PCB技術 - 電子表面実装技術のSMT分析

近年、新しい電子表面実装技術SMT（表面実装技術）は、従来のスルーホール挿入技術に代わって、電子機器の発展を主導している。それは電子組み立て技術の革命的な変革と考えられている。SMTは製品の信頼性と性能を高め、コストを削減することを目的としている。消費電子製品であれ軍用電子製品であれ、電子製品に大きな変化をもたらします。

2表面実装技術とPCBコンポーネントの紹介

表面実装技術、表面実装技術（SMT）とも呼ばれ、プリント基板に穴をあける必要なく、表面実装された部品をプリント基板の指定された位置に直接貼り付け、はんだを使用して部品とプリント基板との間に機械的および電気的接続を形成する電子組立技術である。

表面実装を必要とする電子製品は、通常、プリント配線基板と表面実装アセンブリから構成される。プリント配線板（PWB）は、配線とパッドを含む片面または両面多層材料である。表面実装アセンブリは、表面実装アセンブリと表面実装装置とを含む。表面実装素子とは、抵抗、容量、インダクタンスなどの各種シート状受動素子、表面実装デバイスはパッケージ化された電子デバイスであり、一般的には小外形パッケージ（SOP）、ボールグリッドアレイパッケージ（BGA）などの各種能動デバイスを指す。コネクタ、トランス、大電気容器などのSMTには使用できない部品もある。

3表面貼付技術フロー

表面貼付丁一には2つのプロセスがあります：と補助。このプロセスには、印刷、チップ配置、リフロー溶接が含まれる。どのタイプの製品の生産もこの3つのプロセスを経なければならず、各部分は不可欠である。補助プロセスは主に「ディスペンサー」プロセスと光学補助自動検出プロセスから構成される。これは必須ではなく、製品の特性とユーザーのニーズに基づいて決定されます。

プリント基板は片面製品と両面製品に分けることができる。電子製品は、片面製品（プリント基板の片側に部品を付着させる必要がある）と両面製品（プリント基板の両側に部品を付着させなければならない）に分けることもできる。図1は、片面製品の表面実装プロセスフローを示す。図2は、両面製品の表面実装プロセスフローを示す。

印刷プロセスの目的は、テンプレートと印刷装置の共同作用により、半田ペーストをプリント基板に正確に印刷することである。印刷過程におけるプロセス要素は主に半田ペースト、テンプレート、印刷システムを含む。半田ペーストは、素子をプリント基板に接続し、電気的および機械的な接続を実現するための重要な材料です。溶接ペーストは主に合金と溶接剤からなる。溶接中、彼らはそれぞれの役割を果たして溶接作業を完了します。このテンプレートは、プリント基板上にペーストを正確に印刷するために使用されます。テンプレートの製造方法と開口部の設計は印刷品質に大きな影響を与える。印刷システムは主に印刷装置と印刷パラメータを指す。印刷装置の品質は印刷精度に大きな影響を与える。印刷装置の繰り返し印刷精度と印刷パラメータの設定との合理的な一致は正確な印刷の重要な保証である。印刷パラメータはたくさんありますが、印刷効果に影響する重要なパラメータは印刷速度、ドクター圧力、離型速度、離型距離です。これらのキーパラメータは設定して一致させる必要があります。印刷品質を向上させる。印刷速度は一般的に12.7～203.2 mm/sであり、具体的なパラメータはスキージ圧力と錫ペーストの物理的財産に依存する。SMTプロセスでは、印刷ブレードの圧力は4.448 222〜6.672 333 nであることが必要である。

パッチプロセスの目的は、すべての部品がプリント基板に正確かつ迅速に貼り付けられるようにすることです。パッチプロセスは主にパッチとそのパッチ能力に関連する。機械の配置能力は正確な配置の重要な保証である。パッチマシンの重要な技術としては、モーション、実行、高速送り機構があります。小型化技術高速機械の視覚認識と照明技術、高速、高精度のインテリジェント制御技術、並行処理リアルタイムマルチタスク処理技術、設備開放型フレキシブルモジュール化技術とシステム統合技術。

リフロー溶接プロセスは、PCBパッドに予め分布された半田ペーストを溶融することにより、表面実装部品の半田付け表面またはピンとPCBパッドとの間の機械的および電気的接続を実現する。リフロー溶接は良好な溶接効果を保証することができる。リフロー溶接プロセスの主要なプロセス要素はリフロー炉とその溶接能力であり、主にリフロー炉の加熱システム、冷却システム、フラックス管理システムと不活性ガス保護システムに体現されている。加熱システムは加熱効率、温度制御精度、温度均一性と安定性に関係する、冷却システムの機能は：リフロー溶接のピーク温度が高い場合、急速に冷却できなければ、リフロー溶接炉外の基板温度が高すぎて、基板の曲げを招きやすい、急速冷却は構造を細分化し、金属間化合物の肥厚を防止することができる。信頼性を高める。フラックスはリフロー溶接中に揮発する。もし理想的なフラックス管理システムがなければ、揮発したフラックスを適時に除去し、それを濾過循環することができ、フラックスは高温ガス流に従って冷却エリアに入り、ラジエータと溶鉱炉で凝縮し、冷却効果を下げ、設備と基板を汚染する。基板と整合する半田ペーストの活性が十分でないか、回路基板上に超微細ピッチ素子と複雑な素子が存在し、基板が複数回リフロー炉を通過する必要がある場合、リフロー炉に不活性ガスを充填して酸化機会を減少させ、半田付け活性を高めることを考慮する。通常使用される不活性ガスは窒素である。還流炉の制御プログラムを編集することで還流炉の溶接能力を発揮する必要もある。パッチが完成した回路基板がリフロー炉を通過する場合、一般的には予熱段階、絶縁段階、リフロー段階、冷却段階を経なければならない。リフロー炉の制御手順により溶接品質を確保する。

補助プロセスは円滑な設置を支援し、検査と後期検査を積極的に防止するために使用される。補助プロセスは主に「粘着点」プロセスと光学補助自動検出プロセスから構成される。「ディスペンサー」技術は専用ゴムの「点」を必要な部品の下部または周辺に置き、部品を適切に保護し、部品がリフロー溶接を繰り返した後に脱落しないようにする、取付過程における部品への応力影響を低減する、複雑なサービス環境でコンポーネントを損傷から保護します。「ディスペンサー」技術の技術要素は主に「ディスペンサー」設備、専用ゴム及び「ディスペンサーパラメータ設定」を含む。プロセス効果を確保するためには、設備、接着剤、設計パラメータの設定を合理的に選択する必要があります。光学補助自動検出プロセスは主に以下を含む：まず、専用光学設備を用いて印刷後の半田ペーストの厚さ均一性と印刷精度を測定し、次々とパッチの精度を検出し、そしてリフロー半田付け前に欠陥のある回路基板を検出し、タイムリーに警報する、第二に、リフロー溶接後、専用光学機器を用いて溶接点を検出し、溶接点欠陥のある回路基板を検出し、警報する。特殊光学測定装置は主に可視光検出装置とX線検出装置を含む。前者は主に自動光学検査（AOI）であり、後者は主に3次元と5次元X線装置である。前者は主に視覚溶接点を検出するために使用され、後者は視覚溶接点を検出することができるほか、非視覚BGA部品の溶接点を検出することもできる。補助プロセスを使用するかどうかは、インストールする製品の特性に基づいて決定されます。

4リフロー溶接の原理と温度曲線

リフロー溶接の温度曲線からリフロー溶接の原理を分析する（図3）：PCBが予熱ゾーンに入ると、溶接ペーストの溶剤とガスが蒸発し、溶接ペーストフラックスがパッド、素子端部とピンを濡らす。半田ペーストを軟化、陥没させ、半田パッドを覆い、半田パッドとアセンブリピンを酸素から隔離する。プリント基板が絶縁領域に入ると、プリント基板と部品は十分に予熱される。PCBが突然リフロー溶接領域に入ることを防止し、温度が急速に上昇したためにPCBとコンポーネントを損傷することを防止する、PCBがリフロー溶接ゾーンに入ると、温度が急速に上昇し、半田ペーストを溶融状態にし、液状半田が濡れ、拡散、拡散またはリフローPCBパッド、素子端部とピンを濡らし、半田接点を形成する、PCBは冷却エリアに入り、溶接点が硬化し、全体のリフロー溶接が完了した。

リフロー溶接中には、溶媒を介してペーストを揮発させる必要があります。フラックスは溶接部品表面の酸化物を除去し、溶接ペーストは溶融して再び流動し、溶接ペーストは冷却して硬化する。そのため、リフロー溶接の過程で、溶接温度は主に4つの温度領域に分けられる：予熱領域、絶縁領域、リフロー領域と冷却領域。予熱ゾーンは室温〜120℃である、絶縁領域は120℃~ 170℃である、還流域は170℃~ 230℃、温度は210℃~ 250℃、冷却ゾーンは210℃から約100℃に低下した。

温度曲線は溶接品質を保証する鍵である。実際の温度曲線と半田ペースト温度曲線の加熱傾きとピーク温度は基本的に一致しなければならない。160℃までの加熱速度は1℃/S ~ 2℃/Sに制御すべきである。加熱速度が速すぎると、一方で素子とPCBを加熱しすぎて、素子を損傷しやすく、PCBを変形させやすい、一方、半田ペースト中の溶媒は揮発が速すぎる。金属部品はこぼれやすく、溶接ボールが発生します。ピーク温度は通常、はんだペーストの溶融温度より20℃~ 40℃高く設定(例えば、Sn 63/Pb 37はんだペーストの融点は183℃、ピーク温度は205℃~ 230℃)、還流時間は10〜60 sであり、ピーク温度が低いか還流時間が短く、深刻な場合は半田ペーストの半田付け不足、不溶化を招く、ピーク温度が高すぎるか、（RE）に戻る時間が長すぎると金属粉末が酸化し、溶接品質に影響を与え、部品やPCBを損傷することもあります。

リフロー溶接の温度曲線を設定する根拠：PCBの材料、厚さ、多層板と寸法に基づいて、使用する溶接ペーストの温度曲線、表面組立板に担持されたアセンブリの密度とサイズ、及びBGA、CSP及びその他の特殊なアセンブリがあるかどうか、設備の具体的な条件、例えば加熱ゾーンの長さ、加熱源の材料、還流炉の構造及び熱伝導モード。

あるタイプのプリント基板の実際の製造では、デバイスが設定した温度領域は、加熱領域、保温領域、急速加熱領域、還流領域であるため、半田ペーストは、183℃の融点を有するsn 63 pb 37半田ペーストである。溶接には何らかのリフロー炉を使用する。各プリント基板部品は、各プリント基板の温度曲線を得るために適切な溶接パラメータを設計しなければならない。図4は標準リフロー溶接温度曲線を示し、図5は印刷板の実際のリフロー溶接温度を示している。

これは9つの温度領域にあるリフロー溶接炉です。実際の温度試験には3つの試験点があり、その中で図5は実際の温度曲線である。温度領域のパラメータ設定は以下の要求を満たすべき：1）温度上昇領域：室温から100℃までの温度上昇速度は2℃/Sを超えてはならない、2）絶縁領域：100℃から150℃まで、70 ~ 120秒続く、3）急速加熱区：150℃~ 183℃の保温時間は30 sを超えず、加熱速度は2 ~ 3℃/s：4）還流区：温度は205℃~ 230℃で、液相線以上の時間は40 ~ 60 sである、5）冷却領域：冷却速度は2 ~ 4摂氏度/sである。図4と図5の理論と実際のPCB温度曲線を比較することにより、実際の還流温度領域は標準温度範囲内であり、そのため、PCB上の表面実装デバイスの溶接は要求に合致し、表面実装デバイスの電気的性能を確保したと結論した。特に注意：リフロー炉は週に1回試験を行わなければならない。試験温度曲線を標準温度曲線と比較して、完全に一致しているかどうかを判断します。主な検査パラメータには、加熱ゾーンの加熱速度、保温ゾーンの保温時間、急速加熱ゾーンと還流ゾーンの加熱速度、ピーク温度、液相線より高い時間、冷却ゾーンの冷却速度、曲線に異常な変動がないかを含む。

5結論

表面実装技術は各分野に浸透し、電子製品の溶接レベル、及び電子製品の性能と品質に直接影響を与える。本文は表面貼付技術の全過程を紹介し、リフロー溶接の溶接過程における原理と温度曲線を述べた。実際の生産過程におけるプリント基板の標準リフロー溶接温度曲線を実際のリフロー溶接温度線と比較し、実際のリフロー溶接の温度領域が標準温度範囲内であれば、取り付け部品の性能指標を満たすことができる。