Metody a procesy pájení čipů na deskách plošných spojů

Pájení je důležitou součástí balení čipů na desce plošných spojů. Procesy pájení zahrnují kombinaci technik, včetně fokusovaného infračerveného záření, konvekce a nefokusovaného infračerveného záření. Každá metoda zahrnuje postupné zahřívání obalu a následné ochlazení celé sestavy.

Proces pájení

Pájení je proces spojování pájecích kuliček a jiných pájecích materiálů s obaly čipů na deskách plošných spojů. Tento proces se provádí dvěma typy metod. Konvekční metoda a přetavení. První typ zahrnuje proces zahřívání pomocí tavidla, které tvoří kapalinu. U obou procesů je řízena špičková teplota. Proces přetavení je však třeba provádět s dostatečnou opatrností, aby se zabránilo vzniku křehkých pájecích spojů.

V závislosti na použitých součástkách na desce plošných spojů může být pájení měkké nebo tvrdé. Typ použité páječky musí být vhodný pro daný druh součástek. Proces by měl provádět poskytovatel služeb osazování a výroby desek plošných spojů, který má s deskami plošných spojů rozsáhlé zkušenosti a zná přesný způsob provádění jednotlivých procesů.

Rozměry pájecích plošek

Rozměry pájecích plošek na pouzdru čipu na desce plošných spojů jsou rozhodující pro zajištění optimálního výkonu součástky. To platí zejména pro oblast vysokých frekvencí, kde umístění součástek a techniky pájení nemusí být tak přesné, jak je požadováno. Norma IPC-SM-782 je cenným referenčním dokumentem pro optimální umístění a pájení součástek. Slepé dodržování požadavků tohoto dokumentu však může vést k neoptimálnímu vysokofrekvenčnímu výkonu nebo problémům s vysokým napětím. Abyste se těmto problémům vyhnuli, doporučuje PCBA123, aby pájecí plošky byly malé a v jedné řadě.

Kromě velikosti podložek jsou důležité i další faktory, jako je umístění a zarovnání komponent. Použití nesprávně dimenzovaných podložek může vést k elektrickým problémům a také k omezení vyrobitelnosti desky. Proto je důležité dodržovat průmyslem doporučené velikosti a tvary plošných spojů.

Fluxing

Důležitou součástí procesu pájení je tavidlo. Odstraňuje kovové nečistoty a oxidy z pájecího povrchu a vytváří tak čistý povrch pro vysoce integrované pájecí spoje. Zbytky tavidla se odstraňují v závěrečném kroku čištění, který závisí na typu použitého tavidla.

Pro pájení se používá mnoho různých tavidel. Jsou různá, od pryskyřicových až po kalafunová. Každé z nich slouží k jinému účelu a je rozděleno do kategorií podle úrovně aktivity. Úroveň aktivity roztoku tavidla se obvykle uvádí jako L (nízká aktivita nebo bez obsahu halogenidů) nebo M (střední aktivita, 0 až 2% halogenidů) nebo H (vysoká aktivita, až 3% halogenidů).

Jednou z nejčastějších závad jsou pájecí kuličky uprostřed čipu. Obvyklým řešením tohoto problému je změna konstrukce šablony. Mezi další metody patří použití dusíku během procesu pájení. Ten zabraňuje odpařování pájky a umožňuje pastě vytvořit vynikající spojení. A konečně, krok mytí pomáhá odstranit z desky veškerou drť a zbytky chemikálií.

Inspekce

Existuje několik různých typů testovacích nástrojů, které lze použít ke kontrole obalů čipů na deskách plošných spojů. Některé z nich zahrnují testování v obvodu, které využívá sondy připojené k různým testovacím bodům na desce plošných spojů. Tyto sondy mohou odhalit špatné pájení nebo poruchy součástek. Mohou také měřit úroveň napětí a odpor.

Nesprávné pájení může způsobit problémy s obvody desky plošných spojů. K otevřeným obvodům dochází, když se pájka nedostane správně na plošky nebo když pájka vyleze na povrch součástky. Pokud k tomu dojde, spoje nebudou úplné a součástky nebudou správně fungovat. Často tomu lze předejít pečlivým vyčištěním otvorů a zajištěním, aby roztavená pájka rovnoměrně pokryla vývody. V opačném případě může nadměrné nebo neúplné pokrytí pájkou způsobit, že se vývody navlhčí nebo se stanou nenavlhčitelnými. Abyste zabránili rosení, používejte kvalitní pájku a kvalitní montážní zařízení.

Dalším běžným způsobem detekce vad na deskách plošných spojů je automatická optická kontrola (AOI). Tato technologie využívá kamery k pořizování snímků DPS v HD rozlišení. Poté porovnává tyto snímky s předem naprogramovanými parametry a identifikuje vadný stav součástek. Pokud je zjištěna nějaká vada, stroj ji odpovídajícím způsobem označí. Zařízení AOI je obecně uživatelsky přívětivé, s jednoduchým ovládáním a programováním. Zařízení AOI však nemusí být užitečné pro kontrolu konstrukce nebo pro desky plošných spojů s velkým počtem součástek.

Oprava

Pájecí procesy používané při výrobě elektronických výrobků by měly dodržovat určité normy a pokyny. Obecně platí, že pájecí maska by měla být alespoň 75% silná, aby byly zaručeny spolehlivé pájecí spoje. Pájecí pasty by se měly nanášet na desky plošných spojů přímo, nikoliv sítotiskem. Nejlepší je použít šablonu a přípravek vhodný pro konkrétní typ pouzdra. Tyto šablony používají k nanášení pájecí pasty na povrch pouzdra kovovou stěrku.

Použití procesu pájení vlnou namísto tradiční metody stříkání tavidlem má několik výhod. Proces pájení vlnou využívá mechanický proces pájení vlnou k lepení dílů na desky plošných spojů s vysokou úrovní stability. Tato metoda je dražší, ale poskytuje bezpečnou a spolehlivou metodu upevňování elektronických součástek.

Jak provést model výpočtu impedance PCB

Použití Smithova diagramu

Smithův diagram je užitečným nástrojem, když chcete určit impedanci obvodu. Jedná se o vizuální znázornění závislosti komplexního odporu na frekvenci elektrického obvodu. Ukazuje také polohu impedance v závislosti na frekvenci, což je nezbytné pro analýzu stability a zamezení kmitání. Mnoho počítačů má možnost zobrazit hodnoty impedance číselně, ale Smithův graf vám pomůže vizualizovat možnosti.

Smithův diagram lze použít k vyhodnocení cesty signálu mezi kontaktními ploškami desky PC a elektronickým zařízením. Tímto zařízením může být integrovaný obvod, tranzistor nebo pasivní součástka. Může také obsahovat vnitřní obvody. Pomocí tohoto diagramu můžete určit impedanci desky plošných spojů a použít ji k návrhu elektrického obvodu.

Smithův diagram lze použít k identifikaci různých typů impedančních modelů, které se vyskytují při návrhu desek plošných spojů. Má tři tvary: ohraničený, neohraničený a obrácený. Bod ve středu Smithova diagramu představuje neohraničený impedanční model, zatímco bod na vnějším kruhu představuje invertovaný impedanční model.

Pomocí Smithova diagramu pro výpočet impedance můžete snadno porovnat impedanci zdroje a cíle. Poté můžete vypočítat velikost přizpůsobovací sítě. Velikost přizpůsobovací sítě závisí na velikosti požadovaného posunu mezi impedancí zdroje a cílovou impedancí. Kromě toho sériové a paralelní hodnoty L a C posouvají bod podél křivek konstantního odporu a reaktance. Pokud se odpor sníží, můžete na konec vedení přidat další hodnoty R.

Použití řešiče 3D pole

Výpočet impedance desek plošných spojů je nezbytným krokem v procesu návrhu desek plošných spojů. Zahrnuje výpočet impedance přenosového vedení nebo stopy na DPS na základě konfigurace návrhu. Pokud je deska plošných spojů složitá nebo obsahuje více vrstev, může být nejpřesnější výpočet impedance proveden pomocí 3D řešiče pole.

Modely pro výpočet impedance obvykle předpokládají, že průřez je obdélníkový a proud se dokonale vrací. Skutečné průřezy však mohou být mnohoúhelníkové a mohou překračovat i mezery v referenční vrstvě. To může způsobit výrazné zkreslení signálů, zejména u vysokorychlostních sítí.

Řešitel podporuje dva typy portů: vlnové porty a lumped porty. V obou případech je nutné explicitně definovat, který typ portu chcete použít. Rovinu pro vlnový port můžete zadat buď pomocí geometrie, nebo ji definovat ručně pomocí typu Vlnová vlastní velikost.

Většina řešičů 3D polí generuje modely chování s S-parametry. Tyto modely jsou zjednodušenou schematickou reprezentací skutečného zařízení. Jako takové vyžadují mnoho iterací. Můžete například vytvořit simulaci s mnoha modely obvodů a porovnat jejich výsledky.

Výpočty impedance DPS jsou pro návrh DPS zásadní. Je důležité modelovat regulovanou impedanci desky plošných spojů, abyste se vyhnuli impedančnímu nesouladu. Kromě toho je důležité úzce spolupracovat s výrobcem desek plošných spojů. Váš výrobce DPS může mít specializované oddělení CAM, které může poskytnout příslušné údaje pro řešení otázek týkajících se návrhu impedance. Je však důležité, abyste kontrolu nad otázkami impedance zcela nepřenechali externí straně.

Jak se osazují oboustranné desky SMD? Úplný postup a srovnání

This article will compare the cost and assembly process of double-sided vs single-sided SMD boards. It will also cover the benefits and disadvantages of both types of boards. In addition, it will help you understand the differences between soldering and Solder paste printing.

Single-sided vs double-sided smd boards

Single-sided and double-sided SMD boards are different in many ways. Double-sided boards have more space and are capable of carrying more components and connections. They are a great choice for complicated electronics. Double-sided PCBs are generally more expensive and complex to assemble. Nevertheless, they have a few benefits.

Single-sided PCBs have a simpler process of manufacture. They do not require the use of a soldering iron and do not require a lot of complicated tools. Single-sided PCBs are available in a wide variety of materials and are less expensive in most cases. These boards can also be more flexible, resulting in lower production costs.

Double-sided boards have more surface area and are often preferred in complex circuits. Single-sided boards can be made with both through-hole and surface-mount components. However, in double-sided boards, the components are mounted on either the top or bottom side.

Double-sided boards offer better flexibility for complex circuits, but single-sided boards are a good option when space is an issue. Single-sided boards can accommodate larger circuits than double-sided PCBs, but a single-sided board can be too large. If you need to make an intricate circuit with many connections, you may have to install wire jumpers between components.

The benefits of double-sided boards include greater complexity in circuit layout and cost effectiveness. Double-sided PCBs are also more expensive because they require more stencils and additional equipment. Furthermore, double-sided PCBs may have higher overhead costs. Depending on the board’s design, double-sided PCBs may require more complex circuit design and more holes.

Solder paste printing vs soldering

Solder paste printing is a process that applies solder paste to bare boards and areas where components are mounted. The process can be complex and requires a detailed process. To ensure accuracy, solder paste is measured in 3D, allowing for a smaller margin of error. After the solder paste is applied to the bare board, the next step is to place the surface mount components. Machines are ideal for this, as they offer a precise and error-free process.

Solder paste comes in different types and qualities, and can be purchased in industrial quantities from large PCB assembly plants. It can also be purchased in smaller quantities from stencil vendors and solder paste suppliers. Both types of solder paste require proper storage, and must be kept in air-tight containers. Because solder paste has a large surface area, oxidation can be a serious problem.

Due to the complexity of electronic products, PCBA boards are becoming smaller. In addition, many PCBAs contain more than one type of component. Most PCBAs are packed with a combination of SMD and thru-hole components.

Too many different components can affect the soldering process.

Solder paste printing requires a precise printing process. The squeegee used for solder paste printing should be made of stainless steel and be at 45-60 degrees. The angle of the squeegee determines the amount of solder paste that is applied to the surface. Besides that, the pressure of the squeegee also determines the shape of the paste deposit. The speed of the stencil strip also affects the volume of solder paste that is printed. Too high a speed could result in high edges around the deposits.

Cost of assembling a double-sided smd board

Assembling a double-sided SMD board is more expensive and complicated than standard single-sided boards. The exact cost will depend on the specific setup. The two major differences are the number of through-holes and conductor placement. By comparing the two options, you can get a better idea of what the costs will be.

The process of double-sided SMD board assembly begins with the first side of the board being processed. Then the second side is soldered. During the reflow soldering process, the weight of the components will need to be considered. If the components are heavy, they can be secured with adhesive before soldering.

The average cost of PCB assembly ranges from three to four dollars to hundreds of dollars. However, the price depends on the design complexity and overhead expenses. Also, if the PCB requires drilling, the cost of manufacturing and assembly will be higher than the average.

The overall cost of assembling a double-sided SMD board depends on the design complexity and the performance requirements of the product. PCB assembly is a highly complex process that involves skilled human labor as well as automated machinery. Because the process involves many layers, the total cost increases with the number of components.

Typy a funkce desek plošných spojů

PCB ve zdravotnictví

Zdravotnický sektor se ve velké míře spoléhá na desky plošných spojů pro různé výrobky, včetně monitorů krevního tlaku, infuzních pump a monitorů srdečního tepu. Tato zařízení dodávají pacientům přesné množství tekutin prostřednictvím malých elektronických součástek. Se zdokonalováním technologií bude zdravotnický průmysl i nadále nacházet nová využití pro desky plošných spojů.

Desky s plošnými spoji

Desky s plošnými spoji jsou důležitou součástí mnoha průmyslových odvětví. Používají se v různých výrobcích, od masivních strojů až po spotřební zařízení. Zde je několik běžných způsobů použití těchto desek. V průmyslových aplikacích se od nich vyžaduje, aby odolávaly vysokému výkonu a extrémním teplotám. Mohou být také vystaveny působení drsných chemikálií a vibrujících strojů. Proto se mnoho průmyslových desek plošných spojů vyrábí ze silnějších a tepelně odolných kovů.

Využití desek s plošnými spoji je rozmanité, od napájení ledničky po umožnění internetu věcí. Dokonce i zařízení, která dříve nebyla elektronická, nyní využívají elektronické součástky. Desky s plošnými spoji se také hojně využívají v průmyslovém prostředí, kde napájejí většinu zařízení v distribučních centrech a výrobních závodech.

Dopad na životní prostředí

PCB jsou plastové chemikálie, které se hojně používají při výrobě mnoha výrobků. Poprvé byly vyrobeny v roce 1929 a hojně se používaly v tmelu, inkoustech a řezných olejích. V roce 1966 byly zjištěny ve Velkých jezerech a způsobily zákaz jejich výroby a dovozu v celé Severní Americe. Hladiny PCB začaly klesat až do konce 80. let 20. století, kdy začaly opět stoupat.

Kromě chemických sloučenin obsahují PCB také analogy, které u lidí způsobují endokrinní poruchy a neurotoxicitu. Tyto analogy jsou polybromované bifenyly a sdílejí mnoho stejných environmentálních problémů. Mají podobné chemické vlastnosti a odolávají hydrolýze, kyselinám a teplotním změnám. Kromě toho mohou při působení vysokých teplot a chemických látek vytvářet dibenzodioxiny.

Vícevrstvé desky plošných spojů

Vícevrstvé desky plošných spojů jsou oblíbeným typem desek s plošnými spoji a používají se v široké škále aplikací. Vícevrstvé provedení je ideální pro elektroniku, která vyžaduje flexibilitu, nízkou hmotnost a odolnost. Tyto desky mohou plnit funkce pružných i pevných desek plošných spojů a používají se téměř v každém moderním složitém elektronickém zařízení.

PCB se běžně používají také ve zdravotnictví. Používají se v rentgenových zařízeních a zařízeních pro počítačovou tomografii, jakož i v přístrojích pro měření krevního tlaku a cukru. Vícevrstvé desky plošných spojů jsou v těchto aplikacích obzvláště užitečné, protože mohou být extrémně malé, a přesto poskytují vysoký výkon.

Účinky na zdraví

Je nepravděpodobné, že by nízká úroveň expozice PCB měla negativní účinky na zdraví. Velké expozice však mohou vést k vyššímu riziku nepříznivých zdravotních účinků. Zvláště ohroženi jsou domorodci, lovci a rybáři a rodiny. Naštěstí existuje několik způsobů, jak expozici PCB snížit. Patří mezi ně konzumace potravin, které neobsahují PCB, časté mytí rukou a vyhýbání se kontaminované vodě a rybám.

Studie prokázaly, že PCB mohou mít nepříznivé účinky na zdraví lidí a zvířat. Byly klasifikovány jako pravděpodobný karcinogen a mohou ovlivňovat vývoj mozku a neurologické funkce. Vystavení PCB může také vést ke zhoršení krátkodobé paměti a snížení IQ.

Failure Analysis of Soldering Defects on Immersion Tin PCB Pads

Soldering defects are a common cause of PCB failure. There are several different types of defects that can lead to PCB failure. The article below explores three types of defects: Wetting, Plating through hole barrel cracking, and Liquid fluxes.

Wetting defects

Exposure to environmental factors during the manufacturing process can affect the wetting ability of immersion tin pcb pads. This can reduce assembly yield and second level reliability. Therefore, it is important to avoid or correct poor wetting defects. This research explored the effects of different temperature conditions on the wetting ability of these pads.

Immersion tin pads exhibit a variety of defects that can cause the assembly process to fail. Unlike dewetting, which is a defect in which the soldering joint is not formed, wetting defects occur when the molten solder does not adhere to the wettable surface of the PCB pads or components. This can result in holes or voids in the solder joints.

Non-wetting defects can also cause serious structural issues. In addition, they may result in poor electrical conductivity, loose components, and poor PCB pad performance.

Plating through hole barrel cracking

This study evaluated the reliability of immersion tin pcb pads through a failure analysis of soldering defects. To do this, we studied the behavior of the intermetallics inside solder joints by SEM. We compared the results of the aged and non-aged assemblies to understand how the intermetallics affect joint reliability.

The results of the investigation show that the electroless nickel coating on immersion tin PCB pads is characterized by deep crevasses and fissures. These open boundaries are attributed to the corrosive environment generated during ENIG plating. This problem can be solved by introducing a nickel controller into the plating process. This countermeasure helps to maintain good wettability in the pad and prevent oxidation.

Liquid fluxes

This failure analysis of soldering defects also includes the analysis of the flux used in the process. The use of different liquid fluxes in the reflow process may lead to different results. One method used for analyzing the effects of flux on soldering defects on immersion tin PCB pads is to assemble the flip-chip assemblies with readout chips on the bottom.