Eintauchlöten und SMD-gelötete Bauteile

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Eintauchlöten und SMD-gelötete Bauteile

Dip-Löten und smd-gelötete Geräte sind zwei verschiedene Verarbeitungsmethoden, die für die Montage elektronischer Geräte verwendet werden. Bei beiden Verfahren kommt ein Reflow-Prozess zum Einsatz, bei dem die Lotpaste allmählich erhitzt wird. Wenn der Reflow-Prozess erfolgreich verläuft, verbindet die geschmolzene Lötpaste die montierten Bauteile effektiv mit der Leiterplatte, wodurch eine stabile elektrische Verbindung entsteht. Die beiden Verfahren haben mehrere gemeinsame Merkmale.

Asymmetrisches Wellenlöten

Beim asymmetrischen Wellenlöten wird ein Ring aus Lot gebildet, der das Teil umgibt und es von der Umgebungsluft trennt. Dadurch wird auch eine Barriere zwischen dem Lot und dem Sauerstoff geschaffen. Diese Methode des Lötens ist einfach und vielseitig, kann aber erhebliche Herausforderungen mit sich bringen, insbesondere bei oberflächenmontierten Bauteilen.

Das Wellenlöten ist eine der am häufigsten verwendeten Lötmethoden. Es handelt sich um ein Massenlötverfahren, das es den Herstellern ermöglicht, viele Leiterplatten in kurzer Zeit in Massenproduktion herzustellen. Die Leiterplatten werden über das geschmolzene Lot geführt, das von einer Pumpe in einer Wanne erzeugt wird. Die Lötwelle haftet dann an den Komponenten der Leiterplatte. Während des Prozesses muss die Leiterplatte gekühlt und ausgeblasen werden, um zu verhindern, dass das Lot die Leiterplatte verunreinigt.

Flussmittelbarriere

Flussmittel ist eine Flüssigkeit, die geschmolzenes Lot zum Fließen bringt und Oxide von der Oberfläche entfernt. Es gibt drei Arten von Flussmitteln. Dazu gehören Flussmittel auf Wasserbasis, auf Alkoholbasis und auf Lösungsmittelbasis. Während des Lötvorgangs muss die Leiterplatte vorgewärmt werden, um das Flussmittel zu aktivieren. Nach Abschluss des Lötvorgangs muss das Flussmittel mit lösungsmittel- oder wasserbasierten Entfernern entfernt werden.

Ein hochwertiges Flussmittel ist entscheidend für das Erreichen der gewünschten Ergebnisse während des Lötvorgangs. Ein hochwertiges Flussmittel verbessert die Benetzungs- und Verbindungseigenschaften des Lots. Ein hoch aktivierendes Flussmittel kann jedoch das Risiko der Oxidation erhöhen, was nicht immer wünschenswert ist.

Kalte Fugen

Beim Kaltlöten schmilzt die Legierung nicht vollständig oder fließt nicht zurück. Dies kann in einem elektronischen Gerät schwerwiegende Folgen haben. Dies kann die Leitfähigkeit des Lots beeinträchtigen und zu einem fehlerhaften Schaltkreis führen. Um kalte Lötstellen zu prüfen, schließen Sie ein Multimeter an die Klemmen an. Wenn das Multimeter einen Widerstand von über 1000 Ohm anzeigt, ist die kalte Lötstelle defekt.

Das Löten einer Leiterplatte erfordert gute Lötstellen, die die Funktion des Produkts gewährleisten. Im Allgemeinen ist eine gute Lötstelle glatt, glänzend und enthält einen Umriss des gelöteten Drahtes. Eine schlechte Lötstelle führt zu einem Kurzschluss auf der Leiterplatte und zu Schäden am Gerät.

Hinzufügen von Metall zu PCBs

Beim Dip- oder Smd-Löten wird vor dem Löten ein Zusatzmetall auf die Leiterplatte aufgebracht. Weichlöten ist die gängigste Methode, um kleine Bauteile auf der Leiterplatte zu befestigen. Im Gegensatz zum traditionellen Löten wird beim Weichlöten das Bauteil nicht geschmolzen, da das Lot nicht an der oxidierten Oberfläche haften kann. Stattdessen wird ein Zusatzmetall, normalerweise eine Zinn-Blei-Legierung, hinzugefügt.

Vor dem Löten des Bauteils ist es wichtig, den Lötkolben auf 400 Grad Celsius vorzubereiten. Diese Hitze muss hoch genug sein, um das Lot an der Spitze zu schmelzen. Es ist hilfreich, die Lötspitze vor dem Löten zu verzinnen, damit die Wärme besser übertragen wird. Außerdem ist es hilfreich, die Bauteile geordnet zu halten, damit das Löten nicht zu stressig wird.

Manuelles vs. automatisches Wellenlöten

Wellenlötgeräte gibt es in verschiedenen Formen, darunter Roboter-, Hand- und Tauchselektivsysteme. Jeder Typ hat mehrere Vor- und Nachteile. Sie sollten die Anlage kaufen, die den Anforderungen Ihres Betriebs am besten entspricht. Ein schlanker Betrieb sollte zum Beispiel das einfachste Modell in Betracht ziehen. Sie sollten jedoch auch die Kosten für die Ausrüstung berücksichtigen. In den meisten Fällen ist eine manuelle Wellenlötanlage preiswerter als eine automatische Maschine.

Das manuelle Löten ist langsamer als das automatische Wellenlöten und anfällig für menschliche Fehler. Beim Selektivlöten werden diese Probleme jedoch beseitigt, da der Bediener die Möglichkeit hat, für jedes Bauteil genaue Punkte zu programmieren. Außerdem wird beim Selektivlöten kein Klebstoff benötigt. Außerdem sind keine teuren Wellenlötpaletten erforderlich, und das Verfahren ist kostengünstig.

Probleme beim SMD-Löten

Lötprobleme können aus einer Reihe von Gründen auftreten. Eine häufige Ursache ist die falsche Pastenschablone bei der Verwendung von Flussmittel oder die falsche Einstellung des Bestückungsautomaten. Andere Probleme sind unzureichendes Lot und schlechte Lötbarkeit der Teile oder Pads. Diese Fehler können dazu führen, dass die Schweißstelle unerwartete Formen annimmt. Lötkugeln, Lötzapfen und Löcher können ebenfalls durch unsachgemäßes Löten entstehen.

Ein weiterer häufiger Grund für nicht benetzende Lötstellen ist unsachgemäße Reinigung. Unzureichende Benetzung bedeutet, dass das Lot nicht fest am Bauteil haftet. Infolgedessen sind die Bauteile nicht miteinander verbunden und können abfallen.

Lötmethoden für PCB-Chip-Gehäuse und -Prozesse

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Lötmethoden für PCB-Chip-Gehäuse und -Prozesse

Das Löten ist ein wichtiger Bestandteil eines PCB-Chip-Pakets. Die Lötverfahren umfassen eine Kombination von Techniken, darunter fokussierte IR, Konvektion und nicht fokussierte IR. Jede Methode beinhaltet eine allmähliche Erwärmung des Gehäuses, gefolgt von einer Abkühlung der gesamten Baugruppe.

Lötverfahren

Beim Löten werden Lötkugeln und andere Lötmaterialien mit PCB-Chipgehäusen verbunden. Dieses Verfahren wird mit zwei Arten von Methoden durchgeführt. Die Konvektionsmethode und das Reflow-Verfahren. Bei der ersten Methode wird ein Flussmittel verwendet, das eine Flüssigkeit bildet. Bei beiden Verfahren wird die Spitzentemperatur kontrolliert. Das Reflow-Verfahren muss jedoch mit ausreichender Vorsicht durchgeführt werden, um die Bildung von spröden Lötstellen zu verhindern.

Je nach den in der Leiterplatte verwendeten Bauteilen kann der Lötprozess entweder weich oder hart sein. Die Art des verwendeten Lötkolbens muss für die Art der Bauteile geeignet sein. Der Prozess sollte von einem Leiterplattenbestückungs- und -herstellungsdienstleister durchgeführt werden, der über umfassende Erfahrung mit Leiterplatten verfügt und die genaue Art und Weise der Durchführung jedes Prozesses kennt.

Abmessungen der Lötpads

Die Abmessungen der Lötpunkte auf einem PCB-Chip-Gehäuse sind von entscheidender Bedeutung, um sicherzustellen, dass die Leistung der Komponente optimiert wird. Dies gilt vor allem im Hochfrequenzbereich, wo die Platzierung der Komponenten und die Löttechniken möglicherweise nicht so genau sind wie erforderlich. Die IPC-SM-782-Norm ist ein wertvolles Referenzdokument für die optimale Platzierung und das Löten von Bauteilen. Eine blinde Befolgung der Anforderungen des Dokuments kann jedoch zu einer suboptimalen Hochfrequenzleistung oder zu Hochspannungsproblemen führen. Um diese Probleme zu vermeiden, empfiehlt PCBA123, die Lötpads klein und in einer einzigen Reihe zu halten.

Neben der Größe der Pads sind auch andere Faktoren wie die Platzierung und Ausrichtung der Komponenten wichtig. Die Verwendung falsch dimensionierter Pads kann zu elektrischen Problemen führen und die Herstellbarkeit der Leiterplatte einschränken. Daher ist es wichtig, die von der Industrie empfohlenen Größen und Formen von Leiterplatten-Pads einzuhalten.

Fluxen

Das Flussmittel ist ein wichtiger Bestandteil des Lötprozesses. Es entfernt metallische Verunreinigungen und Oxide von der Lötoberfläche, um eine saubere Oberfläche für hochintegrierte Lötstellen zu schaffen. Die Flussmittelrückstände werden in einem letzten Reinigungsschritt entfernt, der von der Art des verwendeten Flussmittels abhängt.

Es gibt viele verschiedene Flussmittel, die für den Lötprozess verwendet werden. Sie reichen von Harz bis zu Kolophonium. Jedes von ihnen dient einem anderen Zweck und wird nach Aktivitätsgrad eingeteilt. Der Aktivitätsgrad der Flussmittellösung wird in der Regel als L (niedrige Aktivität oder halogenidfrei) oder M (mittlere Aktivität, 0 bis 2% Halogenid) oder H (hohe Aktivität, bis zu 3% Halogenidgehalt) angegeben.

Einer der häufigsten Fehler sind Lötkugeln in der Mitte des Chips. Eine gängige Lösung für dieses Problem ist die Änderung des Schablonendesigns. Eine andere Methode ist die Verwendung von Stickstoff während des Lötvorgangs. Dadurch wird verhindert, dass das Lot verdampft, so dass die Paste eine bessere Verbindung eingehen kann. Abschließend wird die Leiterplatte durch einen Waschschritt von Schleifstaub und chemischen Rückständen befreit.

Inspektion

Es gibt verschiedene Arten von Prüfwerkzeugen, die für die Prüfung von PCB-Chipgehäusen verwendet werden können. Einige davon sind In-Circuit-Tests, bei denen Sonden verwendet werden, die an verschiedene Prüfpunkte auf der Leiterplatte angeschlossen werden. Mit diesen Prüfspitzen können schlechte Lötstellen oder Bauteilfehler aufgespürt werden. Sie können auch Spannungspegel und Widerstände messen.

Unsachgemäßes Löten kann zu Problemen mit der Schaltung der Leiterplatte führen. Offene Schaltkreise entstehen, wenn das Lötzinn die Pads nicht richtig erreicht oder wenn das Lötzinn auf der Oberfläche der Komponente aufsteigt. In diesem Fall sind die Verbindungen nicht vollständig, und die Bauteile funktionieren nicht richtig. Oft lässt sich dies vermeiden, indem man die Löcher sorgfältig reinigt und sicherstellt, dass das geschmolzene Lot die Anschlüsse gleichmäßig bedeckt. Andernfalls kann eine übermäßige oder unvollständige Bedeckung durch das Lot dazu führen, dass die Anschlussdrähte entnässen oder nicht mehr benetzbar sind. Um das Benetzen zu verhindern, sollten Sie hochwertiges Lötzinn und hochwertige Montagegeräte verwenden.

Eine weitere gängige Methode zur Erkennung von Defekten auf Leiterplatten ist die automatisierte optische Inspektion (AOI). Diese Technologie verwendet Kameras, um HD-Bilder der Leiterplatte aufzunehmen. Anschließend vergleicht sie diese Bilder mit vorprogrammierten Parametern, um den Fehlerstatus der Komponenten zu ermitteln. Wird ein Fehler entdeckt, markiert die Maschine ihn entsprechend. AOI-Geräte sind im Allgemeinen benutzerfreundlich und lassen sich einfach bedienen und programmieren. Allerdings ist AOI nicht unbedingt für Strukturprüfungen oder für Leiterplatten mit einer großen Anzahl von Bauteilen geeignet.

Richtigstellung

Die bei der Herstellung elektronischer Produkte verwendeten Lötverfahren sollten bestimmte Normen und Richtlinien einhalten. Im Allgemeinen sollte eine Lötmaske mindestens 75% dick sein, um zuverlässige Lötstellen zu gewährleisten. Lötpasten sollten direkt auf die Leiterplatten aufgetragen werden, nicht im Siebdruckverfahren. Es ist am besten, eine Schablone und eine Vorrichtung zu verwenden, die für einen bestimmten Gehäusetyp geeignet sind. Bei diesen Schablonen wird die Lötpaste mit einem Metallrakel auf die Oberfläche des Gehäuses aufgetragen.

Die Verwendung eines Wellenlötverfahrens anstelle des traditionellen Flussmittelsprühens hat mehrere Vorteile. Beim Wellenlötverfahren werden die Bauteile mit einem mechanischen Wellenlötverfahren mit hoher Stabilität auf die Leiterplatten geklebt. Diese Methode ist zwar teurer, bietet aber eine sichere und zuverlässige Methode zur Befestigung elektronischer Bauteile.

Einführung in die einseitige und doppelseitige SMT-Bestückung

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Einführung in die einseitige und doppelseitige SMT-Bestückung

Einseitige und doppelseitige SMT-Baugruppen unterscheiden sich hinsichtlich der Bauteildichte. Die einseitige SMT-Bestückung hat eine höhere Dichte als die doppelseitige SMT-Bestückung und erfordert eine höhere Wärmemenge bei der Verarbeitung. Die meisten Bestücker verarbeiten zuerst die Seite mit der höheren Dichte. Dadurch wird das Risiko minimiert, dass Bauteile während des Erhitzungsprozesses herausfallen. Beide Seiten des Reflow-Bestückungsprozesses erfordern die Zugabe von SMT-Klebstoff, um die Bauteile während des Erhitzungsvorgangs zu fixieren.

FR4 PCB

Einseitige Leiterplatten sind am weitesten verbreitet. Bei einer einseitigen Leiterplatte befinden sich alle Komponenten auf einer Seite der Leiterplatte, und die Montage ist nur auf dieser Seite erforderlich. Bei doppelseitigen Leiterplatten befinden sich die Leiterbahnen auf beiden Seiten der Leiterplatte, wodurch sich der Platzbedarf verringert. Doppelseitige Leiterplatten bieten auch eine bessere Wärmeableitung. Das Herstellungsverfahren für doppelseitige Leiterplatten unterscheidet sich von dem für einseitige Leiterplatten. Beim doppelseitigen Verfahren wird das Kupfer von der doppelseitigen Leiterplatte entfernt und nach einem Ätzvorgang wieder eingefügt.

Einseitige Leiterplatten sind auch einfacher herzustellen und preiswerter. Die Herstellung einer einseitigen Leiterplatte umfasst mehrere Schritte, darunter Schneiden, Bohren von Löchern, Schaltungsbearbeitung, Lötstopplack und Textdruck. Einseitige Leiterplatten werden auch elektrischen Messungen, Oberflächenbehandlung und AOI unterzogen.

PI kupferkaschierte Platte

Bei der einseitigen und doppelseitigen SMT-Bestückung von PI wird eine Polyimid-Deckfolie verwendet, um das Kupfer auf eine Seite der Leiterplatte zu laminieren. Die kupferkaschierte Leiterplatte wird dann mit einem Klebstoff, der sich an einer bestimmten Stelle öffnet, in Position gedrückt. Anschließend wird die kupferkaschierte Leiterplatte mit einem schweißfesten Muster versehen und das Loch für die Teileführung gestanzt.

Eine einseitig flexible Leiterplatte besteht aus einer kupferkaschierten PI-Platte mit einer Leiterschicht, in der Regel einer gewalzten Kupferfolie. Diese flexible Schaltung wird nach Fertigstellung der Schaltung mit einer Schutzfolie überzogen. Eine einseitige flexible Leiterplatte kann mit oder ohne Deckschicht hergestellt werden, die als Schutzbarriere zum Schutz der Schaltung dient. Einseitige Leiterplatten haben nur eine Leiterbahn, weshalb sie häufig in tragbaren Produkten verwendet werden.

FR4

FR4 ist ein Epoxidharz, das üblicherweise bei der Herstellung von Leiterplatten verwendet wird. Dieses Material bietet eine ausgezeichnete Hitze- und Flammenbeständigkeit. Das FR4-Material hat eine hohe Glasübergangstemperatur, die für Hochgeschwindigkeitsanwendungen entscheidend ist. Zu seinen mechanischen Eigenschaften gehören Zug- und Scherfestigkeit. Die Dimensionsstabilität wird geprüft, um sicherzustellen, dass das Material in verschiedenen Arbeitsumgebungen seine Form nicht verändert oder seine Festigkeit verliert.

Einseitige und doppelseitig gestapelte FR4-Multilayer-Platten bestehen aus einem isolierenden FR4-Kern und einer dünnen Kupferbeschichtung auf der Unterseite. Bei der Herstellung werden die Bauteile mit Durchgangsbohrungen auf der Bauteilseite des Substrats montiert, wobei die Leitungen zu den Kupferbahnen oder Pads auf der Unterseite durchlaufen. Im Gegensatz dazu werden oberflächenmontierte Bauteile direkt auf der Lötseite montiert. Während sie sich in Struktur und Aufbau sehr ähnlich sind, liegt der Hauptunterschied in der Platzierung der Leiterbahnen.

FR6

Die SMT-Bestückung (Surface Mount Technology) ist eine effiziente Methode zur Befestigung elektronischer Bauteile auf Leiterplatten, ohne dass Löcher erforderlich sind. Diese Technologie eignet sich sowohl für bedrahtete als auch für nicht bedrahtete Bauteile. Bei der doppelseitigen SMT-Technik hat die Leiterplatte (PCB) zwei leitende Schichten - eine auf der Oberseite und eine auf der Unterseite. Die Kupferbeschichtung auf beiden Seiten der Leiterplatte dient als stromleitendes Material und hilft bei der Befestigung der Bauteile auf der Leiterplatte.

Für einseitige Platten können einfache Stützpfeiler verwendet werden. Für doppelseitige Platten sind zusätzliche Stützen erforderlich. Der freie Bereich um die Platte sollte mindestens 10 mm betragen.

FR8

Der Prozess der einseitigen und doppelseitigen FR8-Montage ähnelt dem allgemeinen Montageprozess mit einigen Unterschieden. Bei beiden Verfahren werden Klebstoff und Lötpaste verwendet. Anschließend erfolgt die Reinigung, Inspektion und Prüfung. Das fertige Produkt muss die vom Konstrukteur festgelegten Spezifikationen erfüllen.

Einseitige Platinen sind gebräuchlicher und haben einen kleineren Platzbedarf. Doppelseitige Leiterplatten reduzieren jedoch den Platzbedarf und maximieren die Wärmeableitung. Während des Ätzvorgangs wird das Kupfer von der doppelseitigen Seite entfernt. Nach dem Prozess wird es wieder eingefügt.

Wie man ein PCB-Impedanzberechnungsmodell durchführt

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Wie man ein PCB-Impedanzberechnungsmodell durchführt

Verwendung eines Smith-Diagramms

Das Smith-Diagramm ist ein nützliches Werkzeug, wenn Sie die Impedanz eines Stromkreises bestimmen möchten. Es ist eine visuelle Darstellung des komplexen Widerstands in Abhängigkeit von der Frequenz einer elektrischen Schaltung. Es zeigt auch den Ort der Impedanz in Abhängigkeit von der Frequenz, was für die Stabilitätsanalyse und die Vermeidung von Schwingungen notwendig ist. Viele PCs sind in der Lage, Impedanzwerte numerisch anzuzeigen, aber das Smith-Diagramm hilft Ihnen, die Möglichkeiten zu visualisieren.

Das Smith-Diagramm kann verwendet werden, um den Signalpfad zwischen den Kontaktpads einer Leiterplatte und einem elektronischen Gerät zu bewerten. Dieses Gerät kann ein IC, ein Transistor oder ein passives Bauteil sein. Es kann auch interne Schaltungen enthalten. Mit Hilfe dieses Diagramms können Sie die Impedanz einer Leiterplatte bestimmen und sie zum Entwurf einer elektrischen Schaltung verwenden.

Das Smith-Diagramm kann verwendet werden, um die verschiedenen Arten von Impedanzmodellen zu identifizieren, die beim Leiterplattenentwurf auftreten. Es hat drei Formen: begrenzt, unbegrenzt und invertiert. Ein Punkt in der Mitte eines Smith-Diagramms steht für ein nicht begrenztes Impedanzmodell, während ein Punkt auf dem äußeren Kreis ein invertiertes Impedanzmodell darstellt.

Durch die Verwendung eines Smith-Diagramms zur Impedanzberechnung können Sie die Impedanzen von Quelle und Ziel leicht anpassen. Anschließend können Sie die Größe des Anpassungsnetzwerks berechnen. Die Größe des Anpassungsnetzwerks hängt von der erforderlichen Verschiebung zwischen der Quell- und der Zielimpedanz ab. Darüber hinaus verschieben die seriellen und parallelen L- und C-Werte einen Punkt entlang der konstanten Widerstands- und Reaktanzkurven. Wenn der Widerstand sinkt, können Sie weitere R-Werte am Ende der Leitung hinzufügen.

Verwendung eines 3D-Feldlösers

Die PCB-Impedanzberechnung ist ein notwendiger Schritt während des PCB-Designprozesses. Sie beinhaltet die Berechnung der Impedanz von Übertragungsleitungen oder Leiterbahnen auf der Leiterplatte auf der Grundlage der Designkonfiguration. Wenn die Leiterplatte komplex ist oder mehrere Lagen enthält, kann die Verwendung eines 3D-Feldlösers die genaueste Impedanzberechnung liefern.

Bei Impedanzberechnungsmodellen wird in der Regel davon ausgegangen, dass der Querschnitt rechteckig ist und dass der Strom perfekt zurückgeführt wird. Reale Querschnitte können jedoch polygonal sein und sogar Lücken in der Bezugsschicht kreuzen. Dies kann zu erheblichen Verzerrungen der Signale führen, insbesondere bei Hochgeschwindigkeitsnetzen.

Der Solver unterstützt zwei Arten von Anschlüssen: Wave Ports und Lumped Ports. In beiden Fällen müssen Sie explizit festlegen, welche Art von Port Sie verwenden möchten. Sie können entweder eine Ebene für den Wellenanschluss mithilfe der Geometrie angeben oder ihn manuell definieren, indem Sie den Typ Wave Custom Size verwenden.

Die meisten 3D-Feldlöser erzeugen S-Parameter-Verhaltensmodelle. Diese Modelle sind eine vereinfachte schematische Darstellung des tatsächlichen Geräts. Als solche erfordern sie viele Iterationen. Sie können zum Beispiel eine Simulation mit vielen Schaltkreismodellen erstellen und deren Ergebnisse vergleichen.

PCB-Impedanzberechnungen sind für das PCB-Design unerlässlich. Es ist wichtig, die geregelte Impedanz Ihrer Leiterplatte zu modellieren, damit Sie Impedanzfehlanpassungen vermeiden können. Darüber hinaus ist es wichtig, eng mit Ihrem Leiterplattenhersteller zusammenzuarbeiten. Möglicherweise verfügt Ihr Leiterplattenhersteller über eine spezielle CAM-Abteilung, die geeignete Hinweise zur Lösung von Fragen des Impedanzdesigns geben kann. Es ist jedoch wichtig, die Kontrolle über Impedanzfragen nicht vollständig an eine externe Partei abzugeben.