PCBA litavimo proceso technologija: principai, metodai ir kokybės kontrolė

PCBA (spausdintųjų plokštų montavimo) litavimo procesas yra kritiškai svarbus žingsnis elektronikos gamyboje, tiesiogiai veikiantis elektros našumą, mechaninį stiprumą ir ilgalaikę patikimumą. Plačiai įvedus paviršinio montavimo technologiją (SMT), mažo žingsnio komponentus bei šviną nesudėrančias taisykles, litavimo procesai tapo vis sudėtingesni. Šiame straipsnyje pateikiamos pagrindinės PCBA litavimo metodikos, esminiai technologiniai parametrai, dažniausiai pasitaikančios defektų rūšys bei kokybės kontrolės metodai, taikomi šiuolaikinėje elektronikos gamyboje.

1. PCBA litavimo apžvalga

PCBA litavimas – tai elektroninių komponentų ir spausdintųjų plokštų (PCB) kontaktų padų sujungimas patikimomis elektros ir mechaninėmis jungtimis naudojant lydymo lydinius. Litavimo siūlės kokybė lemia:

· Elektros laidumą

· Mechaninį stiprumą

· Šiluminį ir aplinkos sąlygomis sąlygojamą patikimumą

Šiuolaikinėje PCBA gamyboje dažniausiai naudojamas SMT litavimas, skylėmis montuojamų komponentų litavimas arba abiejų metodų derinys.

2. Pagrindiniai PCBA litavimo metodai

2.1 Perkaitinimo litavimas

Perkaitinimo būdu aliuminuojama yra pagrindinis naudojamas SMT surinkimo metodas.

Technologinis procesas:

1. Skystosios aliuminavimo masės spaustuvimas

2. Komponentų montavimas

3. Perkaitinimo šildymas

4. Aušinimas ir sušaldymas

Pagrindinės funkcijos:

· Tinka aukštos tankumo ir smulkių kontaktų komponentams (QFN, BGA, 0201)

· Aukštas automatizavimo laipsnis ir nuoseklumas

· Suderinamas su bešviniais aliuminavimo procesais

Perkaitinimo temperatūros profilio etapai:

· Pirminis pašildymas

· Sumirkymas

· Perlydymas (maksimali temperatūra)

· Aušinimas

Tikslus temperatūros valdymas yra būtinas, kad būtų išvengta defektų, tokių kaip komponentų „paminklų“ reiškinys, lydymo medžiagos poros ar komponentų pažeidimai.

2.2 Bangos lydymas

Bangos lydymas naudojamas daugiausia skylutiniams komponentams.

Proceso charakteristikos:

· Plokštė praeina per lydžios lydymo medžiagos bangą

· Tinka jungtukams, transformatoriams ir didelius kontaktus turintiems komponentams

· Dažnai naudojamas po SMT perlydymo mišrių technologijų montavime

Pagrindiniai iššūkiai apima lydymo tiltelius, ledų šaltukus ir terminį įtempimą komponentuose.

2.3 Selekcinis lydymas

Selekcinis lydymas yra lanksti sprendžiamųjų mišrių montavimų sprendimas.

Privalumai:

· Per skylutes montuojamų komponentų lokalizuotas lydymas

· Nereikia viso bangos poveikio

· Sumažintas terminis poveikis SMT komponentams

Selekcinis lydymas plačiai naudojamas automobilių ir pramonės elektronikoje.

3. Lydymo medžiagos ir fluksai

3.1 Lydymo lydiniai

Dažniausiai naudojami lydymo lydiniai:

· Sn63/Pb37 (su švinu, eutektinis)

· SAC305 (Sn-Ag-Cu, bešvinis standartinis)

Bešvinis solderas reikalauja aukštesnių perlydymo temperatūrų ir griežtesnio proceso valdymo.

3.2 Fluksų tipai

Fluksas pašalina oksidus ir gerina drėkinimą.

· Riešutmedžio dervos pagrindu

· Vandenyje tirpus

· Nereikalingas valymas

Fluksų pasirinkimas veikia soldavimo savybes, likučius ir po valymo reikalavimus.

4. Pagrindiniai proceso valdymo parametrai

4.1 Solder pastos spausdinimas

· Šablonų storis ir angų projektavimas

· Spausdinimo slėgis ir greitis

· Pastos klampumas ir saugojimo sąlygos

Prastas spausdinimo kokybė yra daugelio lydymo defektų šakninis priežastis.

4.2 Temperatūros profilio valdymas

· Maksimalios temperatūros riba

· Laikas virš lydymosi temperatūros (TAL)

· Kaitinimo ir aušinimo greičiai

Skirtingi PCB storio ir komponentų dydžiai reikalauja individualizuotų profilių.

5. Dažniausiai pasitaikantys litavimo defektai ir jų priežastys

Tipiški PCBA litavimo defektai apima:

· Litavimo tilteliai (per daug pasta, netinkama šablonų konstrukcija)

· Šaltieji sujungimai (nepakankamas kaitinimas)

· Rėdeliavimas (nevienodas drėkinimo poveikis)

· Tuščios erdvės BGA sujungimuose (dujų išsiskyrimas, netinkama pasta)

Ankstyvas defektų aptikimas padidina išeigą ir sumažina pakartotinio apdorojimo sąnaudas.

6. Inspekcija ir kokybės užtikrinimas

Kokybės kontrolės metodai apima:

· AOI (automatinė optinė inspekcija)

· Rentgeno tyrimas BGA ir QFN elementams

· ICT ir funkcinių charakteristikų bandymai

Technologinio proceso duomenų stebėjimas ir statistinis technologinio proceso valdymas (SPC) vis labiau įpranta didelės apimties gamyboje.

7. Patikimumo aspektai

Aukštos kokybės litavimo sujungimai turi atlaikyti:

· Temperatūros ciklinis keitimas

· Mechaninį virpesį

· Drėgmę ir koroziją

Automobilių, medicinos ir pramonės gaminiams dažnai reikalingi aukštesni litavimo standartai ir griežtesni patvirtinimo bandymai.