakujący. Ponadto lut bezołowiowy topi miedź na płycie lutowniczej, a skład lutu w cylindrze cynowym zmienia się z czasem, co wymaga regularnego dodawania czystej cyny i drogiego srebra, aby rozwiązać ten problem.
(3) Konserwacja i problemy z konserwacją.
Pozostały topnik w procesie produkcji pozostaje w układzie przesyłowym lutowania falowego, a powstający żużel cynowy musi być regularnie usuwany, co wiąże się ze skomplikowanymi pracami konserwacyjnymi i konserwacyjnymi dla użytkownika. Z tych powodów opracowano selektywne lutowanie falowe.
Tak zwane lutowanie falą selektywną PCBA nadal wykorzystuje oryginalny piec cynowy, ale różnica polega na tym, że płytkę należy umieścić w nośniku pieca cynowego, co często mówimy o osprzęcie pieca, jak pokazano na poniższym rysunku.
Elementy wymagające lutowania falowego są następnie poddawane działaniu cyny, a pozostałe są zabezpieczane powłoką pojazdu, jak pokazano poniżej. To trochę jak zakładanie koła ratunkowego w basenie – miejsce, które jest przykryte kołem ratunkowym, nie zostanie zalane wodą, a po zastąpieniu go blaszanym piecem, miejsce, które jest przykryte pojazdem, naturalnie nie zostanie zalane cyną i nie wystąpi problem ponownego stopienia cyny ani spadających części.
„Proces spawania rozpływowego otworów przelotowych”
Spawanie rozpływowe otworów przelotowych to proces spawania rozpływowego, który służy do wstawiania elementów, stosowany głównie w produkcji płyt montażowych powierzchniowych zawierających kilka wtyczek. Podstawą technologii jest metoda nakładania pasty lutowniczej.
1. Wprowadzenie do procesu
W zależności od metody aplikacji pasty lutowniczej, spawanie rozpływowe otworów przelotowych można podzielić na trzy rodzaje: spawanie rozpływowe otworów przelotowych rur, spawanie rozpływowe otworów przelotowych pasty lutowniczej oraz spawanie rozpływowe otworów przelotowych formowanych blach blaszanych.
1) Drukowanie rurowe metodą spawania rozpływowego przez otwory
Proces spawania rozpływowego elementów przelotowych metodą drukowania rurowego jest najwcześniejszą metodą spawania rozpływowego elementów przelotowych, stosowaną głównie w produkcji tunerów TV kolorowych. Sercem procesu jest prasa do pasty lutowniczej w rurze, którą przedstawiono na poniższym rysunku.
2) Nadruk pasty lutowniczej metodą spawania rozpływowego przez otwory
Proces spawania rozpływowego otworów z użyciem pasty lutowniczej jest obecnie najszerzej stosowaną metodą spawania rozpływowego otworów, używaną głównie w przypadku mieszanych płytek PCB zawierających niewielką liczbę wtyczek. Proces jest w pełni kompatybilny z konwencjonalnym procesem spawania rozpływowego, nie jest wymagany żaden specjalny sprzęt procesowy, jedynym wymogiem jest to, aby spawane elementy wtykowe nadawały się do spawania rozpływowego otworów. Proces pokazano na poniższym rysunku.
3) Formowanie blachy cynowej metodą spawania rozpływowego otworów
Proces spawania rozpływowego formowanej blachy cynowej przelotowo stosowany jest głównie do złączy wielopinowych. Lutem nie jest pasta lutownicza, lecz formowana blacha cynowa, dodawana zazwyczaj bezpośrednio przez producenta złączy. Zmontowany element można jedynie podgrzać.
Wymagania dotyczące projektowania przetopu przelotowego
1. Wymagania dotyczące projektu PCB
(1) Nadaje się do płyt PCB o grubości mniejszej lub równej 1,6 mm.
(2) Minimalna szerokość padu wynosi 0,25 mm, a stopiona pasta lutownicza jest „wyciągana” raz, a koralik cyny nie jest formowany.
(3) Odstęp między elementami poza płytką (odległość) powinien być większy niż 0,3 mm
(4) Odpowiednia długość wystającego z podkładki przewodu wynosi 0,25~0,75 mm.
(5) Minimalna odległość między elementami dystansowymi, takimi jak 0603, a podkładką wynosi 2 mm.
(6) Maksymalne otwarcie siatki stalowej można rozszerzyć o 1,5 mm.
(7)Otwór jest równy średnicy przewodu plus 0,1–0,2 mm. Jak pokazano na poniższym rysunku.
„Wymagania dotyczące otworów okiennych z siatki stalowej”
Ogólnie rzecz biorąc, aby uzyskać 50% wypełnienia otworu, okno siatki stalowej musi zostać rozszerzone; konkretną wartość rozszerzenia zewnętrznego należy określić na podstawie grubości płytki PCB, grubości siatki stalowej, odstępu między otworem a wyprowadzeniem i innych czynników.
Zasadniczo, dopóki rozszerzenie nie przekroczy 2 mm, pasta lutownicza zostanie cofnięta i wypełni otwór. Należy pamiętać, że rozszerzenie zewnętrzne nie może zostać ściśnięte przez obudowę elementu lub musi ominąć obudowę elementu i utworzyć z jednej strony kulkę cyny, jak pokazano na poniższym rysunku.
„Wprowadzenie do konwencjonalnego procesu montażu PCBA”
1) Montaż jednostronny
Przebieg procesu pokazano na poniższym rysunku
2) Wkładanie jednostronne
Przebieg procesu pokazano na poniższym rysunku 5.
Formowanie pinów urządzeń metodą lutowania falowego jest jedną z najmniej wydajnych części procesu produkcyjnego. Wiąże się to z ryzykiem uszkodzeń elektrostatycznych, wydłuża czas dostawy i zwiększa prawdopodobieństwo wystąpienia błędów.
3) Montaż dwustronny
Przebieg procesu pokazano na poniższym rysunku
4) Jedna strona mieszana
Przebieg procesu pokazano na poniższym rysunku
Jeżeli elementów przelotowych jest niewiele, można zastosować spawanie rozpływowe i spawanie ręczne.
5) Mieszanie dwustronne
Przebieg procesu pokazano na poniższym rysunku
Jeśli występuje więcej dwustronnych elementów SMD i mniej elementów THT, elementy wtykowe można spawać metodą reflow lub ręcznie. Schemat blokowy procesu przedstawiono poniżej.
