reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
Komponenty | 18 września 2009

Proces THR sposobem obniżania kosztów produkcji

Konektory i inne komponenty THT często stanowią wąskie gardło w produkcji metodą montażu powierzchniowego SMT. Technologia montażu THR (Through Hole Reflow) umożliwia montaż tego typu elementów w standardowym procesie SMT.
Wprowadzenie
Elementy do montażu powierzchniowego SMD, pod względem zajmowanej na płytce powierzchni stanowią obecnie bardzo dużą jej część – jest to około 80%. Pozostałe 20% zajmują elementy tradycyjne, w tym bardzo często konektory. Mimo stosunkowo niewielkiego udziału, ich występowanie powoduje jednak konieczność montażu płytki w dwóch oddzielnych procesach technologicznych – SMT oraz lutowaniu na fali (względnie lutowanie selektywne lub ręczne). Komponenty wykonane w technologii Pin-in-Paste umożliwiają zastosowanie procesu THR i redukcję etapów montażu poprzez wykluczenie kolejnego procesu, a co za tym idzie, redukcję kosztów produkcji.

Komponenty THR to w istocie tradycyjne elementy przewlekane (THT), optymalizowane przez producenta w taki sposób, aby nadawały się do lutowania w piecu reflow, razem z pozostałymi montowanymi na płytce komponentami SMT.

Metoda Pin-in-Paste

Przy montowaniu elementów THR w procesach montażu powierzchniowego SMT należy uwzględnić zmienione warunki procesu. Problemy dostosowania komponentów do wymagań procesu SMT można omówić na przykładzie konektorów Combicon firmy Phoenix Contact. W szczególności komponenty THR muszą charakteryzować się następującymi cechami:
• Ich obudowy muszą być wytrzymałe na wysoką temperaturę
• Aby umożliwić zasysanie przez maszynę ‘pick-and-place’ oraz jego montaż, komponent musi posiadać odpowiednio płaskie powierzchnie oraz nie może przekraczać dopuszczalnej wysokości.
• Element musi mieć żeberka lub uskoki.
• Dolna część komponentu musi mieć odpowiednią geometrię, tak aby zapobiec stykaniu się z pastą lutowniczą i zapewnić wystarczającą przestrzeń dla budowy lutu.
• Dobry dostęp ciepła wymaga, aby wolnostojące piny i części metalowe były łatwo dostępne (należy unikać zasłaniania przez duże obudowy).
• Należy zoptymalizować długość pinów i dopasować w ten sam sposób jak wysokość elementu.
• Warunkiem koniecznym dla procesu automatycznego jest podawanie elementów zapakowanych w postaci taśmy nawiniętej na szpuli. Obecnie standard przemysłowy jest ukierunkowany na taśmy o szerokości 56 mm.

Wybrane zagadnienia związane z trasowaniem płytki drukowanej, budową szablonu i procesem nadruku pasty w metodzie THR


• W przypadku pinów o przekroju kwadratowym, wewnętrzna średnica nawierconego otworu, pokrytego wewnątrz metalem powinna być większa o około 15 do 22/100 niż przekątna pina. Różnica ta uwzględnia odpowiednie tolerancje produkcyjne elementów i dokładność montażu systemów ‘pick-and-place’.
• Po określeniu średnicy otworu należy wziąć pod uwagę dodatkowe czynniki. Na geometrię lutu wpływ mają takie elementy jak: wymagane odstępy w powietrzu i drogi upływu, wymagania minimalne względem punktu lutowania (np. do powstania odpowiednio grubych menisków lutu) lub sama konstrukcja elementu; jeśli kontur elementu nachodzi na wymaganą geometrię poduszki lutu, należy odpowiednio dostosować dostępną przestrzeń pod elementem, aby uniknąć kontaktu pasty lutowniczej z obudową i aby ciepło miało optymalny dostęp do punktu lutowania.
• Przy montowaniu elementów THR, nie ma potrzeby modyfikowania w całości ani częściowo grubości szablonu dla otworów wierconych dla metody THR. Zmiany nie będą również konieczne, gdy grubość szablonu wynosić będzie 120 µm lub nawet 100 µm. Grubość szablonu nie jest decydującym czynnikiem przy nakładaniu pasty lutowniczej; znaczenie ma raczej prawidłowe wypełnienie otworu i przepchnięcie wymaganej ilości pasty.
• Lutowanie rozpływowe komponentów THR może być wykonywane przy profilu temperaturowym wg. normy DIN EN 61760-1 (profil przewidziany dla montażu powierzchniowego SMD). W przypadku procesów, zawierających jeszcze ołów, wszystkie elementy należy rozgrzać równomiernie do temperatury bliskiej temperaturze likwidusu 183°C. Następnie następuje tymczasowe obciążenie o temperaturze szczytowej w zakresie 220 -225°C (428 - 437°F). W przypadku procesów bezołowiowych przewiduje się wzrost tego profilu o około 30°C. Komponenty THR, takie jak przykładowe gniazda czy terminale przyłączeniowe Combicon, są przystosowane do tych profili temperatury i mogą być bez problemu lutowane wraz z innymi elementami SMT w piecu reflow.
• Zgodnie z normą 100%stopień wypełnienia otworu po procesie reflow jest idealny. 75% wypełnienia jest przypadkiem akceptowalnym, ale traktuje się go jako przypadek graniczny. Wypełnienie 50 % jest nie do przyjęcia.

Rysunek: Montaż elementu i wypychanie pasty ("pushing out")


Pin przepycha pastę lutowniczą przez otwór. Pasta lutownicza jest wypychana z otworu przez pin. Po osadzeniu pin przypomina główkę zapałki. Kształt czubka pina i konsystencja pasty lutowniczej sprawiają, że wypchnięta pasta trzyma się podczas drogi do pieca lutowniczego.
1. Wystająca pasta lutownicza po procesie sitodruku (minimum ok. 0,4 mm).
2. Pin wypycha pewną ilość pasty z otworu.
3. Wypchnięta pasta traci kontakt z masą pozostającą w otworze i przyczepia się do czubka pina.
4. Po osadzeniu elementu w otworze widoczny jest prawie suchy łącznik.


Rysunek: Proces reflow


Topnik lutowniczy zaczyna płynąć przed osiągnięciem temperatur likwidusu i poszczególne kulki lutu przesuwają się bliżej siebie. Wskazuje to matowa powierzchnia podobna do "główki zapałki" (1). Zagęszczenie kulek lutu wzrasta i widoczna jest wyraźna ich koncentracja na czubkach lutowanych pinów (2,3). Gdy czubek pina osiąga temperaturę likwidusu, lut jest już roztopiony w tym obszarze (4). Masa lutu przesuwa się do góry po krawędziach pina w kierunku otworu i ciągnie za sobą resztę, która nie jest jeszcze dostatecznie roztopiona (5). Lut jest całkowicie roztopiony i płynie w kierunku otworu (6). Większość lutu dociera do dolnej krawędzi otworu (7), tutaj następuje zjawisko włoskowatości, lut jest zasysany do otworu i tworzy charakterystyczny stożek (8,9).

Rysunek: Stopień wypełnienia otworu według normy


Przykład praktyczny na górnym rysunku ilustruje czyste punkty lutowania metodą THR. Lekkie inkluzje gazowe są nie do uniknięcia, wziąwszy pod uwagę technikę procesu i nie powinny budzić niepokoju. Zdjęcie dolne przedstawia przykład produktu, który powinien zostać odrzucony; z prawej strony pina wypełnienie jest tylko 50%, co jest poziomem nieakceptowanym.

Artykuł powstał na bazie materiałów udostępnionych przez firmę Phoenix Contact. Dziękujemy wszystkim pracownikom Phoenix Contact za pomoc przy opracowywaniu artykułu.

Komentarze

Zauważ proszę, że komentarze krytyczne są jak najbardziej pożądane, zachęcamy do ich zamieszczania i dalszej dyskusji. Jednak komentarze obraźliwe, rasistowskie czy homofobiczne nie są przez nas akceptowane. Tego typu komentarze będą przez nas usuwane.
Załaduj więcej newsów
February 08 2018 17:15 V9.2.4-1