Монтаж превращает пустую плату и кучу катушек в работающую схему. Большинство деталей сегодня — поверхностного монтажа (SMT, surface-mount technology): они сидят на площадках на поверхности платы. Некоторые детали, обычно большие разъёмы, трансформаторы и детали питания, имеют выводы, которые идут через отверстия (THT, through-hole technology). У платы часто есть оба, и у процесса есть этап для каждого.
Линия, одна станция за другой.
- Принтер: ракель толкает пасту через трафарет на площадки.
- Проверка пасты: камера проверяет пасту до установки деталей.
- Установка: сопло ставит каждую деталь на пасту.
- Печь оплавления: зоны, которые нагревают плату, держат её, плавят припой и охлаждают её.
- Оптическая проверка: камера проверяет спаянную плату.
1. Подготовка линии
До того как будет сделана какая-либо плата, завод:
- проверяет, что каждая деталь в спецификации присутствует и соответствует номеру детали,
- запекает чувствительные к влаге детали, которые были открыты слишком долго (пластиковая микросхема, которая поглощает влагу, может треснуть при нагреве в оплавлении),
- загружает катушки в питатели на машине установки,
- делает или достаёт трафарет и
- загружает программы машин из Вашего файла размещения.
Что может пойти не так: неверная деталь в питателе. Поэтому первая плата проверяется внимательно (проверка первого образца) до запуска партии.
2. Печать паяльной пасты
Паяльная паста — смесь крошечных шариков припоя и флюса с консистенцией зубной пасты. Самый обычный припойный сплав для бессвинцовой работы — оловянно-серебряно-медный сплав, известный как SAC305. Трафарет, тонкий металлический лист с отверстиями там, где Ваши площадки, кладётся на плату. Ракель толкает пасту через отверстия на площадки.
Что может пойти не так: слишком много пасты вызывает перемычки между площадками; слишком мало даёт слабые соединения или открытые соединения. Толщина трафарета, размер отверстий и то, насколько хорошо трафарет уплотняется против платы, решают объём. Деталям с мелким шагом нужен более тонкий трафарет, чем большим, поэтому смешанные платы — компромисс. Некоторые заводы используют машину проверки паяльной пасты (SPI), чтобы измерить объём пасты на каждой площадке до установки деталей. См. Проверка и тест.
3. Установка
Машина pick-and-place берёт детали из питателей вакуумным соплом, проверяет их камерой и ставит их на пасту, с позицией, установленной Вашим файлом размещения и скорректированной с использованием реперных знаков, маленьких круглых знаков на плате, которые находит камера.
Маленькие пассивные детали ставятся очень быстро; большие или странно сформированные детали и микросхемы с мелким шагом ставятся медленнее и тщательнее. Паста достаточно липкая, чтобы держать детали на месте до пайки.
Что может пойти не так: деталь, повёрнутая на 90 или 180 градусов, потому что ориентация посадочного места в библиотеке отличается от той, что в Вашем файле размещения; отсутствующая деталь, потому что она закончилась; надгробие (ниже).
4. Пайка оплавлением
Плата путешествует через печь оплавления на конвейере. Она проходит через зоны растущей температуры:
- Преднагрев: поднимает плату мягко, чтобы детали не треснули от теплового удара.
- Выдержка: выравнивает температуру на плате и активирует флюс.
- Оплавление: температура поднимается выше точки плавления припоя (около 217 до 220 °C для SAC305), обычно с пиком около 240 до 250 °C на короткое время. Припой плавится, смачивает площадку и вывод детали, а поверхностное натяжение тянет деталь в выравнивание.
- Охлаждение: припой замерзает в соединение.
Профиль, температура против времени, устанавливается для платы, её деталей и пасты и проверяется измерением термопарой на тестовой плате.
- Преднагрев: мягкий подъём.
- Выдержка: температура выравнивается, а флюс активируется.
- Оплавление: выше точки плавления припоя (пунктирная линия) на короткое время.
- Пик: самая высокая температура профиля.
- Охлаждение: припой замерзает в соединение.
Что может пойти не так:
- Надгробие: маленькая деталь с двумя выводами встаёт на один конец, потому что одна площадка нагревается и смачивается раньше другой. Неравные размеры площадок или неравное медное соединение с площадками — обычные причины.
- Перемычки припоя: от слишком большого количества пасты или площадок слишком близко.
- Пустоты: газ, захваченный в соединении, что важно под большими тепловыми площадками и BGA.
- Голова на подушке: шарик BGA, который не сливается со своей пастой, часто когда плата или деталь деформируется при оплавлении.
- Детали сдвигаются или падают: тяжёлые детали на второй стороне могут упасть при втором оплавлении, если площадь площадки слишком мала для их веса.
- Хорошее соединение: деталь лежит плоско, а припой смачивает обе площадки.
- Надгробие: одна площадка нагрелась и смочилась первой и потянула деталь на её конец.
- Перемычка припоя: припой соединяет две соседние площадки.
5. Вторая сторона
Если на обеих сторонах есть детали, плата проходит линию дважды. Сторона с меньшими и более лёгкими деталями обычно идёт первой.
6. Детали с выводами в отверстия
Детали с выводами в отверстия вставляются вручную или машиной, затем припаиваются одним из способов:
- Пайка волной: низ платы проходит над волной расплавленного припоя. Быстро для многих выводов. Детали поверхностного монтажа на нижней стороне нужно приклеить или закрыть в палете, чтобы выжить. Наша линия использует бессвинцовый процесс с двойной волной.
- Селективная пайка: маленькое сопло припаивает выбранные соединения по одному, без нагрева остальной платы. Используется, когда у платы есть детали на обеих сторонах или чувствительные к теплу детали рядом с деталями с выводами в отверстия.
- Ручная пайка: обученным оператором для одиночных деталей, переделки и малых объёмов.
После пайки волной или ручной пайки лишняя длина выводов обрезается.
7. Очистка
Остаток флюса, оставшийся после пайки, безвреден на многих платах (флюс «no-clean» спроектирован для этого). Платы для высокого напряжения, высокого импеданса или для покрытия очищаются, например в ультразвуковой ванне, химикатом, подходящим флюсу. Просите очистку, если продукт чувствителен к остатку.
8. Конформное покрытие
Тонкая защитная полимерная плёнка (акриловая, силиконовая, полиуретановая или другая) может быть распылена или погружена на готовую плату, чтобы защитить её от влаги, соли, пыли и химикатов. Разъёмы, тестовые точки и другие области, которые должны оставаться непокрытыми, маскируются или избегаются. Покрытие скрывает поверхность платы, что делает проверку и позднейшую переделку труднее. Наш завод наносит покрытие селективно, машиной.
9. Программирование и тест
Микроконтроллеры и памяти загружаются прошивкой, до установки или в схеме после пайки через разъём программирования или тестовые площадки. Функциональный тест проверяет, что плата работает. См. Проверка и тест.
Вещи, для которых проектировать
- Равные размеры площадок и симметричные медные соединения для маленьких деталей с двумя выводами, чтобы они нагревались равномерно.
- Реперные знаки на плате и на панели. См. Панелирование и маленькие платы.
- Место вокруг деталей для сопла, для проверки и для переделки.
- Ясные знаки полярности и вывода 1.
- Выбор деталей, дружелюбных к оплавлению: не все детали переживают печь, а несколько (некоторые разъёмы, электролитические конденсаторы некоторых типов, батареи) должны добавляться позже.
Как это выглядит при заказе здесь
У нашего завода есть автоматическая печать паяльной пасты, печи оплавления с 10 зонами, высокоскоростная установка, бессвинцовая пайка двойной волной, ручные станции переделки и селективное конформное покрытие. Какие опции монтажа доступны через сайт и их ограничения находятся на странице производственных возможностей. Инженер подтверждает каждый заказ и может спросить о детали, которая не может пройти через оплавление, или о посадочном месте, которое приглашает надгробие. 25 проверок при загрузке смотрят на файлы платы; они не проверяют Ваш монтаж на эти дефекты процесса.