DISTRIBUTION À GRANDE VITESSE D'ADHÉSIF DE MONTAGE EN SURFACE ENTRE LES PASTILLES DE SOUDURE
Introduction
L'adhésif de montage en surface
fait partie des applications de fabrication électronique depuis
le début de SMT. Il a été utilisé, en conjonction avec
des processus de soudure à la vague, pour souder avec succès des millions de composants sur
les faces inférieures des cartes de circuits imprimés. Dans un souci de
robustesse des procédés de fabrication et d'amélioration de la qualité des
assemblages, une étape d'impression de la pâte à braser et une étape de refusion
ont été ajoutées à de nombreuses lignes d'assemblage traditionnelles côté fond. Ces
opérations sont ajoutées afin de diminuer les défauts tels que
les composants manquants et les joints de soudure insuffisants. Les procédés SMT (refusion double face
) et Through hole (mixte SMT/THT) peuvent en bénéficier
processus utilisant de l'adhésif et de la pâte à souder. Certaines des
considérations de processus sont la conception des buses, la conception des tampons, la disposition des circuits imprimés,
la conception des pochoirs et les propriétés adhésives. Cet article traitera des
caractéristiques qui doivent être prises en compte lors de la mise en place de ce processus, de la manière dont
il peut être mis en œuvre avec succès et des configurations de ligne typiques
associées à ce processus. La base principale des
processus d'assemblage traditionnels de la face inférieure est l'adhésif.
Sélection d'adhésif
Lors de la sélection d'un
adhésif pour des applications impliquant la distribution d'
adhésifs de montage en surface entre des pastilles de soudure collées, il est important de choisir un
adhésif formulé pour donner
des propriétés rhéologiques ou d'écoulement très spécifiques. L'adhésif sélectionné doit être formulé pour permettre un
point de profil plus élevé qui présente très peu d'affaissement. Cela permettra à la
colle d'entrer en contact avec le composant, au-dessus de la hauteur du
dépôt de pâte à souder, lorsque le composant est placé. Les points distribués pour ce type
d'application doivent avoir une forme cylindrique haute par opposition au
profil triangulaire typique des points biseautés de Hershey. Le profil type peut
ne laissez pas la colle adhérer correctement au composant avant le durcissement
, puis maintenez le composant par soudure à la vague. Cela entraînera
l'apparition d'un grand nombre d'erreurs de composants manquants après l'
opération de soudage à la vague. Un excès de composants manquants suite à
un assemblage manuel peut également être observé car le joint de colle n'est pas assez grand pour
fournir la force nécessaire pour maintenir les composants en place.
L'
adhésif de montage en surface choisi pour ces applications doit également avoir une
résistance à l'état vert élevée afin de maintenir le composant avant le processus de durcissement. C'est
cette résistance à l'état vert qui aide également l'adhésif à conserver la
forme de point cylindrique haut nécessaire lors de la distribution entre
les pastilles collées à la soudure. Sans cela, le dépôt d'adhésif s'effondrera, perdant la zone de contact
avec le composant et provoquant une diminution de la résistance des
joints adhésifs.
Dans
les processus de distribution d'adhésif utilisant la chaleur, il est difficile d'obtenir la
hauteur de point nécessaire. En appliquant de la chaleur sur l'adhésif, la
viscosité du matériau est abaissée, ce qui lui permet de s'écouler plus facilement. Ce type de
caractéristique d'écoulement entraînera l'affaissement du point d'adhésif après
la distribution. Les problèmes liés au fait que l'adhésif n'entre pas en contact avec le
composant (composants manquants après soudure à la vague, etc.) augmenteront
en fréquence, ainsi que le nombre d'opportunités pour que des défauts tels que
la contamination des pastilles se produisent.
Conception de carte
En règle générale,
les pastilles de composants à montage en surface sont conçues pour le dépôt d'adhésif
ou le criblage de pâte à souder. L'espacement des pastilles est généralement plus petit
pour l'application de pâte à souder par opposition à celui du dépôt d'adhésif.
Par exemple, l'espacement des plots de composants entre les plots d'un
capuchon/résistance de puce 0603 est généralement de 0,020", si la carte a été conçue pour être sérigraphiée
avec de la pâte à souder. L'espacement des pastilles pour le même panneau peut être
de 0,040 po si le dépôt d'adhésif devait être utilisé. Un point d'adhésif de 0,030 pouce de diamètre
serait facilement recommandé si les pastilles de composants
sur la carte étaient effectivement conçues pour le dépôt d'adhésif. Cependant, si
la conception du pad pour la même carte a été conçue à l'origine pour
l'utilisation de pâte à souder, comme méthode de collage du composant à la
carte, évidemment, un point d'adhésif de 0,030" de diamètre serait trop
grand, car l'espacement entre les pastilles est maintenant de 0,020". Un
point de 0,015" à 0,018" de diamètre est requis pour cette application particulière.
Lors de la conception
de l'espacement des pastilles et des composants, la hauteur de la pastille et le
dépôt de pâte à souder doivent également être pris en considération. Typiquement, la
hauteur d'un point adhésif est la moitié du diamètre du point.
En fonction du matériau utilisé pour les tampons, il serait possible
de concevoir un panneau sur lequel il serait impossible d'imprimer et de distribuer de l'adhésif
. Si la taille de point typique pour un composant 0603 était de 0,015" à 0,018",
la hauteur serait d'environ 0,0075" à 0,009". Si l'épaisseur
du pochoir utilisé pour imprimer la pâte à souder était de 0,006" à 0,007",
cela pourrait ne pas permettre au point de colle d'entrer en contact avec le corps du composant sur certains
types de finitions de carte. Par exemple, une finition HASL typique est
environ 0,003" d'épaisseur. Si l'épaisseur du pochoir utilisé
était de 0,007", le point adhésif devrait avoir une
hauteur d'au moins 0,011" à 0,012" pour entrer correctement en contact avec le composant. Cela nécessiterait
un point d'environ 0,022 po de diamètre. C'est pourquoi la rhéologie de l'
adhésif est si importante. Si l'adhésif s'affaisse après
la distribution, il se peut qu'il n'entre pas correctement en contact avec le composant. La
conception de la buse joue également un rôle dans le développement du point correct pour chaque
application.
Conception de buse
Lors de la sélection d'une buse à utiliser pour la distribution d'adhésifs, les principales caractéristiques à prendre en compte sont la conception de la buse
, la taille et l'emplacement de l'entretoise et l'identification de la buse. Une relation
existe entre ces caractéristiques et le diamètre du point d'adhésif.
Lorsque le volume d'adhésif est distribué, la tension superficielle de l'
adhésif sur le panneau doit être le double de celle de la surface de l'
adhésif à la pointe de la buse. Si cette condition existe, lorsque la buse
se rétracte, l'adhésif se détache proprement de la buse et laisse un
point bien défini de volume constant sur le panneau. La buse doit être
choisie en fonction de la taille de point requise par l'application.
La sélection de buse
fait référence dans ce cas à des spécifications de buse spécifiques pour une
exigence de taille de point connue. Les exigences de taille de point peuvent être dérivées de la
conception de la carte utilisée ou plus précisément de l'espacement des pastilles des
composants. Espacement des pastilles de référence discuté précédemment dans cet article. Il
n'est pas rare que le personnel d'ingénierie de fabrication ou
le personnel d'ingénierie qualité d'une usine de fabrication de cartes de circuits imprimés
demande quel doit être le diamètre de point d'adhésif recommandé pour un
type de composant particulier. Beaucoup a été écrit en ce qui concerne
les conceptions et les dispositions recommandées des coussinets de composants de montage en surface pour
les applications de la face inférieure. Les conceptions de pastilles supérieures sont également utilisées sur les circuits imprimés inférieurs
fabrication. Cependant, ces directives sont rarement utilisées. L'
espacement des pastilles pour un composant particulier pour chaque produit client individuel
est unique.
Étant donné que l'
espacement des pastilles pour la plupart des composants de montage en surface typiques n'est pas normalisé
d'un produit client à l'autre, il devient difficile de
recommander l'outillage à utiliser pour répondre aux
exigences de dépôt d'adhésif d'un client particulier pour un composant particulier.
Notez que le
volume d'adhésif nécessaire pour maintenir le composant en place pendant le
processus de placement à grande vitesse ou de soudure à la vague peut être plus important que possible
pour certaines conceptions de pastilles spécifiques.
L'écartement de la buse
peut être défini comme la distance entre la pointe de la surface de distribution
et l'extrémité de l'écartement mécanique. L'entretoise de la buse est utilisée pour
maintenir la distance entre le PCB et la pointe de distribution. La plupart
des distributeurs utilisés aujourd'hui sont conçus pour utiliser une sorte d'
entretoise mécanique avec les buses. L'entretoise dicte généralement, dans une certaine
mesure, la hauteur du point distribué
Les conceptions typiques des
entretoises de buse sont la conception de château, la conception de poteau ou une
conception à double poteau. Pour les applications utilisant un adhésif de montage en surface entre des pastilles
sur lesquelles de la pâte à souder a été appliquée, une buse de conception à tige unique
est la plus appropriée. Dans ce type d'application, l'écartement
doit être réglé à 45 ° , 135 ° , 215 ° ou 315 ° autour du circuit du plot.
Lors de la sélection de l'
ID de buse correct, une règle empirique est que l'ID de buse doit être la
moitié du diamètre de point requis. Cela permettra
de distribuer le diamètre de point correct afin que la colle se détache de la buse
sans contamination. En commençant par cette ligne directrice, le
diamètre approximatif de la buse peut être déterminé, puis ajusté en fonction
du matériau utilisé.
Considérations sur l'impression au pochoir
Lors de l'impression
de pâte à souder avant la distribution d'adhésif pour montage en surface, certaines
considérations de conception du pochoir doivent être prises en compte. L'
épaisseur du pochoir est importante car elle va déterminer la
hauteur des dépôts de pâte à braser. Cela détermine également la
hauteur minimale du point qui doit être distribué afin de
contacter et de maintenir correctement le composant. Dans les applications où la soudure à la vague
suivra l'assemblage manuel, une épaisseur de pochoir plus petite peut être utilisée
car la qualité finale du joint de soudure sera déterminée par l'
opération de soudure à la vague. Il peut également être avantageux, sur les tampons avec
un espacement très serré, de couper le pochoir de sorte qu'autant d'espace que possible
possible est disponible pour le dépôt de colle.
Durcissement de l'adhésif
Lors de l'impression
de la pâte à souder et de la distribution d'époxy entre les pastilles collées à la soudure, un
cycle de durcissement spécialisé est requis. Le durcissement de l'époxyde à 150 °C est une
température de ligne de liaison qui doit être vérifiée avec des thermocouples à
divers endroits. Le durcissement de l'époxyde à des températures supérieures à 160 °C peut rendre
l'adhésif cassant, ce qui peut entraîner une perte de composants
pendant le processus de vague de soudure. La solution à cela est que l'époxy
doit être durci à 150 ° C pendant environ 90 secondes avant de monter à la
température de refusion. Ce type de refusion prend en compte le durcissement de l'adhésif
ainsi que la refusion de la pâte à braser. Il faut veiller à vérifier la
qualité des soudures réalisées avec ce profilé. Le graphique
Vous trouverez ci-dessous un exemple de ce à quoi devrait ressembler le cycle de guérison. Le
profil final doit tenir compte des profils recommandés à la fois par les fabricants
d'adhésif et par les fabricants de pâte à braser.
Considérations relatives aux machines de placement
Lors de la sélection d'une
machine de placement à utiliser dans un processus utilisant la distribution d'
adhésifs pour montage en surface entre des pastilles collées à la soudure, il est important de
prendre en compte la précision et la répétabilité de la machine de placement
en aval. Dans les applications typiques du côté supérieur utilisant
l'impression de pâte à souder, lorsque la pâte à souder est refondue, les forces associées à
la soudure centrent automatiquement le composant, dans la mesure du raisonnable, sur ses
pastilles. Lorsque de la colle est ajoutée au processus, cela ne se produit pas car la
colle résiste à ces forces puisqu'elle est durcie avant la refusion de
la pâte à souder. Il est important de considérer toutes les machines de
la ligne lors du développement de ce type de processus.
Configurations de ligne de fabrication typiques
Ligne de fond traditionnelle
Distributeur d'adhésif GDM
Four de refusion Vitronics
Tireur de puces HSP
En règle générale, une
ligne de fabrication traditionnelle du côté inférieur comprend un
distributeur d'adhésif, un lanceur de copeaux pour placer les composants du côté inférieur et un
four pour durcir l'adhésif. Cette ligne sera suivie d'une
machine à souder à la vague, elle-même suivie d'un
poste d'inspection et/ou de reprise.
La première chose
à prendre en compte lors de la configuration d'une ligne de fabrication est le
type de composants et d'assemblages qui vont être utilisés ou construits dessus
. Une ligne latérale inférieure traditionnelle peut être utilisée simplement pour appliquer de la colle sur une
carte de circuit imprimé, placer des composants sur la carte, puis durcir la
colle afin de maintenir les pièces sur la carte avant et pendant
le soudage à la vague et l'assemblage manuel. Dans ce type d'application, la
résistance à vert du matériau détermine si les composants restent en place
pendant l'opération de placement sur le chipshooter. La force de post-durcissement
de l'adhésif détermine si oui ou non les composants resteront en place
la carte lors de l'assemblage manuel et de la manipulation. Cela rend le choix de
la colle très important. Après la soudure à la vague, en utilisant ce type de ligne, des pièces
peuvent être manquantes en raison de points d'adhésif manquants ou inacceptables ou certaines peuvent
avoir été arrachées de la carte lors de l'assemblage ou de la manipulation manuelle. Il convient de veiller à maîtriser les efforts auxquels sont
soumis
ces assemblages .
Cette ligne est très basique dans sa fonctionnalité mais peut
construire des produits de manière fiable lorsqu'elle est correctement mise en œuvre.
Ligne latérale inférieure avec application de pâte à souder
Tireur de puces HSP
Imprimante à pochoir DEK
Four de refusion Vitronics
Distributeur d'adhésif GDM
Une ligne inférieure,
qui comprend l'application de la pâte à souder, comprend un système d'
application de la pâte à souder (imprimante à pochoir ou distributeur à grande vitesse), un
distributeur d'adhésif, un lance-copeaux pour les composants du côté inférieur et un
four pour durcir l'adhésif et refondre le pâte à braser. Une
machine à souder à la vague et un poste d'inspection et/ou de reprise suivront ensuite cette
ligne.
Ce type de
ligne de fabrication est plus flexible que la ligne décrite précédemment.
Pour les applications du côté inférieur, cette configuration offre une plus grande résistance au couple
en raison de la combinaison de l'adhésif et de la pâte à souder. Cela
aidera à réduire le nombre de défauts de pièces manquantes présents dans
l'assemblage. Ce type de ligne permet également de réduire les problèmes liés
à l'opération de soudure à la vague (soudure insuffisante). Dans ce type d'
application, la hauteur du point est importante à prendre en compte car le point
doit être suffisamment haut pour entrer en contact avec le composant même au-dessus du
dépôt de pâte à souder. Il faut également tenir compte de la conception du pochoir
utilisé pour imprimer la pâte à souder et la conception de la buse utilisée pour
les opérations de distribution à grande vitesse. Ces deux points peuvent se transformer en
problèmes plus tard s'ils ne sont pas pris en compte correctement.
Assemblage supérieur/inférieur à technologie mixte avec application de pâte à souder
Four de refusion Vitronics
Tireur de puces HSP
Distributeur d'adhésif GDM
Imprimante à pochoir DEK
Placement flexible GSM
Une
ligne de technologie mixte pour l'assemblage des produits côté haut et bas comprend un système d'
application de la pâte à souder (imprimante à pochoir ou distributeur à grande vitesse), un
distributeur d'adhésif, un chipshooter pour placer les composants côté bas, une
machine de placement flexible pour placer le haut et le bas composants latéraux et
un four pour durcir l'adhésif et refondre la pâte à souder. Une
machine à souder à la vague et un poste de contrôle suivront ensuite cette ligne.
La station d'inspection devrait cependant voir une utilisation limitée en raison de la
robustesse de ce processus.
Cette
ligne de fabrication est plus flexible que l'une ou l'autre des lignes décrites précédemment.
Comme la ligne de fabrication côté inférieur avec pâte à souder, sur
les applications côté inférieur, cette configuration offre une plus grande résistance au couple
en raison de la combinaison de l'adhésif avec la pâte à souder. Cela aide à
réduire le nombre de pièces manquantes présentes dans l'assemblage. Cela
permet également de réduire les problèmes liés à l'opération de soudure à la vague
(soudure insuffisante). Dans ce type d'application, la hauteur du point est
importante à prendre en compte car le point doit être suffisamment grand pour entrer en contact avec le
composant au-dessus du dépôt de pâte à souder. Considérez également
doit être donnée à la conception du pochoir utilisé pour imprimer la
pâte à braser et à la conception de la buse utilisée pour
les opérations de dépose à grande vitesse. Cette ligne peut également être utilisée pour des applications topside,
y compris le dépôt de pâte à braser, le placement de puces et
le placement flexible (QFP et BGA par exemple). Ce type de
ligne de fabrication flexible est devenu le choix des
fabricants d'électronique sous contrat car il offre une solution d'assemblage simple et totale.
Conclusion
La distribution d'
adhésifs pour montage en surface fait partie de la fabrication électronique
depuis le développement des composants pour montage en surface. Dans un effort pour rendre
les processus impliqués plus robustes, la pâte à braser a été ajoutée à de nombreuses
configurations de lignes de fabrication. Cette configuration aide à
éliminer les défauts tels que les composants manquants et
les joints de soudure insuffisants après le soudage à la vague.
Afin de
mettre en œuvre ce processus, de nombreuses considérations doivent être
prises en compte. Le type d'adhésif utilisé doit avoir des propriétés rhéologiques
qui permettent un grand point cylindrique par rapport au
point typique en forme de baiser Hershey. Ce type de point est nécessaire pour bien
adhérer au composant lorsqu'il est placé au-dessus des
dépôts de pâte à braser. Afin d'obtenir la bonne hauteur de point, la conception du tableau
doit être soigneusement étudiée. En concevant l'espacement correct des pastilles,
la mise en œuvre de ce processus est beaucoup plus simple. Le volume de
pâte à souder nécessaire doit alors être déterminé ainsi que le design du
pochoir. La taille de point d'adhésif requise doit être prise en
concevoir le pochoir. Une fois la carte conçue et le volume de
pâte à souder requis déterminé, une buse doit être conçue pour
fournir le diamètre de point correct avec des entretoises qui ne seront pas
contaminées par la pâte à souder. Une fois l'adhésif déposé et les
puces placées, la colle doit être durcie et la pâte à souder
doit être refondue. Le profil utilisé pour ce processus doit être élaboré
à partir des profils recommandés par les fabricants de colle et de pâte à braser
. Enfin, le type d'assemblages qui seront construits
doit être considéré lors du développement d'une ligne de fabrication qui répondra à
vos besoins actuels et futurs.
En
examinant attentivement tous les aspects de votre processus de fabrication, la distribution d'
adhésifs de montage en surface entre les pastilles collées à la soudure peut aider à éliminer
les défauts associés aux processus de fabrication électroniques typiques.
Ce processus aide à éliminer les problèmes tels que
les joints de soudure insuffisants. Dans les applications où seule la colle était auparavant utilisée, ce
type de processus peut aider à éliminer les défauts tels que les composants manquants,
qui peuvent survenir à la suite de la manipulation et de l'assemblage manuel. En prenant
le temps de considérer les caractéristiques de votre processus de fabrication, la
configuration de ligne et les paramètres de processus appropriés peuvent être développés pour
construire les assemblages de la plus haute qualité possible.