DISTRIBUIÇÃO DE ALTA VELOCIDADE DE ADESIVO DE MONTAGEM DE SUPERFÍCIE ENTRE ALMOFADAS DE SOLDA COLADA
Introdução
O adesivo de montagem em superfície
faz parte das aplicações de fabricação de eletrônicos desde
o início do SMT. Ele tem sido usado, em conjunto com
processos de solda por onda, para soldar com sucesso milhões de componentes na
parte inferior de placas de circuito impresso. Em um esforço para tornar os
processos de fabricação mais robustos e melhorar a qualidade das
montagens, uma etapa de impressão de pasta de solda e uma etapa de soldagem por refluxo
foram adicionadas a muitas linhas de montagem tradicionais do lado inferior. Essas
operações são adicionadas para diminuir defeitos como
componentes ausentes e juntas de solda insuficientes. Os processos SMT (
refluxo de dupla face) e de passagem (SMT/THT misto) podem se beneficiar disso
processo utilizando adesivo e pasta de solda. Algumas das
considerações do processo são o design do bico, o design da almofada, o layout da PCB,
o design do estêncil e as propriedades adesivas. Este artigo abordará as
características que devem ser consideradas na configuração deste processo, como
ele pode ser implementado com sucesso e as configurações típicas de linha
associadas a este processo. A base principal dos
processos tradicionais de montagem do lado inferior é o adesivo.
Seleção de adesivo
Ao selecionar um
adesivo para aplicações que envolvam a aplicação de
adesivos de montagem em superfície entre almofadas coladas por solda, é importante escolher um
adesivo que seja formulado para fornecer
propriedades reológicas ou de fluxo muito específicas. O adesivo selecionado deve ser formulado para permitir um
ponto de perfil mais alto que exiba muito pouco abatimento. Isso permitirá que a
cola entre em contato com o componente, acima da altura da
deposição da pasta de solda, quando o componente for colocado. Os pontos dispensados para este tipo
de aplicação devem ter uma forma cilíndrica alta, em vez de não
típico perfil triangular Hershey kiss dot. O perfil típico pode
não permita que a cola adira adequadamente ao componente antes da cura
e, em seguida, segure o componente por meio de solda por onda. Isso fará com que um
grande número de erros de componentes ausentes sejam vistos após a
operação de solda por onda. Componentes ausentes em excesso após
a montagem manual também podem ser vistos porque a junta de cola não é grande o suficiente para
fornecer a força necessária para manter os componentes no lugar.
O
adesivo de montagem em superfície escolhido para essas aplicações também deve ter uma alta
resistência verde para segurar o componente antes do processo de cura. É
essa força verde que também ajuda o adesivo a manter a
forma de ponto cilíndrico alto necessária ao distribuir entre
almofadas coladas de solda. Sem ela, o depósito de adesivo cairá, perdendo área de contato
com o componente e causando uma diminuição na resistência das
juntas adesivas.
Em
processos de distribuição de adesivo que utilizam calor, é difícil atingir a
altura de ponto necessária. Ao aplicar calor ao adesivo, a
viscosidade do material é reduzida, permitindo que ele flua com mais facilidade. Este tipo de
característica de fluxo fará com que o ponto adesivo caia após
a aplicação. Os problemas relacionados ao adesivo que não está em contato com o
componente (componentes ausentes após a soldagem por onda, etc.) aumentarão
em frequência, bem como o número de oportunidades para
a ocorrência de defeitos, como contaminação do pad.
Design de placa
Normalmente,
as almofadas de componentes de montagem em superfície são projetadas para deposição de adesivo
ou triagem de pasta de solda. O espaçamento entre almofadas é geralmente menor
para aplicação de pasta de solda em oposição à deposição de adesivo.
Por exemplo, o espaçamento entre os pads de um chip
cap/resistor 0603 é tipicamente 0,020”, se a placa foi projetada para ser
impressa com pasta de solda. O espaçamento entre almofadas para a mesma placa pode ser de
0,040” se a deposição de adesivo for utilizada. Um ponto
de adesivo de 0,030” de diâmetro seria facilmente recomendado para uso se os pads componentes
na placa fossem realmente projetados para deposição de adesivo. No entanto, se
o design do bloco para a mesma placa foi originalmente projetado para
utilização de pasta de solda, como método de adesão do componente à
placa, obviamente, um ponto de adesivo de 0,030” de diâmetro seria muito
grande, pois o espaçamento entre os pads agora é de 0,020”. Um ponto de diâmetro de 0,015" a 0,018"
é necessário para esta aplicação específica.
Ao projetar
o espaçamento entre almofadas e componentes, a altura da almofada e a
deposição da pasta de solda também devem ser levadas em consideração. Normalmente, a
altura de um ponto adesivo é metade do diâmetro do ponto.
Dependendo do material usado para as almofadas, seria possível
projetar uma placa na qual seria impossível imprimir e aplicar adesivo
. Se o tamanho de ponto típico para um componente 0603 fosse de 0,015" a 0,018",
a altura seria de aproximadamente 0,0075" a 0,009". Se a espessura
do estêncil utilizado para imprimir a pasta de solda for de 0,006” a 0,007”,
isso pode não permitir que o ponto de cola entre em contato com o corpo do componente em alguns
tipos de acabamentos de placas. Por exemplo, um acabamento HASL típico é
aproximadamente 0,003" de espessura. Se a espessura do estêncil utilizado
fosse de 0,007”, o ponto adesivo teria que ter pelo menos 0,011” a 0,012”
de altura para entrar em contato corretamente com o componente. Isso exigiria
aproximadamente um ponto de diâmetro de 0,022”. É por isso que a reologia do
adesivo é tão importante. Se o adesivo cair após
a aplicação, pode não entrar em contato com o componente adequadamente. O
design do bico também desempenha um papel no desenvolvimento do ponto correto para cada
aplicação.
Projeto do Bocal
Ao selecionar um bocal para uso na aplicação de adesivos, as principais características que devem ser consideradas são o projeto do bocal
, tamanho e posicionamento do espaçador e DI do bocal. Existe uma relação
entre essas características e o diâmetro do ponto adesivo.
Quando o volume de adesivo é dispensado, a tensão superficial do
adesivo na placa deve ser o dobro da área de superfície do
adesivo na ponta do bico. Se esta condição existir, conforme o bocal
se retrai, o adesivo se desprenderá do bocal e deixará um
ponto bem definido de volume constante na placa. O bico deve ser
escolhido com base no tamanho do ponto requerido pela aplicação.
A seleção do bocal
refere-se, neste caso, às especificações específicas do bocal para um
requisito de tamanho de ponto conhecido. Os requisitos de tamanho de ponto podem ser derivados do
design da placa que está sendo utilizada ou, especificamente, do espaçamento de almofada dos
componentes. O espaçamento do bloco de referência discutido anteriormente neste documento. Não é
incomum que o pessoal do Engenheiro de Manufatura ou
o pessoal da Engenharia de Qualidade de uma instalação de fabricação de placas de circuito impresso
pergunte qual deve ser o diâmetro de ponto adesivo recomendado para um
determinado tipo de componente. Muito foi escrito em relação aos
designs e layouts recomendados de almofadas de componentes de montagem em superfície para
aplicações na parte inferior. Projetos de almofada superior também são usados no lado inferior PCB
a fabricação de fundos. No entanto, essas diretrizes raramente são utilizadas. a almofada
o espaçamento para um componente específico para cada produto individual do cliente
é único.
Como o espaçamento do pad
para a maioria dos componentes típicos de montagem em superfície não é padronizado
de um produto do cliente para outro, torna-se uma tarefa desafiadora
recomendar qual ferramenta deve ser utilizada para atender aos
requisitos de deposição de adesivo de um determinado cliente para um determinado componente.
Observe que o
volume de adesivo necessário para manter o componente no lugar durante a
colocação em alta velocidade ou o processo de solda por onda pode ser maior do que o possível
para alguns designs de almofada específicos.
O espaçamento do bocal
pode ser definido como a distância da ponta da superfície de distribuição
até o final do espaçamento mecânico. O espaçamento do bocal é usado para
manter a distância entre o PCB e a ponta de dosagem. A maioria
dos dispensadores em uso hoje é projetada para utilizar algum tipo de
impasse mecânico com os bicos. O impasse geralmente determina, até certo
ponto, a altura do ponto dispensado
Os projetos típicos para
espaçadores de bicos são o projeto de castelo, o projeto de poste ou um
projeto de poste duplo. Para aplicações que utilizam adesivo de montagem em superfície entre almofadas
que tiveram pasta de solda aplicada a elas, um bico de design de poste único
é o mais apropriado. Neste tipo de aplicação, o espaçamento
deve ser definido em 45 ° , 135 ° , 215 ° ou 315 ° ao redor do circuito do pad.
Ao selecionar o
ID do bico correto, uma regra prática é que o ID do bico deve ser metade
do diâmetro do ponto necessário. Isso permitirá que o
diâmetro correto do ponto seja dispensado para que a cola se solte do bocal
sem contaminação. Começando com esta diretriz, o
diâmetro aproximado do bocal pode ser determinado e, em seguida, ajustado com base
no material utilizado.
Considerações sobre a impressão do estêncil
Ao imprimir
pasta de solda antes de aplicar o adesivo de montagem em superfície, há algumas
considerações sobre o design do estêncil que devem ser levadas em consideração. A
espessura do estêncil é importante porque determinará a
altura dos depósitos de pasta de solda. Isso também determina a
altura mínima do ponto que deve ser dispensado para
entrar em contato e segurar adequadamente o componente. Em aplicações onde a solda por onda
seguirá a montagem manual, uma espessura menor do estêncil pode ser usada
porque a qualidade final da junta de solda será determinada pela
operação de solda por onda. Também pode ser benéfico, em almofadas com
espaçamento muito apertado, cortar o estêncil para que o máximo de espaço possível
possível está disponível para deposição de adesivo.
Cura adesiva
Ao imprimir
pasta de solda e dispensar epóxi entre almofadas de pasta de solda,
é necessário um ciclo de cura especializado. A cura do epóxi a 150º C é uma
temperatura da linha de adesão que deve ser verificada com termopares em
vários locais. A cura do epóxi em temperaturas acima de 160º C pode tornar
o adesivo quebradiço, levando a possíveis perdas de componentes
durante o processo de solda por onda. A solução para isso é que o epóxi
deve ser curado a 150º C por cerca de 90 segundos antes de aumentar para a
temperatura de refluxo. Este tipo de refluxo leva em consideração tanto a cura do adesivo
quanto o refluxo da pasta de solda. Deve-se tomar cuidado para verificar a
qualidade das juntas de solda obtidas com este perfil. O gráfico
abaixo está uma amostra de como deve ser o ciclo de cura. O
perfil final deve levar em consideração os perfis recomendados tanto pelos fabricantes
de adesivos quanto pelos fabricantes de pasta de solda.
Considerações sobre a máquina de colocação
Ao selecionar uma
máquina de colocação para uso em um processo que utiliza a aplicação de
adesivos de montagem em superfície entre almofadas coladas por solda, é importante
considerar a precisão e a repetibilidade da
linha da máquina de colocação. Em aplicações típicas do lado superior utilizando
impressão de pasta de solda, quando a pasta de solda é refluída, as forças associadas à
solda centralizam automaticamente o componente, dentro do razoável, em seus
pads. Quando a cola é adicionada ao processo, isso não ocorre porque a
cola resiste a essas forças, pois é curada antes do refluxo da
pasta de solda. É importante considerar todas as máquinas da
linha ao desenvolver esse tipo de processo.
Configurações Típicas da Linha de Fabricação
Linha lateral inferior tradicional
Dispensador de adesivo GDM
Forno de refluxo Vitronics
HSP Chipshooter
Normalmente, uma
linha de fabricação tradicional do lado inferior inclui um
dispensador de adesivo, um lançador de cavacos para colocar os componentes do lado inferior e um
forno para curar o adesivo. Esta linha será seguida por uma
máquina de solda por onda, que por sua vez será seguida por uma
estação de inspeção e/ou retrabalho.
A primeira coisa
que deve ser considerada ao configurar qualquer linha de fabricação é o
tipo de componentes e conjuntos que serão usados ou construídos nela
. Uma linha lateral inferior tradicional pode ser usada simplesmente para aplicar cola a uma
placa de circuito impresso, colocar componentes na placa e, em seguida, curar a
cola para manter as peças na placa antes e durante
a soldagem por onda e a montagem manual. Nesse tipo de aplicação, a
resistência verde do material determina se os componentes permanecem no lugar
durante a operação de colocação no quebra-cavacos. A resistência pós-cura
do adesivo determina se os componentes permanecerão ou não
a placa durante a montagem e manuseio manual. Isso torna a escolha da
cola muito importante. Após a soldagem por onda, usando este tipo de linha, as peças
podem estar faltando devido a pontos adesivos ausentes ou inaceitáveis ou alguns podem
ter sido arrancados da placa durante a montagem ou manuseio manual. Deve-se tomar cuidado
para controlar as forças a que essas montagens estão
sujeitas. Esta linha é muito básica em sua funcionalidade, mas pode
construir produtos de forma confiável quando implementada corretamente.
Linha lateral inferior com aplicação de pasta de solda
HSP Chipshooter
Impressora de Estêncil DEK
Forno de refluxo Vitronics
Dispensador de adesivo GDM
Uma linha inferior,
que inclui aplicação de pasta de solda, incorpora um sistema para
aplicação da pasta de solda (impressora de estêncil ou dispensador de alta velocidade), um
dispensador de adesivo, um quebra-cavacos para os componentes do lado inferior e um
forno para curar o adesivo e refluir o pasta de solda. Uma
máquina de solda por onda e uma estação de inspeção e/ou retrabalho seguirão esta
linha.
Este tipo de
linha de fabricação é mais flexível do que a linha discutida anteriormente.
Para aplicações do lado inferior, esta configuração fornece maior
resistência ao torque devido ao adesivo ser combinado com pasta de solda. Isso
ajudará a reduzir o número de defeitos de peças ausentes presentes na
montagem. Este tipo de linha também ajuda a reduzir problemas relacionados
à operação de solda por onda (solda insuficiente). Nesse tipo de
aplicação, é importante considerar a altura do ponto, pois o ponto
deve ser alto o suficiente para entrar em contato com o componente mesmo acima do
depósito de pasta de solda. Consideração também deve ser dada ao design do estêncil
usado para imprimir a pasta de solda e o desenho do bocal usado para
operações de dosagem de alta velocidade. Ambos os pontos podem se transformar em
problemas mais tarde se não forem considerados adequadamente.
Conjunto superior/inferior de tecnologia mista com aplicação de pasta de solda
Forno de refluxo Vitronics
HSP Chipshooter
Dispensador de adesivo GDM
Impressora de Estêncil DEK
Posicionamento Flexível GSM
Uma
linha de tecnologia mista para montagem de produtos do lado superior e inferior inclui um sistema de
aplicação da pasta de solda (impressora de estêncil ou dispensador de alta velocidade), um
dosador de adesivo, um quebra-cavacos para colocar os componentes do lado inferior, uma
máquina de colocação flexível para colocar topo e fundo componentes laterais e
um forno para curar o adesivo e refluir a pasta de solda. Uma
máquina de solda por onda e uma estação de inspeção seguirão esta linha.
A estação de inspeção, no entanto, deve ter uso limitado devido à
robustez desse processo.
Esta
linha de fabricação é mais flexível do que qualquer uma das linhas discutidas anteriormente.
Assim como a linha de fabricação do lado inferior com pasta de solda, nas
aplicações do lado inferior, esta configuração oferece maior resistência ao torque
devido ao adesivo ser combinado com a pasta de solda. Isso ajuda a
reduzir o número de peças ausentes presentes na montagem. Isso
também ajuda a reduzir problemas relacionados à operação de solda por onda
(solda insuficiente). Neste tipo de aplicação, é
importante considerar a altura do ponto porque o ponto deve ser alto o suficiente para entrar em contato com o
componente acima e acima do depósito de pasta de solda. Consideração também
deve ser dado ao desenho do estêncil usado para imprimir a
pasta de solda e ao desenho do bocal usado para
operações de dosagem de alta velocidade. Esta linha também pode ser usada para aplicações topside,
incluindo a deposição de pasta de solda, colocação de chip e
colocação flexível (QFPs e BGAs, por exemplo). Esse tipo de
linha de fabricação flexível tornou-se a escolha dos
fabricantes de eletrônicos contratados porque oferece uma solução de montagem simples e total.
Conclusão
A distribuição de
adesivos de montagem em superfície faz parte da fabricação de eletrônicos
desde o desenvolvimento de componentes de montagem em superfície. Em um esforço para tornar
os processos envolvidos mais robustos, a pasta de solda foi adicionada a muitas
configurações de linhas de fabricação. Essa configuração ajuda a
eliminar defeitos como componentes ausentes e
juntas de solda insuficientes após a soldagem por onda.
Para
implementar este processo, há uma série de considerações que devem ser
levadas em conta. O tipo de adesivo usado deve ter propriedades reológicas
que permitam um ponto alto e cilíndrico versus o típico
ponto em forma de beijo da Hershey. Esse tipo de ponto é necessário para
aderir adequadamente ao componente quando ele é colocado sobre os
depósitos de pasta de solda. Para obter a altura correta do ponto, o design da placa
deve ser considerado com cuidado. Ao projetar no espaçamento correto das almofadas,
a implementação desse processo é muito mais simples. O volume de
pasta de solda necessário deve então ser determinado, bem como o desenho do
estêncil. O tamanho do ponto adesivo necessário deve ser considerado quando
projetando o estêncil. Depois que a placa é projetada e o volume de
pasta de solda necessário foi determinado, um bocal deve ser projetado para
fornecer o diâmetro de ponto correto com espaçadores que não serão
contaminados com pasta de solda. Depois que o adesivo é depositado e os
cavacos colocados, a cola deve ser curada e a pasta de solda
deve ser refluída. O perfil utilizado para este processo deve ser desenvolvido
a partir dos
perfis recomendados pelos fabricantes de cola e pasta de solda. Finalmente, o tipo de conjuntos que serão construídos
deve ser considerado ao desenvolver uma linha de fabricação que atenda
às suas necessidades agora e no futuro.
Ao
considerar cuidadosamente todos os aspectos do seu processo de fabricação, a distribuição de
adesivos de montagem em superfície entre almofadas coladas por solda pode ajudar a eliminar
defeitos associados a processos típicos de fabricação de eletrônicos.
Este processo ajuda a eliminar problemas como
juntas de solda insuficientes. Em aplicações onde anteriormente apenas se utilizava cola, este
tipo de processo pode ajudar a eliminar defeitos como a falta de componentes,
que podem ocorrer devido ao manuseio e montagem manual. Levando
tempo para considerar as características de seu processo de fabricação, a
configuração de linha correta e os parâmetros de processo podem ser desenvolvidos para
construir montagens da mais alta qualidade possível.