Guida alla saldatura a riflusso nell'assemblaggio di PCB

Introduzione

La saldatura a riflusso è una fase di produzione importante durante la assemblaggio circuiti stampati, in cui le connessioni tra i componenti e una scheda vengono stabilite in modo affidabile. Questa guida esaminerà il processo di saldatura a riflusso, dai profili di temperatura e attrezzatura, alle tecniche che possono produrre risultati di alta qualità. Esploreremo anche alcune delle insidie ​​più comuni e le migliori pratiche quando si pianifica di ottenere un assemblaggio perfetto.

Saldatura a riflusso

Un metodo molto importante per attaccare i componenti ai PCB è la saldatura a riflusso. Si inizia applicando la pasta saldante sul PCB con uno stencil. Contiene lega metallica e flusso che tiene le parti in posizione. Poi la scheda viene riscaldata in un forno a riflusso. Questo scioglie semplicemente la pasta e versa fuori connessioni solide. Il forno ha diverse fasi: Descrive anche il preriscaldamento, l'ammollo, il riflusso e il raffreddamento. Si fa attenzione a evitare danni a ogni fase. Questa è una buona Processo SMT e talvolta THT.

Aspetti chiave per un processo di saldatura a riflusso efficace

Ecco cosa devi controllare nel tuo processo di saldatura a riflusso per iniziare a produrre schede ad alte prestazioni.

Macchina adatta

È molto importante scegliere una macchina giusta per la saldatura a riflusso. Connessioni forti e affidabili si riducono all'avere l'attrezzatura giusta. Per poter fare qualsiasi cosa hai bisogno di un forno a riflusso e di una macchina pick and place che soddisfino le tue esigenze di produzione. Per configurazioni più complesse in cui hai molti componenti, vuoi una macchina più grande. Senza un controllo accurato della temperatura su un forno di alta qualità, le parti sensibili possono essere danneggiate.

Reflow Forno di saldatura

La chiave per i forti legami con dispositivi a montaggio superficiale e PCB sono forni di saldatura a riflusso. La pasta saldante viene riscaldata utilizzando profili di temperatura controllati in questi forni, realizzando giunti di saldatura affidabili. Il processo ha quattro fasi: ammollo, riflusso e raffreddamento. E ogni fase assicura che la pasta saldante si fonda come richiesto e che crei connessioni solide, senza danneggiare i componenti.

• • Forni a infrarossi (IR) – Riscalda i PCB usando radiazioni infrarosse in questi forni. Ma trasferiscono rapidamente energia ai componenti e amplificano il processo. Diversi tipi di materiali significano, tuttavia, che il riscaldamento potrebbe non essere uniforme. Di conseguenza, potrebbero esserci differenze di temperatura nel PCB.

• • Forni a convezione – In questi forni, l'aria calda viene utilizzata per riscaldare il PCB in modo uniforme. Il riscaldamento uniforme è ottenuto tramite convezione forzata dell'aria tramite ventole per spostare l'aria. Con un forno del genere, tutto ciò di cui hai bisogno viene trasferito tramite un liquido speciale tra due forni in fase di vapore, garantendo temperature costanti in tutto il processo.

Zone del forno di riflusso

Le diverse zone dei forni di rifusione servono per un controllo preciso della temperatura. In ogni zona c'è un'impostazione della temperatura. Queste zone assicurano che il calore venga applicato uniformemente. Aiuta a realizzare delle buone giunzioni di saldatura resistenti. Quattro zone principali costituiscono un tipico forno di rifusione.

• • • • Zona di preriscaldamento – La temperatura aumenta lentamente in questa zona. In questo modo si garantisce la protezione dagli shock termici dei componenti sensibili. I componenti potrebbero deformarsi se il calore non può essere sufficientemente graduale. La pasta saldante potrebbe seccarsi se è troppo lenta. La migliore velocità di riscaldamento è di 1-3 °C al secondo.

• • • • Zona di ammollo – La temperatura qui è costante. Aiuta a uniformare la temperatura del PCBLa pulizia della superficie è attivata dal flusso nella pasta saldante. Offre una comprovata qualità di saldatura uniforme su tutti i fronti.

• • • • Zona di riflusso – È dove la pasta saldante si scioglie. La nostra temperatura di picco è tra 235°C e 250°C. Quindi questo calore forma forti legami tra i componenti e il PCB. La temperatura deve essere mantenuta il tempo giusto per la temperatura giusta.

• • • • Zona di raffreddamento – La temperatura scende rapidamente nella zona di raffreddamento. E le giunzioni di saldatura sono ora solidificate. Se il raffreddamento avviene troppo rapidamente, possono verificarsi danni; se avviene troppo lentamente, le giunzioni possono indebolirsi. La migliore velocità di raffreddamento sarebbe una costante di 2-4 °C al secondo.

Profili di temperatura

Indica diversi cambiamenti di temperatura durante il processo. Giunti di saldatura robusti e affidabili sono realizzati con un profilo corretto. Elimina anche problemi e difetti nella saldatura.

• • • • Profilo Ramp-Soak-Spike (RSS) – Il PCB viene riscaldato gradualmente durante il preriscaldamento utilizzando questo profilo. Tuttavia, dopo questo, mantiene la temperatura durante l'immersione. Quindi, la temperatura salta al suo massimo nella zona di riflusso. Con questo profilo è possibile prevenire difetti, come ponti di saldatura e vuoti.

• • • • Profilo rampa-picco (RTS) – La temperatura sale dall'inizio in modo costante fino al picco. A differenza dell'RSS, non c'è una fase di ammollo. È comunemente usato per saldatura senza piomboQuesto profilo soddisfa i punti di fusione più elevati della saldatura senza piombo.

• • • • Profili personalizzati – Questi sono stati progettati per soddisfare esigenze specifiche di PCB e saldatura. Ampia considerazione è presa in considerazione per i tipi di componenti e la complessità del PCB. Utilizzando profili personalizzati, hai molto più controllo su una giunzione di saldatura migliore. Ciò aiuta a evitare difetti e produce risultati di saldatura migliori.

Scegli e posiziona la macchina

Il processo di riflusso della saldatura lo richiede. In questo dispositivo, i componenti a montaggio superficiale vengono posizionati sui pad del PCB con la pasta saldante sopra. Raccoglie i componenti usando ugelli a vuoto, telecamere e bracci robotici. Quindi li mette in posizione sul PCB. Il posizionamento preciso dei componenti è assicurato tramite questo processo, fornendo un riflusso di successo.

Profilo di riflusso accettabile

Il successo della saldatura dipende in larga misura da un profilo di riflusso accettabile. Quindi devi considerare cose come il tipo di pasta saldante, Materiale PCB e saldando i diversi tipi di componenti. È necessario un profilo di riflusso univoco per ogni assemblaggio in quanto è diverso. Le termocoppie sono posizionate nel PCB per misurare la temperatura durante il processo per aiutare con un buon trasferimento di calore. Il processo è suddiviso in fasi e comprende preriscaldamento, ammollo, riflusso e raffreddamento. Il giunto di saldatura è realizzato al momento giusto in ogni fase del processo senza danneggiare i componenti. Per prevenire difetti di saldatura della fusione e per ottenere una saldatura eccellente, le velocità di riscaldamento e raffreddamento sono attentamente controllate.

Progettazione dell'impronta PCB/componente

Con il PCB, l'impronta è molto importante quando si progetta il PCB. Gli squilibri termici possono derivare da tracce correlate non uniformi al componente. Ma questo può causare un problema come il tombstoning, in cui il componente si capovolge durante il reflow. Un'altra cosa a cui pensare è il bilanciamento del rame. La deformazione può verificarsi in ampie aree di rame durante il reflow. Questo può essere evitato aggiungendo il bilanciamento del rame nelle aree di scarto. Risultati di reflow migliori e meno difetti sono garantiti da una progettazione adeguata.

PCB stampato con cura utilizzando uno stencil ben progettato

La stampa della pasta saldante è importante per una saldatura a riflusso di successo. La pasta viene applicata uniformemente con uno stencil ben progettato su un PCB ben stampato. Se si sbaglia questo passaggio, si può sbagliare in seguito. Con questo, si controlla il processo di stampa della pasta per evitare difetti. Se il tuo disegno a stencil non va bene, non sarà la stessa cosa.

Posizionamento ripetibile dei componenti a montaggio superficiale

Ecco dove hai bisogno di una macchina pick and place affidabile. Se il posizionamento dei componenti è sbagliato, la macchina farà sì che le parti vengano posizionate in modo errato. In tutti i casi, dovresti sempre usare l'ugello giusto per ogni tipo di componente per ottenere la precisione e la coerenza che desideri. Questo ti assicura di ottenere qualità nella saldatura a riflusso.

Componenti PCB di buona qualità

Difetti e problemi possono verificarsi a causa della scarsa qualità. Un esempio classico sarebbe se un PCB ha una scarsa finitura superficiale in modo che la saldatura non si attacchi, causando difetti come il pad nero. Questo vale anche per i componenti a montaggio superficiale, una scarsa qualità del piombo crea problemi. Per ottenere i migliori risultati, utilizzare sempre solo PCB di alta qualità e componenti.

Solder Paste

La saldatura a riflusso si basa molto sulla pasta saldante. Crea il collegamento tra i componenti e il PCB. È una pasta saldante di particelle di saldatura davvero minuscole mescolate con flusso. Pulisce le superfici, migliora la bagnatura e previene anche l'ossidazione. Nella pasta saldante abbiamo lega saldante e flusso. Con l'aumento dell'applicazione e del tipo di lega, la miscela varia.

• Lega di saldatura – È composto da particelle metalliche molto piccole. La prima di queste particelle aiuta a formare giunti di saldatura resistenti. Il punto di fusione e la resistenza sono influenzati dalla composizione della lega. Questi sono di tipi comuni come stagno-piombo o tipi senza piombo come SAC.

• Flusso - È anche un materiale che aiuta la saldatura a funzionare meglio. Rimuove ossido strati favorendo la bagnatura. Inoltre impedisce l'ossidazione da saldatura. Ci sono livelli di attività bassi, medi e alti.

Processo di saldatura a riflusso

Le produzione ad alto volume di assemblaggio di PCB moderni non è possibile senza la saldatura a riflusso. Controlla la curva di temperatura per garantire la corretta connessione delle parti. I PCB vengono trasportati alle zone calde e fredde all'interno del forno a riflusso tramite un trasportatore a doppia pista. La curva di temperatura ha quattro fasi:

Preriscaldare

In questa fase la scheda si riscalda lentamente. Se si riscalda troppo velocemente, danneggerà i componenti. Si è scoperto che un aumento lento può anche portare a zone troppo fredde. Di solito, la velocità di riscaldamento ideale è tra 2 e 3 °C al secondo. A volte ci vuole una velocità di 1 °C al secondo, anche se è relativamente lenta. Previene danni al PCB. Assicura inoltre che raggiunga la temperatura corretta.

Bagno termico

La scheda entra quindi nella fase di ammollo termico dopo il preriscaldamento. Tutte le aree sono protette da questo per assicurarsi che raggiungano la giusta temperatura. Rimuove anche i solventi dalla pasta saldante. Anche il flusso viene attivato allo stesso tempo. Questo passaggio garantirà che la saldatura funzioni correttamente.

reflow

Durante il reflow la temperatura raggiunge il suo massimo. La saldatura qui si fonde per creare giunzioni resistenti. La bassa tensione superficiale resa possibile dal flusso consente ai metalli di legarsi. Le sfere di polvere di saldatura si combinano e si fondono l'una sull'altra. Il processo promette di renderlo solido e affidabile.

Raffreddamento

Le schede devono avere un raffreddamento adeguato dopo il reflow. Se si raffredda troppo rapidamente, si possono stressare i componenti. Ciò impedisce l'accumulo di intermetallici o shock termici. Di solito la zona di raffreddamento è nell'intervallo da 30 a 100 °C. Viene fatto in modo da produrre una buona struttura granulare nella saldatura.

Sfide e soluzioni del processo di saldatura a riflusso

• lapidazione

Il tombstoning è una condizione in cui un componente si solleva da un'estremità durante il reflow. Il guasto si verifica quando questo crea un circuito aperto. Il riscaldamento non uniforme è solo uno dei vari fattori che causano il tombstoning. Se un lato si fonde prima dell'altro, la saldatura tira verso l'alto il componente. Per risolvere questo problema, assicurati che la temperatura del forno sia uniforme. Ciò può essere causato anche da una bagnatura non uniforme. Aiuta a ottimizzare il design dello stencil e a utilizzare la pasta saldante giusta. Il problema può essere aggravato dal disallineamento dei componenti o dei pad. La buona notizia è che il posizionamento accurato e il design corretto dei pad riducono il rischio.

• vuoti

Poiché i vuoti tendono a trasportare sacche d'aria nel giunto di saldatura, danneggiano le prestazioni del PCB. Falliscono causando lacune nella conduttività elettrica e termica. Di solito ci sono vuoti in BGA che a QFN. Molte cose possono causare un vuoto nella pasta saldante o nei componenti. Anche una cattiva conservazione può causare ossidazione e vuoti. Ridurre i vuoti modificando il profilo di riflusso e la temperatura. Ci sono alcuni design stencil appropriati e stampe coerenti a tuo favore.

• Variazione di temperatura

Ad alte temperature, componenti sensibili come un microcontrollore saranno stressati. A loro volta, possono verificarsi guasti ai giunti di saldatura e altri problemi. Vuoti di saldatura o giunti deboli possono verificarsi come conseguenza di cambiamenti di temperatura, ad esempio. Le bolle di gas intrappolate indeboliscono la saldatura fino a formare vuoti. Altre cause di tombstoning potrebbero essere il riscaldamento non uniforme, che provoca il sollevamento dei componenti. Una buona gestione termica è ciò di cui hai bisogno per evitare questi problemi. Il calore dovrebbe essere distribuito uniformemente e i via termici e dissipatori di calore dovrebbe essere usato.

• Testa nel cuscino

La saldatura non si collega completamente al pad e questi sono chiamati difetti. Ciò lascia la parte con giunti deboli e porta a guasti. Se il gas rimane intrappolato nella saldatura, annulla la saldatura, indebolendola. L'affidabilità del giunto è influenzata da questi difetti. La pasta saldante non bagna completamente il pad per HIP. Ciò può causare un cattivo contatto elettrico. Si chiama voiding e si verifica quando le bolle rimangono intrappolate nel giunto durante il reflow. Rende il giunto debole. I problemi dovrebbero essere gestiti cambiando il design dello stencil, il profilo di reflow e la pasta saldante. Una corretta bagnatura è garantita da un buon profilo e la pasta giusta fa sparire i vuoti.

• Bridging di saldatura

Troppa saldatura causa ponti di saldatura, dove sono collegati i pad. Possono verificarsi cortocircuiti e guasti alla scheda a causa di ciò. Per evitarlo, dovremmo concentrarci sulla progettazione dello stencil. Il controllo della quantità di pasta saldante applicata può essere effettuato regolando il volume della pasta saldante. Il risultato è una riduzione dei ponti e una maggiore affidabilità della scheda.

• Deposito di pasta saldante insufficiente o eccessivo

Una pasta saldante non sufficiente determina giunzioni scadenti o incomplete. Ponti e cortocircuiti si verificano quando la pasta è troppa. Ma è necessario avere un controllo accurato della pasta per evitarlo. Spessore, ottenere la giusta dimensione e il giusto tipo di quello. Assicurarsi che lo stencil sia correttamente distanziato dal PCB per una distribuzione uniforme della pasta. Possono essere utilizzati per verificare l'incoerenza. Il trucco per stampare bene è stampare con attenzione con pressione, velocità e angolazione appropriate.

• Compatibilità e deformazione dei componenti

I componenti e i PCB si espandono in modo diverso con il calore e, se lo fanno in modi diversi, possono esercitare stress sui giunti e causare guasti. Un riscaldamento non uniforme deformerà le parti, in particolare durante il posizionamento dei componenti. Ciò alla fine porta a giunti di saldatura scadenti. Per aggirare questo problema, selezionare componenti con dilatazione termica velocità il più vicino possibile ai PCB. Questo aiuta a ridurre lo stress. Per ottenere un riscaldamento uniforme dovresti anche usare un profilo di riflusso controllato. Componenti PCB può rimanere in posizione e si evitano deformazioni quando si utilizzano strutture di supporto durante il riflusso.

• Pallina di saldatura

È qui che si formano piccole sfere di saldatura quando vengono rifluite. Se non vengono individuate in tempo, queste sfere indeboliranno le giunzioni e causeranno cortocircuiti elettrici. Per superare questo problema è necessario sapere perché si verifica. Anche un'eccessiva attività del flusso della pasta saldante può causare la separazione delle sfere di saldatura. Ciò impedisce anche alle particelle di saldatura di fondersi insieme correttamente, per lo stesso motivo. Le sfere di saldatura possono anche essere causate da una stampa non uniforme della pasta saldante e da un profilo di riflusso errato. Quindi, per risolvere questo problema, devi solo usare la pasta saldante corretta e calibrare il profilo di riflusso. Assicurati anche che il design dello stencil sia corretto e che i componenti siano puliti.

Ispezione e controllo qualità del processo di saldatura a riflusso

La saldatura di qualità deve essere ispezionata. Dovresti cercare difetti che possono influenzare la scheda di circuito. Tuttavia, questo può essere fatto manualmente o tramite macchine. Un'ispezione corretta assicura anche prestazioni affidabili nel tuo assemblaggio.

Ispezione visuale

Ciò include controlli di difetti di giunzione di saldatura. La scheda verrà esaminata da te o dall'operatore. Ciò aiuta a trovare problemi che possono impedire le migliori prestazioni sull'hardware dato. Spesso vengono utilizzati strumenti di ingrandimento per ottenere una migliore accuratezza.

Ispezione ottica automatizzata (AOI)

Questo tipo di ispezione viene eseguito automaticamente tramite telecamere. Il sistema monitora difetti quali parti non allineate o ponti di saldatura. È più veloce e più accurato dei controlli manuali delle materie prime. Aoi garantisce coerenza e velocizza il processo.

Ispezione a raggi X.

Questa ispezione è all'interno di una giunzione di saldatura per difetti nascosti. Puoi osservare problemi che sono difficili da vedere in superficie. È perfetto per controllare le aree sotto i componenti. Assicura di avere un buon assemblaggio per arrivare nei posti.

Domande frequenti sulla saldatura a riflusso

• Qual è la differenza tra la saldatura a riflusso e la saldatura a flusso?

Questi due tipi di saldatura rappresentano metodi diversi per saldare i componenti sui PCB. Saldatura ad onda è anche in un flusso di saldatura fusa con il circuito stampato che passa sopra un'onda di saldatura, idealmente per componenti passanti. Tuttavia, la saldatura a riflusso utilizza la pasta saldante composta da saldatura in polvere e flusso su cui vengono posizionati i componenti e l'assemblaggio viene riscaldato all'interno di un forno a riflusso, che funziona meglio per componenti a montaggio superficiale.

• Quante volte è possibile effettuare la saldatura a riflusso?

Non saldare a riflusso più di due volte. La maggior parte degli assemblaggi richiede solo una passata riflusso o saldatura ad onda. Se i componenti vengono applicati su entrambi i lati, alcuni potrebbero averne bisogno di due. Impedisce che le parti vengano incollate al lato inferiore. Ancora una volta, i risultati migliori si ottengono con la corretta temperatura di riflusso della saldatura.

• È possibile effettuare la saldatura a riflusso senza flusso?

Ora, la saldatura a riflusso senza flusso è un no, no. Il flusso aiuta la saldatura ad aderire e a riempire uniformemente lo spazio. Elimina gli ossidi superficiali e le impurità. Se non c'è flusso, la saldatura può unirsi male. Soprattutto la saldatura a montaggio superficiale o a riflusso. Anche lavorare con componenti ossidati è aiutato dal flusso.

Conclusione

Abbiamo già trattato il processo di saldatura a riflusso in un assemblaggio PCB in questo PCBTok blog e ha sottolineato aspetti chiave come macchina, profilo di temperatura, posizionamento dei componenti, ecc. Ha parlato di problemi comuni come tombstoning e solder bridging e ha fornito soluzioni concrete. Questo articolo ha anche discusso l'importanza del controllo di qualità del processo di saldatura a riflusso per risultati migliori sui PCB.

https://www.neodensmt.com/pick-and-place-machine/