กระบวนการผลิต PCBA แบบละเอียด

กระบวนการผลิต PCBA แบบละเอียด (รวมถึงกระบวนการ DIP ทั้งหมด) เข้ามาดูได้เลย!

“กระบวนการบัดกรีแบบคลื่น”

การบัดกรีแบบคลื่นโดยทั่วไปเป็นกระบวนการเชื่อมสำหรับอุปกรณ์แบบเสียบปลั๊ก เป็นกระบวนการที่ตะกั่วเหลวที่หลอมละลายด้วยความช่วยเหลือของปั๊ม ก่อให้เกิดคลื่นบัดกรีที่มีรูปร่างเฉพาะบนพื้นผิวของเหลวของถังบัดกรี และแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ของชิ้นส่วนที่ใส่เข้าไปจะผ่านจุดสูงสุดของคลื่นบัดกรีที่มุมและความลึกที่กำหนดบนโซ่ส่งผ่าน เพื่อให้ได้การเชื่อมแบบบัดกรี ดังแสดงในรูปด้านล่าง

ขั้นตอนทั่วไปมีดังนี้: การใส่อุปกรณ์ - การโหลด PCB - การบัดกรีแบบคลื่น - การถอด PCB - การตัดแต่งพิน DIP - การทำความสะอาด ตามที่แสดงในภาพด้านล่าง

1.เทคโนโลยีการแทรก THC

1. การขึ้นรูปพินส่วนประกอบ

อุปกรณ์ DIP ต้องมีรูปร่างก่อนการใส่

(1) การขึ้นรูปส่วนประกอบด้วยมือ: สามารถขึ้นรูปหมุดงอได้ด้วยแหนบหรือไขควงขนาดเล็ก ดังแสดงในรูปด้านล่าง

(2) การประมวลผลชิ้นส่วนด้วยเครื่องจักร: การขึ้นรูปชิ้นส่วนด้วยเครื่องจักรเสร็จสมบูรณ์ด้วยเครื่องจักรขึ้นรูปพิเศษ หลักการทำงานคือตัวป้อนใช้การป้อนวัสดุด้วยการสั่นสะเทือน (เช่น ทรานซิสเตอร์แบบปลั๊กอิน) โดยใช้ตัวแบ่งเพื่อกำหนดตำแหน่งทรานซิสเตอร์ ขั้นตอนแรกคือการดัดขาพินทั้งสองด้านของด้านซ้ายและขวา ขั้นตอนที่สองคือการดัดขาพินตรงกลางไปด้านหน้าหรือด้านหลังเพื่อขึ้นรูป ดังแสดงในภาพต่อไปนี้

2. ใส่ส่วนประกอบ

เทคโนโลยีการแทรกผ่านรูแบ่งออกเป็นการแทรกด้วยมือและการแทรกอุปกรณ์เครื่องกลอัตโนมัติ

(1) การใส่และเชื่อมด้วยมือ ควรใส่ส่วนประกอบที่ต้องยึดติดด้วยกลไก เช่น ชั้นวางระบายความร้อน ขายึด คลิป ฯลฯ ของอุปกรณ์ไฟฟ้าก่อน จากนั้นจึงใส่ส่วนประกอบที่ต้องการเชื่อมและยึดติด ห้ามสัมผัสหมุดส่วนประกอบและแผ่นฟอยล์ทองแดงบนแผ่นพิมพ์โดยตรงขณะใส่

(2) ปลั๊กอินอัตโนมัติเชิงกล (หรือที่เรียกว่า AI) เป็นเทคโนโลยีการผลิตอัตโนมัติที่ทันสมัยที่สุดในการติดตั้งผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ การติดตั้งอุปกรณ์เครื่องกลอัตโนมัติควรใส่ส่วนประกอบที่มีความสูงต่ำกว่าก่อน แล้วจึงติดตั้งส่วนประกอบที่มีความสูงสูงกว่า ส่วนประกอบสำคัญที่มีค่าควรติดตั้งในขั้นตอนสุดท้าย การติดตั้งชั้นวางระบายความร้อน ตัวยึด คลิป ฯลฯ ควรอยู่ใกล้กับกระบวนการเชื่อม ลำดับการประกอบส่วนประกอบ PCB แสดงไว้ในภาพต่อไปนี้

3. การบัดกรีแบบคลื่น

(1) หลักการทำงานของการบัดกรีแบบคลื่น

การบัดกรีแบบคลื่นเป็นเทคโนโลยีชนิดหนึ่งที่สร้างคลื่นบัดกรีรูปทรงเฉพาะบนพื้นผิวของตะกั่วเหลวที่หลอมเหลวโดยใช้แรงดันปั๊ม และสร้างจุดบัดกรีในบริเวณเชื่อมพินเมื่อชิ้นส่วนที่ประกอบเข้ากับชิ้นส่วนผ่านคลื่นบัดกรีที่มุมคงที่ ส่วนประกอบจะถูกอุ่นล่วงหน้าในบริเวณอุ่นล่วงหน้าของเครื่องเชื่อมในระหว่างกระบวนการลำเลียงด้วยสายพานลำเลียง (การอุ่นล่วงหน้าและอุณหภูมิที่ต้องการจะยังคงถูกควบคุมโดยเส้นโค้งอุณหภูมิที่กำหนดไว้) ในการเชื่อมจริง มักจำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิอุ่นล่วงหน้าบนพื้นผิวของชิ้นส่วน ดังนั้นอุปกรณ์จำนวนมากจึงได้เพิ่มอุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิที่เกี่ยวข้อง (เช่น เครื่องตรวจจับอินฟราเรด) หลังจากการอุ่นล่วงหน้า ชิ้นส่วนจะเข้าสู่ร่องนำสำหรับการเชื่อม ถังดีบุกบรรจุตะกั่วบัดกรีเหลวที่หลอมละลาย หัวฉีดที่ด้านล่างของถังเหล็กจะพ่นยอดคลื่นที่คงที่ของตะกั่วบัดกรีหลอมละลาย เมื่อพื้นผิวของชิ้นงานเชื่อมผ่านคลื่น จะได้รับความร้อนจากคลื่นบัดกรี คลื่นบัดกรียังทำให้บริเวณเชื่อมชื้นและขยายตัวจนเต็ม ส่งผลให้กระบวนการเชื่อมเสร็จสมบูรณ์ หลักการทำงานแสดงไว้ในภาพด้านล่าง

การบัดกรีแบบคลื่นใช้หลักการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนเพื่อให้ความร้อนแก่บริเวณที่เชื่อม คลื่นบัดกรีหลอมเหลวทำหน้าที่เป็นแหล่งความร้อน โดยในขณะเดียวกันก็ไหลไปล้างบริเวณที่เชื่อมพิน ขณะเดียวกันก็ทำหน้าที่นำความร้อนด้วย และทำให้บริเวณที่เชื่อมพินได้รับความร้อนด้วย เพื่อให้แน่ใจว่าบริเวณที่เชื่อมร้อนขึ้น คลื่นบัดกรีมักจะมีความกว้างที่เหมาะสม เพื่อให้พื้นผิวของชิ้นงานที่เชื่อมผ่านคลื่นบัดกรีมีความร้อนและความชื้นเพียงพอ การบัดกรีแบบคลื่นแบบดั้งเดิมมักใช้คลื่นเดี่ยว ซึ่งคลื่นค่อนข้างแบนราบ ปัจจุบันมีการใช้ตะกั่วบัดกรีแบบคลื่นคู่ ดังแสดงในภาพต่อไปนี้

หมุดของส่วนประกอบช่วยให้ตะกั่วบัดกรีจุ่มลงในรูทะลุที่เคลือบโลหะในสถานะของแข็ง เมื่อหมุดสัมผัสกับคลื่นบัดกรี ตะกั่วเหลวจะไต่ขึ้นไปตามผนังของหมุดและรูโดยอาศัยแรงตึงผิว ปฏิกิริยาแคปิลลารีของรูทะลุที่เคลือบโลหะช่วยเพิ่มการไต่ขึ้นของตะกั่วบัดกรี หลังจากที่ตะกั่วบัดกรีไปถึงแผ่น PcB แล้ว ตะกั่วจะกระจายตัวออกภายใต้แรงตึงผิวของแผ่น ตะกั่วบัดกรีที่ลอยขึ้นจะระบายก๊าซฟลักซ์และอากาศออกจากรูทะลุ ทำให้รูทะลุเต็มและสร้างรอยต่อบัดกรีหลังจากเย็นตัวลง

(2) ส่วนประกอบหลักของเครื่องเชื่อมคลื่น

เครื่องเชื่อมคลื่นประกอบด้วยสายพานลำเลียง เครื่องทำความร้อน ถังดีบุก ปั๊ม และอุปกรณ์พ่นฟลักซ์ (หรือสเปรย์) เครื่องเชื่อมคลื่นแบ่งออกเป็นโซนเติมฟลักซ์ โซนอุ่นล่วงหน้า โซนเชื่อม และโซนทำความเย็น ดังแสดงในรูปต่อไปนี้

3. ความแตกต่างหลักระหว่างการบัดกรีแบบคลื่นและการเชื่อมแบบรีโฟลว์

ความแตกต่างหลักระหว่างการบัดกรีแบบคลื่นและการเชื่อมแบบรีโฟลว์คือ แหล่งความร้อนและวิธีการจ่ายตะกั่วในการเชื่อมนั้นแตกต่างกัน ในการบัดกรีแบบคลื่น ตะกั่วจะถูกอุ่นและหลอมละลายในถังก่อน และคลื่นบัดกรีที่เกิดจากปั๊มจะทำหน้าที่เป็นทั้งแหล่งความร้อนและแหล่งจ่ายตะกั่ว คลื่นบัดกรีที่หลอมละลายจะให้ความร้อนแก่รูทะลุ แผ่นบัดกรี และขาส่วนประกอบของแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในขณะเดียวกันก็ให้ตะกั่วที่จำเป็นสำหรับการสร้างจุดเชื่อม ในการบัดกรีแบบรีโฟลว์ ตะกั่ว (น้ำยาบัดกรี) จะถูกจัดสรรไว้ล่วงหน้าในพื้นที่เชื่อมของแผงวงจรพิมพ์ และบทบาทของแหล่งความร้อนในระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์คือการหลอมตะกั่วอีกครั้ง

(1) 3 บทนำสู่กระบวนการบัดกรีแบบคลื่นเลือก

อุปกรณ์บัดกรีแบบคลื่นถูกคิดค้นมานานกว่า 50 ปีแล้ว และมีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพการผลิตที่สูงและผลผลิตสูงในการผลิตชิ้นส่วนแบบรูทะลุและแผงวงจร จึงเคยเป็นอุปกรณ์เชื่อมที่สำคัญที่สุดในการผลิตผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์จำนวนมากแบบอัตโนมัติ อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์นี้ยังมีข้อจำกัดบางประการในการใช้งาน: (1) พารามิเตอร์การเชื่อมแตกต่างกัน

จุดบัดกรีที่แตกต่างกันบนแผงวงจรเดียวกันอาจต้องการพารามิเตอร์การเชื่อมที่แตกต่างกันอย่างมากเนื่องจากคุณสมบัติที่แตกต่างกัน (เช่น ความจุความร้อน ระยะห่างของขาเชื่อม ข้อกำหนดการเจาะดีบุก ฯลฯ) อย่างไรก็ตาม ลักษณะเฉพาะของการบัดกรีแบบคลื่นคือการเชื่อมจุดบัดกรีทั้งหมดบนแผงวงจรทั้งหมดให้เสร็จสมบูรณ์ภายใต้พารามิเตอร์ชุดเดียวกัน ดังนั้นจุดบัดกรีที่แตกต่างกันจึงต้อง "ตั้ง" ซึ่งกันและกัน ซึ่งทำให้การบัดกรีแบบคลื่นยากขึ้นเพื่อให้ตรงตามข้อกำหนดการเชื่อมของแผงวงจรคุณภาพสูง

(2) ต้นทุนการดำเนินงานสูง

ในทางปฏิบัติของการบัดกรีแบบคลื่นแบบดั้งเดิม การพ่นฟลักซ์ทั้งแผ่นและการเกิดตะกรันดีบุกทำให้ต้นทุนการดำเนินงานสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งการเชื่อมแบบไร้สารตะกั่ว เนื่องจากราคาของตะกั่วบัดกรีไร้สารตะกั่วสูงกว่าตะกั่วบัดกรีตะกั่วถึง 3 เท่า ต้นทุนการดำเนินงานที่เพิ่มขึ้นจากตะกรันดีบุกจึงน่าประหลาดใจอย่างยิ่ง นอกจากนี้ ตะกั่วบัดกรีไร้สารตะกั่วยังคงหลอมทองแดงบนแผ่นบัดกรี และองค์ประกอบของตะกั่วบัดกรีในกระบอกดีบุกจะเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา ซึ่งจำเป็นต้องเติมดีบุกบริสุทธิ์และเงินที่มีราคาแพงเป็นประจำเพื่อแก้ปัญหา

(3) การบำรุงรักษาและปัญหาการบำรุงรักษา

ฟลักซ์ที่เหลือจากการผลิตจะยังคงอยู่ในระบบส่งของการบัดกรีแบบคลื่น และตะกรันดีบุกที่เกิดขึ้นจะต้องถูกกำจัดออกเป็นประจำ ซึ่งทำให้ผู้ใช้ต้องบำรุงรักษาอุปกรณ์และบำรุงรักษาที่ซับซ้อนมากขึ้น ด้วยเหตุผลดังกล่าว การบัดกรีแบบคลื่นแบบเลือกได้จึงถือกำเนิดขึ้น

การบัดกรีแบบเลือกคลื่น PCBA ที่เรียกกันนั้นยังคงใช้เตาเผาดีบุกแบบเดิม แต่ความแตกต่างก็คือ จำเป็นต้องวางบอร์ดไว้ในตัวพาเตาเผาดีบุก ซึ่งเป็นสิ่งที่เราพูดบ่อยๆ เกี่ยวกับอุปกรณ์ยึดเตาเผา ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง

ชิ้นส่วนที่ต้องบัดกรีแบบคลื่นจะถูกนำไปสัมผัสกับดีบุก และชิ้นส่วนอื่นๆ จะได้รับการปกป้องด้วยแผ่นหุ้มตัวถังรถยนต์ ดังแสดงด้านล่าง วิธีนี้คล้ายกับการใส่ห่วงชูชีพในสระว่ายน้ำ บริเวณที่ห่วงชูชีพปกคลุมไว้จะไม่โดนน้ำ แต่เมื่อเปลี่ยนเป็นเตาหลอมดีบุก บริเวณที่หุ้มด้วยตัวถังรถยนต์จะไม่โดนดีบุก และจะไม่มีปัญหาเรื่องการหลอมดีบุกซ้ำหรือชิ้นส่วนร่วงหล่น

"กระบวนการเชื่อมรีโฟลว์แบบผ่านรู"

การเชื่อมแบบรีโฟลว์ผ่านรูเป็นกระบวนการเชื่อมแบบรีโฟลว์สำหรับการใส่ชิ้นส่วน ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตแผ่นประกอบพื้นผิวที่มีปลั๊กอินจำนวนหนึ่ง หัวใจสำคัญของเทคโนโลยีนี้คือวิธีการนำน้ำยาประสานมาใช้

1. การแนะนำกระบวนการ

ตามวิธีการใช้งานของการเชื่อมรีโฟลว์ผ่านรูด้วยยาประสานนั้น สามารถแบ่งออกได้เป็น 3 ประเภท คือ กระบวนการเชื่อมรีโฟลว์ผ่านรูด้วยการพิมพ์ท่อ กระบวนการเชื่อมรีโฟลว์ผ่านรูด้วยการพิมพ์ยาประสาน และกระบวนการเชื่อมรีโฟลว์ผ่านรูด้วยแผ่นดีบุกขึ้นรูป

1) การพิมพ์แบบท่อผ่านกระบวนการเชื่อมรีโฟลว์รู

กระบวนการเชื่อมรีโฟลว์แบบรูทะลุ (Tubular Printing Through Hole Welding Reflow) เป็นกระบวนการเชื่อมรีโฟลว์สำหรับชิ้นส่วนรูทะลุที่ได้รับความนิยมมากที่สุด ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตเครื่องรับสัญญาณโทรทัศน์สี หัวใจสำคัญของกระบวนการนี้คือการใช้แม่พิมพ์ท่อบัดกรี ดังแสดงในภาพด้านล่าง

2) การพิมพ์ด้วยกาวประสานผ่านกระบวนการเชื่อมรีโฟลว์รู

กระบวนการเชื่อมรีโฟลว์ผ่านรูด้วยการพิมพ์ด้วยตะกั่วบัดกรีเป็นกระบวนการเชื่อมรีโฟลว์ผ่านรูที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในปัจจุบัน โดยส่วนใหญ่ใช้สำหรับ PCBA แบบผสมที่มีปลั๊กอินจำนวนเล็กน้อย กระบวนการนี้เข้ากันได้ดีกับกระบวนการเชื่อมรีโฟลว์แบบเดิม ไม่จำเป็นต้องมีอุปกรณ์กระบวนการพิเศษ ข้อกำหนดเพียงอย่างเดียวคือส่วนประกอบปลั๊กอินที่เชื่อมจะต้องเหมาะสำหรับการเชื่อมรีโฟลว์ผ่านรู ซึ่งกระบวนการนี้แสดงไว้ในรูปต่อไปนี้

3) กระบวนการเชื่อมรีโฟลว์แผ่นดีบุกแบบผ่านรู

กระบวนการเชื่อมรีโฟลว์ผ่านรูแผ่นดีบุกขึ้นรูปนั้นส่วนใหญ่ใช้กับขั้วต่อหลายพิน โดยตะกั่วบัดกรีไม่ใช่ยาประสาน แต่เป็นแผ่นดีบุกขึ้นรูป โดยทั่วไปแล้วผู้ผลิตขั้วต่อจะเป็นผู้เพิ่มเข้าไปโดยตรง การประกอบทำได้โดยการให้ความร้อนเท่านั้น

ข้อกำหนดการออกแบบการไหลย้อนกลับผ่านรู

1.ข้อกำหนดการออกแบบ PCB

(1) เหมาะสำหรับความหนาของแผ่น PCB น้อยกว่าหรือเท่ากับ 1.6 มม.

(2) ความกว้างขั้นต่ำของแผ่นคือ 0.25 มม. และดึงยาประสานที่หลอมละลายออกหนึ่งครั้ง และจะไม่เกิดเม็ดดีบุก

(3) ช่องว่างระหว่างส่วนประกอบภายนอกบอร์ด (Stand-off) ควรมากกว่า 0.3 มม.

(4) ความยาวที่เหมาะสมของตะกั่วที่ยื่นออกมาจากแผ่นคือ 0.25~0.75 มม.

(5) ระยะห่างขั้นต่ำระหว่างส่วนประกอบระยะห่างละเอียด เช่น 0603 และแผ่นรองคือ 2 มม.

(6) ช่องเปิดสูงสุดของตาข่ายเหล็กสามารถขยายได้ 1.5 มม.

(7) รูรับแสงคือเส้นผ่านศูนย์กลางของตะกั่วบวก 0.1-0.2 มม. ดังแสดงในภาพต่อไปนี้

“ข้อกำหนดการเปิดหน้าต่างตาข่ายเหล็ก”

โดยทั่วไปแล้ว เพื่อให้บรรลุการเติมรู 50% จำเป็นต้องขยายหน้าต่างตาข่ายเหล็ก โดยปริมาณการขยายตัวภายนอกที่เฉพาะเจาะจงจะต้องกำหนดตามความหนาของ PCB ความหนาของตาข่ายเหล็ก ช่องว่างระหว่างรูและตะกั่ว และปัจจัยอื่นๆ

โดยทั่วไป ตราบใดที่การขยายตัวไม่เกิน 2 มม. กาวบัดกรีจะถูกดึงกลับและเติมลงในรู โปรดทราบว่าการขยายตัวภายนอกไม่สามารถถูกบีบอัดโดยบรรจุภัณฑ์ของส่วนประกอบ หรือต้องหลีกเลี่ยงตัวบรรจุภัณฑ์ของส่วนประกอบ และเกิดเป็นเม็ดดีบุกที่ด้านใดด้านหนึ่ง ดังแสดงในรูปต่อไปนี้

"การแนะนำกระบวนการประกอบ PCBA แบบเดิม"

1) การติดตั้งด้านเดียว

ขั้นตอนกระบวนการแสดงดังรูปด้านล่าง

2) การแทรกด้านเดียว

ขั้นตอนกระบวนการแสดงไว้ในรูปที่ 5 ด้านล่าง

การขึ้นรูปพินของอุปกรณ์ด้วยการบัดกรีแบบคลื่นเป็นหนึ่งในส่วนที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุดของกระบวนการผลิต ซึ่งส่งผลให้มีความเสี่ยงต่อความเสียหายจากไฟฟ้าสถิตและทำให้ระยะเวลาในการส่งมอบยาวนานขึ้น และยังเพิ่มโอกาสที่เกิดข้อผิดพลาดอีกด้วย