กระบวนการผลิต PCBA โดยละเอียด (รวมถึงกระบวนการ DIP ทั้งหมด) เข้ามาดู!
“กระบวนการบัดกรีด้วยคลื่น”
โดยทั่วไปการบัดกรีด้วยคลื่นเป็นกระบวนการเชื่อมสำหรับอุปกรณ์ปลั๊กอิน เป็นกระบวนการที่ตัวประสานของเหลวหลอมเหลวด้วยความช่วยเหลือของปั๊มสร้างรูปร่างเฉพาะของคลื่นประสานบนพื้นผิวของเหลวของถังบัดกรีและ PCB ของส่วนประกอบที่แทรกเข้าไปจะผ่านจุดสูงสุดของคลื่นประสานที่จุดเฉพาะ มุมและความลึกของการจุ่มบนโซ่ส่งกำลังเพื่อให้เกิดการเชื่อมรอยประสาน ดังแสดงในรูปด้านล่าง
ผังกระบวนการทั่วไปมีดังนี้: การใส่อุปกรณ์ - การโหลด PCB - การบัดกรีด้วยคลื่น - การขนถ่าย PCB - การตัดแต่งพิน DIP - การทำความสะอาด ดังแสดงในรูปด้านล่าง
1.เทคโนโลยีการแทรกTHC
1. การขึ้นรูปชิ้นส่วน
อุปกรณ์ DIP ต้องมีรูปทรงก่อนการใส่
(1) การสร้างส่วนประกอบด้วยมือ: หมุดงอสามารถขึ้นรูปได้ด้วยแหนบหรือไขควงขนาดเล็ก ดังแสดงในรูปด้านล่าง
(2) การประมวลผลส่วนประกอบของเครื่องจักร: การสร้างส่วนประกอบของเครื่องจักรเสร็จสิ้นด้วยเครื่องจักรสร้างรูปร่างแบบพิเศษ หลักการทำงานของเครื่องป้อนคือป้อนวัสดุด้วยแรงสั่นสะเทือนเพื่อป้อนวัสดุ (เช่นทรานซิสเตอร์แบบเสียบปลั๊ก) พร้อมตัวแบ่งเพื่อค้นหา ขั้นตอนแรกคือการงอหมุดทั้งสองด้านของด้านซ้ายและด้านขวา ขั้นตอนที่สองคือการงอหมุดตรงกลางไปด้านหลังหรือไปข้างหน้าเพื่อสร้างรูปร่าง ดังแสดงในภาพต่อไปนี้
2. ใส่ส่วนประกอบ
เทคโนโลยีการแทรกผ่านรูแบ่งออกเป็นการแทรกด้วยตนเองและการแทรกอุปกรณ์เครื่องจักรกลอัตโนมัติ
(1) การแทรกและการเชื่อมแบบแมนนวลควรแทรกส่วนประกอบเหล่านั้นที่จำเป็นต้องได้รับการแก้ไขทางกลไกก่อน เช่น ชั้นวางทำความเย็น ตัวยึด คลิป ฯลฯ ของอุปกรณ์ไฟฟ้า จากนั้นจึงใส่ส่วนประกอบที่จำเป็นต้องเชื่อมและแก้ไข อย่าสัมผัสหมุดส่วนประกอบและฟอยล์ทองแดงบนแผ่นพิมพ์โดยตรงเมื่อทำการแทรก
(2) ปลั๊กอินอัตโนมัติทางกล (เรียกว่า AI) เป็นเทคโนโลยีการผลิตอัตโนมัติที่ทันสมัยที่สุดในการติดตั้งผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ร่วมสมัย การติดตั้งอุปกรณ์เครื่องจักรกลอัตโนมัติควรใส่ส่วนประกอบเหล่านั้นที่มีความสูงต่ำกว่าก่อน จากนั้นจึงติดตั้งส่วนประกอบเหล่านั้นที่มีความสูงสูงกว่า ควรใส่ส่วนประกอบสำคัญอันทรงคุณค่าในการติดตั้งขั้นสุดท้าย การติดตั้งชั้นวางกระจายความร้อน ตัวยึด คลิป ฯลฯ ควรอยู่ใกล้กับกระบวนการเชื่อม ลำดับการประกอบส่วนประกอบ PCB แสดงในรูปต่อไปนี้
3. การบัดกรีด้วยคลื่น
(1) หลักการทำงานของการบัดกรีด้วยคลื่น
การบัดกรีด้วยคลื่นเป็นเทคโนโลยีชนิดหนึ่งที่สร้างรูปร่างเฉพาะของคลื่นบัดกรีบนพื้นผิวของโลหะบัดกรีเหลวหลอมเหลวโดยใช้แรงดันปั๊ม และสร้างจุดบัดกรีในพื้นที่เชื่อมด้วยพินเมื่อส่วนประกอบประกอบที่สอดเข้ากับส่วนประกอบนั้นผ่านการบัดกรี คลื่นที่มุมคงที่ ส่วนประกอบจะถูกอุ่นก่อนในโซนอุ่นอุ่นของเครื่องเชื่อมในระหว่างกระบวนการส่งผ่านโซ่ลำเลียง (การอุ่นส่วนประกอบและอุณหภูมิที่ต้องการยังคงถูกควบคุมโดยเส้นโค้งอุณหภูมิที่กำหนดไว้ล่วงหน้า) ในการเชื่อมจริง โดยปกติจำเป็นต้องควบคุมอุณหภูมิการอุ่นล่วงหน้าของพื้นผิวส่วนประกอบ อุปกรณ์จำนวนมากจึงเพิ่มอุปกรณ์ตรวจจับอุณหภูมิที่สอดคล้องกัน (เช่น เครื่องตรวจจับอินฟราเรด) หลังจากอุ่นเครื่องแล้ว ชุดประกอบจะเข้าไปในร่องตะกั่วเพื่อทำการเชื่อม ถังดีบุกประกอบด้วยสารบัดกรีเหลวที่หลอมละลาย และหัวฉีดที่ด้านล่างของถังเหล็กจะพ่นยอดคลื่นที่มีรูปร่างคงที่ของการบัดกรีที่หลอมละลาย เพื่อให้เมื่อพื้นผิวการเชื่อมของส่วนประกอบผ่านคลื่น มันจะถูกให้ความร้อนด้วยคลื่นประสาน และคลื่นบัดกรียังทำให้พื้นที่การเชื่อมชุ่มชื้นและขยายจนเต็ม ในที่สุดก็บรรลุกระบวนการเชื่อม หลักการทำงานของมันดังแสดงในรูปด้านล่าง
การบัดกรีด้วยคลื่นใช้หลักการถ่ายเทความร้อนแบบพาความร้อนเพื่อให้ความร้อนแก่บริเวณการเชื่อม คลื่นบัดกรีที่หลอมละลายทำหน้าที่เป็นแหล่งความร้อน ในด้านหนึ่งไหลเพื่อล้างพื้นที่การเชื่อมพิน ในทางกลับกันยังมีบทบาทในการนำความร้อน และพื้นที่การเชื่อมพินจะได้รับความร้อนภายใต้การกระทำนี้ เพื่อให้แน่ใจว่าพื้นที่การเชื่อมมีความร้อนขึ้น คลื่นบัดกรีมักจะมีความกว้างที่แน่นอน ดังนั้นเมื่อพื้นผิวการเชื่อมของส่วนประกอบผ่านคลื่น จะมีความร้อน ความเปียก และอื่นๆ ที่เพียงพอ ในการบัดกรีแบบคลื่นแบบดั้งเดิม โดยทั่วไปจะใช้คลื่นเดี่ยว และคลื่นจะค่อนข้างแบน ด้วยการใช้ตะกั่วบัดกรี ปัจจุบันจึงถูกนำมาใช้ในรูปแบบของคลื่นคู่ ดังแสดงในภาพต่อไปนี้
หมุดของส่วนประกอบช่วยให้โลหะบัดกรีสามารถจุ่มลงในรูที่เคลือบด้วยโลหะในสถานะของแข็งได้ เมื่อหมุดสัมผัสกับคลื่นบัดกรี สารบัดกรีเหลวจะปีนขึ้นไปบนพินและผนังรูโดยใช้แรงตึงผิว การกระทำของเส้นเลือดฝอยที่เคลือบด้วยโลหะผ่านรูช่วยเพิ่มการปีนของบัดกรี หลังจากที่บัดกรีไปถึงแผ่น PcB มันจะกระจายออกไปภายใต้การกระทำของแรงตึงผิวของแผ่น การบัดกรีที่เพิ่มขึ้นจะระบายก๊าซฟลักซ์และอากาศออกจากรูทะลุ ซึ่งจะช่วยเติมเต็มรูทะลุและสร้างรอยต่อประสานหลังจากการระบายความร้อน
(2) ส่วนประกอบหลักของเครื่องเชื่อมคลื่น
เครื่องเชื่อมแบบคลื่นส่วนใหญ่ประกอบด้วยสายพานลำเลียง เครื่องทำความร้อน ถังดีบุก ปั๊ม และอุปกรณ์ทำให้เกิดฟองฟลักซ์ (หรือสเปรย์) ส่วนใหญ่จะแบ่งออกเป็นโซนเพิ่มฟลักซ์ โซนอุ่น โซนเชื่อม และโซนทำความเย็น ดังแสดงในรูปต่อไปนี้
3. ความแตกต่างหลักระหว่างการบัดกรีด้วยคลื่นและการเชื่อมแบบรีโฟลว์
ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการบัดกรีด้วยคลื่นและการเชื่อมแบบรีโฟลว์คือแหล่งความร้อนและวิธีการจ่ายบัดกรีในการเชื่อมนั้นแตกต่างกัน ในการบัดกรีแบบคลื่น ตัวบัดกรีจะถูกทำให้ร้อนล่วงหน้าและละลายในถัง และคลื่นบัดกรีที่ผลิตโดยปั๊มจะมีบทบาทสองประการคือแหล่งความร้อนและการจ่ายสารบัดกรี คลื่นบัดกรีที่หลอมละลายจะให้ความร้อนแก่รูทะลุ แผ่นอิเล็กโทรด และพินส่วนประกอบของ PCB ในขณะเดียวกันก็ให้สารบัดกรีที่จำเป็นในการสร้างข้อต่อบัดกรีด้วย ในการบัดกรีแบบรีโฟลว์ ตัวบัดกรี (ตัวประสาน) จะถูกจัดสรรล่วงหน้าให้กับพื้นที่การเชื่อมของ PCB และบทบาทของแหล่งความร้อนในระหว่างการรีโฟลว์คือการหลอมโลหะบัดกรีอีกครั้ง
(1) 3 ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับกระบวนการบัดกรีแบบเลือกคลื่น
อุปกรณ์บัดกรีแบบคลื่นได้รับการคิดค้นมานานกว่า 50 ปี และมีข้อได้เปรียบในด้านประสิทธิภาพการผลิตที่สูงและมีผลผลิตจำนวนมากในการผลิตส่วนประกอบรูทะลุและแผงวงจร ดังนั้นจึงครั้งหนึ่งเคยเป็นอุปกรณ์การเชื่อมที่สำคัญที่สุดในการผลิตจำนวนมากโดยอัตโนมัติของ ผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ อย่างไรก็ตาม การใช้งานมีข้อจำกัดบางประการ: (1) พารามิเตอร์การเชื่อมแตกต่างกัน
ข้อต่อบัดกรีที่แตกต่างกันบนแผงวงจรเดียวกันอาจต้องใช้พารามิเตอร์การเชื่อมที่แตกต่างกันมากเนื่องจากคุณลักษณะที่แตกต่างกัน (เช่น ความจุความร้อน ระยะห่างของพิน ข้อกำหนดในการเจาะดีบุก ฯลฯ) อย่างไรก็ตาม ลักษณะของการบัดกรีด้วยคลื่นคือการเชื่อมข้อต่อบัดกรีทั้งหมดบนแผงวงจรทั้งหมดให้เสร็จสิ้นภายใต้พารามิเตอร์ชุดเดียวกัน ดังนั้นข้อต่อบัดกรีที่แตกต่างกันจึงต้อง "ตกลง" ซึ่งกันและกัน ซึ่งทำให้การบัดกรีด้วยคลื่นทำได้ยากขึ้นเพื่อให้ตรงกับการเชื่อมทั้งหมด ข้อกำหนดของแผงวงจรคุณภาพสูง
(2) ต้นทุนการดำเนินงานสูง
ในการใช้งานจริงของการบัดกรีแบบคลื่นแบบดั้งเดิม การพ่นฟลักซ์ทั้งแผ่นและการสร้างตะกรันดีบุกทำให้ต้นทุนการดำเนินงานสูง โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อการเชื่อมแบบไร้สารตะกั่ว เนื่องจากราคาของการบัดกรีไร้สารตะกั่วนั้นสูงกว่าราคาบัดกรีแบบตะกั่วมากกว่า 3 เท่า ต้นทุนการดำเนินงานที่เพิ่มขึ้นที่เกิดจากตะกรันดีบุกจึงเป็นเรื่องที่น่าประหลาดใจมาก นอกจากนี้ สารบัดกรีไร้สารตะกั่วยังคงละลายทองแดงบนแผ่น และองค์ประกอบของสารบัดกรีในกระบอกดีบุกจะเปลี่ยนไปตามกาลเวลา ซึ่งต้องเติมดีบุกบริสุทธิ์และเงินราคาแพงเป็นประจำเพื่อแก้ปัญหา
(3) ปัญหาการบำรุงรักษาและการบำรุงรักษา
ฟลักซ์ที่ตกค้างในการผลิตจะยังคงอยู่ในระบบส่งของการบัดกรีด้วยคลื่น และตะกรันดีบุกที่เกิดขึ้นจะต้องถูกกำจัดออกเป็นประจำ ซึ่งจะทำให้ผู้ใช้ต้องบำรุงรักษาและบำรุงรักษาอุปกรณ์ที่ซับซ้อนมากขึ้น ด้วยเหตุผลดังกล่าว การบัดกรีแบบเลือกคลื่นจึงเกิดขึ้น
การบัดกรีแบบเลือกคลื่น PCBA ที่เรียกว่ายังคงใช้เตาดีบุกแบบเดิม แต่ความแตกต่างก็คือต้องวางบอร์ดไว้ในตัวพาเตาดีบุก ซึ่งเป็นสิ่งที่เรามักพูดถึงเกี่ยวกับฟิกซ์เจอร์ของเตาหลอม ดังแสดงในรูปด้านล่าง
จากนั้นชิ้นส่วนที่ต้องการการบัดกรีแบบคลื่นจะต้องสัมผัสกับดีบุก และส่วนอื่นๆ จะได้รับการปกป้องด้วยการหุ้มยานพาหนะ ดังที่แสดงด้านล่าง ก็เปรียบเสมือนการใส่ทุ่นชูชีพในสระว่ายน้ำ โดยที่ทุ่นชูชีพที่หุ้มไว้จะไม่ได้รับน้ำ และแทนที่ด้วยเตาดีบุก สถานที่ที่รถหุ้มไว้จะไม่ได้รับดีบุกโดยธรรมชาติ และจะมี ไม่มีปัญหาการหลอมดีบุกหรือชิ้นส่วนตก
"กระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์"
การเชื่อมแบบไหลย้อนผ่านรูเป็นกระบวนการเชื่อมแบบไหลย้อนสำหรับการแทรกส่วนประกอบ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตแผ่นประกอบพื้นผิวที่มีปลั๊กอินไม่กี่ตัว แกนหลักของเทคโนโลยีคือวิธีการใช้สารบัดกรี
1. การแนะนำกระบวนการ
ตามวิธีการสมัครของการวางบัดกรี การเชื่อมแบบรูรีโฟลว์สามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: การพิมพ์ท่อผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์ การพิมพ์แบบวางประสานผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์ และแผ่นดีบุกขึ้นรูปผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์
1) การพิมพ์แบบท่อผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์
การพิมพ์แบบท่อผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์เป็นการใช้งานแรกสุดของกระบวนการเชื่อมแบบรีโฟลว์ส่วนประกอบแบบรูทะลุ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้ในการผลิตเครื่องรับสัญญาณโทรทัศน์สี แกนหลักของกระบวนการคือการกดท่อแบบวางประสาน กระบวนการดังแสดงในรูปด้านล่าง
2) การพิมพ์แบบวางประสานผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์
การพิมพ์แบบวางประสานผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์ในปัจจุบันมีการใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์ ซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับ PCBA ผสมที่มีปลั๊กอินจำนวนเล็กน้อย กระบวนการนี้เข้ากันได้อย่างสมบูรณ์กับกระบวนการเชื่อมแบบรีโฟลว์ทั่วไป ไม่มีอุปกรณ์กระบวนการพิเศษใด ๆ จำเป็น ข้อกำหนดเพียงอย่างเดียวคือส่วนประกอบปลั๊กอินที่เชื่อมต้องเหมาะสำหรับการเชื่อมแบบรูทะลุ กระบวนการดังแสดงในรูปต่อไปนี้
3) การขึ้นรูปแผ่นดีบุกผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์
แผ่นดีบุกขึ้นรูปผ่านกระบวนการเชื่อมแบบรูรีโฟลว์ส่วนใหญ่จะใช้สำหรับตัวเชื่อมต่อแบบหลายพิน การบัดกรีไม่ใช่การบัดกรี แต่เป็นแผ่นดีบุกแบบขึ้นรูป โดยทั่วไปโดยผู้ผลิตตัวเชื่อมต่อที่เพิ่มโดยตรง การประกอบสามารถให้ความร้อนเท่านั้น
ข้อกำหนดการออกแบบการรีโฟลว์ผ่านรู
1.ข้อกำหนดการออกแบบ PCB
(1) เหมาะสำหรับ PCB ที่มีความหนาน้อยกว่าหรือเท่ากับบอร์ด 1.6 มม.
(2) ความกว้างขั้นต่ำของแผ่นคือ 0.25 มม. และแผ่นบัดกรีที่หลอมละลายจะถูก "ดึง" หนึ่งครั้ง และไม่มีการสร้างลูกปัดดีบุก
(3) ช่องว่างนอกบอร์ดส่วนประกอบ (Stand-off) ควรมากกว่า 0.3 มม
(4) ความยาวที่เหมาะสมของตะกั่วที่ยื่นออกมาจากแผ่นคือ 0.25~0.75 มม.
(5) ระยะห่างขั้นต่ำระหว่างส่วนประกอบที่มีระยะห่างละเอียด เช่น 0603 และแผ่นคือ 2 มม.
(6) สามารถขยายช่องเปิดสูงสุดของตาข่ายเหล็กได้ 1.5 มม.
(7) รูรับแสงคือเส้นผ่านศูนย์กลางตะกั่วบวก 0.1 ~ 0.2 มม. ดังแสดงในภาพต่อไปนี้
“ข้อกำหนดการเปิดหน้าต่างตาข่ายเหล็ก”
โดยทั่วไปเพื่อให้บรรลุการเติมรู 50% ต้องขยายหน้าต่างตาข่ายเหล็ก ควรกำหนดจำนวนการขยายตัวภายนอกที่เฉพาะเจาะจงตามความหนาของ PCB ความหนาของตาข่ายเหล็ก ช่องว่างระหว่างรูและตะกั่ว และปัจจัยอื่นๆ
โดยทั่วไป ตราบใดที่การขยายตัวไม่เกิน 2 มม. สารบัดกรีจะถูกดึงกลับและเติมลงในรู ควรสังเกตว่าส่วนขยายภายนอกไม่สามารถบีบอัดโดยแพ็คเกจส่วนประกอบได้ หรือต้องหลีกเลี่ยงตัวแพ็คเกจของส่วนประกอบ และสร้างลูกปัดดีบุกที่ด้านหนึ่ง ดังแสดงในรูปต่อไปนี้
"ความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับกระบวนการประกอบ PCBA แบบธรรมดา"
1) การติดตั้งด้านเดียว
ผังกระบวนการแสดงในรูปด้านล่าง
2) การแทรกด้านเดียว
ผังกระบวนการแสดงในรูปที่ 5 ด้านล่าง
การขึ้นรูปพินของอุปกรณ์ในการบัดกรีแบบคลื่นเป็นส่วนที่มีประสิทธิภาพน้อยที่สุดในกระบวนการผลิต ซึ่งทำให้เกิดความเสี่ยงที่จะเกิดความเสียหายจากไฟฟ้าสถิตและทำให้เวลาในการจัดส่งยาวนานขึ้น และยังเพิ่มโอกาสที่จะเกิดข้อผิดพลาดอีกด้วย
3) การติดตั้งสองด้าน
ผังกระบวนการแสดงในรูปด้านล่าง
4) ผสมด้านหนึ่ง
ผังกระบวนการแสดงในรูปด้านล่าง
หากมีส่วนประกอบของรูทะลุน้อย สามารถใช้การเชื่อมแบบรีโฟลว์และการเชื่อมแบบแมนนวลได้
5) การผสมสองด้าน
ผังกระบวนการแสดงในรูปด้านล่าง
หากมีอุปกรณ์ SMD แบบสองด้านมากกว่าและมีส่วนประกอบ THT เพียงเล็กน้อย อุปกรณ์ปลั๊กอินสามารถเป็นแบบ reflow หรือการเชื่อมแบบแมนนวลได้ แผนภูมิผังกระบวนการแสดงอยู่ด้านล่าง
