Soldeermethoden van PCB Chip pakket en processen

Solderen is een kritisch onderdeel van een PCB-chippakket. Soldeerprocessen omvatten een combinatie van technieken, waaronder gerichte IR, convectie en ongerichte IR. Elke methode omvat een geleidelijke verwarming van het pakket, gevolgd door afkoeling van het geheel.

Soldeerproces

Solderen is het proces waarbij soldeerballen en andere soldeermaterialen met PCB-chippakketten worden verbonden. Dit proces wordt op twee manieren uitgevoerd. De convectiemethode en het reflowproces. Het eerste type omvat een verhittingsproces waarbij een vloeimiddel wordt gebruikt dat een vloeistof vormt. Bij beide processen wordt de piektemperatuur gecontroleerd. Het reflow-proces moet echter voorzichtig genoeg worden uitgevoerd om de vorming van brosse soldeerverbindingen te voorkomen.

Afhankelijk van de in de printplaat gebruikte componenten kan het soldeerproces zacht of hard zijn. Het gebruikte type soldeerbout moet geschikt zijn voor het soort componenten. Het proces moet worden uitgevoerd door een leverancier van PCB-assemblage- en fabricagediensten die uitgebreide ervaring heeft met PCB's en de exacte manier kent om elk proces uit te voeren.

Afmetingen van soldeerpads

De afmetingen van soldeerpads op een PCB-chippakket zijn van cruciaal belang om ervoor te zorgen dat de prestaties van de component optimaal zijn. Dit geldt vooral in het hoogfrequente gebied waar de plaatsing van componenten en soldeertechnieken mogelijk niet zo nauwkeurig zijn als vereist. De IPC-SM-782 norm is een waardevol referentiedocument voor het optimaal plaatsen en solderen van componenten. Het blindelings volgen van de eisen van het document kan echter leiden tot suboptimale hoogfrequente prestaties of hoogspanningsproblemen. Om deze problemen te vermijden beveelt PCBA123 aan om de soldeerpads klein te houden en in een enkele rij te plaatsen.

Naast de afmetingen van de pads zijn ook andere factoren zoals de plaatsing en uitlijning van de componenten belangrijk. Het gebruik van verkeerd gedimensioneerde pads kan leiden tot elektrische problemen en de maakbaarheid van de printplaat beperken. Daarom is het belangrijk om de door de industrie aanbevolen maten en vormen van printplaten te volgen.

Fluxing

Fluxen is een belangrijk onderdeel van het soldeerproces. Het verwijdert metalen onzuiverheden en oxiden van het soldeeroppervlak om een schoon oppervlak te creëren voor soldeerverbindingen met een hoge integriteit. De fluxresten worden verwijderd in een laatste reinigingsstap, die afhangt van het gebruikte fluxtype.

Er worden veel verschillende vloeimiddelen gebruikt voor het soldeerproces. Ze variëren van hars tot hars. Elk ervan dient een ander doel en wordt ingedeeld naar activiteitsniveau. Het activiteitsniveau van de fluxoplossing wordt gewoonlijk vermeld als L (lage activiteit of halidevrij) of M (gemiddelde activiteit, 0 tot 2% halide), of H (hoge activiteit, tot 3% halidegehalte).

Een van de meest voorkomende defecten zijn soldeerballen in het midden van de chip. Een gebruikelijke oplossing voor dit probleem is het wijzigen van het stencilontwerp. Andere methoden zijn het gebruik van stikstof tijdens het soldeerproces. Dit voorkomt dat het soldeer verdampt, waardoor de pasta een superieure verbinding kan vormen. Ten slotte helpt een wasstap bij het verwijderen van gruis en chemische resten van de printplaat.

Inspectie

Er zijn verschillende soorten testgereedschap die kunnen worden gebruikt om PCB-chippakketten te inspecteren. Enkele daarvan zijn in-circuit tests, waarbij sondes worden gebruikt die op verschillende testpunten op de PCB worden aangesloten. Deze sondes kunnen slechte solderingen of defecten aan componenten opsporen. Zij kunnen ook spanningsniveaus en weerstanden meten.

Verkeerd solderen kan problemen veroorzaken met het circuit van de printplaat. Open circuits ontstaan wanneer het soldeer de pads niet goed bereikt of wanneer het soldeer op het oppervlak van de component klimt. Wanneer dit gebeurt, zijn de verbindingen niet volledig en werken de componenten niet correct. Vaak kan dit worden voorkomen door de gaten zorgvuldig schoon te maken en ervoor te zorgen dat het gesmolten soldeer de draden gelijkmatig bedekt. Anders kan een te grote of onvolledige soldeerbedekking ertoe leiden dat de draden nat worden of niet meer nat worden. Om bevochtiging te voorkomen, gebruikt u soldeer van hoge kwaliteit en hoogwaardige assemblageapparatuur.

Een andere gebruikelijke manier om defecten op PCB's op te sporen is via Automated Optical Inspection (AOI). Deze technologie gebruikt camera's om HD-beelden van de PCB te maken. Vervolgens worden deze beelden vergeleken met voorgeprogrammeerde parameters om de status van de componenten te bepalen. Als er een defect wordt gedetecteerd, markeert de machine dit dienovereenkomstig. AOI-apparatuur is over het algemeen gebruiksvriendelijk, met eenvoudige bediening en programmering. AOI is echter niet altijd nuttig voor structurele inspecties of voor printplaten met een groot aantal componenten.

Rectificatie

De soldeerprocessen die bij de vervaardiging van elektronische producten worden gebruikt, moeten aan bepaalde normen en richtsnoeren voldoen. In het algemeen moet een soldeermasker ten minste 75% dik zijn om betrouwbare soldeerverbindingen te garanderen. Soldeerpasta's moeten rechtstreeks op printplaten worden aangebracht, niet gezeefdrukt. Het beste is om een stencil en een mal te gebruiken die geschikt zijn voor een bepaald type verpakking. Deze stencils gebruiken een metalen rakel om soldeerpasta op het oppervlak van een verpakking aan te brengen.

Er zijn verschillende voordelen aan het gebruik van een golfsoldeerproces in plaats van de traditionele fluxspuitmethode. Het golfsoldeerproces maakt gebruik van een mechanisch golfsoldeerproces om onderdelen met hoge stabiliteit op PCB's te bevestigen. Deze methode is duurder, maar biedt een veilige en betrouwbare methode om elektronische componenten te bevestigen.

Hoe een PCB Impedantie Berekeningsmodel maken

Een Smith-diagram gebruiken

De Smith grafiek is een handig hulpmiddel wanneer je de impedantie van een stroomkring wilt bepalen. Het is een visuele weergave van de complexe weerstand versus frequentie van een elektrisch circuit. Het toont ook de plaats van impedantie versus frequentie, wat nodig is voor stabiliteitsanalyse en het vermijden van oscillatie. Veel pc's kunnen impedantiewaarden numeriek weergeven, maar de Smith grafiek helpt je de mogelijkheden te visualiseren.

De Smith grafiek kan gebruikt worden om het signaalpad tussen de contactpads van een printplaat en een elektronisch apparaat te evalueren. Dit apparaat kan een IC, een transistor of een passieve component zijn. Het kan ook een intern circuit bevatten. Met behulp van deze grafiek kun je de impedantie van een printplaat bepalen en deze gebruiken om een elektrisch circuit te ontwerpen.

De Smith grafiek kan gebruikt worden om de verschillende soorten impedantiemodellen te identificeren die je tegenkomt bij het ontwerpen van pcb's. De grafiek heeft drie vormen: begrensd, onbegrensd en omgekeerd. De grafiek heeft drie vormen: begrensd, onbegrensd en omgekeerd. Een punt in het midden van een Smith-diagram vertegenwoordigt een niet-gebonden impedantiemodel, terwijl een punt op de buitenste cirkel een omgekeerd impedantiemodel vertegenwoordigt.

Door een Smith-diagram te gebruiken om impedantie te berekenen, kun je eenvoudig de bron- en bestemmingsimpedantie met elkaar in overeenstemming brengen. Vervolgens kun je de grootte van je aanpassingsnetwerk berekenen. De grootte van het aanpassingsnetwerk hangt af van de hoeveelheid verschuiving die nodig is tussen de bron- en de bestemmingsimpedantie. Bovendien verschuiven de seriële en parallelle L- en C-waarden een punt langs de constante weerstands- en reactantiecurves. Als de weerstand afneemt, kun je meer R-waarden toevoegen aan het einde van de lijn.

Een 3D-veldoplosser gebruiken

PCB impedantie berekenen is een noodzakelijke stap tijdens het PCB ontwerpproces. Hierbij wordt de impedantie van de transmissielijn of het spoor op de printplaat berekend op basis van de ontwerpconfiguratie. Als de printplaat complex is of meerdere lagen bevat, kan het gebruik van een 3D-veldoplosser de meest nauwkeurige impedantieberekening opleveren.

Modellen voor impedantieberekening gaan er meestal van uit dat de doorsnede rechthoekig is en dat de stroom perfect wordt teruggevoerd. Echte doorsneden kunnen echter veelhoekig zijn en zelfs gaten in de referentielaag doorkruisen. Dit kan aanzienlijke vervorming van de signalen veroorzaken, vooral in hogesnelheidsnetten.

De oplosser ondersteunt twee soorten poorten: golfpoorten en vaste poorten. In beide gevallen moet u expliciet definiëren welk type poort u wilt gebruiken. U kunt een vlak voor de golfpoort specificeren met behulp van de geometrie of het handmatig definiëren met behulp van het type Wave Custom Size.

De meeste 3D veldoplossers genereren S-parameter gedragsmodellen. Deze modellen zijn een vereenvoudigde schematische weergave van het werkelijke apparaat. Als zodanig vereisen ze veel iteraties. Je kunt bijvoorbeeld een simulatie maken met veel circuitmodellen en hun resultaten vergelijken.

PCB impedantieberekeningen zijn essentieel voor PCB-ontwerp. Het is belangrijk om de gereguleerde impedantie van uw PCB te modelleren, zodat u impedantie mismatches kunt vermijden. Daarnaast is het belangrijk om nauw samen te werken met uw printplaatfabrikant. Uw PCB-fabrikant kan een speciale CAM-afdeling hebben die de juiste aanwijzingen kan geven voor het oplossen van impedantie-gerelateerde ontwerpvragen. Het is echter belangrijk om de controle over impedantieproblemen niet volledig uit handen te geven aan een externe partij.

Hoe worden dubbelzijdige SMD-printplaten geassembleerd? Volledig proces en vergelijking

Dit artikel vergelijkt de kosten en het assemblageproces van dubbelzijdige met enkelzijdige SMD-printplaten. Ook de voor- en nadelen van beide typen printplaten komen aan bod. Daarnaast helpt het u de verschillen te begrijpen tussen solderen en soldeerpasta printen.

Enkelzijdige vs dubbelzijdige smd-printplaten

Enkelzijdige en dubbelzijdige SMD-printplaten verschillen op veel manieren. Dubbelzijdige printplaten hebben meer ruimte en kunnen meer componenten en aansluitingen dragen. Ze zijn een goede keuze voor ingewikkelde elektronica. Dubbelzijdige printplaten zijn over het algemeen duurder en complexer om te assembleren. Toch hebben ze een aantal voordelen.

Enkelzijdige printplaten hebben een eenvoudiger productieproces. Ze vereisen geen soldeerbout en geen ingewikkeld gereedschap. Enkelzijdige printplaten zijn verkrijgbaar in een grote verscheidenheid aan materialen en zijn in de meeste gevallen goedkoper. Deze printplaten kunnen ook flexibeler zijn, wat resulteert in lagere productiekosten.

Dubbelzijdige printplaten hebben meer oppervlakte en genieten vaak de voorkeur bij complexe schakelingen. Enkelzijdige printplaten kunnen worden gemaakt met zowel doorvoergat- als oppervlaktemontagecomponenten. Bij dubbelzijdige printplaten worden de componenten echter aan de boven- of onderkant gemonteerd.

Dubbelzijdige printplaten bieden meer flexibiliteit voor complexe schakelingen, maar enkelzijdige printplaten zijn een goede optie als ruimte een probleem is. Enkelzijdige printplaten zijn geschikt voor grotere circuits dan dubbelzijdige printplaten, maar een enkelzijdige printplaat kan te groot zijn. Als je een ingewikkeld circuit met veel verbindingen moet maken, kan het zijn dat je draadbruggen tussen de componenten moet plaatsen.

De voordelen van dubbelzijdige printplaten zijn een grotere complexiteit in de lay-out van de circuits en kosteneffectiviteit. Dubbelzijdige printplaten zijn ook duurder omdat ze meer stencils en extra apparatuur vereisen. Bovendien kunnen dubbelzijdige printplaten hogere overheadkosten hebben. Afhankelijk van het ontwerp van de printplaat kunnen dubbelzijdige printplaten een complexer circuitontwerp en meer gaten vereisen.

Soldeerpasta printen vs solderen

Soldeerpasta printen is een proces waarbij soldeerpasta wordt aangebracht op kale printplaten en gebieden waar componenten zijn gemonteerd. Het proces kan complex zijn en vereist een gedetailleerd proces. Om de nauwkeurigheid te garanderen wordt de soldeerpasta in 3D gemeten, waardoor de foutmarge kleiner is. Nadat de soldeerpasta op de kale printplaat is aangebracht, is de volgende stap het plaatsen van de surface mount componenten. Machines zijn hiervoor ideaal, omdat ze een nauwkeurig en foutloos proces bieden.

Soldeerpasta is er in verschillende soorten en kwaliteiten en kan in industriële hoeveelheden worden gekocht bij grote printplatenassemblagefabrieken. Het kan ook in kleinere hoeveelheden worden gekocht bij verkopers van stencils en leveranciers van soldeerpasta. Beide soorten soldeerpasta moeten op de juiste manier worden opgeslagen en in luchtdichte verpakkingen worden bewaard. Omdat soldeerpasta een groot oppervlak heeft, kan oxidatie een serieus probleem zijn.

Door de complexiteit van elektronische producten worden PCBA-printplaten steeds kleiner. Bovendien bevatten veel PCBA's meer dan één type component. De meeste PCBA's bevatten een combinatie van SMD- en doorvoergatcomponenten.

Te veel verschillende componenten kunnen het soldeerproces beïnvloeden.

Soldeerpasta printen vereist een nauwkeurig printproces. De rakel die gebruikt wordt voor het afdrukken van soldeerpasta moet gemaakt zijn van roestvrij staal en een hoek van 45-60 graden hebben. De hoek van de rakel bepaalt de hoeveelheid soldeerpasta die op het oppervlak wordt aangebracht. Daarnaast bepaalt de druk van de rakel ook de vorm van de pastaafzetting. De snelheid van de stencilstrip beïnvloedt ook het volume soldeerpasta dat wordt gedrukt. Een te hoge snelheid kan resulteren in hoge randen rond de afzettingen.

Kosten voor het assembleren van een dubbelzijdig smd-bord

Het assembleren van een dubbelzijdige SMD-kaart is duurder en gecompliceerder dan standaard enkelzijdige platen. De exacte kosten hangen af van de specifieke configuratie. De twee grootste verschillen zijn het aantal doorvoergaten en de plaatsing van de geleiders. Door de twee opties te vergelijken, kunt u een beter idee krijgen van wat de kosten zullen zijn.

Het proces van dubbelzijdige SMD-kaartassemblage begint met het bewerken van de eerste zijde van de printplaat. Daarna wordt de tweede zijde gesoldeerd. Tijdens het reflow soldeerproces moet rekening worden gehouden met het gewicht van de componenten. Als de componenten zwaar zijn, kunnen ze voor het solderen met lijm worden vastgezet.

De gemiddelde kosten van PCB assemblage variëren van drie tot vier dollar tot honderden dollars. De prijs hangt echter af van de complexiteit van het ontwerp en de overheadkosten. Als de printplaat moet worden geboord, zullen de fabricage- en montagekosten hoger zijn dan het gemiddelde.

De totale kosten van de assemblage van een dubbelzijdige SMD-kaart hangen af van de complexiteit van het ontwerp en de prestatievereisten van het product. PCB assemblage is een zeer complex proces waarbij zowel geschoolde menselijke arbeid als geautomatiseerde machines betrokken zijn. Omdat het proces uit vele lagen bestaat, nemen de totale kosten toe met het aantal componenten.

Typen en functies van PCB's

PCB in medische industrie

De medische sector vertrouwt sterk op PCB's voor een verscheidenheid aan producten, waaronder bloeddrukmeters, infuuspompen en hartslagmeters. Deze apparaten leveren nauwkeurige hoeveelheden vloeistof aan patiënten via minuscule elektronische componenten. Naarmate de technologie verbetert, zal de medische industrie nieuwe toepassingen voor PCB's blijven vinden.

Printplaten

Printplaten zijn een essentieel onderdeel van veel industrieën. Ze worden gebruikt in allerlei producten, van enorme machines tot consumentenapparatuur. Hier volgen enkele veelvoorkomende toepassingen van deze printplaten. In industriële toepassingen moeten ze bestand zijn tegen hoge vermogens en extreme temperaturen. Ze kunnen ook worden blootgesteld aan agressieve chemicaliën en trillende machines. Daarom worden veel industriële printplaten gemaakt van dikkere en thermisch resistente metalen.

De toepassingen van printplaten zijn gevarieerd, van het voeden van een koelkast tot het mogelijk maken van het internet der dingen. Zelfs apparaten die voorheen niet elektronisch waren, maken nu gebruik van elektronische componenten. Printplaten worden ook veel gebruikt in industriële omgevingen, waar ze een groot deel van de apparatuur in distributiecentra en productiefaciliteiten van stroom voorzien.

Milieu-impact

PCB's zijn plastic chemicaliën die op grote schaal worden gebruikt bij de productie van veel producten. Ze werden voor het eerst geproduceerd in 1929 en werden op grote schaal gebruikt in dichtingsproducten, inkten en snijoliën. In 1966 werden ze ontdekt in de Grote Meren en dat leidde tot een verbod op de productie en invoer ervan in heel Noord-Amerika. De PCB-niveaus begonnen te dalen tot het einde van de jaren 1980, toen ze weer begonnen te stijgen.

Naast de chemische verbindingen bevatten PCB's ook analogen die hormoonontregeling en neurotoxiciteit bij mensen veroorzaken. Deze analogen zijn polybroombifenylen en delen veel van dezelfde milieuproblemen. Ze hebben vergelijkbare chemische eigenschappen en zijn bestand tegen hydrolyse, zuur en temperatuurveranderingen. Bovendien kunnen ze dibenzodioxines genereren bij blootstelling aan hoge temperaturen en chemicaliën.

Meerlagige PCB's

Meerlagige printplaten zijn een populair type printplaat en worden gebruikt in een groot aantal toepassingen. Het meerlaagse ontwerp is ideaal voor elektronica die flexibiliteit, een laag gewicht en duurzaamheid nodig heeft. Deze printplaten kunnen de functies vervullen van zowel flexibele als stijve printplaten en worden gebruikt in bijna elk modern complex elektronisch apparaat.

PCB's worden ook veel gebruikt in de medische industrie. Ze worden gebruikt in röntgen- en CAT-scanapparatuur en in bloeddruk- en suikertestapparaten. Meerlagige PCB's zijn bijzonder nuttig in deze toepassingen omdat ze extreem klein kunnen zijn en toch krachtige prestaties leveren.

Effecten op de gezondheid

Lage niveaus van blootstelling aan PCB's hebben waarschijnlijk geen negatieve gevolgen voor de gezondheid. Grote blootstellingen kunnen echter leiden tot een hoger risico op nadelige gezondheidseffecten. Vooral Aboriginals, jagers en vissers en gezinnen lopen een groot risico. Gelukkig zijn er verschillende manieren om de blootstelling aan PCB's te verminderen. Deze omvatten het eten van voedsel dat vrij is van PCB's, regelmatig je handen wassen en het vermijden van besmet water en vis.

Studies hebben aangetoond dat PCB's schadelijke gevolgen kunnen hebben voor de gezondheid van mens en dier. Ze zijn geclassificeerd als waarschijnlijk kankerverwekkend en kunnen de ontwikkeling van de hersenen en de neurologische functie beïnvloeden. Blootstelling aan PCB's kan ook leiden tot een slecht kortetermijngeheugen en een verlaagd IQ.

Foutenanalyse van soldeerdefecten op tin-ondergedompelde printplaten

Soldeerdefecten zijn een veel voorkomende oorzaak van PCB defecten. Er zijn verschillende soorten defecten die kunnen leiden tot PCB defecten. In het onderstaande artikel worden drie soorten defecten onderzocht: Bevochtiging, plateren door barsten in het gatvat en vloeibare vloeimiddelen.

Bevochtigingsfouten

Blootstelling aan omgevingsfactoren tijdens het productieproces kan het bevochtigingsvermogen van immersietin pcb-pads beïnvloeden. Dit kan de assemblageopbrengst en de betrouwbaarheid op het tweede niveau verminderen. Daarom is het belangrijk om slechte bevochtigingsdefecten te voorkomen of te corrigeren. Dit onderzoek onderzocht de effecten van verschillende temperatuuromstandigheden op het bevochtigingsvermogen van deze pads.

Ondergedompelde tin pads vertonen een verscheidenheid aan defecten die het assemblageproces kunnen doen mislukken. In tegenstelling tot bevochtiging, een defect waarbij de soldeerverbinding niet gevormd wordt, treden bevochtigingdefecten op wanneer het gesmolten soldeer niet hecht aan het bevochtigbare oppervlak van de PCB pads of componenten. Dit kan leiden tot gaten of holtes in de soldeerverbindingen.

Niet-natte defecten kunnen ook ernstige structurele problemen veroorzaken. Bovendien kunnen ze leiden tot slechte elektrische geleiding, losse componenten en slechte prestaties van printplaten.

Plateren door gat barst in vat

Deze studie evalueerde de betrouwbaarheid van immersietinepcb-pads via een falingsanalyse van soldeerdefecten. Daartoe bestudeerden we het gedrag van de intermetallische materialen binnenin soldeerverbindingen met SEM. We vergeleken de resultaten van de verouderde en niet-verouderde assemblages om te begrijpen hoe de intermetallische materialen de betrouwbaarheid van de verbinding beïnvloeden.

De resultaten van het onderzoek tonen aan dat de elektrolytisch nikkelcoating op ondergedompelde tin PCB-pads gekenmerkt wordt door diepe spleten en scheuren. Deze open grenzen worden toegeschreven aan de corrosieve omgeving die ontstaat tijdens het ENIG-plateren. Dit probleem kan opgelost worden door een nikkelregelaar te introduceren in het platingproces. Deze tegenmaatregel helpt om een goede bevochtigbaarheid in de pad te behouden en oxidatie te voorkomen.

Vloeibare fluxen

Deze foutenanalyse van soldeerdefecten omvat ook de analyse van de flux die in het proces wordt gebruikt. Het gebruik van verschillende vloeibare vloeimiddelen in het reflowproces kan leiden tot verschillende resultaten. Een methode die gebruikt wordt voor het analyseren van de effecten van vloeimiddel op soldeerdefecten op immersietin-pc-pads is om de flip-chip assemblages te assembleren met uitleeschips op de bodem.