Montaż zamienia gołą płytkę i stos rolek w działający obwód. Większość elementów dziś to elementy montowane powierzchniowo (SMT, surface-mount technology): siedzą na padach na powierzchni płytki. Niektóre elementy, zwykle duże złącza, transformatory i elementy zasilania, mają wyprowadzenia, które przechodzą przez otwory (THT, through-hole technology). Płytka często ma oba rodzaje, a proces ma etap dla każdego.
Linia, jedna stacja po drugiej.
- Drukarka: rakla przepycha pastę przez szablon na pady.
- Kontrola pasty: kamera sprawdza pastę, zanim elementy zostaną umieszczone.
- Układanie: dysza stawia każdy element na paście.
- Piec rozpływowy: strefy, które nagrzewają płytkę, trzymają ją, topią lut i chłodzą ją.
- Kontrola optyczna: kamera sprawdza polutowaną płytkę.
1. Przygotowanie linii
Zanim powstanie jakakolwiek płytka, fabryka:
- sprawdza, czy każdy element na liście BOM jest obecny i zgadza się z numerem katalogowym,
- wypieka elementy wrażliwe na wilgoć, które były odsłonięte za długo (plastikowy układ scalony, który pochłania wilgoć, może pęknąć przy nagrzaniu w rozpływie),
- ładuje rolki do podajników na maszynie układającej,
- wykonuje albo pobiera szablon oraz
- ładuje programy maszynowe z pliku rozmieszczenia.
Co może pójść źle: zły element w podajniku. Dlatego pierwsza płytka jest kontrolowana dokładnie (kontrola pierwszego egzemplarza), zanim partia ruszy.
2. Druk pasty lutowniczej
Pasta lutownicza to mieszanka maleńkich kulek lutu i topnika o konsystencji pasty do zębów. Najczęstszym stopem lutowniczym do pracy bezołowiowej jest stop cyna-srebro-miedź znany jako SAC305. Szablon, cienka blacha z otworami tam, gdzie są pady, jest kładziony na płytce. Rakla przepycha pastę przez otwory na pady.
Co może pójść źle: za dużo pasty powoduje mostki między padami; za mało daje słabe połączenia albo przerwy. Grubość szablonu, rozmiar otworów i to, jak dobrze szablon przylega do płytki, decydują o objętości. Elementy o małym rastrze potrzebują cieńszego szablonu niż duże, dlatego płytki mieszane są kompromisem. Niektóre fabryki używają maszyny do kontroli pasty lutowniczej (SPI), aby zmierzyć objętość pasty na każdym padzie, zanim elementy zostaną umieszczone. Zob. Kontrola i test.
3. Układanie
Maszyna pick-and-place bierze elementy z podajników dyszą próżniową, sprawdza je kamerą i stawia na paście, z pozycją ustawioną przez plik rozmieszczenia i skorygowaną przy użyciu znaczników odniesienia, małych okrągłych znaczników na płytce, które znajduje kamera.
Małe elementy bierne są układane bardzo szybko; duże albo nietypowo ukształtowane elementy oraz układy scalone o małym rastrze są układane wolniej i staranniej. Pasta jest wystarczająco lepka, aby utrzymać elementy na miejscu do lutowania.
Co może pójść źle: element obrócony o 90 albo 180 stopni, ponieważ orientacja footprintu w bibliotece różni się od tej w pliku rozmieszczenia; brakujący element, ponieważ się skończył; tombstone (poniżej).
4. Lutowanie rozpływowe
Płytka podróżuje przez piec rozpływowy na przenośniku. Przechodzi przez strefy rosnącej temperatury:
- Podgrzewanie: podnosi płytkę łagodnie, aby elementy nie pękły od szoku cieplnego.
- Wygrzewanie: wyrównuje temperaturę na płytce i aktywuje topnik.
- Rozpływ: temperatura rośnie powyżej temperatury topnienia lutu (około 217 do 220 °C dla SAC305), zwykle osiągając około 240 do 250 °C przez krótki czas. Lut topi się, zwilża pad i wyprowadzenie elementu, a napięcie powierzchniowe wciąga element do wyrównania.
- Chłodzenie: lut zastyga w połączenie.
Profil, temperatura względem czasu, jest ustawiany dla płytki, jej elementów i pasty oraz sprawdzany pomiarem termoparą na płytce testowej.
- Podgrzewanie: łagodny wzrost.
- Wygrzewanie: temperatura wyrównuje się, a topnik aktywuje się.
- Rozpływ: powyżej temperatury topnienia lutu (linia przerywana) przez krótki czas.
- Szczyt: najwyższa temperatura profilu.
- Chłodzenie: lut zastyga w połączenie.
Co może pójść źle:
- Tombstoning: mały element dwuwyprowadzeniowy staje na jednym końcu, ponieważ jeden pad nagrzewa się i zwilża przed drugim. Przyczyną są zwykle nierówne rozmiary padów albo nierówne połączenie miedziane z padami.
- Mostki lutownicze: od za dużej ilości pasty albo padów zbyt blisko.
- Pustki: gaz uwięziony w połączeniu, co ma znaczenie pod dużymi padami cieplnymi i BGA.
- Head-in-pillow: kulka BGA, która nie łączy się z pastą, często gdy płytka albo element wygina się podczas rozpływu.
- Elementy przesunięte albo spadające: ciężkie elementy po drugiej stronie mogą spaść podczas drugiego rozpływu, jeśli powierzchnia padu jest za mała względem ich wagi.
- Dobre połączenie: element leży płasko, a lut zwilża oba pady.
- Tombstoning: jeden pad nagrzał się i zwilżył pierwszy i pociągnął element na jego koniec.
- Mostek lutowniczy: lut łączy dwa sąsiednie pady.
5. Druga strona
Jeśli obie strony mają elementy, płytka przechodzi przez linię dwukrotnie. Strona z mniejszymi i lżejszymi elementami zwykle idzie pierwsza.
6. Elementy przewlekane
Elementy przewlekane są wkładane ręcznie albo maszynowo, a potem lutowane jednym ze sposobów:
- Lutowanie na fali: spód płytki przechodzi nad falą stopionego lutu. Szybkie przy wielu pinach. Elementy montowane powierzchniowo po spodniej stronie trzeba przykleić albo zakryć w palecie, aby to przetrwały. Nasza linia używa bezołowiowego procesu dwufalowego.
- Lutowanie selektywne: mała dysza lutuje wybrane połączenia jedno po drugim, bez nagrzewania reszty płytki. Używane, gdy płytka ma elementy po obu stronach albo elementy wrażliwe na ciepło blisko elementów przewlekanych.
- Lutowanie ręczne: przez przeszkolonego operatora przy pojedynczych elementach, poprawkach i małych ilościach.
Po lutowaniu na fali albo ręcznym nadmiar długości wyprowadzeń jest przycinany.
7. Czyszczenie
Pozostałość topnika po lutowaniu jest nieszkodliwa na wielu płytkach (topnik „no-clean” jest do tego zaprojektowany). Płytki do wysokiego napięcia, wysokiej impedancji albo do powlekania są czyszczone, na przykład w kąpieli ultradźwiękowej, środkiem chemicznym odpowiednim do topnika. Proszę prosić o czyszczenie, jeśli produkt jest wrażliwy na pozostałości.
8. Powłoka konforemna
Cienka ochronna błona polimerowa (akrylowa, silikonowa, poliuretanowa albo inna) może być natryskiwana albo zanurzana na gotową płytkę, aby chronić ją przed wilgocią, solą, pyłem i środkami chemicznymi. Złącza, punkty testowe i inne obszary, które muszą pozostać niepowleczone, są maskowane albo omijane. Powłoka zakrywa powierzchnię płytki, co utrudnia kontrolę i późniejsze poprawki. Nasza fabryka nakłada powłokę selektywnie, maszynowo.
9. Programowanie i test
Mikrokontrolery i pamięci są ładowane oprogramowaniem układowym, przed umieszczeniem albo w obwodzie po lutowaniu przez złącze programujące albo pady testowe. Test funkcjonalny sprawdza, czy płytka działa. Zob. Kontrola i test.
Rzeczy, pod które należy projektować
- Równe rozmiary padów i symetryczne połączenia miedziane przy małych elementach dwuwyprowadzeniowych, aby nagrzewały się równo.
- Znaczniki odniesienia na płytce i na panelu. Zob. Panelizacja i małe płytki.
- Miejsce wokół elementów dla dyszy, dla kontroli i dla poprawek.
- Wyraźne oznaczenia biegunowości i pinu 1.
- Wybór elementów przyjaznych rozpływowi: nie wszystkie elementy przetrwają piec, a kilka (niektóre złącza, kondensatory elektrolityczne niektórych typów, baterie) trzeba dodać później.
Jak to wygląda przy zamawianiu tutaj
Nasza fabryka ma automatyczny druk pasty lutowniczej, piece rozpływowe 10-strefowe, układanie szybkie, bezołowiowe lutowanie dwufalowe, ręczne stacje poprawek i selektywne powlekanie konforemne. Które opcje montażu są dostępne przez stronę i ich limity, są na stronie możliwości produkcyjnych. Inżynier potwierdza każde zamówienie i może zapytać o element, który nie może przejść przez rozpływ, albo o footprint, który zaprasza nagrobek. 25 sprawdzeń przy przesyłaniu patrzy na pliki płytki; nie przegląda montażu pod kątem tych usterek procesowych.