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.

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.

Wie werden doppelseitige SMD-Leiterplatten bestückt? Vollständiger Prozess und Vergleich

In diesem Artikel werden die Kosten und der Montageprozess von doppelseitigen und einseitigen SMD-Platinen verglichen. Er wird auch die Vor- und Nachteile beider Arten von Leiterplatten behandeln. Außerdem wird er Ihnen helfen, die Unterschiede zwischen Löten und Lotpastendruck zu verstehen.

Einseitige vs. doppelseitige smd-Platten

Einseitige und doppelseitige SMD-Platten unterscheiden sich in vielerlei Hinsicht. Doppelseitige Leiterplatten haben mehr Platz und können mehr Bauteile und Anschlüsse aufnehmen. Sie sind eine gute Wahl für komplizierte Elektronik. Doppelseitige Leiterplatten sind im Allgemeinen teurer und komplizierter zu bestücken. Dennoch haben sie einige Vorteile.

Einseitige Leiterplatten haben einen einfacheren Herstellungsprozess. Sie erfordern weder einen Lötkolben noch viele komplizierte Werkzeuge. Einseitige Leiterplatten sind in einer Vielzahl von Materialien erhältlich und in den meisten Fällen preiswerter. Diese Leiterplatten können auch flexibler sein, was sich in niedrigeren Produktionskosten niederschlägt.

Doppelseitige Leiterplatten haben eine größere Oberfläche und werden häufig bei komplexen Schaltungen bevorzugt. Einseitige Leiterplatten können sowohl mit durchkontaktierten als auch mit oberflächenmontierten Bauteilen hergestellt werden. Bei doppelseitigen Leiterplatten werden die Bauteile jedoch entweder auf der Ober- oder der Unterseite montiert.

Doppelseitige Leiterplatten bieten mehr Flexibilität für komplexe Schaltungen, aber einseitige Leiterplatten sind eine gute Option, wenn der Platz ein Problem darstellt. Einseitige Leiterplatten können größere Schaltungen aufnehmen als doppelseitige Leiterplatten, aber eine einseitige Leiterplatte kann auch zu groß sein. Wenn Sie eine komplizierte Schaltung mit vielen Anschlüssen herstellen müssen, müssen Sie möglicherweise Drahtbrücken zwischen den Komponenten installieren.

Zu den Vorteilen doppelseitiger Leiterplatten gehören die höhere Komplexität des Schaltungslayouts und die Kosteneffizienz. Doppelseitige Leiterplatten sind auch teurer, weil sie mehr Schablonen und zusätzliche Ausrüstung erfordern. Außerdem können doppelseitige Leiterplatten mit höheren Gemeinkosten verbunden sein. Je nach Design der Leiterplatte können doppelseitige Leiterplatten ein komplexeres Schaltungsdesign und mehr Löcher erfordern.

Lötpastendruck vs. Löten

Der Lotpastendruck ist ein Verfahren, bei dem Lotpaste auf blanke Platinen und auf Bereiche, in denen Bauteile montiert sind, aufgetragen wird. Das Verfahren kann komplex sein und erfordert einen detaillierten Prozess. Um Genauigkeit zu gewährleisten, wird die Lotpaste in 3D gemessen, was eine geringere Fehlermarge ermöglicht. Nachdem die Lötpaste auf die Platine aufgetragen wurde, werden in einem nächsten Schritt die oberflächenmontierten Bauteile angebracht. Hierfür sind Maschinen ideal, da sie einen präzisen und fehlerfreien Prozess ermöglichen.

Lötpaste gibt es in verschiedenen Arten und Qualitäten und kann in industriellen Mengen von großen Leiterplattenbestückungsbetrieben gekauft werden. Sie kann auch in kleineren Mengen von Schablonenherstellern und Lotpastenlieferanten gekauft werden. Beide Arten von Lötpaste erfordern eine ordnungsgemäße Lagerung und müssen in luftdichten Behältern aufbewahrt werden. Da Lötpaste eine große Oberfläche hat, kann Oxidation ein ernstes Problem darstellen.

Aufgrund der Komplexität elektronischer Produkte werden die PCBA-Platinen immer kleiner. Außerdem enthalten viele PCBAs mehr als eine Art von Bauteilen. Die meisten PCBAs sind mit einer Kombination aus SMD- und bedrahteten Bauteilen bestückt.

Zu viele verschiedene Bauteile können den Lötprozess beeinträchtigen.

Der Lotpastendruck erfordert ein präzises Druckverfahren. Die für den Lotpastendruck verwendete Rakel sollte aus rostfreiem Stahl sein und einen Winkel von 45-60 Grad haben. Der Winkel des Rakels bestimmt die Menge an Lotpaste, die auf die Oberfläche aufgetragen wird. Außerdem bestimmt der Druck des Rakels auch die Form des Pastenauftrags. Die Geschwindigkeit des Schablonenstreifens beeinflusst ebenfalls die Menge der gedruckten Lotpaste. Eine zu hohe Geschwindigkeit kann zu hohen Rändern um die Ablagerungen herum führen.

Kosten für den Zusammenbau einer doppelseitigen SMD-Platine

Die Montage einer doppelseitigen SMD-Platine ist teurer und komplizierter als die einer einseitigen Standardplatine. Die genauen Kosten hängen von der jeweiligen Konfiguration ab. Die beiden wichtigsten Unterschiede sind die Anzahl der Durchgangslöcher und die Anordnung der Leiterbahnen. Wenn Sie die beiden Optionen vergleichen, können Sie sich ein besseres Bild von den Kosten machen.

Der Prozess der doppelseitigen SMD-Bestückung beginnt mit der Bearbeitung der ersten Seite der Leiterplatte. Dann wird die zweite Seite gelötet. Während des Reflow-Lötprozesses muss das Gewicht der Bauteile berücksichtigt werden. Wenn die Bauteile schwer sind, können sie vor dem Löten mit Klebstoff fixiert werden.

Die durchschnittlichen Kosten für die Leiterplattenbestückung reichen von drei bis vier Dollar bis zu Hunderten von Dollar. Der Preis hängt jedoch von der Komplexität des Designs und den Gemeinkosten ab. Wenn die Leiterplatte gebohrt werden muss, sind die Kosten für die Herstellung und Montage höher als der Durchschnitt.

Die Gesamtkosten für die Bestückung einer doppelseitigen SMD-Leiterplatte hängen von der Komplexität des Designs und den Leistungsanforderungen des Produkts ab. Die Leiterplattenbestückung ist ein hochkomplexer Prozess, der sowohl qualifizierte menschliche Arbeitskräfte als auch automatisierte Maschinen erfordert. Da der Prozess viele Schichten umfasst, steigen die Gesamtkosten mit der Anzahl der Komponenten.

PCB-Typen und Funktionen

PCB in der medizinischen Industrie

Die Medizinbranche ist bei einer Vielzahl von Produkten wie Blutdruckmessgeräten, Infusionspumpen und Herzfrequenzmessgeräten stark auf Leiterplatten angewiesen. Diese Geräte geben über winzige elektronische Komponenten genaue Flüssigkeitsmengen an die Patienten ab. Mit der Verbesserung der Technologie wird die Medizinbranche auch weiterhin neue Einsatzmöglichkeiten für Leiterplatten finden.

Gedruckte Leiterplatten

Gedruckte Leiterplatten sind in vielen Branchen unverzichtbar. Sie werden in einer Vielzahl von Produkten verwendet, von großen Maschinen bis hin zu Geräten für Verbraucher. Hier sind einige gängige Verwendungszwecke für diese Leiterplatten. In industriellen Anwendungen müssen sie hohen Leistungen und extremen Temperaturen standhalten. Sie können auch aggressiven Chemikalien und vibrierenden Maschinen ausgesetzt sein. Aus diesem Grund werden viele industrielle Leiterplatten aus dickeren und wärmebeständigen Metallen hergestellt.

Die Einsatzmöglichkeiten von Leiterplatten sind vielfältig und reichen von der Stromversorgung eines Kühlschranks bis hin zum Internet der Dinge. Selbst Geräte, die früher nicht elektronisch waren, verwenden jetzt elektronische Komponenten. Auch in der Industrie sind Leiterplatten weit verbreitet. Sie versorgen einen Großteil der Geräte in Vertriebszentren und Produktionsstätten.

Auswirkungen auf die Umwelt

PCB sind Kunststoffchemikalien, die bei der Herstellung zahlreicher Produkte verwendet werden. Sie wurden erstmals 1929 hergestellt und in großem Umfang in Dichtungsmitteln, Druckfarben und Schneidölen verwendet. Im Jahr 1966 wurden sie in den Großen Seen nachgewiesen und führten zu einem Verbot ihrer Herstellung und Einfuhr in ganz Nordamerika. Die PCB-Werte begannen zu sinken, bis sie in den späten 1980er Jahren wieder anzusteigen begannen.

Neben den chemischen Verbindungen enthalten PCB auch Analoga, die beim Menschen Störungen des Hormonsystems und Neurotoxizität verursachen. Bei diesen Analoga handelt es sich um polybromierte Biphenyle, für die viele der gleichen Umweltprobleme gelten. Sie haben ähnliche chemische Eigenschaften und sind resistent gegen Hydrolyse, Säure und Temperaturschwankungen. Darüber hinaus können sie Dibenzodioxine erzeugen, wenn sie hohen Temperaturen und Chemikalien ausgesetzt werden.

Mehrschichtige PCBs

Mehrlagige Leiterplatten sind ein beliebter Typ von Leiterplatten und werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Das mehrlagige Design ist ideal für Elektronik, die Flexibilität, geringes Gewicht und Haltbarkeit erfordert. Diese Leiterplatten können sowohl die Funktionen von flexiblen als auch von starren Leiterplatten erfüllen und werden in fast allen modernen komplexen elektronischen Geräten eingesetzt.

Auch in der medizinischen Industrie werden PCBs häufig verwendet. Sie werden in Röntgen- und CAT-Scan-Geräten sowie in Blutdruck- und Zuckertestgeräten eingesetzt. Mehrlagen-Leiterplatten sind für diese Anwendungen besonders nützlich, da sie extrem klein sein können und dennoch eine hohe Leistung bieten.

Auswirkungen auf die Gesundheit

Es ist unwahrscheinlich, dass eine geringe PCB-Exposition negative Auswirkungen auf die Gesundheit hat. Eine hohe Exposition kann jedoch ein höheres Risiko für gesundheitliche Beeinträchtigungen mit sich bringen. Ureinwohner, Jäger und Angler sowie Familien sind besonders gefährdet. Glücklicherweise gibt es mehrere Möglichkeiten, die PCB-Belastung zu verringern. Dazu gehören der Verzehr PCB-freier Lebensmittel, häufiges Händewaschen und der Verzicht auf kontaminiertes Wasser und Fisch.

Studien haben gezeigt, dass PCB bei Mensch und Tier gesundheitsschädliche Auswirkungen haben können. Sie wurden als wahrscheinliches Karzinogen eingestuft und können die Entwicklung des Gehirns und die neurologischen Funktionen beeinträchtigen. Die Exposition gegenüber PCB kann auch zu einem schlechten Kurzzeitgedächtnis und einem niedrigeren IQ führen.

Fehleranalyse von Lötfehlern auf chemisch verzinnten 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.