SMT THR BRUKERVEILEDNING PRINTKLEMMER FOR REFLOW LODDEPROSESSER

Transkript

1 SMT THR BRUKERVEILEDNING PRINTKLEMMER FOR REFLOW LODDEPROSESSER

2 REDAKSJONELT I de senere årene har produksjonsprosessene for kretskort gjennomgått store endringer. Vanlig Gjennomgående Hullmontert Teknologi (THT) har i stort grad veket plassen for overflatemontert teknologi (SMT). Grunnene til dette har vært bl.a. sterkere krav til stadig mindre komponenter, større tetthet og lavere produksjonskostnader. Dessuten er det kommet stadige forbedringer av overflatemonterte komponenter (SMD komponenter), som gjorde det mulig å i det hele tatt ta i bruk SMT produksjonsprosessen. I dag er SMT etablert som standarden innen produksjon av kretskort. Men det finnes fremdeles enkelte komponenter (i hovedsak elektromekaniske komponenter som plugger og releer) som ikke er tilgjengelige i SMD utgaver. Hittil har disse blitt plassert på kretskortet etter at SMT prosessen er gjennomført, og påsatt med den vanlige gjennomgående hullmonterte produksjonsmetoden. Derfor har Weidmüller utviklet en produktserie for den såkalte Through-Hole-Reflow (THR) prosessen, som gjør det mulig å bruke også printklemmer i SMT prosessen. Dermed oppnår vi en ett hundre prosent helhet i SMT produksjonen. I denne brosjyren gir vi en praktisk innføring i de grunnleggende trinnene for kretskortproduksjon. Her kan du plukke ut de punktene som passer best til dine forhold. Utformingen av brosjyren tar spesielt hensyn til deg som også bare ønsker et raskt overblikk over Weidmüllers anbefalte løsninger eller produkter innenfor denne teknologien - det er bare å lese teksten i boksene på hver enkelt side. 2

3 INNHOLDSFORTEGNELSE 1 Fra hullmontert(tht) til overflatemontert (SMT) 4 utviklingen innen kretskortproduksjon 2 Through-Hole-Reflow (THR) revolusjon i kretskortproduksjonen 5 3 SMT prosessen for moduler med THR komponenter Overblikk over prosesstrinnene Utforming av kretskortet og stensilen Pasta påtrykk Montering Reflow lodding Kvalitetskontroll 16 4 SL-SMT Weidmüller s innovative THR komponenter 18 for SMT prosessen 3

4 1 FRA HULLMONTERT TIL SMT Hullmontert produksjon Når man benytter gjennomgående hullmontert teknologi (THT), som var standard for modulproduksjon inntil for få år siden, satte man ganske enkelt de avisolerte lederne til komponentene i hullene på kretskortet. Kortene ble montert manuelt eller ved hjelp av spesielle monteringsmaskiner. Loddeprosessen foregikk manuelt eller med en såkalt bølgelodding. Ulempene med THT: produksjonen er kostbar og tar lang tid lav pakningstetthet på kortet risiko for feil på grunn av dårlig manuell presisjon kjennetegnes både ved måten komponentene plasseres på, og loddeprosessen som benyttes. Når man bruker SMT, kan kretskortene ha SMD komponenter både på en side og på begge sider. De monteres med maskiner, f.eks. "pick & place" systemer, som håndterer alle komponentene i den tilstanden de ble levert - dermed trenger komponentene ingen spesielle forberedelser før de kan benyttes i produksjonen. SMT prosessen benytter reflow lodding - f.eks. infrarød, varmluft eller fordampningsfase lodding. I motsetning til bølgelodding blir det bare smeltet en loddepasta på kretskortet. SMT kompatibilitet hos moduler med blandede komponenter Det finnes fremdeles endel applikasjoner hvor både SMD komponenter og hullmonterte må plasseres på kortet. Frem til nå har man da vært nødt til å benytte to forskjellige loddeprosesser: Først reflow lodding for SMD komponentene, deretter (stort sett) manuell montering av de andre komponentene med etterfølgende manuell lodding eller bølge lodding. Dobbeltsidig kretskort med blanding av THT og SMD komponenter Enkelsidig kretskort med THT komponenter SMT montering med SMD komponenter Etter at overflatemonterte komponenter (SMD) kom på markedet, har overflatemontert Teknologi (SMT) mer og mer tatt over for THT. Trenden med å produsere elektroniske moduler med SMT bare øker. SMT er nå den gjeldende standardmetoden for å produsere elektroniske moduler, og Dobbeltsidig kretskort med SMD komponenter Fordeler med SMT: høy kvalitet lavere produksjonskostnader mindre komponenter høy paknings- og integrasjons tetthet valgfri enkeltsidig eller dobbeltsidig montering Manuell montering og bruk av manuell/bølge-lodding av SMTproduserte kretskort er en kostbar og kritisk prosess - som kan føre til dårligere kvalitet. Det er et behov for å oppnå stabil SMT kompatibilitet - dvs at printklemmer skal kunne passe til SMT reflow loddeprosesser for å redusere produksjonskostnadene og for å eliminere bølgeloddingen - som kan gi opphav til feil. Den spesielle prosessen som er utviklet for dette er kjent under ulike navn på markedet, som bl.a. Through-Hole Reflow (THR), Pinin-Paste (PIP) eller Pin In Hole Intrusive Reflow (PIHIR). 4

5 2 THR REVOLUSJONEN I KRETSKORTPRODUKSJON Through-Hole Reflow er en prosess for å montere hullmonterte komponenter ved hjelp av SMT reflow loddeprosessen. I tillegg til vanlig SMD montering settes SMT printklemmene slik at alt blir loddet samtidig i reflow prosessen. THR prosessen ble utviklet etter at man satte fokus på nødvendigheten av mer stabile loddepunkter for tyngre komponenter som spoler og transformatorer - samt i tilfeller hvor kortet utsettes for mekanisk påvirkning (f.eks. med klemmer, plugger, relesokler m.m.) Med tanke på mekanisk påvirkning er ikke SMD loddepunkter særlig egnet for tyngre komponenter. Et SMT kompatibelt produkt innebærer alltid et kompromiss mellom optimal SMT tilpasning og maksimal stabilitet i loddepunktet. THR har gjennomgående kontaktpunkter og gir stabil forbindelse mellom hullmonterte komponentene og kortet. Samtidig oppnår man 100% SMT prosess kompatibilitet. Fordeler med THR: stabil kontakt med kretskortet kun én loddeprosess manuell/bølge-lodding er eliminert automatisk montering av komponenter lavere produksjonskostnader For at THT komponenter skal kunne benyttes i SMT prosessen er det nødvendig å overholde bestemte kriterier. Disse kan du lese mer om i kapittel 3. Mekanisk ikke stressbar tilkobling: F.eks. Gullwing type Mekanisk stressbar tilkobling: hullmontert 5

6 3 SMT PROSESSEN FOR MODULER MED THR KOMPONENTER 3.1 Et overblikk over stegene i prosessen enkelte spesielle hensyn i designen av kretskortet for å inkludere THR komponenter. Spesielle design-anbefalinger bidrar til å gi en optimal produksjonsprosess. 1. Design-In: Design av kretskortet og stensil layout av THR komponentene 4. Reflow lodding: Smelting av loddepastaen Å designe et kretskort for SMD komponenter er generelt ganske enkelt. Så snart utformingen av loddepunktene har blitt definert, lages ofte stensilen for pasta-påtrykk ca. 10% mindre for å unngå prosess-feil. Når vi bruker THR komponenter, må vi derimot fylle et gjennomgående hull med loddepasta. I dette tilfellet blir kvaliteten på loddeprosessen avhengig av hvor godt hullene fylles med loddepasta i påtrykksprosessen. 2. Pasta påtrykk: Loddepasta påføres i THR plasseringshullene 5. Kvalitetskontroll: Sjekk av det ferdige THR loddepunktet For å oppnå best mulig fylling, anbefaler Weidmüller følgende trinn: 3. Montering: Innsetting av THR komponent kontakter i loddepastaen 3.2 Design-in SMT produksjonen begynner med designen av kortet. Allerede på dette tidlige stadiet definerer man den videre fremdriftsprosessen i produksjonen for å sikre sluttkvaliteten på kretskortet. Til forskjell fra den klassiske SMD prosessen eller gjennomgående hullmonterte teknologien, må man ta definer diameteren til plasseringshullene og kransen beregn loddemengden eller den nødvendige pastamengden bestem fyllgraden av loddepasta design stensil layouten 6

7 3.2.1 Definering av diameteren på plasseringshullene og pletten For å beregne den nødvendige pastamengden må man først definere mengden på loddepunktet i forhold til den kvaliteten som ønskes. For et tilfredsstillende loddepunkt krever den internasjonalt anerkjente kvalitetsstandarden IPC A610B 75% tinnfylling i kretskortet (se også seksjon 3.5 kvalitetskontroll ). Designeren definerer først den relevante diameteren på plasseringshullet og på pletten. Begge disse parameterne bidrar til å bestemme den nødvendige loddemengden for en gitt THR komponent. Diameteren på plasseringshullet: For THR loddepunkter (i motsetning til bølgelodding) er det tilrådelig med litt større diameter på plasseringshullet fordi nedsmeltingen av pasta i hullet krever tilstrekkelig plass. Loddepasta inneholder en blanding av loddekorn og tilsetningsstoffer (fluss), og klassifiseres i henhold til kornstørrelsen. For å unngå at komponentene setter seg fast i plasseringshullet eller at det oppstår friksjon under plaseringen, er det tilrådelig å velge en så finkornet pasta som mulig. automatiske prosessen. Når det gjelder f.eks. printklemmer, er plasseringen av loddepinnene i rasteret avhengig av spesielle toleranser. Det innebærer at den enkelte produsenten er ansvarlig for å optimalisere monteringen av de øvrige delene av klemmen for best mulig funksjon. Weidmüller anbefaler følgende som passende monterings hull diametere for THR loddeprosessen: For runde pinner: pinne diameter + minst 0.3 mm For rektangulære pinner: pinne diameter + minst 0.25 mm Pletterings diameter: Mengden av overflyt bør også optimaliseres for å begrense bruken av pasta. Dette gjøres ved å redusere diameteren på pletteringen i forhold til den diameteren som er vanlig i normal hullmontert teknologi. Anbefalte pletterings diametere for hullmonterte loddepunkter: monterings hull diameter + 2 x kransen = pletterings diameter Bredden på kransen er vanligvis 0,3 mm. For THR komponenter som f.eks. printklemmer er en liten økning av bredden på kransen til 0.4 mm tilrådelig. Dette gir høyere stabilitet i loddepunktet og større muligheter for å reparere det. pletterings diameter Toleransene til kretskortet, monteringsmaskineriet og komponentene må også tas med i den videre beregningen av størrelsen på plasseringshullet i den kransen Monterings hull layout for THR pinner Monterings hull diameter 7

8 3 SMT PROSESSEN FOR MODULER MED THR KOMPONENTER Beregning av loddemengde eller nødvendig pastamengde Beregning av graden av loddepasta påfylling Den nødvendige loddemengden for et optimalt loddepunkt kan kalkuleres på denne måten: monterings hull volum + overflyt volum plugg pinne volum = loddemengde For å få optimal kretskortlayout, er det lurt å kontrollere om det i det hele tatt er mulig å oppnå den tidligere kalkulerte, nødvendige pastamengden. Derfor er det nødvendig å fysisk teste mengden av loddepasta fylling i et kretskort hull. Det kan enkelt gjøres ved å legge et tomt kretskort med de definerte hulldiameterne i loddeprosessen. Fyllhøyden i hullene på kortet kan da kontrolleres visuelt. Fyllingsgrad ca. 120 % Beregning av fyllingsgrad Utforming av stensil layout Pinne Hvis man oppnådde den optimale fyllingsgraden, er det mulig å bruke standard design regelen for å utarbeide stensilen: Hull diameteren i stensilen ca. 10% mindre enn kransen. Overflyt Monterings hull En del ledd i prosessen kan medføre at man kommer i en situasjon hvor den ønskede fyllingsgraden ikke blir oppnådd. Da er det flere metoder som står til rådighet for å optimalisere fyllingsgraden: Så snart loddevolumet er beregnet, kan vi også beregne pastamengden. På grunn av den høye fordampningen under loddeprosessen (vanligvis ca. 50%) er pastamengden vanligvis det dobbelte av loddevolumet. pasta mengde = lodde volum x 2 Nødvendig loddevolum for THR loddepunkt Følgende gjelder: 100% fylling av kortets tykkelse = 100% fyllingsgrad optimalisere pastatrykk parameterne (se seksjon 3.3 "Pasta trykking") optimalisere layouten på stensilen: Hvis det ikke er tilstrekkelig pasta, er det tilrådelig å trykke over kransen. Ulike former for asymmetrisk trykking kan også benyttes. Som et alternativ kan trinnvise og pålagte stensiler eller dobbel trykking med ekstremt tykke stensiler også benyttes. 8

9 Hvis det er for mye pasta, kan det benyttes en duk over deler av stensilen som en slags pastabrems. Stensil hull diameter Andre design faktorer : For en optimal SMT prosess bør man også ta hensyn til følgende faktorer når det skal designes en modul: det kan oppstå skygger i reflow ovnen på grunn av høye komponenter på kortet. Dette kan man unngå ved å øke avstanden mellom komponentene. komponentenes kontaktflate må tas med i beregningene for å være sikker på at isolasjonen ikke kommer i kontakt med pastaen. feste med lim kan bli nødvendig på dobbeltsidige moduler hvis et THR komponent skal festes på første plasseringsside. Løsninger og anbefalinger fra Weidmüller Stensil hull layout hvor det er tatt hensyn til tilstrekkelig fyllingsgrad av pasta Stensil hull diameter ca. 10% mindre enn diameteren på kransen I et første utkast til et kretskort og stensil kan man uten problemer arbeide med de velkjente, standard prosess parameterne. For serien med SL-SMT printklemmer med korte pinner (1.5 mm), anbefaler Weidmüller følgende kretskort design: Monterings hull diameter: 1.5 mm Krans diameter: 2.3 mm Stensil hull diameter: 2.1 mm (forutsatt tilstrekkelig fyllingsgrad med pasta) Stensil hull diameter: 2.8 mm (hvis fyllingsgraden av pasta ikke er tilstrekkelig) Dette gjelder for: Kretskort tykkelse: mm Stensil tykkelse: mm 9

10 3 SMT PROSESSEN FOR MODULER MED THR KOMPONENTER 3.3 Pasta trykking Riktig forberedelse av kretskortet, f.eks. å påføre loddepasta på loddepunktene, er et av de viktigste trinnene i SMT produksjonsprosessen. Kvaliteten man oppnår her har kritisk påvirkning på kvaliteten i alle senere produksjonstrinn. Lodderesultatet i den påfølgende monterings- og reflow prosessen er bestemt av det nødvendige pastavolumet og dermed av fyllingsgraden under påføring av pastaen. For optimal fylling av THR hull innenfor normale prosesstoleranser har det utviklet seg en metode for pastapåføring i to ulike trykkprosesser: Den åpne og lukkede trykkprosessen. I den åpne trykkprosessen blir pastapølsen rullet over stensilen med en rakel av plast eller metall. Ulempen med denne prosessen kan være begrensninger i justering av trykk eller hastighet. I lukkede trykkeprosess-systemer som f.eks. ProFlow, føres imidlertid en pastapåføringsenhet med variabelt justerbart trykk over kretskortet. Fordelene er at man får bedre overvåking av trykk og påføringshastighet, og hastigheten gjør det mulig å benytte høyhastighets/høy nøyaktighets teknologi og kontrollere fylling av THR hullene. Forskjellige stensil-varianter kan også benyttes, avhengig av teknologien som er valgt - f.eks. standard metall-stensiler eller mer kostbare og eksotiske varianter som lagvise eller dobbelt-trykk stensiler. For å oppnå optimal fyllingsgrad av pasta må man ta hensyn til følgende prosess parametere i trykkprosessen: stensil tykkelse: generelt 120 til 200 mm(150mm normalt) lodde pasta sammensetning: optimal koordinering av lodde pasta kornstørrelse (20-40 µm) og volumprosent av fluss (stort sett 50%) koordinering av rakelhastighet og trykk: En høyere fyllingsgrad kan oppnås med åpne pastasystemer ved å senke hastigheten eller vinkelen (f.eks. 45 i steden for of 60 ) Ut fra disse parameterne kan vi definere bestemte krav til hullmonterte komponenter: Etter som isolasjonen til hullmonterings komponenter ikke må berøre pastaen, bør avstanden være minst 0.3 mm. Utformingen av pinne-tverrsnittet, pinne enden og lengden må være optimalisert for å begrense det nødvendige pastavolumet. Printklemme (åpne og lukkede): 2 til 8 poler 9 til 24 poler Printklemme (med loddeflens LF): 2 til 24 poler Anbefalt innside diameter d I = mm d I = mm til ferdig hull *1): pasta volum VP [mm 3 ] / fyllmengde fp [%] etter trykk Minimal loddepunkt form 2.4 mm 3 / 70 % 3.1 mm 3 / 85 % Optimal loddepunkt form 2.9 mm 3 / 90 % 3.5 mm 3 / 100 % Åpen trykkeprosess Eksempel på anbefalt loddepasta volum fyllingsgrad for SL-SMT printklemmer i henhold til dataark 10

11 Hvis fyllingsgraden av pasta er for lav, er det anbefalt å overtrykke for å oppnå den ønskede pastamengden. Overtrykking innebærer at hullene i stensilen er utformet for å være større enn krans diameteren slik at pastaen påføres på et område som er større enn kransen og ut på kretskortet. Dette kan selvfølgelig føre til at det kommer pasta på undersiden av stensilen, men denne overflødige pastaen på stensilen kan enkelt fjernes med en kort renseprosess. Overtrykking kan føre til søl på undersiden av stensilen Løsninger og anbefalinger fra Weidmüller: For å oppnå lavest mulig pastamengde ved påtrykk med stensil, er pinnene på SL-SMT printklemmene fra Weidmüller korte og åttekantede med spesialbehandlede ender. Fremfor alt er pinne lengden kun 1,5 mm for bruk på kretskort med 1,6 mm tykkelse. Dermed er en fyllingsgrad på 90% tilstrekkelig for å få et optimalt loddepunkt. I vanlige tilfeller kan derfor normale ett-lags stensiler for finraster teknologi og standard prosessparametere for rakelhastighet og trykk benyttes under pastapåføringen. Og enda flere fordeler: Under monteringen presses det mindre pasta ut av monteringshullet. 11

12 3 SMT PROSESSEN FOR MODULER MED THR KOMPONENTER 3.4 Monteringen Automatisk sekvensiell montering er en av prosessene som benyttes hyppigst i SMT prosessen. Her tar man i bruk både pick & place systemer og chip shooter. Ved bruk av pick & place tas kun ett og ett komponent frem med en vakum pipette, og plasseres på kretskortet. Følgende parametere må tas i betraktning for å oppnå optimal monterings vennlighet for hullmonterte klemmer og dermed enkel integrering i monterings prosessen med vanlige standard systemer: Dette resulterer i følgende krav til hullmonterte klemmer: Lavest mulig vekt for å oppnå høyest mulig plasseringshastighet. Brettpakking iflg. IEC Rull pakkning iflg. IEC Pick & Place montering av SL-SMT 3.5 En Chip Shooter transporterer imidlertid flere komponenter til sine respektive plasseringsposisjoner og plasserer dem der. Spesiell pakking av komponentene er utgangspunktet for begge prosesser. Vi skiller her mellom rull, brett og eske. Pick & place prosessen med rull eller brett har nå blitt den mest brukte for hullmonterte printklemme-komponenter.. Pakking i henhold til standard: Helautomatisk tilførsel av klemmer er mulig med rull eller brett. Dimensjonsstabilitet på komponentene: Lavest mulig absorbering av vann ved lagring under normale klimaforhold sikrer full overensstemmelse med rasteret. Sugeoverflate på komponentet: Bestemmes i henhold til vekt eller størrelse for bruk med standard vakuumdyser. Presisjon mht. pinne-montering: Lavest mulig toleranser (i tillegg til hullposisjon og maskin monterings toleranse) forhindrer problemer som kan oppstå ved at komponentene kolliderer mot kretskortet. Kortest mulig lengde for maks. rotasjons- og transporthastighet og maksimal plasseringsevne. Lavest mulig høyde for å unngå begrensninger i arbeidshøyde over kretskortet og for å unngå kollisjoner.. Mindre bruk av verktøy ved å ta i bruk tettpakkede komponenter i stort volum for å senke produksjons- og verktøykostnadene. 12

13 Endringer i lengde pga. absorbsjon av vann: % PA 4.6: 1 % => 0.5mm / 50mm => 50.5 mm (total lengde for 10 pol (klemme) med raster 5.00 mm) LCP: 0.03% => 0.015mm / 50mm => mm (total lengde for 10 pol (klemme) med raster 5.00 mm) Total lengde for en 10 pol (klemme) med 5.00 mm raster mm Printklemme SL-SMT med Pick & Place holder Endringer i dimensjon på grunn av absorbsjon av vann for ulike materialer. Løsninger og anbefalinger fra Weidmüller: For å unngå kvalitetsreduserende størrelsesendringer er SL-SMT printklemmene fra Weidmüller laget i LCP (Liquid Crystal Polymer). LCP kjennetegnes spesielt av svært lav vannabsorbsjon. SL-SMT printklemmene har en lav høyde takket være bruken av korte pinner (1.5 mm). Dette medfører at høyden på brettene eller tapen i rullene også blir svært lav. Resultatet blir et større antall enheter på hver rull, og lavere høyde på brettene. Den antistatiske pakkingen på standard bånd tillater helautomatisk montering, hvor kommersielt tilgjengelige Pick & Place-systemer brukes. Andre fordeler med de korte pinnene i SL-SMT-serien er optimalisert bevegelseshøyde og nøyaktigheten på pinne-plasseringen noe som er med på å redusere tallet på kollisjoner mellom komponenter og kretskortet. Fordi SMT-optimaliserte printklemmene fra Weidmüller er svært lette, er de med på å gjøre monteringen raskest mulig. 13

14 3 SMT PROSESSEN FOR MODULER MED THR KOMPONENTER 3.5 Reflow lodding Det viktigste leddet i SMT produksjonsprosessen i tillegg til pasta trykk er reflow lodde-prosessen. Denne er kjennetegnet ved smelting av en påført loddepasta. Rundt 50% av pasta-volumet fordamper. Målet med reflow lodding er å få til lodding av samtlige THR-ledd i alle loddeprosesser. For øyblikket er det stort sett tre ulike reflow loddeprosesser som brukes i industrielle sammenhenger: Infrarød lodding: Utnytter varmestråling med naturlig konveksjon, som f.eks. generert av kvarts- eller områderadiatorer, til oppvarming av modulen. Konveksjonslodding: Varmer opp modulen gjennom tvunget konveksjon ved sirkulasjon av større mengder prosessgass som luft eller nitrogen. Kondenseringslodding: Benytter seg av mettet kondensdamp som over føringsmedium, og dette overfører kondenseringsvarmen direkte til komponentoverflaten. Hver av de tre prosessene krever en spesiell prosess-temperaturkurve, som også gjelder for THR-komponentene. Ettersom det vil bli økt bruk av blyfrie loddeprosesser med høyere temperatur i fremtiden, vil kravene til komponentenes varmekapasitet også fortsette å stige. I reflow loddeprossen er de følgende faktorene eller kravene avgjørende med hensyn til THR-komponentene: Loddingens varmemotstand: Komponentens form og funksjon kan ikke skades av loddeprosessen. I denne sammenhengen kan alle komponenter sjekkes med en testmetode beskrevet i EN Denne metoden tillater måling av THR-komponentenes temperaturmotstand med en simulering. Loddingens varmemotstand testes for høyeste kategori A, som kan utføres på alle typer lodding, ved å senke komponenten i et loddebad: Isolatoren flyter på overflaten av loddebadet og alle loddekontakter er nede i badet. Minimumskravet er 260 C / 10 sek. I tillegg må det garanteres at komponenten kan passere gjennom lodde prosessen to ganger (dobbelsidig montering). Temperatur ( C) 180 C Forvarming Normal Termisk utvidelses/ekspansjons koeffissient: Svært lange komponenter som mange polede klemmer, som viser en klart annerledes termisk respons enn det kretskortet gjør, kan føre til deformering av modulen etter lodding eller i kjølingsfasen. 160 C 150 C 130 C Deformering av en komponent som resultat av ulike utvidelseskoeffisienter: 240 C 230 C 215 C Smelting Ca.. 60sek > 180 C tid (sek) Infrarød lodding, konveksjonslodding temperatur/tidsdiagram (temperatur ved tilkobling) 14

15 For å unngå problemet, bør utvidelsen ved temperaturøkning i komponentene og kretskort materialet være så lik som mulig. Vanlige materialer som PBT eller PA 6.6 brukt i klemmer laget for bølge lodding er derfor ikke egnet til bruk i reflow prosesser. Vanninnhold: Bare komponenter produsert i isolatorer med minimal vann absorbsjon motvirker bobledannelse under loddeprosessen og dermed endringer i isolatorens overflate. Selv om alle faktorer og krav til komponentens bruk i reflow loddeprosessen tilsynelatende er oppfylt, kan det i noen tilfeller være at den ønskede produksjonskvaliteten ikke lar seg oppnå. Derfor listes de vanligste feilkildene her: Feil i komponent-design: Tilgjengelighet til de loddede punktene for det varmeoverførende mediet(f.eks. luft) er begrenset av nabokomponenter. Dette kan løses på forhånd ved å designe komponenten med hensyn til denne problemstillingen. Feil i kretskort-designen: Jordplan kan virke som kjøleribber på loddepunktene. Feil i loddemaskinen: Smeltetemperaturen som trengs for at tinnet på loddepunktet skal smelte, nås ikke fordi det er manglende effekt i loddemaskinen eller i den oppsatte prosessprofilen. Utilstrekkelig varmemotstand i kunstoffet fører til at isolasjonen smelter. Løsninger og anbefalinger fra Weidmüller Weidmüller produserer lange komponenter som mange polede klemmer i fiberglassforsterket LCP (Liquid Crystal Polymer). Denne halogenfrie isolatoren er motstandsdyktig mot høy varme, har et smeltepunkt på 335 C og kan derfor vise til høy stabilitet i form og svært god motstand mot loddevarme. Weidmüller overgår kravene som er satt i EN og utsetter kontaktene for 2 x 260 C/10 sek. for en dobbel eksponering for loddeprosessen. Smeltet isolation komponent grunnet manglende termisk motstand i kunstoffet Løsning: Produser komponenter i svært varmebestandig plastmateriale med lav vannabsorbsjon. SL-SMT printklemmer produsert i LCP takler til og med 2 x 290 C/30 sek. og er dermed et produkt for fremtiden som også kan brukes i alle blyfrie loddeprosesser. En ytterligere fordel med LCP er materialets ekstremt lave utvidelseskoeffisient ved temperaturøkning. Målt på SL-SMT printklemmer fra Weidmüller, utgjør dette 0.16% ved 260 C = 0.08 mm for en opprinnelig lengde på 50 mm. Materialet viser altså termiske egenskaper som likner svært på dem vanlige kretskort har, f.eks. FR4, med det resultat at deformering av en modul etter loddeprosessen unngås i alle tilfeller. 15

16 3 SMT PROSESSEN FOR MODULER MED THR KOMPONENTER parallelt med prosessen, er det også viktig med destruktiv undersøkelse. Utført på tilfeldig valgte enheter, er disse med på å teste målbare størrelser: Analyse av fyllingsgraden ved å ta ut et tverrsnitt av loddingen Mekanisk testing av den kraften som trengs for å trekke pinner ut av pletterte kretskort Tverrsnitt av THR-loddepunkt med kort pinne Standarder: Flere standarder har blitt tatt i bruk de siste årene for å oppnå objektiv kvalitetskontroll. I tillegg til andre godkjente testkriterier for produksjons kvaliteten på elektroniske moduler, er bedømmingskriteriene basert på IPC-A- 610B, som er anerkjent på verdensbasis. I hht. IPC-A-610B er kvalitetskravene til THR loddepunktene delt inn i tre kategorier. Generelt er kravene i kategori 3 avgjørende for elektronikk i industrielle applikasjoner. De følgende verdiene er definert for totalt fem kriterier ved bedømming: Fuktet omkrets av primærsiden (f.eks. komponentens side fra komponentens synspunkt), klemmen og holderen kan ikke falle under 270 Optisk test av loddepunkter under lupe. 3.6 Kvalitetskontroll Kvalitetskontroll runder av SMT-produksjonsprosessen. Målet med dette steget er å sørge for rask og enkel vurdering uten en krevende prosess av kvaliteten på loddede punkter på THR komponentene med korte eller lange pinner. De samme reglene gjelder for kvalitetskontroll av THR-teknologien som for flyt eller bølgeloddede THT-komponenter. Kontrollmetode: Kvalitetskontroll parallelt med prosessen kan utføres på flere forskjellige måter. Nå brukes stort sett optisk eller røntgenundersøkelse. Den optiske testen evaluerer formen, refleksjonen og fargen på loddingen. Når dette gjøres manuelt, brukes et forstørrelsesesglass eller et mikroskop. I den automatiserte prosessen utfører et maskinstyrt kamera bildeundersøkelse ved hjelp av en datamaskin. Under røntgenundersøkelse kjøres en såkalt radiografisk evaluering ved hjelp av et automatisert røntgenmikroskop. I tillegg til overvåkningen som foregår 75 % Dimensjonering av fyllhøyden for loddepunkter i pletterte hull i hht. IPC-A-610B 16

17 Vertikalt loddefyll må være minst 75% Lodde fukt (f.eks. kransen ved THR loddepunkter) på primærsiden er definert som 0% Lodde fukt på sekundærsiden må være minst 75% Med hensyn til kvalitetskontroll resulterer disse standardene til flere krav til printklemmer. Det er nødvendig å ta hensyn til de to forskjellige utførelsene som vanligvis brukes i THR-prosessen: Kortere pinner sammenliknet med tykkelsen på printkortene Lengre pinner sammenliknet med tykkelsen på printkortene (ca mm overheng) De følgende kravene gjelder ved bruk av korte pinner: De følgende kravene gjelder for lange pinner: Loddepunktene på sekundærsiden må være synlige Til sammenlikning er det ikke nødvendig med loddepunkter på primærsiden Ved destruktive undersøkelser i forbindelse med THR-komponenter gjelder kravene også for kretskortet. Kraften som må til for å trekke pinnene ut fra loddepunktene kontrolleres for å sikre kvaliteten i printkortproduksjonen. Krav til uttrekningskraften: - for korte pinner: ca. > 150 N - for lange pinner med loddeoverheng på primær- og sekundærsidene: ca. > 220 N Løsninger og anbefalinger fra Weidmüller Til sammenlikning: Ved overflater med SMD komponenter er kravet til uttrekkingskraft bare ca N. Korte pinner trukket ut med uttrekkingskraft på >150N Loddepunktene på primærsiden av kretskortet må være synlige Ved bruk av komponenter med pinner under isolasjonen må høyden mellom kretskort og komponent eller produkt designet være dimensjonert slik at visuell kontroll kan utføres. Korte pinner med et loddeoverheng kun på primærsiden holder en forholdsvis høy stabilitet noe som ellers bare lar seg oppnå med bruk av konvensjonell hullmontering. Dette gir THR-komponenter utstyrt med korte THR-pinner som Weidmüllers SL-SMT en betraktelig fordel i forhold til vanlige, overflatemonterte fester. Den spesielle utformingen av SL-SMT printklemmene fra Weidmüller tillater visuell undersøkelse fra printets primærside selv i tilfeller hvor variantene har en 180 utgående retning, og gir dermed mulighet for kvalitetskontroll parallelt sammenlikning: med prosessen. For ved overflateforbindelser med SMDkomponenter, Samtidig er er det den viktig påkrevede at komponentens kontrollside ikke dekkes av andre uttrekkskraften høye elementer. begrenset Weidmüller til bare anbefaler 15 at man under arbeidet med layouten på 20 kretskortet N. tar hensyn til plasseringsmulighetene for komponentene på primærsiden- eller kontrollsiden av loddekvaliteten. 17

18 4 SL-SMT WEIDMÜLLER'S INNOVATIVE THR KOMPONENTER FOR SMT PROSESSEN Den nye standarden i SMT-prosessen for industriell kretskort-produksjon kommer fra Weidmüller: SL-SMT printklemmer. Hver SL-SMT samler Weidmüllers mangeårige erfaring i SMTproduksjonsprosessen og den konsentrerte kunnskapen om de kravene som stilles til THR-komponentene. Resultatet av dette er at SL-SMT printklemmene ikke bare oppfyller disse kravene, men de tilbyr deg også den optimale arbeidsflyten i automatisert tosidig kretskort produksjon, og reduserer produksjonskostnadene dine med opp til 30%. SL-SMT er pålitelig! SL-SMT er laget i høykvalitets LCP (Liquid Crystal Polymer). Dine fordeler: Maksimal rasternøyaktighet og dimensjonsstabilitet under montering Termiske egenskaper som er svært lik vanlige kretskortmaterialer Varmebestandig overfor alle vanlige loddemetoder Fullt fremtidsrettet: halogen-fri og resirkulerbar Maksimal utformingsfrihet: Leveres i utgaver fra 2 til 24 poler SL-SMT er ekstraordinær! SL-SMT bruker korte pins med en lengde på bare 1.5 mm. Dine fordeler: To-sidig SMT-montering med kretskorttykkelse >= 1.5 mm 0.3 mm den nødvendige mengden loddespasta er redusert Forenklet pasta påføringsprosess Ingen problemer med utgassing av flux i loddeprosessen Lett oppnåelse av den nødvendige temperaturen i loddeprosessen pga. redusert metallmengde Lavere komponenthøyde er med på å unngå kollisjoner i monteringsprosessen Redusert pakkehøyde gjør at standard-matere kan brukes Optimalisert antall enheter i hver rull 2 til 24 poler 1.5 mm 18

19 SL-SMT er innovative! SL-SMT har en integrert fot med en høyde på minst 0,3 mm. monteringskraft når maskinene skal montere pinnene i pastaen SL-SMT er intelligent! Fordeler: Veldig enkelt å designe stensiler for standard layout eller for trykking design-kompatibel med standard printklemmer SL-SMT er applikasjons-optimalisert SL-SMT åttekantede pinner som er spesialdesignet i endene. Fordeler: SL-SMT er tilgjengelig i intelligent pakkningsdesign passende for mange varianter av pinne-antall. Fordeler: kun en rull/mate-bredde er nødvendig for et stort antall poler kompatibel med alle vanlige pick & place monteringssystemer lavest mulig pakningshøyde for større antall pr. rull antistatiske ESD materialer for problemfrie monteringer Printklemme med 180 utgangsvinkel og åpne ender: SL-SMT 5.08/8/180 Optimalisert ende minimalisering av den nødvendige hulldiameteren og dermed av det nødvendige pasta volumet bedre gjennkjennelse i optiske systemer pga. forstørrede refleksjonsflater optimial stabiliitet i loddepunktet sammenliknet med runde pinner minimalisering av nødvendig Produktspesifikk pakningsdesign 19

20 BILLINGSTADSLETTA 97 POSTBOKS NESBRU TLF: FAX: