Thực hành tốt nhất trong sản xuất: Hàn sóng

Trong những năm qua, các thực tiễn tốt nhất đã phát triển và sẽ tiếp tục phát triển với môi trường thay đổi, nhu cầu và thách thức của công ty và những gì có thể làm việc cho một công ty có thể không nhất thiết phải tốt nhất cho một công ty khác. Một khu vực phổ biến đôi khi bị bỏ qua so với gắn kết bề mặt là hàn sóng, thường có thể giới thiệu cảm ứng đáng kể và làm lại nếu không được quản lý thích hợp.

Các khuyến nghị sau đây dựa trên kinh nghiệm và thực tiễn tốt nhất và không nhằm mục đích được coi là các quy tắc cứng và nhanh, mà là hướng dẫn - tình huống của bạn sẽ ra lệnh thực hành nào phù hợp nhất với công ty của bạn.

Bài viết này sẽ tập trung vào các khiếm khuyết sóng phổ biến và các thực tiễn tốt nhất để giải quyết, dự đoán và chủ động ngăn chặn những vấn đề này tái diễn. Các yếu tố đóng góp như lựa chọn / cân nhắc thành phần, thiết kế, dụng cụ và quy trình sẽ được thảo luận.

Cho đến nay, khiếm khuyết sóng phổ biến nhất là bắc cầu, đó là sự hình thành không mong muốn của hàn giữa các dây dẫn. Những người đóng góp khiếm khuyết bao gồm thành phần, thiết kế, dụng cụ và quy trình.

Hàn cầu nối

Cân nhắc thành phần

Chiều dài chì – Đặc điểm kỹ thuật của chiều dài chì thành phần trong thiết kế so với độ dày PCB cung cấp độ nhô ra tương ứng của chì vào hàn trong quá trình này.  Đảm bảo chiều dài dẫn không quá ngắn (tức là hàn không thể đạt được chân để đạt được hành động tụ điện) hoặc quá dài (tức là cung cấp một con đường cho webbing từ một pin đến liền kề) có thể prorogate cầu nối cho lắp ráp.

Thực hành tốt nhất khi chỉ định chiều dài chì thành phần là đảm bảo chiều dài chì đủ dài để cung cấp sự truyền nhiệt cần thiết để bấc thích hợp để cung cấp đủ độ đầy thùng trong khi không vượt quá độ nhô ra tối đa được chỉ định theo IPC-A-610. Một nguyên tắc nhỏ là chiều dài không nên dài hơn khoảng cách giữa hai vòng hình khuyên liền kề. Bằng cách đảm bảo điều này được đáp ứng, xác suất của webbing giảm đáng kể vì sức căng bề mặt sẽ thu hút hàn đến khu vực đồng gần nhất.

Trong trường hợp chiều dài chì quá dài, chuẩn bị thành phần và cắt tỉa chì được khuyến khích để cung cấp chiều dài mong muốn.

Hình 1: Chiều cao thành phần gắn trên bề mặt dưới cùng có thể thúc đẩy các yêu cầu pallet dày hơn và tác động thêm đến khả năng của hàn để chảy vào và ra khỏi túi.

Các cân nhắc khác liên quan đến bản thân các thành phần có thể là ô nhiễm PCB, ô nhiễm thành phần, oxy hóa hoặc các vấn đề mặt nạ hàn.

Cân nhắc thiết kế

Định hướng thành phần – Đặc biệt liên quan đến các đầu nối đếm pin lớn hơn với ít nhất 2 hàng trở lên, nơi định hướng của đầu nối song song với sóng có thể dẫn đến sự xuất hiện bắc cầu đáng kể. 

Thực hành tốt nhất để giải quyết là đảm bảo các đầu nối đếm pin lớn hơn được định hướng vuông góc với sóng để giảm thiểu số lượng chân cuối tiếp xúc của đầu nối nơi có khả năng xảy ra bắc cầu.  Điều này đặc biệt đúng đối với sân tốt.  Trong trường hợp định hướng không thể phù hợp, các phương pháp khác như kẻ trộm hàn (có hiệu quả các miếng đệm không chức năng hoặc các tính năng đồng được đặt trên mép mòn để kéo hàn ra khỏi đầu mối cuối cùng để ngăn chặn bắc cầu) có thể được thiết kế vào bảng hoặc lên pallet sóng chọn lọc để giảm thiểu bắc cầu. 

Cân nhắc dụng cụ

Một số thực hành tốt nhất trong thiết kế pallet hàn chọn lọc bao gồm định hướng PCB thích hợp trong pallet sóng chọn lọc. Nó được khuyến khích để góc hội đồng quản trị giữa 15-30 độ có thể giúp giảm thiểu bắc cầu đến một vài chân bằng cách đảm bảo chỉ có một số ít các chân kết thúc như chân trailing.  Điều này đặc biệt hữu ích khi các đầu nối chân lớn hơn được thiết kế song song với hướng sóng.

Các lỗ sóng đủ lớn và các kênh dòng chảy hàn ở dưới cùng của pallet sóng cung cấp đủ lưu lượng hàn và ứng dụng thông lượng ngăn ngừa gộp hoặc các khu vực nơi hàn bị mắc kẹt dẫn đến bắc cầu.  Nói chung, các ràng buộc như giải phóng mặt bằng tối thiểu từ cạnh ngoài của vòng hình khuyên đến một miếng đệm gắn kết bề mặt thúc đẩy kích thước mở.  Khuyến nghị là 0,100 " cho khoảng cách này cho thiết kế thích hợp.

Chiều cao thành phần gắn trên bề mặt dưới cùng có thể thúc đẩy các yêu cầu pallet dày hơn và tác động thêm đến khả năng của hàn để chảy vào và ra khỏi túi.  Tỷ lệ khung hình liên quan đến chiều dài / chiều rộng mở hàn so với hành trình dọc cần thiết cho hàn để đạt đến đáy của PCB.  Tỷ lệ tối thiểu là 1: 1 đối với hàn chì nhưng tăng lên 1: 3 đối với hàn không chì.  tức là nếu chiều dài / chiều rộng là 0,150 " thì kích thước dọc tối đa là 0,150", đối với hàn chì.  Vi phạm tỷ lệ khung hình này sẽ cản trở dòng chảy thích hợp và làm tăng nguy cơ các khiếm khuyết liên quan đến sóng.

Ngoài ra, định hướng bảng trên pallet sóng chọn lọc ở 15 độ có thể giúp giảm thiểu bắc cầu đến một vài chân, điển hình là một giải pháp lai của các kỹ thuật trên cung cấp giải pháp tối ưu.

Cân nhắc quy trình

Chọn thông lượng phù hợp cho ứng dụng cũng như hồ sơ nhiệt thích hợp có thể có tác động đáng kể đến sự hình thành cầu hàn và chọn một thông lượng thích hợp cho khối lượng nhiệt và hồ sơ sưởi ấm cần thiết có thể có tác động đáng kể đến năng suất tổng thể.

Nói chung, hàm lượng rắn cao hơn mạnh hơn ở nhiệt độ cao hơn và các thông lượng dựa trên nước không hoạt động tốt ở nhiệt độ cao hơn và phù hợp hơn cho các bảng nhiệt thấp hơn.  Đảm bảo nhiệt độ trước nhiệt và thời gian dừng cho bảng của bạn phù hợp với thông lượng của bạn có thể có nghĩa là sự khác biệt giữa kết quả tốt và xấu.  Đốt cháy thông lượng trước khi sóng có thể dẫn đến bắc cầu.

Linh kiện nâng

Một khiếm khuyết phổ biến khác là Các thành phần được nâng lên sau sóng chiếm ưu thế hơn trên các thành phần nhỏ hơn như các thành phần trục hoặc xuyên tâm (nhưng cũng phổ biến trên các đầu nối và các thành phần khác) được nâng lên khi tiếp xúc với sóng và được hàn trong vị trí.  Thực tế phổ biến nhất để giải quyết là thông qua thành phần dẫn trước hình thành và / hoặc pallet giữ xuống.

Cân nhắc thành phần

Đảm bảo các thành phần như các thành phần trục và xuyên tâm được chuẩn bị đúng cách có thể tránh được hầu hết các tình huống nâng.  Chì hình thành hoặc clinching của các dẫn mà cơ học giữ các thành phần tại chỗ là cho đến nay phổ biến nhất.  Thông thường với bắc cầu, dẫn quá dài cũng có thể phóng đại nâng hoạt động như một đòn bẩy để đẩy thành phần ra khỏi vị trí. 

Cân nhắc dụng cụ

Các thành phần khác như đầu nối không thể dễ dàng giữ lại tại chỗ yêu cầu giữ lại bổ sung có thể ở dạng keo hoặc kẹp quá mức như một phần của hàn chọn lọc.

Khi xem xét quá tay để kẹp, khối lượng nhiệt bổ sung được giới thiệu bởi các tính năng này và phải được xem xét vào hồ sơ và có khả năng yêu cầu một thông lượng khác nhau để có hiệu suất tốt hơn.

Cân nhắc quy trình

Chiều cao sóng và việc sử dụng lambda so với dòng chảy laminar cũng có thể góp phần làm tăng sự xuất hiện của việc nâng thành phần.  Đảm bảo chiều cao sóng được thiết lập không quá 50% độ dày PCB tương đối với pallet và việc sử dụng các dòng chảy hỗn loạn nên được giảm thiểu. 

Các cân nhắc khác bao gồm rung băng tải, góc, v.v.

Không đủ hàn

Một khiếm khuyết sóng phổ biến nhất là không đủ hàn và có thể được phân loại là lấp đầy thùng không đầy đủ hoặc làm ướt chu vi không đầy đủ.

Liên quan nhưng thường liên quan nhiều hơn đến ô nhiễm của hàn, bảng hoặc thành phần là khử ướt hoặc không làm ướt.  Với mục đích của đánh giá này, chúng tôi sẽ giả định các thành phần đang trong tình trạng tốt trước khi xử lý.  Các biện pháp tốt nhất để ngăn chặn việc giới thiệu các loại khuyết tật này bao gồm một quy trình kiểm tra đến được thiết lập tốt kết hợp với thử nghiệm nhúng hàn theo IPC-TM-650 cho các thành phần nghi ngờ bị ô nhiễm hoặc oxy hóa.

Cân nhắc thiết kế

Các cân nhắc thiết kế phổ biến là kết nối trực tiếp của mạ qua các lỗ với các mặt phẳng đồng lớn hoạt động như một tản nhiệt trong quá trình hàn sóng.  Để giải quyết, thực hành tốt nhất là cung cấp cứu trợ nhiệt ở các khu vực này để cho phép dòng chảy thích hợp trong quá trình hàn.  Nan hoa nhiệt cung cấp sự cô lập và có thể làm tăng đáng kể xác suất của một khớp tốt.

Hình 2: Kết nối trực tiếp của các lỗ thông qua mạ với các mặt phẳng đồng lớn hoạt động như một tản nhiệt trong quá trình hàn sóng. Cách tốt nhất là cung cấp cứu trợ nhiệt ở những khu vực này để cho phép dòng chảy thích hợp trong quá trình hàn.

Các cân nhắc khác bao gồm đường kính chì thành phần để mạ qua tỷ lệ đường kính lỗ không phù hợp.  Một lỗ được mạ qua quá lớn hoặc quá nhỏ so với chì cũng có thể dẫn đến không đủ. Tỷ lệ khung hình được đề xuất thường lớn hơn 0,6 so với chì thành phần sẽ mang lại kết quả tốt.

Cân nhắc quy trình

Nói chung, điều này đi xuống để truyền nhiệt hoặc không đủ thông lượng vì một trong hai có thể có tác động đáng kể như nhau đối với điền hàn.   Thiếu sự thâm nhập thông lượng hoặc sự hiện diện do hồ sơ quá nóng là những nguyên nhân gốc rễ phổ biến nhất.

Các sản phẩm như Fluxometers sử dụng giấy axit và PCB thiết kế đặc biệt với tấm cách nhau thông thường qua các lỗ có thể được sử dụng để đảm bảo lượng thông lượng và thâm nhập thích hợp (tức là áp suất) được áp dụng để sử dụng tối ưu.

Đánh giá thường xuyên hoặc hàng tháng bao gồm kiểm tra lev hoặc người lái sóng cũng có thể cung cấp một dấu hiệu về mức độ sóng, hồ sơ nhiệt độ và hiệu suất lò tổng thể và được khuyến khích để đảm bảo quá trình trôi dạt liên quan đến thiết bị không phải là một đóng góp cho các khiếm khuyết.

Hình 3: Một máy đo thông lượng có thể được sử dụng để đảm bảo lượng thông lượng và thâm nhập thích hợp được áp dụng để sử dụng tối ưu. 

Khoảng trống hàn

Hàn trống hoặc Out-gassing (Blow Holes và Pin Holes) xảy ra khi một khớp hàn có một lỗ nhỏ xuyên qua bề mặt của kết nối hàn.  Điều này thường là do bẫy độ ẩm trong quá trình hàn ra khí từ khớp.

Cân nhắc quy trình

Giống như các thành phần, bảng mạch in cũng nhạy cảm với độ ẩm nhưng thường không được xử lý theo cách tương tự như các thành phần nhạy cảm với độ ẩm.  Theo nguyên tắc chung, tất cả các PCB nên được coi là MSL 3 và được quản lý như bất kỳ thiết bị nhạy cảm độ ẩm nào khác. 

Best Practice is to ensure PCBs are sealed and only opened just prior to use.  Extended periods between thermal cycle operations like surface mount reflow and wave should be considered when reviewing exposure time.  If a board is not soldered within 72 hours after the previous thermal cycle operation, it should be baked to remove excessive moisture in accordance with J-STD-033 or kept in a dry cabinet with a relative humidity <5% to minimize the risk of such occurrences.

Quả bóng hàn

Các khiếm khuyết hàn bóng và Spatter thường là nơi một quả cầu hàn nhỏ bám vào laminate, điện trở hoặc dây dẫn sau khi hàn sóng.  Thường có 3 loại, ngẫu nhiên, không ngẫu nhiên và giật gân trở lại mà tất cả thường liên quan đến quá trình.

Cân nhắc quy trình

Đối với các quả bóng hàn ngẫu nhiên, đây là những cách dễ giải quyết nhất và thường là kết quả của một thông lượng quá mức trước khi sóng, chiều cao sóng không đồng đều.  Nếu bạn nghe thấy một "sizzle" trong khi hội đồng quản trị đang đi qua hàn sóng nó là một dấu hiệu tốt cho thấy pre-heat là quá thấp hoặc các ứng dụng thông lượng là quá cao hoặc nhiệt độ sóng được đặt quá cao.

Đối với các quả bóng hàn không ngẫu nhiên mà các quả bóng xuất hiện ở cùng một vị trí hoặc chân kéo, điều này phổ biến nhất là do không đủ thông lượng hoặc tiền nhiệt quá cao.

Đối với Splash back, điều này phổ biến nhất là do chiều cao sóng quá cao hoặc nhiễu loạn quá mức trong sóng.  95% các ứng dụng nếu được thiết kế phù hợp chỉ có thể được hàn với dòng chảy laminar và được khuyến nghị để giúp tránh xảy ra.

Thực hành tốt nhất là sử dụng các công cụ như Fluxometer và Waverider để kiểm tra song song và tối ưu hóa thông lượng thích hợp để giảm thiểu sự xuất hiện như vậy.

Cân nhắc dụng cụ

Các khu vực bẫy trong pallet sóng cũng có thể góp phần vào quả bóng hàn, xem xét thiết kế pallet cho dòng chảy hàn để đảm bảo có đủ kênh dòng chảy hoặc lỗ thông hơi để cho phép outgassing trong quá trình hàn có thể giúp giảm thiểu sự xuất hiện của quả bóng hàn và spatter. 

Icicles, Cờ và Hàn quá mức

Icicles & Flags (Horns) và Excessive Solder xảy ra khi một bảng mạch in đi qua một quá trình hàn và thu thập quá nhiều hàn hoặc phát triển một phần nhô ra không mong muốn của hàn từ khớp.  Đóng góp phổ biến nhất là quá trình.

Cân nhắc quy trình

Cho đến nay, lý do phổ biến nhất là nhiệt độ nồi hàn sóng quá thấp hoặc không đủ sống trên nồi hàn.  Thực hành tốt nhất 3-5 giây sống được khuyến khích cho một sự hình thành khớp thích hợp.  Các công cụ như Oven-riders có thể cung cấp một dấu hiệu của sự trôi dạt nhiệt độ nồi hàn đang xảy ra, nó luôn luôn được khuyến khích để đo nhiệt độ nồi hàn thường xuyên để đảm bảo nhiệt độ thích hợp.  Các chỉ số nhiệt độ nồi hàn sóng từ máy không phải lúc nào cũng chuyển thành thực tế và phải được theo dõi.

Phòng ngừa khuyết tật được thực hiện tốt nhất thông qua việc áp dụng các thực tiễn tốt nhất thông qua các đánh giá thiết kế chính thức và thực hiện các điều khiển quy trình xung quanh các thông số sóng chính như nhiệt độ nồi hàn, tiền nhiệt, dừng lại, song song và tối ưu hóa thông lượng.

Các hoạt động như Thiết kế sản xuất (DFM) hoặc Thiết kế lắp ráp (DFA) có thể tiết kiệm đáng kể thời gian trong việc áp dụng các quy tắc thiết kế để đảm bảo cân nhắc thiết kế PCB , yêu cầu nhiệt, khả năng tương thích sản xuất và những người đóng góp liên quan được xác định sớm trong chu kỳ thiết kế, nơi những thay đổi có thể được thực hiện với một phần nhỏ của chi phí.

Điều quan trọng là phải liên kết với các đối tác sản xuất chiến lược sớm để cung cấp phản hồi thiết kế có liên quan về tất cả các khía cạnh của thiết kế vì các quyết định thiết kế được đưa ra sớm có thể ảnh hưởng đến khả năng tồn tại lâu dài và chi phí của sản phẩm trong tổng vòng đời.

Để biết thêm thông tin về Thực tiễn tốt nhất trong sản xuất điện tử – Liên hệ VEXOS ngay hôm nay!  hoặc Gọi 855-711-3227

Vexos, là một công ty Dịch vụ Sản xuất Điện tử Toàn cầu (EMS) và Giải pháp Vật liệu Tùy chỉnh (CMS) cỡ trung, cung cấp các giải pháp quản lý chuỗi cung ứng đầu cuối hoàn chỉnh trong các sản phẩm điện tử và cơ khí cho các nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) và các công ty công nghệ mới nổi.  

Các dịch vụ của Vexos mở rộng trên toàn bộ vòng đời sản phẩm điện tử, từ các dịch vụ kỹ thuật giá trị để phát triển sản phẩm đến tạo mẫu và giới thiệu sản phẩm mới (NPI) cho đến các giai đoạn tăng trưởng, trưởng thành và cuối đời với trọng tâm mạnh mẽ và cam kết về chất lượng và sự hài lòng về dịch vụ khách hàng.

Với các cơ sở tại Hoa Kỳ, Canada và Trung Quốc, Vexos có thể cạnh tranh hiệu quả trên thị trường ngày nay, chủ yếu tập trung vào các phân khúc thị trường ô tô, công nghiệp, mạng, truyền thông, y tế và an ninh.  Vexos cho phép khách hàng của họ tập trung vào hoạt động kinh doanh cốt lõi của họ, giảm chi phí của bạn, tăng tốc thời gian tiếp thị của bạn và đạt được lợi thế cạnh tranh.

Brain Morrison, Phó chủ tịch kỹ thuật của Vexos, chịu trách nhiệm trực tiếp về quy trình, thử nghiệm và phát triển, tập trung vào khách hàng mới và giới thiệu sản phẩm mới. Morrison đã hỗ trợ phát triển lộ trình, hệ thống và quy trình công nghệ của công ty, kỹ thuật giá trị, quản lý môi trường và các sáng kiến sản xuất để thúc đẩy chi phí thấp hơn, các giải pháp linh hoạt và đổi mới sản xuất.