Assemblage verandert een onbestukte printplaat (PCB) en een stapel reels in een werkende schakeling. De meeste componenten vandaag zijn oppervlaktemontage (SMT, surface-mount technology): zij zitten op pads op het printoppervlak. Sommige componenten, meestal grote connectoren, transformatoren en vermogenscomponenten, hebben aansluitingen die door gaten gaan (THT, through-hole technology). Een print heeft vaak beide en het proces heeft een stap voor elk.
De lijn, de ene station na de andere.
- Printer: een rakel duwt pasta door het stencil op de pads.
- Pasta-inspectie: een camera controleert de pasta voordat componenten worden geplaatst.
- Plaatsing: een mondstuk zet elk component op de pasta.
- Reflowoven: zones die de print verwarmen, vasthouden, het soldeer smelten en afkoelen.
- Optische inspectie: een camera controleert de gesoldeerde print.
1. De lijn voorbereiden
Voordat een print wordt gemaakt, doet de fabriek het volgende:
- zij controleert dat elk component op de stuklijst (BOM) aanwezig is en bij het onderdeelnummer past,
- zij bakt vochtgevoelige componenten die te lang zijn blootgesteld (een plastic IC dat vocht absorbeert, kan barsten bij verhitting in reflow),
- zij laadt de reels in feeders op de plaatsingsmachine,
- zij maakt of haalt een stencil en
- zij laadt de machineprogramma's uit uw plaatsingsbestand.
Wat mis kan gaan: een verkeerd component in een feeder. Daarom wordt de eerste print nauwkeurig geïnspecteerd (een eerste-artikelinspectie) voordat de batch loopt.
2. Soldeerpasta drukken
Soldeerpasta is een mengsel van kleine soldeerbolletjes en flux, met de consistentie van tandpasta. De meest voorkomende soldeerlegering voor loodvrij werk is een tin-zilver-koperlegering bekend als SAC305. Een stencil, een dunne metalen plaat met gaten waar uw pads zijn, wordt op de print gelegd. Een rakel duwt pasta door de gaten op de pads.
Wat mis kan gaan: te veel pasta veroorzaakt bruggen tussen pads; te weinig geeft zwakke of open verbindingen. Stencildikte, de grootte van de openingen en hoe goed het stencil tegen de print afdicht, bepalen het volume. Componenten met fijne steek hebben een dunner stencil nodig dan grote, daarom zijn gemengde printen een compromis. Sommige fabrieken gebruiken een soldeerpasta-inspectiemachine (SPI) om het pastavolume op elke pad te meten voordat componenten worden geplaatst. Zie Inspectie en test.
3. Plaatsing
Een pick-and-place-machine neemt componenten met een vacuümmondstuk uit de feeders, controleert ze met een camera en plaatst ze op de pasta, met de positie uit uw plaatsingsbestand en gecorrigeerd met de fiducials, de kleine ronde markeringen op de print die de camera vindt.
Kleine passieve componenten worden zeer snel geplaatst; grote of vreemd gevormde componenten en IC's met fijne steek worden langzamer en zorgvuldiger geplaatst. De pasta is kleverig genoeg om de componenten op hun plaats te houden tot het solderen.
Wat mis kan gaan: een component 90 of 180 graden gedraaid omdat de footprintoriëntatie in de bibliotheek verschilt van die in uw plaatsingsbestand; een ontbrekend component omdat het op was; een tombstone (hieronder).
4. Reflowsolderen
De print reist op een transportband door een reflowoven. Deze passeert zones met stijgende temperatuur:
- Voorverwarmen: verhoogt de print zacht zodat componenten niet barsten door thermische schok.
- Doorwarmen: egaliseert de temperatuur over de print en activeert de flux.
- Reflow: de temperatuur stijgt boven het smeltpunt van het soldeer (ongeveer 217 tot 220 °C voor SAC305), meestal met een piek van ongeveer 240 tot 250 °C voor korte tijd. Het soldeer smelt, bevochtigt de pad en de componentaansluiting en oppervlaktespanning trekt het component in lijn.
- Afkoelen: het soldeer stolt tot een verbinding.
Het profiel, de temperatuur tegen de tijd, wordt ingesteld voor de print, de componenten en de pasta en wordt gecontroleerd met een thermokoppelmeting op een testprint.
- Voorverwarmen: een zachte stijging.
- Doorwarmen: de temperatuur egaliseert en de flux activeert.
- Reflow: korte tijd boven het smeltpunt van het soldeer (de stippellijn).
- Piek: de hoogste temperatuur van het profiel.
- Afkoelen: het soldeer stolt tot een verbinding.
Wat mis kan gaan:
- Tombstoning: een klein tweepolig component staat op een uiteinde omdat een pad eerder verwarmt en bevochtigt dan het andere. Ongelijke padgroottes of een ongelijke koperverbinding naar de pads zijn de gebruikelijke oorzaken.
- Soldeerbruggen: door te veel pasta of te dichte pads.
- Hohlten: gas dat in een verbinding is ingesloten, wat telt onder grote thermische pads en BGA's.
- Head-in-pillow: een BGA-bal die niet samenvloeit met de pasta, vaak als de print of het component tijdens reflow kromt.
- Verschuivende of vallende componenten: zware componenten aan de tweede zijde kunnen tijdens de tweede reflow eraf vallen als het padoppervlak te klein is voor hun gewicht.
- Een goede verbinding: het component ligt plat en soldeer bevochtigt beide pads.
- Tombstoning: een pad werd eerst verwarmd en bevochtigd en trok het component op zijn uiteinde.
- Een soldeerbrug: soldeer verbindt twee naburige pads.
5. Tweede zijde
Als beide zijden componenten dragen, gaat de print tweemaal door de lijn. De zijde met de kleinere en lichtere componenten gaat normaal eerst.
6. Doorsteekcomponenten
Doorsteekcomponenten worden met de hand of machine ingevoegd, daarna gesoldeerd door een van:
- Golfsolderen: de onderkant van de print passeert over een golf gesmolten soldeer. Snel voor veel pinnen. Oppervlaktegemonteerde componenten aan de onderzijde moeten worden gelijmd of in een pallet worden afgedekt om te overleven. Onze lijn gebruikt een loodvrij dubbelgolfproces.
- Selectief solderen: een klein mondstuk soldeert gekozen verbindingen een voor een, zonder de rest van de print te verwarmen. Gebruikt als de print componenten aan beide zijden heeft of warmtegevoelige componenten dicht bij de doorsteek.
- Handsolderen: door een getrainde operator voor enkele componenten, herwerk en kleine volumes.
Na golf- of handsolderen wordt overtollige aansluitlengte bijgesneden.
7. Reiniging
Fluxresten die na het solderen achterblijven, zijn op veel printen onschadelijk (een „no-clean“ flux is hiervoor ontworpen). Printen voor hoogspanning, hoge impedantie of voor coating worden gereinigd, bijvoorbeeld in een ultrasoon bad, met een chemische stof die bij de flux past. Vraag om reiniging als het product gevoelig is voor resten.
8. Conformele coating
Een dunne beschermende polymeerfilm (acryl, silicone, polyurethaan of ander) kan op de afgewerkte print worden gespoten of gedompeld, om deze te beschermen tegen vocht, zout, stof en chemicaliën. Connectoren, testpunten en andere gebieden die ongecoat moeten blijven, worden gemaskeerd of vermeden. Coating verbergt het printoppervlak, wat inspectie en later herwerk moeilijker maakt. Onze fabriek brengt coating selectief machinaal aan.
9. Programmeren en test
Microcontrollers en geheugens worden met firmware geladen, ofwel voor plaatsing ofwel in de schakeling na het solderen via een programmeerconnector of testpads. Een functionele test controleert dat de print werkt. Zie Inspectie en test.
Dingen om voor te ontwerpen
- Gelijke padgroottes en symmetrische koperverbindingen voor kleine tweepolige componenten, zodat zij gelijkmatig verwarmen.
- Fiducials op de print en op het paneel. Zie Paneelvorming en kleine printen.
- Ruimte rond componenten voor het mondstuk, voor inspectie en voor herwerk.
- Duidelijke polariteits- en pin-1-markeringen.
- Een keuze van reflowvriendelijke componenten: niet alle componenten overleven de oven en enkele (sommige connectoren, bepaalde elektrolytische condensatoren, batterijen) moeten later worden toegevoegd.
Hoe dit eruitziet als u hier bestelt
Onze fabriek heeft automatische soldeerpastadruk, 10-zone reflowovens, hogesnelheidsplaatsing, loodvrij dubbelgolfsolderen, handherwerkstations en selectieve conformele coating. Welke assemblageopties via de site beschikbaar zijn en hun grenswaarden, staan op de pagina met productiemogelijkheden. Een ingenieur bevestigt elke bestelling en kan vragen naar een component dat niet door reflow kan, of een footprint die tombstoning uitnodigt. De 25 controles bij het uploaden kijken naar de printbestanden; zij beoordelen uw assemblage niet op deze procesfouten.