EN
Valovnim lotanjem valovno lemljenje valovno lotanje je že desetletja temeljna tehnika za sestavo komponent z vstavljanjem v izvrtine (through-hole), saj omogoča visoko zmogljivost in zanesljivo oblikovanje spojev za ustrezne aplikacije. Razumevanje razlik med valovnim in reflow lotanjem pomaga proizvajalcem prilagoditi svoj proces vrsti uporabljenih komponent, načrtu plošč in zahtevam glede količine proizvodnje.
Valovno spajkanje in ponovno spajkanje nista tekmovalni tehnologiji v smislu ničelne vsote. Vsaka metoda ima svojo posebno vlogo znotraj ekosistema proizvodnje elektronike. Valovno spajkanje je izjemno učinkovito pri montaži komponent z vstavljenimi kontakti, mešanih sestavkov in visokozmno proizvodnih linijah, kjer se prednost daje učinkovitosti kontaktnega spajkanja. Ponovno spajkanje pa prevladuje pri sestavi površinsko montiranih komponent (SMT). Napačna izbira med tema dvema procesoma lahko povzroči defektne spoje, povečane stroške popravka in zmanjšano zanesljivost plošč. V tem članku so razlike jasno razložene, da lahko sprejmete pravo odločitev o izbiri procesa.
Kako deluje valovno spajkanje
Tehnološki potek valovnega spajkanja
Valovno spajkanje je masovna metoda spajkanja, pri kateri PCB plošča prehaja čez posodo z raztaljenim kosilom. Med valovnim spajkanjem se plošča najprej obdeluje z fluksom, da se pripravijo izvodi komponent in površine kontaktov, nato se predgreje za aktivacijo fluksa in zmanjšanje toplotnega šoka ter končno prenese čez neprekinjeno valovno površino raztaljenega kosila. Val kosila se dotakne spodnje strani plošče, navlaži izvode in hkrati ustvari spojke na več komponentah. Valovno spajkanje doseže to v enem nadzorovanem prehodu, kar ga naredi izjemno učinkovitega za plošče, ki so zapolnjene z vstavljenimi (through-hole) komponentami.
Sodobni stroji za lepljenje z valovno metodo pogosto vključujejo dvovalovne sisteme, ki združujejo turbulenten »čipni val« z laminarnim »glavnim valom«. Čipni val pri lepljenju z valovno metodo odstrani ostanki tekočega lepila in zračne mehurčke iz tesnih razmikov med sestavnimi deli, medtem ko glavni val oblikuje končno lepilno spojino. Ta dvovalovna metoda lepljenja z valovno metodo je znatno zmanjšala pogoste napake, kot so kratki stiki (bridging) in nepopolno napolnjevanje, ki so bile bolj razširjene pri starejših enovalovnih sistemih za lepljenje z valovno metodo. Celoten cikel lepljenja z valovno metodo – od nanašanja lepila do končnega ohladitve – je natančno nadzorovan prek hitrosti transportnega traku, temperature predogreva, temperature lepilne kopeli in višine vala.
Materiali in nastavitev pri lepljenju z valovno metodo
Valovno spajkanje zahteva natančno vzdrževan olovno-svinčeno ali brezsvinčno ležišče za spajkanje, običajno napolnjeno z zlitinami, kot je npr. SAC305. Kemija fluksa, uporabljena pri valovnem spajkanju, se izbere glede na zahteve glede čistosti plošč in glede na to, ali se prednostno uporablja postopek brez čiščenja ali vodotopnega fluksa. Pri valovnem spajkanju se pogosto uporabljajo ploščice ali pritrdilni elementi (fiksatorji), da se zakrijejo površinsko montirani sestavni deli na spodnji strani mešanih sestavkov in jih zaščiti pred taljenim valom spajka. Ustrezna konstrukcija fiksatorjev je ključnega pomena pri valovnem spajkanju, saj preprečuje napake zaradi senčenja in zagotavlja popolno izoblikovanje vsakega spoja na vseh skozi luknjo vstavljenih priključkih.
Kako deluje reflow spajkanje
Potek procesa reflow spajkanja
Pri ponovnem spajkanju z žarom se uporablja pasto za spajkanje, ki je mešanica tokilca in delcev spajkala, nanos pa se izvede na ploščo s pomočjo tiskanja skozi predlogo pred namestitvijo komponent. Ko so površinske komponente nameščene, plošča potuje skozi peč za ponovno spajkanje z žarom, kjer se segreva po natančno določeni temperaturni krivulji. Ta krivulja sestoji iz predgrevalne cone, cone izenačevanja temperature, cone najvišje temperature pri ponovnem spajkanju in cone ohlajanja. Za razliko od valovnega spajkanja pri ponovnem spajkanju z žarom plošča ne pride v stik z raztaljenim spajkalnim kopitom. Namesto tega se pasta za spajkanje stopi na mestu in ponovno razteče okoli vsakega priključka komponente, pri čemer se spoj ob ohladitvi oblikuje.
Reflow spajkanje je idealno primerno za naprave z majhnim razmikom pri površinsko montiranih komponentah, mrežne nize kroglic (BGA) in druge komponente, kjer so potrebna natančna aplikacija pastoznega materiala in nadzorovani toplotni profili. Postopek reflow spajkanja omogoča zelo visoko gostoto komponent, zato prevladuje v sodobni potrošniški elektroniki in proizvodnji kompaktnih industrijskih tiskanih vezjev (PCB). Reflow spajkanje pa ni zasnovano za obdelavo vodnih komponent z izvedenimi sponkami, ki jih wave spajkanje obravnava zelo učinkovito. V mnogih naprednih sestavah se na isti proizvodni liniji zaporedno uporabljata tako wave kot tudi reflow spajkanje.
Nadzor toplotnega profila pri reflow spajkanju
Ena od glavnih razlik med ponovnim taljenjem in valovnim lotenjem je stopnja prilagodljivosti toplotnega profila. Peči za ponovno taljenje omogočajo inženirjem nastavitev neodvisnih temperaturnih con in hitrosti transportne trakove, kar omogoča ustvarjanje posebnega profila za vsako vrsto ploščice. Valovno lotenje vključuje tudi toplotno upravljanje, vendar so pri valovnem lotenju izvedeni vodi komponent izpostavljeni stiku z lotom znatno krajši čas kot celotna toplotna izpostavljenost v ciklu peči za ponovno taljenje. Oba procesa zahtevata natančno profiliranje, vendar se načini odpovedi in vrste napak med valovnim lotenjem in ponovnim taljenjem precej razlikujejo.
Izbira med valovnim lotenjem in ponovnim taljenjem
Vrsta komponente kot glavni odločilni dejavnik
Glavni dejavnik, ki določa izbiro med valovnim in reflow lepljenjem, je vrsta sestavnih delov na plošči. Valovno lepljenje je industrijski standard za sestavne dele z vstavljenimi priključki (through-hole), kot so priključki, veliki kondenzatorji in transformatorski sklopi. Ti sestavni deli imajo izvode, ki potekajo skozi vrtane luknje na tiskani plošči (PCB), valovno lepljenje pa te luknje učinkovito in zanesljivo zapolni z lepilom. Reflow lepljenje je prednostna izbira za površinske sestavne dele, vključno z uporniki, kondenzatorji, integriranimi vezji (IC) in paketi z majhnim razmikom kontaktov, ki ne morejo prenesti potopitve v taljeno lepilno valov. Ko plošča vsebuje tako sestavne dele z vstavljenimi priključki kot površinske sestavne dele, se valovno lepljenje pogosto izvede kot sekundarna operacija po tem, ko je reflow lepljenje dokončalo montažo površinskih sestavnih delov.
Proizvodna količina, stroški in zapletenost plošče
Valovno lepljenje ponavadi zagotavlja nižjo ceno na spoj pri visokih količinah, saj valovno lepljenje hkrati zalepi več spojev v enem samem prehodu. Pri ploščah z velikim številom komponent z vstavljanjem skozi luknje valovno lepljenje zmanjša čas cikla in delovne ure v primerjavi z izbirnim lepljenjem ali ročnim lepljenjem. Lepljenje s ponovnim stopanjem zahteva tiskanje lepilne paste in opremo za natančno postavitev, kar poveča zapletenost nastavitve, a zagotavlja odlične rezultate pri ploščah z visoko gostoto površinsko montiranih komponent (SMT). V primerih, ko proizvajalec v velikem obsegu proizvaja plošče z mešano tehnologijo, je kombinacija valovnega lepljenja in lepljenja s ponovnim stopanjem v celotni proizvodni liniji tehnično smiselna in gospodarsko utemeljena. Korak valovnega lepljenja obravnava vse spoje z vstavljanjem skozi luknje, medtem ko lepljenje s ponovnim stopanjem pokrije SMT-stran, kar ustvari popoln in zanesljiv proces sestave.
Za proizvodnjo v majhnih količinah ali prototipov lahko selektivno lotanje ponudi prednosti pred valovnim lotanjem, saj izogne potrebi po pripravkih za zaščito pred lotanjem. Vendar je za proizvodne količine, pri katerih je valovno lotanje izvedljivo, to še naprej ena najcenejših in najpreizkušanejših metod lotanja, ki so na voljo proizvajalcem elektronike. Ocena oblikovanja plošč, mešanice komponent in letne količine skupaj bo vodila končno odločitev med valovnim lotanjem, reflow lotanjem ali kombinacijo obeh metod.
Pogosto zastavljena vprašanja
Ali se valovno lotanje lahko uporabi za površinsko montirane komponente?
Valovno lotanje se običajno ne uporablja kot glavna metoda za montažo površinsko montiranih komponent. Valovno lotanje pa lahko loti SMT-komponente na spodnji strani ploščice, ki so pred postopkom valovnega lotanja lepljene na ploščico. Ta pristop pri valovnem lotanju zahteva natančen izbor komponent in ustrezno utrjevanje lepila, saj nekatere SMT-komponente ne morejo prenesti neposrednega stika z raztaljenim valom. Naprave z majhnim korakom in BGA-krpke se nikoli ne obdelujejo z valovnim lotanjem zaradi tveganja nastanka mostov in toplotne poškodbe.
Kateri so najpogostejši primanjkljaji pri valovnem lotanju?
Najpogostejše napake pri valovnem spajkanju vključujejo mostičenje, premalo spajkane mase, preskoke spajkanja in ledene sopalke. Pri valovnem spajkanju se mostičenje pojavi, ko spajkana masa poveže dva sosednja izvoda, ki bi se morala ostati ločena. Premalo spajkane mase pri valovnem spajkanju običajno povzroči slaba aktivnost fluksa, napačna hitrost transportnega traku ali nezadosten čas stika z valom. Ledene sopalke pri valovnem spajkanju nastanejo, ko se spajkana masa prilepi na izvod, ko ploščica zapušča val. Ključ do zmanjševanja teh napak je optimalna nastavitev parametrov valovnega spajkanja ter redno vzdrževanje spajkalnega kotleka in šobo za val.
Ali je valovno spajkanje še vedno pomembno v sodobni proizvodnji tiskanih vezij?
Valovno lepljenje ostaja zelo pomembno v sodobni proizvodnji tiskanih vezja, zlasti za industrijske, avtomobilsko in močnostne elektronske aplikacije, kjer se skozi ploščo vstavljeni elementi še naprej pogosto uporabljajo zaradi njihove mehanske trdnosti in zmogljivosti prenašanja toka. Valovno lepljenje je prav tako ključno pri mešanih tehnologijah sestav, kjer na isti plošči sočasno prisotni skozi ploščo vstavljeni priključki in SMT-elementi. Čeprav je reflow lepljenje razširilo svoj delež trga skupaj z rastjo površinske montaže (SMT), valovno lepljenje nadaljuje pomembno in nepopravljivo vlogo v celotnih delovnih procesih sestave tiskanih vezja.