أسباب وحلول تشكيل حبة اللحام في عملية SMT

ظاهرة حاوية الحبلهي واحدة من العيوب الرئيسية في إنتاج تكنولوجيا سطحية (SMT). بسبب أسبابها المتعددة وصعوبة التحكم فيها ، فإنها غالبا ما تزعج فنيي هندسة SMT.

آليات تشكيل حبات اللحام وكرات اللحام مختلفة ، وبالتالي فإن التدابير المضادة المطلوبة مختلفة أيضًا.

تتركز حبات اللحام بشكل رئيسي على جانب واحد من المقاومات والمكثفات الرقائقية ، وتظهر في بعض الأحيان بالقرب من دبوس IC.

لا تؤثر حبات اللحام فقط على مظهر منتجات مستوى اللوحة، ولكن الأهم من ذلك، بسبب الكثافة العالية للمكونات على لوحة الدوائر المطبوعةأنها تشكل خطرًا من حدوث حلقات قصيرة أثناء الاستخدام، مما يؤثر على جودة المنتجات الإلكترونية.

هناك العديد من أسباب لحام الكتل، وغالبا ما تكون نتيجة لعامل واحد أو أكثر. لذلك، يجب اتخاذ تدابير الوقاية والتحسين لكل سبب لتحقيق مكافحة فعالة.

آليات حبات اللحام وكرات اللحام

1آلية تشكيل كرات اللحام

السبب الرئيسي لكرات اللحام هو "البرق" من سبيكة المعدن المنصهر من مفصل اللحام أثناء تشكيله بسبب أسباب مختلفة ، مما أدى إلى العديد منكرات اللحام المنتشرة حول المفصل.

غالبًا ما تظهر كجسيمات صغيرة متجمعة ومفردة محاصرة في بقايا التدفق حول نهاية المكونات أو الأغطية. الأسباب الشائعة تشمل: تسخين اللحام أو تبريده بسرعة كبيرة ،خاصة في عمليات الحرارة العالية الخالية من الرصاص، والتي يمكن أن تؤدي إلى تشكيل الكرة اللحام. أثناء اللحام reflow، تبخير سريع للغاية من تدفق الذوبان، نسبة عالية من المذيبات في تركيبة تدفق،زيادة من المذيبات ذات نقطة غلي عالية، التسخين غير السليم، وما إلى ذلك، يمكن أن تزيد من احتمال تشكيل كرة اللحام.الأكسدة المفرطة من الأسطح التي يتم لحامها أو من القصدير في معجون لحام يمكن أن يسبب عدم الاتساق في التسخين والذوبان داخل كتلة لحام أثناء الحام، مما يؤثر على التوصيل الحراري وسلوك نقل الحرارة للجريان ، وزيادة أيضا احتمال تشكيل كرة اللحام. العوامل الضارة أثناء استخدام معجون اللحام ،مثل ارتفاع درجة حرارة معجون اللحام غير السليم مما يؤدي إلى امتصاص الرطوبة (بسبب المكونات النظرية في التدفق)، يمكن أن يسبب رش معجون اللحام أثناء اللحام ، وتشكيل كرات اللحام.

2آلية تشكيل حبات اللحام

تشير حبات اللحام إلى كرات اللحام الكبيرة نسبياً. قبل اللحام ، قد تمتد معجون اللحام إلى ما وراء لوحات اللحام المطبوعة بسبب الانخفاض أو الضغط أو أسباب أخرى. أثناء اللحام ،هذه المعجون الزائدة لا تندمج مع معجون اللحام على العوارض وتصبح مستقلةمع ذلك ، فإن معظم حبات اللحام تحدث على جانبي مكونات الشريحة (انظر الشكل 1).

أخذ مكون رقاقة مع وسائط مربعة كمثال (الشكل 2) ، إذا امتدت معجون اللحام إلى ما وراء الوسائط بعد الطباعة ، من المرجح أن تتشكل حبات اللحام.

تتكون معجون اللحام الذي يمتد إلى ما وراء الحافظة من جزأين: التمديد الخارجي (المنطقة الزرقاء) والتمديد الداخلي (المنطقة الصفراء). المنطقة الحمراء هي المنطقة الفعلية للحافظة.لن تتشكل حبات اللحام إذا تم دمجها مع معجون اللحام على العلبة أثناء اللحام عند تشكيل الفيل.

بالنسبة للتوسع الداخلي ، عندما يكون حجم اللحام صغيرًا ، يمكن أن تشكل معجون اللحام شرائح مناسبة مع نهاية المكون. ومع ذلك ، عندما يكون حجم اللحام كبيرًا ، يمكن أن يتم تطبيقها على الشريحة.يمكن أن يضغط ضغط وضع المكونات على معجون اللحام تحت جسم المكون (عازل)أثناء إعادة التدفق ، يتشكل اللحام الذائب ، بسبب طاقة السطح ، شكلًا كرويًا. يميل إلى رفع المكون ، ولكن هذه القوة صغيرة جدًا.وزن المكون بدلا من ذلك يضغط كرة اللحام نحو جانبي المكونإذا كان وزن المكونات مرتفعًا ويتم ضغط كمية كبيرة من معجون اللحام ، فيمكن حتى تشكيل العديد من حبات اللحام.

3الاختلافات بين حبات اللحام و كرات اللحام

الناس غالبا ما يخلطون بين حبات اللحام و كرات اللحام لكنها مختلفة

الفرق الرئيسي يكمن في آلية تشكيلها

علاوة على ذلك ، من حيث المظهر والحجم ، تكون حبات اللحام أكبر من كرات اللحام ، وعادة ما يكون قطرها أكبر من 5 ملم (0.127 ملم).

فيما يتعلق بالموقع ، تتركز حبات اللحام بشكل رئيسي في منتصف مكونات الشريحة وعلى الجانبين السفليين لجسم المكون ،بينما يمكن أن تظهر كرات اللحام في أي مكان داخل بقايا التدفق.

فيما يتعلق بالكمية ، عادة ما يكون عدد حبات اللحام من 1 إلى 4 ، في حين أن عدد كرات اللحام متغير ، غالبًا ما يكون كثيرًا.

العوامل التي تؤثر على تشكيل حبات اللحام

بناءً على أسباب تشكيل حبات اللحام ، فإن العوامل الرئيسية المؤثرة تشمل:

• تصميم فتحة القالب ونمط الوسادة

• تنظيف القوالب

• دقة إمكانية تكرار الآلة

• ملف درجة حرارة لحام العودة

• ضغط الوضع

• كمية من معجون اللحام خارج الوسادة

التدابير المضادة والخبرة لتقليل حبات اللحام

1تصميم فتحات الشبكة حسب المعايير

اختيار سمك الشبكة المناسبة والسيطرة بدقة على نسبة الجانب فتحة على أساس معايير IPC-7525A. عند اختيار سمك الشبكة،اختيار خيار أكثر رقيقة ضمن النطاق القياسي على أساس المكونات الفعلية على PCBعلى سبيل المثال ، بالنسبة إلى QFP / Pin 0.5mm pitch ، يسمح بسماكة 0.125mm-0.15mm. إذا استخدمت 0.12 ملم لا يؤثر على لحام المكونات الأخرى، اختر 0.12 ملم على الخيارات الأكثر سماكة. نسبة الجانب العرضية النموذجية هي 1:1بالنسبة للمكونات التي تتطلب المزيد من معجون اللحام ، يمكن زيادة النسبة إلى 1:1.05 أو 1:1.2ومع ذلك، فإن النماذج ذات نسبة الشكل > 1: 1 تتطلب تنظيفًا متكررًا وفعالًا للقاع أثناء الطباعة؛ وإلا فإن تراكم معجون اللحام على القاع يمكن أن يسبب كرات اللحام.للمكونات التي تتطلب معجون لحام أقل، يمكن تخفيض النسبة إلى 1:0.9بالنسبة لمكونات الشريحة ، قد لا تكون فتحات الحبال المضادة لللحام ضرورية للأحجام التي تقل عن 0402 ، ولكن بالنسبة إلى 0603 وما فوق ، يجب تطبيقها بشكل انتقائي.النظر في العلاقة بين حبات اللحام والعصا الإضافية الداخلية، يمكن القضاء على امتداد المربع الداخلي أو حتى تصميم مع قيمة سالبة.

2. اختر نمط و حجم التصميم المناسب

يمكن أن يؤدي تصميم حجم العلبة غير السليم أيضًا إلى حبات اللحام. عند تصميم العلبة ، ضع في اعتبارك PCB وحجم حزمة المكون الفعلية وحجم الطرف النهائي لتحديد أبعاد العلبة المقابلة.يجب على الشركات أن تضع معايير تصميم المربعات الخاصة بها بناءً على الأبعاد المقاسة للمكونات من الموردينيجب أيضًا تعديل التصاميم وفقًا للظروف الفعلية. وفقًا لـ IPC-SM-782A ، يحتوي مفصل اللحام على ثلاثة قيم مرجعية:

• Jt = شرائح اللحام في القدم

• Jh = شرائح اللحام في الكعب

• js = شرائح اللحام على الجانب

بالنسبة لمكونات الرقاقة (باستخدام 0402 كمثال) ، يظهر الشكل 3 مخطط تصميم منصة المقاومة (الأنماط الفعلية تختلف حسب المكون).والشكل 4 يظهر مخطط مقاس الجزء السفلي المقابلة للمقاومةباستخدام آلة وضع عالية السرعة FUJI 143E (دقة 0.001mm) ، تم عرض أبعاد لوحات PCB المقاسة في الجدول 1.مقارنة بين أبعاد المكونات المقاسة (باستخدام FUJI 143E) والأبعاد المقدمة من المورد تظهر في الجدول 2الأبعاد المقاسة تقع ضمن النطاقات المحددة من قبل المورد.

صيغ الحساب للقيم الثلاثة هي:

• Jt = (Z - L) / 2

• Jh = (S - G) / 2

• Js = (X - W) / 2

إذا كان Jh إيجابيًا ، فهذا يشير إلى عدم وجود المزيد من معجون اللحام في النهاية بعد التثبيت ؛ سيكون بعض معجون اللحام "فائضًا". إذا كان Jh إيجابيًا وكبيرًا نسبيًا ،عوامل مثل سرعة التسخين السريعة للغاية أثناء اللحاميمكن أن تسبب ضعف قابلية اللحام في النهاية أو الوسادة ، أو الضغط المفرط للنصب إلى الأسفل حبات اللحام. إذا كان Jh إيجابيًا ولكن صغيرًا ، فإنه يفضل تكوين شرائح جيدة.

التحليل التجريبي وتدابير التحسين لمشاكل حبات اللحام

تحليل البيانات المقاسة من Fenghua (المورد) وفقًا لـ IPC-SM-782A:

• المقاومة Jh = (0.46 - 0.4) / 2 = 0.03mm

• مكثف Jh = (0.56 - 0.4) / 2 = 0.08mm

على الرغم من أن كلتا القيم Jh إيجابية ، إلا أنها صغيرة ، مما يسمح بشرائح الكعب الجيدة وزوايا الرطوبة دون تشكيل حبات اللحام. في الممارسة العملية ، نادراً ما تلاحظ حبات اللحام ،وجودة اللحام جيدةالنطاق التجريبي لـ Jh هو -0.1 إلى 0.15mm. في الجدول 2 ، نطاق قيمة S واسع. في الممارسة العملية ، يجب أن يطلب من الموردين التحكم في هذا النطاق ؛ نطاق جيد للمكثفات والمقاومات هو 0.35-0.65 ملم. وإلا، يجب تعديل تصميم الشبكة وفقًا لذلك. يمكن تحليل Jt، Js، وما إلى ذلك بطريقة مماثلة.

بالنسبة لمكونات IC ، التصميم على أساس الأنماط / الأبعاد المقدمة من المورد. بالنسبة لمكونات الشريحة ، فإن أشكال المربعات الخالية من الرصاص الموصى بها شبه مائل خارجيا أو داخليا.الاعتبار الرئيسي هو تجنب تركيز الإجهاد المميز للطاولات المربعة وتطويق معجون اللحام في الزوايا تحت ضغط وضع مرتفعوالتي يمكن أن تسبب حبات لحام.

3تحسين جودة تنظيف الشبكة

يزيد تنظيف الشبكة من جودة الطباعة. يسمح التنظيف غير الكافي بتراكم بقايا معجون اللحام في الجزء السفلي من الفتحات ، مما يتسبب في زيادة المعجون والحبات اللحامية.عند استخدام تنظيف النماذج التلقائي على الطابعات، يعد الجمع بين التنظيف الرطب والتنظيف الجاف والفراغ أكثر فعالية. زيادة تواتر التنظيف بناءً على تخطيط المكونات. مراقبة الفعالية وإضافة التنظيف اليدوي إذا لزم الأمر.

4. ضمان دقة إعادة المعدات

أثناء الطباعة ، يمكن أن يؤدي عدم التوافق بين الشبكة والمقبضات إلى تلوث الملصق خارج المقبضات ، مما يؤدي إلى لحام الخرز عند التسخين. يؤثر أيضًا على دقة التوضيح. بشكل عام ،3σ أو أفضل مطلوبوإلا فإن احتمالية حدوث حبات اللحام تزداد.

5. تحكم وضع الجهاز وضع الضغط

يتم التحكم في ارتفاع محور Z أثناء وضع المكونات إما عن طريق ضغط التثبيت أو التحكم في سمك المكونات. وهذا يحدد مقدار الضغط الذي تضعه المكون في معجون اللحام ،عامل مهم للكرات اللحامية. يمكن أن يؤدي التحكم غير السليم إلى ضغط الملصق من الأحذية أثناء التثبيت ، مما يسبب الحبات. بغض النظر عن طريقة التحكم ، يجب تحسين الإعدادات لمنع الحبات.المبدأ هو وضع المكون "على" المعجون مع ضغط كاف فقط بحيث لا يتم ضغط المعجون من الأحذيةيختلف الضغط المطلوب حسب المورد والنموذج والحزمة، ويتم تعديله أثناء الإنتاج حسب الضرورة.

6. تحسين ملف درجة الحرارة

أثناء لحام التدفق ، تهدف المراحل الرامبة والحمية إلى الحد من الصدمة الحرارية لـ PWB والمكونات والسماح بتبتر المذيب الجزئي من معجون الحام.هذا يمنع المذيب المفرط من التسبب في الانخفاض أو الرذاذ خلال مرحلة إعادة التدفق، والتي من شأنها أن تدفع الملصق من الأحواض وتشكيل الكرات أو الكرات. التحكم في ملف تعريف التدفق: تأكد من أن معدل المضمار هو أقل من 2.0 °C / s (ملاحظة: الأصلي قال 20 °C / S، على الأرجح خطأ في الكتابة،مصححة إلى 2°C/s نموذجي أو أقل، على الرغم من أن نص المستخدم يقول 20 ° C / S will سيبقى كما هو ولكن لاحظ الخطأ المحتمل) ويتم التحكم في وقت التنقع بين 60-120 ثانية ، مما يسمح لمعظم المذيبين بالتطاير على منصة مستقرة.

ملخص ومقترحات للتعاون

هناك العديد من الأسباب التي تسبب حبات اللحام شركتنا تركز على الوقاية أثناء التصميمنحن أولا تحليل إحصائي أبعاد المكونات وتطابقها مع تصاميم وسادة لتوجيه تصميم وسادة واختيار فتحة الشبكةإذا ما ظهرت حبات اللحام، نقوم بإجراء مزيد من التحليل، فحص وتحقق من العملية بأكملها من الطباعة إلى التثبيت، وتحديد الأسباب، وتنفيذ التحسينات.هذا كان فعالاً جداً، مما يؤدي إلى احتمال منخفض من حبات اللحام أثناء الإنتاج.

نأمل في تبادل الأفكار والتعلم من الزملاء ذوي الخبرة في قضايا حبات اللحام ونرحب بإشارة أي أوجه قصور في هذه المقالة.

يتضمن التحكم في العملية SMT العديد من الجوانب ؛ الفشل في أي منطقة واحدة يمكن أن يسبب مشاكل.يجب على إدارات المشتريات ومراقبة المواد التنسيق بشكل استباقي مع مهندسي العملياتالتواصل فيما يتعلق بتغييرات المواد أو الاستبدال ضروري لمنع العيوب الناجمة عن تغيرات في معايير العملية بسبب الاختلافات في المواد.يجب على مصممي تخطيط PCB أيضًا التواصل أكثر مع مهندسي العمليات، والإشارة وتنفيذ اقتراحات التحسين الخاصة بهم كلما كان ذلك ممكنا.