Общие проблемы и решения для эффективной сборки SMT

Технология поверхностного монтажа: общие проблемы и решения для эффективной сборки SMT

directory

Поскольку печатные платы (PCB) становятся все более сложными и миниатюрными, технология поверхностного монтажа (SMT) стала преобладающим методом сборки электронных компонентов. Однако сборка SMT сопряжена со своими проблемами, которые могут привести к дефектам и снижению эффективности, если их не решить должным образом.

В этой статье рассматриваются некоторые наиболее распространенные проблемы сборки SMT, такие как надгробия, перекос деталей, паяные перемычки и многое другое. Он предоставляет практические решения и передовой опыт, которые помогут сборщикам и производителям печатных плат оптимизировать процессы поверхностного монтажа для достижения максимальной производительности, качества и эффективности. Итак, теперь начнем;

13 проблем SMT и как их избежать

Соединение пайкой — распространенная проблема, возникающая при сборке по технологии поверхностного монтажа (SMT), которая может привести к коротким замыканиям и сбоям в работе цепи. Причины образования перемычек припоя могут быть разными, но основной причиной часто является проблема в процессе печати паяльной пасты. Иногда, когда звезды не совпадают, может произойти перемычка припоя.
Это похоже на несоответствие между расположением печати или расположением трафарета и конфигурацией контактной площадки печатной платы. А если паяльной пасты слишком много или неправильное сочетание металла и флюса, все может стать еще более липким. Кроме того, профиль оплавления может влиять на образование мостиков, особенно в зоне предварительного нагрева, где медленная скорость изменения температуры, контакт деталей и длительное вымачивание могут вызвать явление горячей осадки пасты.

Решение:
Прежде всего, нам нужно убедиться, что мы используем правильное соотношение металла паяльной пасты и флюса. Затем нам нужно создать профиль перекомпоновки. Обратите особое внимание на совмещение отверстий трафарета с контактными площадками и убедитесь, что вы размещаете компоненты с нужным давлением и точностью. Да, и вот изящный трюк: попробуйте уменьшить размеры апертуры трафарета на 10% или использовать более тонкий трафарет. Это должно помочь сократить количество паяльной пасты, попадающей на печатную плату. Удачной пайки!

Недостаточные паяные соединения или электрические разрывы — распространенные проблемы, возникающие при сборке по технологии поверхностного монтажа (SMT), которые могут привести к сбоям в работе схемы из-за разделения электрически соединенных точек или нарушения запланированной конструкции схемы на печатной плате.

Этап нанесения паяльной пасты в процессе поверхностного монтажа часто является основной причиной возникновения этого дефекта, особенно если на соединении недостаточно припоя или паяльная паста забивает отверстия трафарета. Проблема копланарности выводов компонента, при которой объем припоя достаточен, но не удается обеспечить надлежащий контакт как с выводом, так и с площадкой во время оплавления, потенциально может привести к электрическим размыканиям. Кроме того, стоит отметить, что разрывы также могут возникнуть как прямой результат самого процесса изготовления печатной платы.

Решение:
Чтобы эффективно решить проблему неадекватных паяных соединений или электрических разрывов, производители должны тщательно рассмотреть вопрос исправления соотношения сторон, которое обозначает соотношение между шириной отверстия и толщиной трафарета. Засорение паяльной пасты внутри отверстий может быть связано с слишком малым соотношением сторон. Во время производственного процесса следует избегать экстремальных условий окружающей среды, чтобы предотвратить загрязнение паяльной пасты. Исследование копланарности также имеет решающее значение для устранения электрических обрывов, поэтому изготовление печатной платы должно быть проверено у поставщика.

Образование надгробий — распространенная проблема, возникающая при сборке по технологии поверхностного монтажа (SMT), когда компонент микросхемы частично или полностью отрывается от площадки в вертикальное положение с припаянным только одним концом. Надгробие — это неприятное последствие процесса пайки оплавлением, когда дисбаланс сил наносит ущерб конструкции наших печатных плат. Это приводит к тому, что одна сторона переплавляется раньше другой, в результате чего получается довольно своеобразное зрелище: один провод стоит вертикально, а другой безвольно висит.

Но на этом проблемы не заканчиваются. Паяльная паста, которая должна прочно удерживать компонент на месте во время оплавления, иногда может выйти из строя из-за воздействия температуры и влажности. Чрезмерное движение во время и после операции оплавления, а также неравномерное размещение компонентов на контактных площадках также могут способствовать этому неприятному явлению «захоронения».

Решение:
Чтобы эффективно решить проблему надгробий, производители должны уделить первоочередное внимание включению корпуса компонента, который покрывает как минимум 50% обеих колодок. Этот стратегический подход позволит эффективно смягчить любой потенциальный дисбаланс сил пайки, тем самым обеспечивая поддержание безупречной точности размещения компонентов. Высокая температура предварительного нагрева также может минимизировать разницу между двумя концами во время оплавления, а минимизация перемещений во время сборки SMT может предотвратить смещение компонентов. Кроме того, за счет стратегического снижения воздействия экстремальных условий окружающей среды, таких как палящая жара или чрезмерная влажность, а также за счет хорошо спроектированной расширенной зоны замачивания можно эффективно гармонизировать баланс смачивающей силы на обеих подушечках до того, как паста перейдет в расплавленное состояние. 

Несмачивание или размачивание, печально известное препятствие при сборке по технологии поверхностного монтажа (SMT), возникает, когда жидкий припой не может установить тесную связь с одним или несколькими компонентами. Это также возникает, когда поверхность контактирует с жидким припоем, но не удерживает припой полностью или только его часть. Наличие некачественной отделки печатной платы, где основной металл обнажен и создает проблемы для пайки, часто является основной причиной этой неприятной проблемы. Кроме того, слишком длительное время выдержки в процессе оплавления может привести к истощению флюса перед пайкой, а недостаточное нагревание во время процесса оплавления может помешать достижению флюсом надлежащей температуры активации.

Решение:
Чтобы решить проблему несмачивания или обезвоживания, производителям следует изучить возможность применения превосходных покрытий металлических поверхностей, обладающих более высокой термостойкостью, таких как OSP или ENIG. Кроме того, оптимизация общего времени профилирования до этапа перекомпоновки может оказаться полезным при решении этой проблемы. Кроме того, решающее значение имеет выбор подходящего флюса для конкретной задачи пайки.

Это распространенная проблема, возникающая при сборке по технологии поверхностного монтажа (SMT), когда очень мелкие сферические частицы припоя изолируются от основного корпуса, образуя соединение. Слипание припоя представляет собой серьезную проблему для процессов, не требующих очистки, поскольку оно может создавать ложные соединения между соседними выводами, что в конечном итоге приводит к функциональным проблемам в электрической цепи.

Загрязнение паяльной пасты влагой является основной причиной образования шариков припоя, поскольку влага насыщает паяльную пасту и оставляет после себя крошечные сферы во время процесса оплавления. Кроме того, образованию шариков припоя могут способствовать отсутствие надлежащего профиля оплавления, слишком высокая скорость предварительного нагрева и наличие чрезмерных оксидов на порошке припоя внутри паяльной пасты.

Кроме того, плохое выравнивание во время печати паяльной пасты, когда паста по ошибке наносится на паяльную маску вместо предполагаемой площадки, а также случайное размазывание паяльной пасты на нижней стороне трафарета во время процесса печати может еще больше усугубить проблему комков припоя.

Комковка припоя

Решение:

Чтобы эффективно решить проблему комков припоя, производителям рекомендуется изучить возможность использования порошков более крупных размеров. Это связано с тем, что мелкие порошки часто содержат больше оксидов, что делает их более склонными к оседанию. Кроме того, крайне важно тщательно выбирать подходящий процесс оплавления в зависимости от конкретной используемой паяльной пасты, а также принимать меры для предотвращения любого негативного взаимодействия между пастой и влагой или влажностью.

Кроме того, крайне важно тщательно проверять и регулировать минимальное прикладываемое давление печати, а также постоянно проверять выравнивание печати, прежде чем приступить к процессу оплавления. Наконец, крайне важно регулярно и тщательно очищать нижнюю часть трафарета.

Наплывы припоя — распространенная проблема, возникающая при сборке по технологии поверхностного монтажа (SMT), когда более крупные шарики припоя образуются вблизи отдельных компонентов на очень небольшом расстоянии друг от друга.
Эта аномалия напоминает комки припоя, однако она имеет дискретный характер, поскольку эти шарики припоя упорно прилипают к отдельным компонентам, а не к многовыводным устройствам. Основной причиной образования этих шариков припоя обычно является чрезмерное осаждение паяльной пасты.

Кроме того, на этапе предварительного нагрева выделение флюса может превзойти силу коалесценции пасты, а чрезмерное давление во время установки компонентов может вытолкнуть нанесенную паяльную пасту на паяльную маску, препятствуя ее плавному приплавлению обратно в соединение.

Решение:
Чтобы решить неприятную проблему наплывов припоя, производителям рекомендуется рассмотреть возможность уменьшения толщины трафарета или, альтернативно, уменьшения размеров апертуры. В частности, сосредоточив внимание на той стороне, где валик припоя имеет нежелательный вид. Простое сокращение на 10% в любом аспекте должно творить чудеса, устраняя эту проблему.

Явление, известное как соединение холодной пайки или зернистое соединение, является частой проблемой, возникающей при сборке по технологии поверхностного монтажа (SMT). Эта проблема возникает, когда некоторые паяные соединения плохо смачиваются, что приводит к сероватому и пористому виду после процесса пайки. Вместо ожидаемых ярких и блестящих поверхностей сплава эти соединения кажутся темными, неотражающими и шероховатыми.

Недостаточное поглощение тепла припоем является одной из основных причин холодной пайки. В таких случаях доступное тепло для оплавления припоя не соответствует необходимому. Более того, во время пайки SMT флюс может оказаться неспособным выполнять свои функции из-за недостаточной очистки компонентов и/или площадок печатной платы перед пайкой. Кроме того, развитию этого дефекта может способствовать и чрезмерное количество примесей в растворе припоя.

Холодная пайка

Решение:
Чтобы решить проблему холодных паяных соединений или этих зернистых маленьких чертиков, производителям приходится повышать температуру оплавления до максимума. Здесь нет полусырых решений! И эй, никаких покачиваний и толканий сборки во время или сразу после перекомпоновки. Да, и не забудьте провести старый добрый анализ этих сплавов, чтобы отсеять любые скрытые загрязнения. Нельзя допускать, чтобы те портили вечеринку!

Слишком мало припоя в сборке с технологией поверхностного монтажа (SMT) — это настоящий облом. Это происходит, когда количество паяльной пасты, нанесенной на принтерную станцию, намного меньше, чем требует конструкция отверстия трафарета. И что еще хуже, иногда после оплавления остается недостаточно припоя для формирования красивого небольшого скругления на выводах компонента.

Знаешь, что вызывает эту головную боль? Закупоренное отверстие трафарета. Когда паста засыхает и забивает трафарет, это словно пробка на пути к идеальной сборке. Итак, во время процесса печати вы должны оказывать достаточное давление на лезвие ракеля, чтобы вытереть трафарет начисто. Да, и вот еще одна вещь, на которую следует обратить внимание: если паста слишком жидкая или в ней недостаточно металла, она не сможет должным образом вкатиться в отверстие, потому что швабра движется слишком быстро.

Решение:
Чтобы решить проблему недостаточного заполнения и недостаточного припоя, производителям следует рассмотреть возможность разделения большого отверстия на меньшие отверстия и проверки слишком большого давления ракеля. Обязательно регулярно очищайте трафарет и дважды проверяйте пасту на наличие признаков истечения срока годности или высыхания。

Одним из наиболее важных факторов при сборке SMT является целостность сигнала. Неправильное размещение компонентов SMT относительно их цепей может вызвать проблемы с целостностью сигнала, что приведет к снижению производительности или даже полному выходу платы из строя.

Целостность сигнала

Решение:
Чтобы избежать каких-либо неудач, дизайнерам топологии печатных плат необходимо сыграть в игру «Соедини точки» со своими деталями, следя за тем, чтобы они следовали путям сигналов, показанным на схемах. Это похоже на головоломку с высокими ставками, где точность имеет решающее значение! Более того, им следует изолировать цифровые и аналоговые части в своих конструктивных разделах, чтобы предотвратить помехи. Также важно размещать компоненты таким образом, чтобы в базовой плоскости были доступны свободные пути возврата сигнала.

Еще одним важным моментом при сборке SMT является целостность электропитания.

Решение:
Если вы хотите обеспечить плавную подачу питания, вам необходимо разместить эти байпасные конденсаторы рядом с их контактами питания. Таким образом, вы снизите вероятность того, что какой-либо раздражающий шум испортит вашу сеть подачи электроэнергии. Да, и не забудьте разместить компоненты блока питания красиво и удобно на одном слое платы. Таким образом, у вас будут более короткие соединительные дорожки и меньшая индуктивность в линии.

Доработка является важной частью процесса производства печатных плат, независимо от того, включает ли она проверку, ремонт или замену деталей во время сборки. Однако детали SMT, скрытые за более крупными деталями, могут затруднить доработку и проверку. Инструменты для ремонта и тестирования могут оказаться не там, где они необходимы, что приведет к побочному повреждению близлежащих деталей.

Решение:
Чтобы избежать этого, проектировщикам следует учитывать доступность компонентов SMT на этапе проектирования. 

Если вы разместите компоненты SMT слишком близко к контрольным точкам, это все испортит. Тестовые щупы не смогут вступить в контакт, а это нехорошо для тестирования контроля качества. А если вы пойдете дальше и разместите SMT-компонент прямо над контрольными точками, вы вообще можете забыть о их тестировании.

Решение:
Итак, вот что нам нужно сделать. Проектировщикам необходимо разумно подходить к тому, где они размещают эти SMT-компоненты, чтобы мы могли легко получить доступ к этим контрольным точкам. Задача решена!

 Затенение — распространенная проблема, возникающая при пайке волновой пайкой небольших компонентов для поверхностного монтажа на платах. Если меньшая деталь следует за более крупным компонентом в волну, она может не получить достаточного количества припоя, что приведет к недостаточному электрическому соединению.

Решение:
Чтобы обойти эту неприятную проблему, дизайнерам следует сыграть со своими компонентами в хитрую игру в прятки. Проще говоря, они должны убедиться, что маленькие ребята находятся в центре внимания своих больших друзей. Таким образом, они не только предотвратят появление скрытых теней, но и гарантируют безупречный опыт пайки. Итак, пусть мелкая сошка сияет и попрощается с любыми неудачами при пайке!

Краткая таблица проблем и решений в процессе SMT

ПроблемаПричинаРешение
Несмачивание или размачиваниеПлохая обработка печатной платы, недостаточный нагрев во время оплавления или исчерпанный флюс.Используйте более качественную обработку поверхности металла, сократите общее время профилирования перед стадией оплавления, выберите подходящий флюс для конкретной задачи пайки.
Комковка припояЗагрязнение паяльной пасты влагой, отсутствие надлежащего профиля оплавления, чрезмерные оксиды на припойном порошке, плохое выравнивание печати паяльной пасты или размазывание паяльной пасты на нижней стороне трафарета.Используйте более крупный размер порошка, выберите подходящий процесс оплавления для паяльной пасты, избегайте взаимодействия паяльной пасты с влагой и влажностью, проверяйте минимальное используемое давление печати, проверяйте выравнивание печати и обеспечивайте правильную и частую очистку нижней части трафарета.
Наплавка припояНаносится слишком много паяльной пасты, выделяется газ из флюса на этапе предварительного нагрева или чрезмерное давление при установке компонента выталкивает нанесенную паяльную пасту на паяльную маску.Уменьшите толщину трафарета или размеры отверстий, уменьшите давление на выбор компонентов и их размещение.
Холодная пайка или зернистое соединениеНедостаточное количество тепла, поглощаемого припоем, недостаточная очистка компонентов и площадок печатной платы, слишком много примесей в растворе припоя.Увеличьте максимальную температуру оплавления, избегайте любых движений во время или сразу после оплавления и проведите анализ сплава на наличие загрязнений.
Недостаточное заполнение и недостаточный припойОтверстие трафарета заблокировано засохшей пастой, недостаточное давление на лезвие ракеля, чрезмерная скорость ракеля или вязкость пасты и/или слишком низкое содержание металлаРазделите большие отверстия на более мелкие, регулярно очищайте трафарет, проверяйте срок годности или сухости пасты, обеспечивайте достаточную поддержку доски и контролируйте чрезмерную скорость ракеля.
НадгробиеДисбаланс сил поверхностного натяжения на противоположных концах детали, неравномерный нагрев детали или асимметричная конструкция площадки.Улучшите конструкцию контактной площадки, оптимизируйте профиль оплавления и обеспечьте правильное размещение компонентов.
Недостаточное количество паяных соединенийНедостаточное количество нанесенной паяльной пасты, неправильное размещение компонентов или плохая конструкция трафарета.Оптимизируйте конструкцию трафарета, увеличьте количество наносимой паяльной пасты и обеспечьте правильное размещение компонентов.
Голова в подушкеНесоответствие коэффициента теплового расширения между печатной платой и компонентом или недостаточная активность флюса.Оптимизируйте профиль оплавления, выберите подходящий флюс для конкретной задачи пайки и используйте компоненты с более низким коэффициентом теплового расширения.
Целостность сигналаНеправильное размещение компонентов SMT относительно их цепей, помехи от цифровых или аналоговых частей.Разместите SMT-компоненты в соответствии с путями прохождения сигналов, указанными на схемах, изолируйте цифровые и аналоговые части в их конструктивных разделах.
Силовая целостностьНеудачное размещение байпасных конденсаторов, длинные соединительные дорожки, высокая индуктивность в линии электропередачи.Размещайте развязывающие конденсаторы близко к контактам питания, плотно размещайте компоненты блока питания на одном слое платы.
Доработка сборки печатной платыНедоступные компоненты SMT, трудности с доступом к инструментам ремонта и тестирования.Учитывайте доступность компонентов SMT на этапе проектирования.
ТестируемостьКомпоненты SMT расположены слишком близко к точкам внутрисхемного тестирования, компоненты SMT расположены над точками тестированияУбедитесь, что компоненты SMT расположены таким образом, чтобы обеспечить легкий доступ к контрольным точкам.
СлежениеМеньшие компоненты не получают достаточного количества припоя из-за того, что более крупные компоненты блокируют поток волнового припоя.Во время сборки размещайте меньшие компоненты перед более крупными.

Технология поверхностного монтажа (SMT) имеет множество преимуществ по сравнению с традиционной технологией сквозного монтажа, включая меньший размер, меньший вес и более высокую надежность. Однако у SMT также есть некоторые проблемы, такие как необходимость в специализированном оборудовании и обучении, а также вероятность возникновения дефектов из-за плохого качества изготовления.

Copper Clad Laminate (CCL) Materials:

As the core material of PCB, the three main raw materials for the production of CCL include glass fiber cloth, epoxy resin and copper foil, and PCB relies on them to realize the functions of conduction, insulation and support. Among them, glass fiber cloth and epoxy resin are often used as prepregs.

Before starting 

StepOperate
Step 1-Remove the damaged components or padsFirst, to prevent the PCB from moving while you work, you can first fix the board on the workbench with tape. If the PCB pads have been damaged, we need to do PCB pad repair with a sharp knife or flathead screwdriver to remove the component.
Step 2-Clean tracks and remove solderAfter repairing the PCB, use some tools to remove the solder from the tracks. Such as scissors, sharp knife, sandpaper and cotton swab dipped in alcohol, etc. Whichever material you use, make sure the track is clean and bare.
Step 3-Put the copper tape on the trackAfter the track is cleaned, place the adhesive copper tape on top of the track and make sure the copper tape is flush with the track. At the same time, part of the current flow in the existing vias and surrounding areas is to be covered. This will provide a good connection to the pad or new component.
Step 4-Welded jointsWith the copper tape PCB repair in place, it’s time to solder the new copper tape to the joints where the existing track connections on the repaired PCB are made. You need to pay attention during this process: make sure you can complete this process in once. Because the copper strip melts quickly at welding temperatures, act quickly and apply as little heat as possible.
Step 5-Recovery the PCB viasUse a hard material with a round tip like a pen. Press and rub where you just soldered to ensure that the copper tape sticks firmly to the pad area. The adhesive remains tacky after heat is applied to the pad area. After you determine where the through-holes are, you can use paper clips or other similar tools to pierce.
Step 6-Place and solder your componentsAfter completing the above steps, you should now place the new component onto the PCB and solder it. Plug the lead wire of the new part into the through hole first, then overturn the PCB. The next step is to apply solder to the pads and heat until the solder melts. Then hold the leads in place until the solder cools down. The operation of the other pad is the same as above. What you need to pay attention to is minimizing the heating time to ensure that the welding goes smoothly.
Step 7-Trim excess tape from repaired areaOnce the new component is in place, you’ll need to use a craft knife or a pair of scissor to cut away any excess copper tape in the repair area. Your steps above may fix the PCB. But the tracks, pads, and joint won’t be as structurally perfect as the primary PCB board. Regardless, you’ve given new life and meaning to something that so many people throw away as trash.

Before starting 

StepOperate
Step 1-Remove the damaged components or padsFirst, to prevent the PCB from moving while you work, you can first fix the board on the workbench with tape. If the PCB pads have been damaged, we need to do PCB pad repair with a sharp knife or flathead screwdriver to remove the component.
Step 2-Clean tracks and remove solderAfter repairing the PCB, use some tools to remove the solder from the tracks. Such as scissors, sharp knife, sandpaper and cotton swab dipped in alcohol, etc. Whichever material you use, make sure the track is clean and bare.
Step 3-Put the copper tape on the trackAfter the track is cleaned, place the adhesive copper tape on top of the track and make sure the copper tape is flush with the track. At the same time, part of the current flow in the existing vias and surrounding areas is to be covered. This will provide a good connection to the pad or new component.
Step 4-Welded jointsWith the copper tape PCB repair in place, it’s time to solder the new copper tape to the joints where the existing track connections on the repaired PCB are made. You need to pay attention during this process: make sure you can complete this process in once. Because the copper strip melts quickly at welding temperatures, act quickly and apply as little heat as possible.
Step 5-Recovery the PCB viasUse a hard material with a round tip like a pen. Press and rub where you just soldered to ensure that the copper tape sticks firmly to the pad area. The adhesive remains tacky after heat is applied to the pad area. After you determine where the through-holes are, you can use paper clips or other similar tools to pierce.
Step 6-Place and solder your componentsAfter completing the above steps, you should now place the new component onto the PCB and solder it. Plug the lead wire of the new part into the through hole first, then overturn the PCB. The next step is to apply solder to the pads and heat until the solder melts. Then hold the leads in place until the solder cools down. The operation of the other pad is the same as above. What you need to pay attention to is minimizing the heating time to ensure that the welding goes smoothly.
Step 7-Trim excess tape from repaired areaOnce the new component is in place, you’ll need to use a craft knife or a pair of scissor to cut away any excess copper tape in the repair area. Your steps above may fix the PCB. But the tracks, pads, and joint won’t be as structurally perfect as the primary PCB board. Regardless, you’ve given new life and meaning to something that so many people throw away as trash.

Copper Foil:

Copper foil is a cathodic electrolytic material deposited on a thin, continuous layer of metal foil on the bottom of the PCB. And it is easy to combine with the insulating layer to form a printed protective layer to protect the circuit board from corrosion. According to the properties, copper foils can be divided into standard copper foils for FR-4 and paper substrates, HTE for solving multi-layer PCB split ring problems, and low profile (LP) copper foils for feedback split ring problems.
Copper foil process and grade table:
Class Type Name Code
1 E Standard electrodeposited STD-Type E
2 E High ductility electrodeposited HD-Type E
3 E High temperature elongation electrodeposited HTE Type E
4 F Annealed electrodeposited ANN-Type E
5 W As rolled-Wrought AR Type W
6 W Light cold rolled-Wrought LCR Type W
7 W Anneal-Wrought ANN Type W
8 W As rolled-Wrought low-temperature annealable ARLT Type W
Learn more about common PCB CCL material properties;

If you don’t know which material is right for your current PCB application. You can contact our engineers to send your Gerber files, and we will provide the best selection suggestions based on your application conditions, PCB design and production process requirements while conducting a free PCB file inspection. This paper makes a comprehensive study of CCL, including its types and quality criteria. If you want to learn more about printed circuit boards, don’t forget to visit our blog and other PCB production, type related knowledge for more interesting content about the PCB industry. JHDPCB is definitely an experienced and responsible PCB manufacturer.

Leave a Comment