Селективная сварка

Селективная сварка Инструменты

Пайка волной, также известная как пайка потоком, обычно выполняется в атмосфере защитного газа, поскольку использование азота дает возможность уменьшить дефекты припоя. Хотя процесс пайки волной может быть разработан для обеспечения большей безопасности, он имеет явные технологические ограничения. Осуществить монтаж печатных плат каждый клиент может выбрав соответствующую услугу на сайте.

Селективная пайка также является разновидностью пайки волной и представляет собой единственно возможный метод пайки, когда компоненты со сквозными отверстиями должны быть припаяны с обеих сторон двухстороннего узла печатной платы.

Хотя пайка волной может быть успешно использована для производства больших объемов продукции, поскольку она является формой массовой пайки, она имеет ряд недостатков, включая:

— больший расход припоя;
— больший расход флюса;
— повышенное потребление электроэнергии;
— повышенное потребление азота;
— дополнительная маскировка чувствительных точек на печатных платах;
— повышенная потребность в повторной обработке после пайки волной припоя;
— дополнительная очистка поддонов или масок отверстий для пайки волной припоя;
— дополнительная необходимость в очистке паяных узлов.

Из-за этих недостатков общие эксплуатационные расходы на типичную машину для пайки волной могут быть в пять раз выше по сравнению с машиной для селективной пайки.

Селективная пайка — это вариант пайки волной, используемый в основном для пайки печатных плат, которые частично или даже полностью собраны из компонентов со сквозными отверстиями. В машинах для селективной пайки инертизация азотом является стандартной, а паяльный горшок выполнен из титанового материала, чтобы противостоять коррозионному воздействию агрессивных припоев без свинца.

Селективная пайка в большинстве случаев состоит из трех этапов: 1) флюсование или нанесение жидкого флюса, 2) предварительный нагрев или сборка печатной платы и 3) пайка с помощью специальной насадки для пайки.

Читайте также:  Пайка металлов. Способы, материалы, припои, флюсы для пайки металлов

Благодаря присущей этому процессу гибкости селективная пайка может успешно использоваться для пайки широкого спектра узлов печатных плат и имеет ряд неоспоримых преимуществ, включая:

— оптимизация процесса может быть достигнута надежно и быстро;
— обеспечивается надежное паяное соединение без перегрева компонентов;
— воспроизводимость процесса гарантирована;
— исключается использование дорогостоящих паллет или масок для пайки апертурной волной припоя.

Какой вид пайки выбрать для осуществления ваших технических целей — зависит только от ваших желаний и возможностей.

Селективная сварка

Несмотря на всю популярность технологии поверхностного монтажа, выводной монтаж все еще широко используется при сборке электронных изделий. По ряду экономических и технологических причин при работе с изделиями со смешанным монтажом компонентов в некоторых случаях наиболее выгодным является применение систем селективной пайки. Но как у любой технологии, у селективной пайки также есть свои сложности, решение которых — первоочередная задача производителей оборудования.

Еще совсем недавно при создании управляющих программ селективной пайки технолог или программист должны были выбрать оптимальный диаметр наконечника, достаточно большой для обеспечения максимальной производительности и не слишком большой для обеспечения максимальной паяемости всех компонентов на плате (в противном случае к некоторым выводам будет не подобраться без ущерба для окружающего монтажа). Теперь это в прошлом. Современные системы селективной пайки компании Pillarhouse (Великобритания) в состоянии автоматически оперативно менять наконечники в ходе выполнения одной программы. Такая возможность позволяет существенно оптимизировать управляющую программу пайки и значительно увеличить производительность.Другой подход к оптимизации процесса пайки предлагает автоматическая система селективной пайки OrissaMPR (компания Pillarhouse). В этой системе две ванны расплава припоя, вращающиеся на 360 градусов, позволяют применять два любых наконечника (см. рис. 4). Таким образом, в ходе выполнения одной программы можно применить сразу два наконечника круглого сечения, наконечник JetWave (для пайки разъемов) и наконечник круглого сечения (для допайки прочих выводных компонентов), наконечник круглого сечения и широкую волну, описанную выше.

Однако, параметр «производительность» определяется не только скоростью пайки. Существенное влияние на время цикла оказывает время, затрачиваемое на загрузку/выгрузку платы. Хорошим вариантом увеличения производительности является метод применения двух одинаковых наконечников, зафиксированных на подвижной каретке с шагом мультипликации платы. В такой ситуации происходит синхронная пайка двух мультиплицированных плат и увеличение производительности системы более чем в два раза.Время перезагрузки платы в отдельно стоящих машинах напрямую связано с расторопностью оператора. Однако даже самые проворные операторы не в состоянии открыть машину, снять фиксаторы платы, поставить новую плату, зафиксировать ее и закрыть машину быстрее, чем это физически возможно для человека.Сегодня время перезагрузки платы в новой системе селективной пайки JadeHandex компании Pillarhouse (см. рис. 5) стремится к нулю. Извлечение запаянной платы и установка новой платы происходят во время пайки третьей платы. А после того как плата запаяна, оператору следует просто поменять запаянную и новую плату местами, провернув их по кругу.Наиболее медленные среди конвейерных систем (с точки зрения перезагрузки платы) — машины с манипулятором, поскольку требуют времени на забор платы с конвейера, перемещение к наконечнику для пайки и на обратный путь. В некоторых из таких машин на выполнение этих операций может затрачиваться до 30 секунд. Несколько лучше обстоят дела у систем, в которых пайка платы происходит прямо на направляющих конвейера. Еще дальше продвинулась конвейерная система нового модуля селективной пайки Synchrodex (компания Pillarhouse) (см. рис. 6).

Конвейерная система этой установки выгружает отработанную плату и загружает следующую одновременно, а не последовательно, как это было раньше. В сочетании с несомненными достоинствами конфигурации системы, при которой процессы нанесения флюса, предварительного нагрева и пайки могут быть осуществляться параллельно в нескольких разных модулях, такая синхронная передача платы существенно увеличивает общую производительность системы селективной пайки. Кроме того, модули Synchrodex позволяют применять любые типы наконечников, включая оснастку для групповой пайки, разнося пайку платы на несколько модулей и разбивая программу на разные процессы пайки: пайку окунанием и селективную пайку. Безусловно, работая одновременно с несколькими платами, с применением любых типов наконечников и возможностью автоматической смены наконечника, система Synchrodex является самой производительной из существующих установок селективной пайки.Очевидно, что селективная пайка не работает без азота, и также очевидно, что самым оптимальным путем получения азота в нужных объемах и нужной чистоты на протяжении всего срока эксплуатации оборудования являются адсорбционные генераторы азота. Закупка баллонов с азотом не дает стабильного качества газа, грозит перебоями в работе и экономически не рентабельна. Криогеника — очень сложный процесс, который не оправдывается с экономической точки зрения при столь малых расходах азота. А мембранные генераторы не дают нужной чистоты. Чтобы избавить потребителя от процесса поиска и выбора генератора, компания Pillarhouse предлагает новое устройство — Pillargen40 (см. рис. 7). Это генератор азота с производительностью 40 литров в минуту, управление и контроль которого интегрированы в саму систему селективной пайки.

Таким образом, выбор системы селективной пайки сопряжен с рядом вопросов, которые необходимо продумать заранее. Причем в силу наблюдающихся тенденций в радиоэлектронной промышленности, среди которых основными являются уменьшение партий собираемых изделий, увеличение вариантов партий собираемых изделий, а также ужесточение требований к качеству и надежности собираемых изделий, — критерии выбора системы селективной пайки становятся все более и более жесткими. И компания Pillarhouse, некогда разработавшая технологию селективной пайки, была и остается лидером в этой технологии, задающим уровень и темп ее развития, так как именно эта компания предлагает производителям электроники всего мира современное оборудование исключительной надежности и гибкости.

В статье обсуждаются вопросы повышения качества производства электронных изделий, рассматриваются особенности процесса автоматической селективной пайки, требования к разрабатываемым печатным платам, а также методика выбора паяльных сопел.

Бурный рост рынка радиоэлектронной промышленности способствует развитию конкуренции с ярко выраженной ценовой политикой уменьшения стоимости продукции. Именно поэтому для компаний, выпускающих электронное оборудование, крайне важной задачей является снижение затрат на издержки производства при сохранении высокого качества выпускаемой продукции. Ручная пайка и ремонт готовых изделий являются нецелесообразными из-за роста требований к качеству выпускаемой продукции. Платы с высокой плотностью расположения компонентов, многослойные печатные платы со сложной структурой, элементы с малым шагом и «тонкие» компоненты нельзя эффективно обработать в процессе ручной пайки. При производстве с ручной обработкой следует всегда помнить о скрытых издержках, связанных с поддержкой высокого уровня производительности путём увеличения рабочих мест, браком готовой продукции, обучением персонала. Ручная пайка практически невозможна в случае применения бессвинцовых припоев, т.к. слишком высок риск того, что микросхемы и компоненты получат термоудар. Основная задача, решаемая при переходе на автоматическую селективную пайку, заключается в обеспечении максимального качества выпускаемой продукции при минимальном браке. Соблюдение требований к разработке печатных плат имеет огромное значение при переходе на автоматическую селективную пайку. Например, правильное расположение компонентов на печатной плате, учитывающее минимально допустимое расстояние между их соседними выводами, позволит избежать появления перемычек, а соблюдение необходимого расстояния до компонентов, которые не должны смачиваться припоем в процессе пайки, поможет избежать их повреждения.Правильный выбор оборудования и его конфигурация также играют важную роль при производстве. Правильный выбор диаметра сопла, его типа — смачиваемое или несмачиваемое, помогают повысить качество готовой продукции. Внедрение современных технологий в установки автоматической пайки позволяет избежать дефектов при производстве. Так, например, «технология ножа» в установках селективной пайки погружением позволяет избежать появления перемычек и «мостов» между выводами компонента.

С чего начать?

Селективная пайка окунанием с мультинасадками (см. рис. 2). С помощью специальных мультинасадок одновременно обрабатываются сразу все выводы печатной платы. Мультинасадки уникальны и разрабатываются под каждый тип печатных плат.

Требования к печатным платам

Чтобы избежать осложнений процесса пайки, необходимо обеспечить минимально допустимое свободное пространство вокруг ее мест. Для смачиваемости монтажных отверстий и для снижения вероятности образования перемычек следует учитывать требования к длине выводов компонентов. Кроме того, правильный выбор сопла пайки способен уберечь продукцию от этих дефектов.

Минимально допустимое свободное пространство вокруг мест пайки

Для максимального качества пайки миниволной применяются сопла с минимальным внутренним диаметром 3 мм и внешним диаметром 4 мм.При использовании метода окунания с мультинасадками минимальный размер сопла составляет 5×8 мм.Пайка окунанием с мультинасадкой предполагает минимальное расстояние не менее 2 мм между выводами компонента для пайки и между соседними компонентами, которые не должны быть затронуты при пайке. При использовании минимальной мультинасадки размерами 5×8 мм длина и ширина контактной группы выводов должна быть не более

9 и 12 мм, соответственно (см. рис. 3).

В зависимости от требований к выпускаемым печатным платам, размер минимально допустимого пространства можно уменьшить. Эти данные следует учитывать при использовании селективной пайки миниволной.Необходимо обеспечить минимальное расстояние 2 мм по трём сторонам от точки пайки вывода компонента и 5 мм — с одной стороны группы выводов в случае использования несмачиваемых сопел для корректного отделения припоя (см. рис. 4). Если зазор в 5 мм нельзя обеспечить, используются смачиваемые паяльные сопла либо выполняется пайка печатной платы под углом (см. рис. 5)Если при разработке печатных плат невозможно сохранить минимально возможный зазор в 2 мм по трём сторонам от точки пайки, соседние SMD-компоненты следует расположить параллельно направлению пайки. В противном случае их может смыть при прохождении волны припоя (см. рис. 6).

При пайке миниволной существуют требования к компонентам, расположенным на плате со стороны пайки. Если высота компонента больше 10 мм, то расстояние до сопла пайки должно быть не меньше высоты компонента.

Повышение наполняемости монтажных отверстий

Образование перемычек между соседними выводами компонента — один из самых распространённых дефектов при селективной пайке. Часто это дефект связан с небольшим расстоянием между соседними выводами компонента. При пайке окунанием с мультинасадками минимальное расстояние между выводами компонента составляет 2,54 мм, а в случае пайки миниволной — 1,27 мм. При соблюдении этих параметров машина значительно уменьшает вероятность появления перемычек, даже при пайке под углом и при использовании смачиваемых сопел. Имеет значение и длина вывода компонента. При пайке окунанием с мультинасадками минимальная длина вывода компонента должна быть более 2,5 мм (см. рис. 8), при пайке миниволной под углом — 1 мм (см. рис. 9). Менее длинные выводы компонента могут привести к образованию гантели неправильной формы или к образованию шипов.

Часто правильный выбор паяльного сопла для систем пайки окунанием с мультинасадками значительно уменьшает риск образования перемычек. Так называемые разделительные ножи, установленные внутри сопла, помогают предотвратить появление перемычек (см. рис. 10). Такие сопла позволяют паять печатные платы окунанием при расстоянии между соседними выводами вплоть до 2 мм и длиной вывода 2 мм.

Исключение образования шариков припоя

Процесс образования шариков припоя более характерен для бессвинцовых припоев. Высокие температуры в процессе пайки негативно влияют на неё и на возможность появления шариков припоя. Для предотвращения образования шариков припоя печатные платы необходимо предварительно нагревать перед пайкой. Изоляция поверхности вокруг контактной группы также способствует лучшему теплообмену, что уменьшает вероятность появления шариков припоя (см. рис. 11).

Сопла при пайке окунанием с мультинасадкой позволяют уменьшить вероятность появления шариков припоя путём его точного направления на контактную плошадку. Последующее удаление припоя через специальные пластины внутри сопла исключает контакт с поверхностью печатной платы.

Среди всех автоматизированных процессов пайки селективная пайка, пожалуй, самая требовательная технология. Необходимо обладать знаниями об особенностях этого процесса и используемых материалов, иметь определённый опыт для грамотного внедрения данной технологии. Современные системы автоматической селективной пайки позволяют решить большую часть трудностей, которые возникают при производстве. Такие машины исключают процессы ручной пайки как экономически невыгодные и неэффективные и позволяют повысить качество выпускаемой продукции.

Селективная сварка

В статье представлены установки селективной пайки компании RPS Automation, рассмотрены их особенности и уникальные преимущества. Эти системы ориентированы на решение задач как мелкосерийного многономенклатурного производства, так и среднесерийного и серийного. Установки селективной пайки RPS Automation отличаются высокой точностью, надежностью, гибкостью, удобством и быстротой освоения и удобным программным обеспечением. По нескольким ключевым показателям установки RPS Automation являются лучшими, из представленных сейчас на рынке.

Сегодня установки селективной пайки и соответствующие процессы не просто являются альтернативой ручному монтажу или пайке волной, а представляют собой отдельный высокоэффективный класс систем, который с бурным развитием технологии поверхностного монтажа занял свое собственное место в технологических парках предприятий и установил новый уровень эффективности среди автоматизированных процессов пайки.

Современная установка селективной пайки— это комплекс узлов и систем, включающий модуль пайки с системой циркуляции припоя и паяющей насадкой или несколько модулей, систему перемещения, флюсователи, систему подачи азота, средства распознавания реперных знаков и целый ряд других элементов, особое место среди которых занимают система управления и программное обеспечение. К оборудованию селективной пайки предъявляется традиционный комплекс требований в части производительности, надежности, эргономичности, экономичности, удобства обслуживания, быстроты освоения и программирования и массогабаритных характеристик. Специфичными для установок селективной пайки являются следующие требования:

  • возможность работы с теплоемкими и миниатюрными узлами,
  • возможность пайки в условиях плотного размещения компонентов и пайки компонентов с плотным расположением выводов,
  • стабильность геометрии волны и температуры в области пайки,
  • гибкость работы и возможности системы флюсования,
  • воспроизводимость процессов.

Наличие удобных средств наблюдения и управления процессом пайки в установках селективной пайки имеет особое значение.

Компания RPS Automation ) более 20 лет разрабатывает и производит установки селективной пайки и является признанным мировым лидером в этой области. Достижение высочайших показателей в отрасли стало возможным благодаря выбору лучших решений при разработке и конструировании систем и комплексной их интеграции в единое целое . 1).

Селективная сварка

В настоящее время компания RPS предлагает три модели установок селективной пайки: Rhythm Slide .1), Rhythm иRhythm SPX расположены в порядке возрастания размеров рабочей области). Модель Rhythm Slide ориентирована на задачи мелкосерийного многономенклатурного производства и эксплуатацию в качестве отдельно стоящей машины. А установки Rhythm иRhythm SPX имеют возможность интеграции в конвейерные линии с интерфейсом SMEMA.

Селективная сварка

Модели RPS отличаются небольшими габаритными размерами .2). Этого удалось достичь за счет выбора в качестве подвижного элемента модуля пайки, а не печатного узла. В установке Rhythm Slide модуль пайки перемещается в горизонтальной плоскости по осям X и Y, а печатный узел — в вертикальной, по оси Z. В установках с возможностью включения в конвейерную линию модуль пайки перемещается повсем трем осям, а печатная плата вовремя пайки и флюсования остается неподвижной.

Система перемещения во всех установках RPS выполняется на сервоприводах с шариковинтовой парой ). Такое решение позволяет достигать существенно большей точности и повторяемости позиционирования паяющей головки и флюсователей по сравнению с используемыми в ряде систем шаговыми двигателями. Точность позиционирования по всем осям— не хуже ±50мкм. Конструкция установки предусматривает защиту элементов приводов от воздействия компонентов рабочей среды.

Селективная сварка

Модуль пайки и система подачи припоя

Модуль пайки является основным компонентом установок RPS . 2). Вместе с системой подачи и циркуляции припоя с паяющей головкой на модуле пайки располагаются флюсователи, система технического зрения, система подготовки азота и камера наблюдения за процессом пайки RPS LiveView. Все компоненты модулей пайки установок RPS совместимы со свинцовой и бессвинцовой технологией. Подача припоя к месту пайки осуществляет через подъемный конус и насадку. Припой нагнетается погруженной в ванну крыльчаткой, которая приводится в движение шаговым двигателем, соединенным с валом крыльчатки ременной передачей. Ремень — армированный, из теплостойкого материала.

Все элементы, контактирующие с припоем, выполняются из высококачественных материалов, стойких к длительному контакту с ним.

Конструкция элементов привода, крышки ванны и коллектора оптимизированы с учетом минимального контакта расплавленного припоя с воздухом для минимизации образования шлака. Все чувствительные к высокой температуре элементы модуля пайки охлаждаются сжатым воздухом. Управление температурой осуществляется с помощью ПИД-регулятора.

Селективная сварка

Насадки с волной типа »

Лучшие характеристики по минимальному отступу и допустимой длине выводов, высокая стабильность волны и воспроизводимость процесса достигаются благодаря разработанным в компании RPS уникальным насадкам с миниволной типа ». Конструкция насадок позволяет получить высокую стабильную волну с зауженным профилем. Особая форма волны, с одной стороны, позволяет обеспечить наименьший минимальный отступ для системы в целом, а с другой— работать с большей теплопередачей в условиях ограниченного пространства.

Селективная сварка

Насадки изготавливаются из хорошо смачивающегося припоем сплава на основе хрома. В ассортименте стандартных насадок представлены изделия с внутренним диаметром от 1,5до20мм . 3). Кроме того, в комплект установки могут входить насадки традиционной волны и изготавливаемые под заказ насадки специальной формы . 4).

Система подачи азота

В установках компании RPS используется уникальная система подачи азота RPS DirectHeat . 5) с независимым подогревом. Коллектор системы выполнен на основе объемной пористой металлической структуры, которая позволяет равномерно распределить азот вокруг паяющей насадки и по области пайки. Независимый нагрев азота перед подачей в коллектор позволяет повысить тепловую эффективность системы, так как тепло не отбирается у припоя, а наоборот, подводится вместе с азотом в область пайки дополнительно. Это решение является уникальным на рынке и позволяет установкам RPS эффективно работать даже с крупными теплоемкими узлами без использования какого-либо дополнительно или предварительного подогрева. Однако по желанию заказчика все три типа установок могут быть укомплектованы инфракрасным подогревателем. Температура азота контролируется ПИД-регулятором. Преимуществом установок селективной пайки RPS является малый расход азота. На одном стандартном баллоне 40 л с одной паяющей головкой можно работать в течение одной-полутора смен в зависимости от загрузки. При предварительной оценке стоимости системы генерации азота в сравнении со сменными баллонами можно говорить об окупаемости системы генерации за период не менее 4–5 лет.

Селективная сварка

Селективная сварка

Установки селективной пайки RPS могут комплектоваться флюсователями трех типов: струйным, распылением и ультразвуковым ).При этом на модуль пайки по выбору заказчика может быть установлен либо только один из них, либо пара. Наиболее распространенным вариантом является сочетание струйного флюсователя и флюсователя распылением . 6).

Струйный флюсователь позволяет эффективно наносить флюс с диаметром пятна до 3 мм, обеспечивая минимальный расход и высокое проникновение флюса в отверстия в печатной плате. Этот флюсователь особенно эффективен при работе с флюсами, не требующими отмывки.

Флюсователь распылением может распылять флюсы с пятном диаметром от 3 до 30мм. При установке двух флюсователей системы питания дублируются и работают полностью независимо. Это дает возможность при необходимости использовать разные типы флюсов. Компоненты системы флюсования выполнены из химически стойких материалов и совместимы со всеми существующими на рынке флюсами.

Система RPS Live View

Для наблюдения за процессом пайки установки RPS Automation могут быть укомплектованы системой видеонаблюдения RPS Live View. Камера системы, ориентированная на работу при естественном освещении, устанавливается на модуль пайки и перемещается вместе с ним. Цветное изображение высокого разрешения транслируется на ЖК-монитор, что позволяет наблюдать за движением мини волны по печатному узлу. Эта опция особенно полезна при отработке процессов, но удобна и при сборке серийных изделий.

Система распознавания реперных знаков

Все установки RPS могут комплектоваться системой распознавания реперных знаков и соответствующим программным обеспечением коррекции. Эта система необходима для установок, включаемых в конвейерную линию. Если установка используется обособленно, то привязка по реперным знакам требуется только при неровно отрезанных платах.

Установки селективной пайки RPS поставляются с предустановленным программным обеспечением RPS CamConductor и RPS MaestroLite. Каждый из продуктов может быть установлен на удаленный компьютер и поставляется без ограничения числа лицензий с возможностью бесплатного обновления. RPS CamConductor— удобное и простое в работе программное обеспечение с гибким и интуитивно понятным интерфейсом .7).

Селективная сварка

В качестве исходных данных используется графический файл, сформированный из Gerber-файла печатного узла, или скан-копия топологии в масштабе 1:1. С помощью инструментов программист прокладывает трассы флюсователей и паяющей головки, выбирает скорость движения, длительность выдержки, скорость вращения помпы и другие параметры на различных этапах технологического процесса. После сохранения файла проекта автоматически формируется программный код в формате ПОRPS MaestroLite. RPS MaestroLite— управляющее программное обеспечение, которое непосредственно взаимодействует с блоком управления установки и контроллерами. В этом программном обеспечении можно управлять всеми настройками установки и контролировать параметры процесса в реальном времени. Сформированный вRPS CamConductor программный код загружается в RPS MaestroLite, отрабатывается и проверяется в имитационном режиме, а затем запускается с реальным печатным узлом. Панели управления ПО MaestroLite выполнены в традиционном для автоматизированных систем эффективном стиле. Структура системы управления, реализованной на ПК с операционной системой Microsoft Windows, позволяет при необходимости осуществлять удаленную диагностику установки.

Комбинированные и конвейерные системы

Установки селективной пайки RPS Automation имеют широчайший потенциал конфигурирования и модификаций. При необходимости установка может быть выполнена с двойным модулем пайки, с паяющей головкой и насадкой специальной формы, с головкой традиционной волны ит.д. Еще одной возможностью, направленной на решение задач серийного производства, является каскадное включение нескольких установок и распределение операций технологического процесса между ними. В таком случае обеспечивается необходимый уровень производительности, но одновременно сохраняется высочайшая гибкость— особенность установок селективной пайки RPS— качество, в значительно меньшей степени свойственное машинам, ориентированным на крупную серию.

Вместе с представленными в этой статье установками селективной пайки компания RPS Automation разрабатывает и производит роботизированные системы проверки паяемости и искусственного старения компонентов.

Это прецизионное оборудование позволяет провести испытания компонентов и печатных плат на паяемость и стойкость к длительному хранению и тепловому удару в соответствии с требованиями действующих стандартов.

  • www.rpsautomation.com
  • Gaither R. Soldering: Riding the Mini Wave. July 31, 2009.— ASSEMBLYMAG.com

Возврат к списку статей

Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий