Il montaggio trasforma una scheda nuda e una pila di bobine in un circuito funzionante. La maggior parte dei componenti oggi è a montaggio superficiale (SMT, tecnologia a montaggio superficiale): si trovano su pad sulla superficie della scheda. Alcuni componenti, di solito grandi connettori, trasformatori e componenti di potenza, hanno terminali che passano attraverso i fori (THT, tecnologia through-hole). Una scheda spesso ha entrambi e il processo ha una fase per ciascuno.
La linea, una stazione dopo l'altra.
- Stampante: una racla spinge la pasta attraverso lo stencil sui pad.
- Ispezione della pasta: una telecamera controlla la pasta prima che i componenti vengano posizionati.
- Posizionamento: un ugello pone ogni componente sulla pasta.
- Forno di rifusione: zone che riscaldano la scheda, la mantengono, fondono la saldatura e la raffreddano.
- Ispezione ottica: una telecamera controlla la scheda saldata.
1. Preparazione della linea
Prima che qualsiasi scheda venga prodotta, la fabbrica:
- controlla che ogni componente nella distinta base (BOM) sia presente e corrisponda al codice componente,
- cuoce i componenti sensibili all'umidità che sono stati esposti troppo a lungo (un IC in plastica che assorbe umidità può incrinarsi quando viene riscaldato nella rifusione),
- carica le bobine negli alimentatori sulla macchina di posizionamento,
- realizza o recupera uno stencil, e
- carica i programmi della macchina dal Suo file di posizionamento.
Cosa può andare storto: un componente errato in un alimentatore. Per questo la prima scheda viene ispezionata attentamente (un'ispezione del primo articolo) prima che il lotto proceda.
2. Stampa della pasta saldante
La pasta saldante è una miscela di piccole sfere di saldatura e flussante, con la consistenza del dentifricio. La lega di saldatura più comune per il lavoro senza piombo è una lega stagno-argento-rame nota come SAC305. Uno stencil, una sottile lamina metallica con fori dove si trovano i Suoi pad, viene posato sulla scheda. Una racla spinge la pasta attraverso i fori sui pad.
Cosa può andare storto: troppa pasta causa ponti tra i pad; troppo poca produce giunti deboli o giunti aperti. Lo spessore dello stencil, la dimensione delle aperture e quanto bene lo stencil sigilla contro la scheda decidono il volume. I componenti a passo fine richiedono uno stencil più sottile di quelli grandi, motivo per cui le schede miste sono un compromesso. Alcune fabbriche usano una macchina per l'ispezione della pasta saldante (SPI) per misurare il volume di pasta su ogni pad prima che i componenti vengano posizionati. Veda Ispezione e collaudo.
3. Posizionamento
Una macchina pick-and-place prende i componenti dagli alimentatori con un ugello a vuoto, li controlla con una telecamera e li pone sulla pasta, con la sua posizione impostata dal Suo file di posizionamento e corretta usando i fiducial, i piccoli segni rotondi sulla scheda che la telecamera trova.
I piccoli componenti passivi vengono posizionati molto rapidamente; i componenti grandi o di forma insolita e gli IC a passo fine vengono posizionati più lentamente e con maggiore attenzione. La pasta è abbastanza appiccicosa da mantenere i componenti in posizione fino alla saldatura.
Cosa può andare storto: un componente ruotato di 90 o 180 gradi perché l'orientamento del footprint nella libreria differisce da quello nel Suo file di posizionamento; un componente mancante perché è esaurito; un tombstone (sotto).
4. Saldatura a rifusione
La scheda viaggia attraverso un forno di rifusione su un nastro trasportatore. Passa attraverso zone di temperatura crescente:
- Preriscaldamento: solleva la scheda delicatamente in modo che i componenti non si incrinino per shock termico.
- Mantenimento: uniforma la temperatura sulla scheda e attiva il flussante.
- Rifusione: la temperatura sale sopra il punto di fusione della saldatura (circa da 217 a 220 °C per SAC305), di solito con picco a circa da 240 a 250 °C per un breve tempo. La saldatura fonde, bagna il pad e il terminale del componente e la tensione superficiale tira il componente in allineamento.
- Raffreddamento: la saldatura si solidifica in un giunto.
Il profilo, la temperatura rispetto al tempo, è impostato per la scheda, i suoi componenti e la pasta ed è controllato con una misurazione con termocoppia su una scheda di prova.
- Preriscaldamento: una salita delicata.
- Mantenimento: la temperatura si uniforma e il flussante si attiva.
- Rifusione: sopra il punto di fusione della saldatura (la linea tratteggiata) per un breve tempo.
- Picco: la temperatura più alta del profilo.
- Raffreddamento: la saldatura si solidifica in un giunto.
Cosa può andare storto:
- Tombstoning: un piccolo componente a due terminali si alza su un'estremità perché un pad si riscalda e si bagna prima dell'altro. Pad di dimensioni disuguali o una connessione in rame non uniforme ai pad sono le cause abituali.
- Ponti di saldatura: da troppa pasta o pad troppo vicini.
- Vuoti: gas intrappolato in un giunto, che conta sotto grandi pad termici e BGA.
- Head-in-pillow: una sfera BGA che non si fonde con la sua pasta, spesso quando la scheda o il componente si deformano durante la rifusione.
- Componenti che si spostano o cadono: i componenti pesanti sul secondo lato possono cadere durante la seconda rifusione se l'area del pad è troppo piccola per il loro peso.
- Un giunto corretto: il componente giace piatto e la saldatura bagna entrambi i pad.
- Tombstoning: un pad si è riscaldato e bagnato per primo e ha tirato il componente sulla sua estremità.
- Un ponte di saldatura: la saldatura unisce due pad vicini.
5. Secondo lato
Se entrambi i lati hanno componenti, la scheda passa attraverso la linea due volte. Il lato con i componenti più piccoli e più leggeri normalmente va per primo.
6. Componenti through-hole
I componenti through-hole vengono inseriti a mano o a macchina, poi saldati con uno di:
- Saldatura a onda: il lato inferiore della scheda passa sopra un'onda di saldatura fusa. Veloce per molti pin. I componenti a montaggio superficiale sul lato inferiore devono essere incollati o coperti in un pallet per sopravvivervi. La nostra linea usa un processo a doppia onda senza piombo.
- Saldatura selettiva: un piccolo ugello salda i giunti scelti uno a uno, senza riscaldare il resto della scheda. Usata quando la scheda ha componenti su entrambi i lati, o componenti sensibili al calore vicino al through-hole.
- Saldatura manuale: da un operatore addestrato per singoli componenti, rilavorazioni e volumi bassi.
Dopo la saldatura a onda o manuale, la lunghezza in eccesso dei terminali viene tagliata.
7. Pulizia
Il residuo di flussante lasciato dopo la saldatura è innocuo su molte schede (un flussante «no-clean» è progettato per questo). Le schede per alta tensione, alta impedenza o per rivestimento vengono pulite, per esempio in un bagno a ultrasuoni, con una sostanza chimica adatta al flussante. Chieda la pulizia se il prodotto è sensibile ai residui.
8. Rivestimento conforme
Una sottile pellicola polimerica protettiva (acrilica, silicone, poliuretano o altro) può essere spruzzata o immersa sulla scheda finita, per proteggerla da umidità, sale, polvere e sostanze chimiche. Connettori, punti di collaudo e altre aree che devono restare non rivestite vengono mascherate o evitate. Il rivestimento nasconde la superficie della scheda, il che rende più difficili l'ispezione e la successiva rilavorazione. Il nostro stabilimento applica il rivestimento in modo selettivo, a macchina.
9. Programmazione e collaudo
Microcontrollori e memorie vengono caricati con firmware, prima del posizionamento o in circuito dopo la saldatura attraverso un connettore di programmazione o pad di collaudo. Un collaudo funzionale controlla che la scheda funzioni. Veda Ispezione e collaudo.
Cose da progettare
- Pad di dimensioni uguali e connessioni in rame simmetriche per piccoli componenti a due terminali, in modo che si riscaldino uniformemente.
- Fiducial sulla scheda e sul pannello. Veda Pannellizzazione e schede piccole.
- Spazio intorno ai componenti per l'ugello, per l'ispezione e per la rilavorazione.
- Segni chiari di polarità e di pin 1.
- Una scelta di componenti adatti alla rifusione: non tutti i componenti sopravvivono al forno e alcuni (alcuni connettori, condensatori elettrolitici di certi tipi, batterie) devono essere aggiunti in seguito.
Come si presenta quando Lei ordina qui
Il nostro stabilimento dispone di stampa automatica della pasta saldante, forni di rifusione a 10 zone, posizionamento ad alta velocità, saldatura a doppia onda senza piombo, stazioni di rilavorazione manuale e rivestimento conforme selettivo. Quali opzioni di montaggio sono disponibili tramite il sito e i loro limiti sono nella pagina delle capacità produttive. Un ingegnere conferma ogni ordine e può chiederLe informazioni su un componente che non può passare attraverso la rifusione, o un footprint che invita al tombstoning. I 25 controlli al caricamento esaminano i file della scheda; non esaminano il Suo montaggio per questi difetti di processo.