Pájení ponořením a pájená zařízení SMD

Pájení ponorem a pájení smd jsou dvě různé metody zpracování, které se používají k montáži elektronických zařízení. Obě metody používají proces přetavení, který zahrnuje postupné zahřívání pájecí pasty. Když je proces přetavení úspěšný, roztavená pájecí pasta účinně spojí osazené součástky s deskou plošných spojů a vytvoří stabilní elektrické spojení. Obě metody mají několik společných vlastností.

Asymetrické pájení vlnou

Asymetrické pájení vlnou je proces vytváření prstence pájky, který obklopuje součást a je schopen ji oddělit od okolního vzduchu. Vytváří také bariéru mezi pájkou a kyslíkem. Tento způsob pájení je snadný a univerzální, ale může představovat značnou výzvu, zejména při použití zařízení pro povrchovou montáž.

Pájení vlnou je jednou z nejčastěji používaných metod pájení. Jedná se o hromadný pájecí proces, který umožňuje výrobcům rychle vyrábět velké množství desek s plošnými spoji. Desky s plošnými spoji se přenášejí přes roztavenou pájku, kterou vytváří čerpadlo v pánvi. Vlna pájky pak přilne k součástkám desky plošných spojů. Během procesu se deska s plošnými spoji musí chladit a ofukovat, aby se zabránilo znečištění desky plošných spojů pájkou.

Fluxová bariéra

Tavidlo je kapalina, která umožňuje proudění roztavené pájky a odstraňuje oxidy z povrchu. Existují tři typy tavidel. Patří mezi ně tavidla na bázi vody, alkoholu a rozpouštědel. Během procesu pájení musí být deska předehřátá, aby se tavidlo aktivovalo. Po dokončení procesu pájení je třeba tavidlo odstranit pomocí odstraňovačů na bázi rozpouštědel nebo vody.

Kvalitní tavidlo je rozhodující pro dosažení požadovaných výsledků při pájení. Kvalitní tavidlo zlepší smáčecí a spojovací vlastnosti pájky. Vysoce aktivační tavidlo však může zvýšit riziko oxidace, což není vždy žádoucí.

Studené spoje

Při pájení za studena se slitina zcela neroztaví ani nedojde k jejímu přetavení. To může mít v elektronickém zařízení vážné následky. Může to ovlivnit vodivost pájky a vést k selhání obvodu. Chcete-li otestovat studené pájecí spoje, připojte ke svorkám multimetr. Pokud multimetr ukazuje odpor vyšší než 1000 ohmů, studený spoj selhal.

Pájení desek plošných spojů vyžaduje dobré pájecí spoje, které zajišťují funkčnost výrobku. Obecně platí, že dobrý pájecí spoj je hladký, světlý a obsahuje obrys pájeného vodiče. Špatný pájecí spoj způsobí zkrat na desce plošných spojů a poškození zařízení.

Přidávání kovu do desek plošných spojů

Přidávání kovu na desky plošných spojů pomocí ponorného nebo smd pájení zahrnuje přidání plniva na desku plošných spojů před pájením. Měkké pájení je nejběžnější metodou připevňování malých součástek na DPS. Na rozdíl od tradičního pájení se při měkkém pájení součástka neroztaví, protože pájka nebude schopna přilnout k zoxidovanému povrchu. Místo toho se přidává plnicí kov, obvykle slitina cínu a olova.

Před pájením součástky je důležité připravit páječku na teplotu 400 stupňů C. Tato teplota musí být dostatečně vysoká, aby se pájka na hrotu roztavila. Před pájením je vhodné hrot pocínovat, aby se lépe přenášelo teplo. Kromě toho pomáhá mít součástky uspořádané, aby pájení nebylo stresující.

Ruční vs. automatické pájení vlnou

Zařízení pro pájení vlnou se dodávají v různých formách, včetně robotických, ručních a ponorných selektivních systémů. Každý typ má několik výhod a nevýhod. Měli byste si pořídit ten, který nejlépe vyhovuje potřebám vašeho provozu. Například štíhlý provoz by měl zvážit nákup nejjednoduššího modelu. Měli byste však také zvážit cenu zařízení. Ve většině případů bude zařízení pro ruční pájení vlnou stát méně než automatický stroj.

Ruční pájení je pomalejší než automatické pájení vlnou a je náchylné k lidské chybě. Selektivní pájení však tyto problémy odstraňuje, protože umožňuje obsluze naprogramovat přesná místa pro každou součástku. Selektivní pájení navíc nevyžaduje lepidlo. Navíc nevyžaduje drahé palety pro vlnové pájení a je cenově výhodné.

Problémy s pájením SMD

Problémy s pájením mohou nastat z mnoha důvodů. Jednou z častých příčin je nesprávná šablona pasty při použití pájecího tavidla nebo nesprávné nastavení montážního podavače. Mezi další problémy patří nedostatečné množství pájky a špatná pájitelnost dílů nebo podložek. Tyto chyby mohou vést k tomu, že bod svařování vytvoří neočekávané tvary. Výsledkem nesprávného pájení mohou být také pájecí kuličky, sople a díry.

Další častou příčinou nevlhnoucích pájecích spojů je nesprávné čištění. Nedostatečné smáčení znamená, že pájka nepřilnula k součástce. V důsledku toho nejsou součástky spojeny a mohou odpadnout.

Úvodní informace o jednostranné a oboustranné montáži SMT

Jednostranné a oboustranné sestavy SMT se liší hustotou součástek. Jednostranná montáž SMT má vyšší hustotu než oboustranná montáž SMT a vyžaduje vyšší množství tepla pro zpracování. Většina montážních firem zpracovává nejprve stranu s vyšší hustotou. Tím se minimalizuje riziko vypadnutí součástek během procesu zahřívání. Obě strany přetavovací montáže vyžadují přidání lepidla SMT, které udrží součástky na místě během ohřevu.

DPS FR4

Nejběžnější jsou jednostranné desky plošných spojů. U jednostranné desky jsou všechny komponenty umístěny na jedné straně desky a montáž je nutná pouze na této straně. Oboustranné desky mají stopy na obou stranách desky, což snižuje jejich plochu. Oboustranné desky také lépe odvádějí teplo. Výrobní proces oboustranných desek je jiný než u jednostranných desek plošných spojů. Při oboustranném procesu se z oboustranné desky odstraní měď a po leptání se znovu vloží.

Jednostranné desky plošných spojů se také snadněji vyrábějí a jsou levnější. Výroba jednostranné desky plošných spojů zahrnuje několik fází, včetně řezání, vrtání otvorů, úpravy obvodů, pájení a tisku textu. Jednostranné DPS také procházejí elektrickým měřením, povrchovou úpravou a AOI.

PI deska s měděným pláštěm

Proces jednostranné a oboustranné montáže měděných desek PI zahrnuje použití polyimidové krycí fólie k laminování mědi na jedné straně desky plošných spojů. Deska s měděným pláštěm se poté přitlačí na místo pomocí lepidla, které se otevře na určitém místě. Poté se na desku s měděným pláštěm nanese vzor s odolností proti svařování a vyrazí se vodicí otvor pro součástku.

Jednostranná flexibilní deska plošných spojů se skládá z desky s měděným pláštěm PI s jednou vrstvou vodiče, obvykle válcovanou měděnou fólií. Tento ohebný obvod je po dokončení obvodu pokryt ochrannou fólií. Jednostranná ohebná deska plošných spojů může být vyrobena s krycí vrstvou nebo bez ní, která slouží jako ochranná bariéra chránící obvod. Jednostranné PCB mají pouze jednu vrstvu vodičů, proto se často používají v přenosných výrobcích.

FR4

FR4 je epoxidová pryskyřice, která se běžně používá při výrobě desek plošných spojů. Tento materiál má vynikající odolnost proti teplu a plameni. Materiál FR4 má vysokou teplotu skelného přechodu, což je pro vysokorychlostní aplikace zásadní. Jeho mechanické vlastnosti zahrnují pevnost v tahu a ve smyku. Testuje se rozměrová stabilita, aby se zajistilo, že materiál nezmění tvar ani neztratí pevnost v různých pracovních prostředích.

Jednostranné a dvouvrstvé vícevrstvé desky FR4 se skládají z izolačního jádra FR4 a tenké měděné vrstvy na spodní straně. Při výrobě jsou součástky s průchozími otvory namontovány na straně součástek substrátu, přičemž vývody procházejí měděnými dráhami nebo podložkami na spodní straně. Naproti tomu součástky pro povrchovou montáž se montují přímo na pájecí stranu. I když jsou si konstrukčně a stavebně velmi podobné, hlavní rozdíl je v umístění vodičů.

FR6

Montáž technologií povrchové montáže (SMT) je efektivní způsob upevňování elektronických součástek na desky s plošnými spoji bez nutnosti použití otvorů. Tento typ technologie je vhodný pro olověné i neolověné součástky. Při oboustranné technice SMT má deska s plošnými spoji (PCB) dvě vodivé vrstvy - jednu nahoře a druhou dole. Měděný potah na obou stranách desky slouží jako proudovodný materiál a pomáhá při upevňování součástek na desku plošných spojů.

U jednostranných desek lze snadno použít jednoduché podpěrné sloupky. U oboustranných desek je zapotřebí další podpěra. Volná plocha kolem desky by měla být alespoň 10 mm.

FR8

Proces jednostranné a dvojité montáže FR8 je podobný obecnému procesu montáže s několika rozdíly. Oba postupy používají lepidlo a pájecí pastu. Po nich následuje čištění, kontrola a testování. Hotový výrobek musí splňovat specifikace zadané konstruktérem.

Jednostranné desky jsou běžnější a mají menší rozměry. Oboustranné desky však snižují nároky na prostor a maximalizují odvod tepla. Během procesu leptání se z oboustranné strany odstraní měď. Po ukončení procesu se znovu vloží.

Jak vybrat a použít materiál desek plošných spojů Roger v rádiových a mikrovlnných projektech

Při výběru materiálu pro desky plošných spojů pro váš příští RF nebo mikrovlnný návrh byste měli zvážit několik důležitých aspektů. Patří mezi ně teplota ložiska, maximální a minimální provozní teploty a reverzibilita materiálu. Pokud například váš projekt vyžaduje vysokou teplotu ložisek, budete pravděpodobně chtít použít desku plošných spojů Rogers.
RF

Pokud váš návrh desky s plošnými spoji vyžaduje materiál s vysokou frekvencí a nízkou dielektrickou konstantou, možná vás zajímá, jak vybrat a použít materiál Roger PCB. Naštěstí máte několik možností. Jádra na bázi teflonu jsou k dispozici od mnoha společností. Tyto materiály mohou být velmi flexibilní. Díky tomu se skvěle hodí pro jednoohybové aplikace. Nabízejí také vysokou spolehlivost a elektrický výkon spojený s teflonovým substrátem.

Mikrovlnná trouba

Při rozhodování o tom, který materiál desek plošných spojů je pro váš návrh v oblasti rádiových nebo mikrovlnných vln nejvhodnější, zvažte typ frekvencí, které potřebujete pokrýt. Obecně byste pro tyto aplikace měli zvolit materiál s nízkou dielektrickou konstantou. Materiály s nízkou dielektrickou konstantou mají nízké ztráty signálu a jsou ideální pro VF mikrovlnné obvody.

Vysokorychlostní

Výběr správného materiálu desek plošných spojů je pro radiofrekvenční a mikrovlnné konstrukce zásadní. Materiál desek plošných spojů Rogers má vlastnosti potřebné pro odolávání vysokým teplotám a zachování spolehlivosti. Má vysokou teplotu skelného přechodu přibližně 280 stupňů Celsia a stabilní roztažnost v celém teplotním rozsahu zpracování obvodů.

Dielektrická vrstva

Při navrhování VF nebo mikrovlnných desek plošných spojů je dielektrická vrstva důležitým výkonnostním parametrem. Materiál musí mít nízkou dielektrickou konstantu a nejmenší tangens, aby odolal dielektrickým ztrátám, a musí mít vysokou tepelnou a mechanickou stabilitu. Teflon je pro tento účel vynikajícím materiálem. Je také známý jako teflonové desky plošných spojů. Pro stabilitu filtru nebo oscilátoru je nutný dielektrický materiál s nízkým koeficientem tepelné roztažnosti. Materiál by měl mít také odpovídající koeficienty tepelné roztažnosti v osách X a Z.

Trace width

Using Rogers PCB material is an excellent way to improve the performance of your designs. This dielectric material has a wide range of dielectric constant values, which makes it an excellent choice for high-speed applications. Besides, it is compatible with FR-4.

Signal loss tolerance

As PCB designs become more complex, smaller, and faster, the need for control over impedance becomes increasingly important. Controlling substrate impedance is essential to allowing signals to travel efficiently across the trace or reference plane. Improper substrate impedance can cause signals to fall outside of their specified range. By incorporating a Rogers 4000 Series laminate, designers can provide impedance control while still enhancing the overall design. This is particularly important in high-speed digital applications.

PTFE

When implementing RF or microwave PCBs, the dielectric constant (Dk) of the circuit board material is critical. The higher the dielectric constant, the shorter the wavelength of the circuit. A PTFE Rogers PCB material with a high Dk is a great choice for microwave PCBs.

Rogers RT/Duroid 5880

RT/Duroid 5880 is a glass microfiber reinforced PCB material, with low dielectric constant and low loss. This material is a good choice for microwave or RF designs. It has low density and is compatible with high-temperature soldering.

Různé typy procesů pájení desek plošných spojů

Pokud jde o pájení desek plošných spojů, máte několik možností. Existuje pájení přetavením, technologie povrchové montáže a pájení vlnou. Přečtěte si o nich více. Každá z nich má své výhody i nevýhody. Která z nich je pro vaši desku plošných spojů nejlepší?

Pájení vlnou

Pájení vlnou se používá k pájení elektronických součástek na deskách s plošnými spoji. Při tomto procesu prochází deska plošných spojů nádobou s roztavenou pájkou a vytváří se stojaté vlny pájky, které slouží k vytvoření elektricky a mechanicky spolehlivých spojů. Tento proces se nejčastěji používá pro průchozí montáž součástek, ale lze jej použít i pro povrchovou montáž.

Zpočátku se k pájení průchozích otvorů používalo pájení vlnou. Tento proces umožnil vývoj oboustranných a vícevrstvých desek plošných spojů. Nakonec vedl k hybridním sestavám plošných spojů využívajícím jak průchozí, tak SMD součástky. Některé "desky" s plošnými spoji se dnes skládají z pružných pásků.

V počátcích pájení vlnou se používala tavidla s vysokou koncentrací kalafuny. Obvykle se tato tekutá tavidla používala pouze pro vlnové pájení sestav bez SMD. Tato metoda vyžadovala nákladné čištění po pájení.

Technologie povrchové montáže

Technologie povrchové montáže je oblíbeným způsobem výroby desek plošných spojů. Umožňuje miniaturizaci součástek, které pak mohou být na desce plošných spojů osazeny blíže k sobě. Díky tomu jsou integrované obvody menší a poskytují více funkcí. Vyžaduje však větší kapitálové investice.

Technologie povrchové montáže zahrnuje pájení součástek na povrch desky plošných spojů. Má výhody oproti jiným procesům pájení na DPS, jako je průchozí montáž a pájení vlnou. V porovnání s průchozí montáží lze u desek plošných spojů s povrchovou montáží dosáhnout vyšší hustoty a spolehlivosti balení. Mohou být také odolnější vůči vibracím a nárazům. Běžně se používají ve spotřební elektronice.

Technologie povrchové montáže byla poprvé představena v 60. letech 20. století a stala se v elektronice velmi populární. Dnes existuje široká škála součástek vyráběných technologií povrchové montáže. Patří sem široká škála tranzistorů a analogových a logických integrovaných obvodů.

Selektivní pájení

Selektivní pájení desek plošných spojů je nákladově efektivní proces, který umožňuje výrobcům rychleji a snadněji prodávat své výrobky. Mezi jeho výhody patří možnost chránit citlivé součástky před teplem a zkrátit dobu pájení. Kromě toho lze tento proces použít k opravě nebo přepracování desek poté, co byly připájeny.

Pro selektivní pájení se používají dvě hlavní metody. Patří mezi ně pájení tažením a pájení ponorem. Každý z těchto postupů má své výhody a nevýhody. V důsledku toho je důležité porozumět každému z nich, než se rozhodnete, který z nich je pro vás nejlepší.

Selektivní pájení má mnoho výhod a je upřednostňovanou metodou pro mnoho sestav DPS. Eliminuje nutnost ručního pájení všech součástek desky plošných spojů, což vede k rychlejšímu osazení. Kromě toho snižuje tepelné zatížení desky.

Jak se vypořádat s uzemněním při vysokofrekvenčním navrhování

High frequency designs need to address the issue of grounding. There are several issues that need to be addressed when it comes to grounding. These include the impedance of grounding conductors and grounding bonds, DC path dominating low-frequency signals, and single-point grounding.

Impedance of grounding conductors

The grounding electrode of a typical grounded electrical system is in parallel with the ground rods located on the line side of the service, transformers, and poles. The rod under test is connected to the grounding electrode. The equivalent resistance of the line side ground rods is negligible.

A single-point grounding method is acceptable for frequencies below one MHz, but it is less desirable for high frequencies. A single-point grounding lead will raise the ground impedance due to wire inductance and track capacitance, while stray capacitance will create unintended ground return paths. For high-frequency circuits, multipoint grounding is necessary. However, this method creates ground loops that are susceptible to magnetic field induction. Therefore, it is important to avoid using hybrid ground loops, especially if the circuit will contain sensitive components.

Ground noise can be a major problem in high frequency circuits, especially when the circuits draw large varying currents from the supply. This current flows in the common-ground return and causes error voltage, or DV. This varies with the frequency of the circuit.

Impedance of bonding conductors

Ideally, the resistance of bonding conductors should be less than one milli-ohm. However, at higher frequencies, the behavior of a bonding conductor is more complex. It can exhibit parasitic effects and residual capacitance in parallel. In this case, the bonding conductor becomes a parallel resonant circuit. It can also exhibit high resistance due to the skin effect, which is the flow of current through the outer surface of the conductor.

A typical example of a conducted interference coupling is a motor or switching circuit fed into a microprocessor with an earth return. In this situation, the earthing conductor’s impedance is higher than its operating frequency, and it is likely to cause the circuit to resonant. Because of this, bonding conductors are typically bonded at multiple points, with different bonding lengths.

DC path dominating for low-frequency signals

It is widely assumed that DC path dominating for low-frequency signals is easier to implement than high-frequency circuits. However, this method has several limitations, especially in integrated implementations. These limitations include flicker noise, DC current offsets, and large time constants. Moreover, these designs usually use large resistors and capacitors, which can produce large thermal noise.

In general, the return current of high-frequency signals will follow the path of least loop area and least inductance. This means that the majority of the signal current returns on the plane via a narrow path directly below the signal trace.

Single-point grounding

Single-point grounding is an essential element in protecting communications sites from lightning. In addition to effective bonding, this technique offers structural lightning protection. It has been extensively tested in lightning-prone areas and has proven to be an effective method. However, single-point grounding isn’t the only consideration.

If the power level difference between the circuits is large, it may not be practical to use series single-point grounding. The resulting large return current can interfere with low-power circuits. If the power level difference is low, a parallel single-point grounding scheme can be used. However, this method has many disadvantages. In addition to being inefficient, single-point grounding requires a larger amount of grounding, and it also increases the ground impedance.

Single-point grounding systems are generally used in lower frequency designs. However, if the circuits are operated at high frequencies, a multipoint grounding system can be a good choice. The ground plane of a high-frequency circuit should be shared by two or more circuits. This will reduce the chances of magnetic loops.

Power interference

Power interferences can degrade the performance of a circuit and can even cause serious signal integrity problems. Hence, it is imperative to deal with power interferences in high frequency design. Fortunately, there are methods for dealing with these problems. The following tips will help you reduce the amount of power interference in your high frequency designs.

First, understand how electromagnetic interferences occur. There are two main types of interference: continuous and impulse. Continuous interference arises from man-made and natural sources. Both types of interference are characterized by a coupling mechanism and a response. Impulse noise, on the other hand, occurs intermittently and within a short time.