Als eine Schlüsselart vonLeiterplattenbestückungIn der Fertigung wird die SMT- (Surface-Mount-Technology-) Bestückung in der Elektronikindustrie weit verbreitet eingesetzt, da sie Material-, Arbeits- und Zeitkosten reduziert und zudem Vorteile wie hohe Zuverlässigkeit und hohe Frequenzleistung bietet. Bis heute findet die SMT-Bestückung in nahezu allen Branchen Anwendung, darunter Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik, Computer, Telekommunikation und Automobilindustrie, was das Leben der Menschen und die Zuverlässigkeit elektronischer Produkte erheblich verbessert hat.
Eine Medaille hat jedoch zwei Seiten. Die SMT-Bestückung sorgt dafür, dass elektronische Produkte eine höhere Zuverlässigkeit und Integrität aufweisen, während die Endproduktqualität tendenziell sinkt, wenn während des SMT-Bestückungsprozesses Probleme auftreten. Seit der Gründung von PCBCart im Jahr 2005 ist Qualität das zentrale Ziel unseres Unternehmens, und in unserer Fertigung wurden einige wirksame Maßnahmen zur Verbesserung der SMT-Bestückungsqualität zusammengefasst, basierend auf der Erfahrung aus mehr als zwanzig Jahren in der Elektronikfertigung.
Der gesamte SMT-Montageprozess umfasst hauptsächlich das Drucken der Lötpaste, das Bestücken, das Löten und die Inspektion, wobei das Drucken der Lötpaste, das Bestücken und das Löten an erster Stelle stehen.
• Im Lötpastendruckprozess verursachte Defekte
Als der Anfang vonSMT-MontageprozessDer Druck der Lotpaste spielt eine direkte Rolle bei der Bestimmung der Qualität sowohl der Leiterplatte (PCB) als auch des Endprodukts. Wenn während des Lotpastendrucks keine strenge Kontrolle angewendet wird, können in späteren SMT-Montageprozessen Lötperlen entstehen. Beispielsweise führt mangelnde Benetzung dazu, dass Metallpartikel oxidieren, oder Metallpartikel können aufgrund unzureichender Lotpaste unregelmäßige Formen annehmen. Außerdem können Lötperlen durch das schlagartige Verdampfen von Lösungsmitteln oder durch Oxidation der Metallpartikel entstehen.
• Im Platzierungsprozess verursachte Defekte
Die Bestückung, auch Chip-Montage genannt, gilt im Hinblick auf die SMT-Fertigung als der komplizierteste Herstellungsschritt, sodass das Niveau der Bestückung die Leistungsfähigkeit der SMT-Fertigung widerspiegelt. Daher steht die Qualität der Chip-Montage für das Niveau der SMT. In diesem Schritt treten jedoch die meisten Fehler auf, was zur höchsten Fehlerrate der Fertigungsanlagen führt. Beispielsweise können fehlende Bauteile aufgrund einer schlecht arbeitenden Düse auftreten; eine falsche Ausrichtung von Bauteilen kann durch Fehler bei den Bauteillieferanten verursacht werden; oder eine Fehlplatzierung kann durch eine fehlerhafte Ausrichtung entstehen.
• Im Lötprozess verursachte Defekte
Beim Löten handelt es sich um einen Prozess, bei dem Bauteile durch das Schmelzen von metallischem Lot auf der Leiterplatte (PCB) befestigt werden, das anschließend abkühlt, aushärtet und so die Verbindung herstellt. Das Löten beeinflusst die Leistung elektronischer Produkte in höchstem Maße, sodass die Verbesserung der Lötqualität die Grundlage für die Sicherstellung der Produktleistung bildet. Im Hinblick auf den gesamten Lötprozess müssen alle wesentlichen Faktoren sorgfältig berücksichtigt werden, darunter die Oberflächenreinheit, die Einstellung der Löttemperatur und die Lotqualität. Der häufigste Fehler, der im Reflow-Lötprozess während der SMT-Fertigung auftritt, sind Lotperlen, also kleine metallische Partikel, die durch das Reflow-Löten auf der Bauteiloberfläche entstehen. Lotperlen können Kurzschlüsse bei ICs (integrierten Schaltkreisen) verursachen und so direkt zum Ausfall der bestückten Schaltungen führen. Müssen kleinere Leiterplatten zudem einen zweiten Lötvorgang durchlaufen, können durch rollende Lotperlen ebenfalls Kurzschlüsse auf der Leiterplatte entstehen oder die gesamte Platine bzw. das gesamte Produkt kann durchbrennen.
Abgesehen von den oben genannten Fehlerursachen im SMT-Montageprozess führen auch Kostenkontrolle oder unzureichende Reinigung dazu, dass Leiterplatten in ihrer Leistung beeinträchtigt werden. Zu viele Rückstände auf der Leiterplattenoberfläche führen dazu, dass Lötstellen alles andere als voll und glänzend sind.
In Übereinstimmung mit den Ursachen, die die Produktqualität der SMT-Baugruppen beeinflussen, können einige Maßnahmen zusammengefasst werden, um die Produktqualität der SMT-Baugruppen während des Herstellungsprozesses zu verbessern.
Maßnahme Nr. 1: Technologie des Lotpastendrucks und Qualitätsmanagement
Im Hinblick auf die SMT-Bestückung spielt Lotpaste eine Schlüsselrolle in der Fertigung. Immerhin sind 70 % der Qualitätsmängel bei elektronischen Produkten mit SMT-Bestückung auf minderwertigen Lotpastendruck zurückzuführen. Daher ist die Verbesserung der Druckleistung der Lotpaste eine wichtige Maßnahme zur Steigerung der Qualität der SMT-Bestückungsfertigung. Konkret können Maßnahmen ergriffen werden, die sich auf die Qualität der Lotpaste, die Schablonenplatzierung und die Einstellung der Druckparameter konzentrieren.
a. Lötpastenqualität
Vor der Verwendung sollte Lotpaste in einem Kühlschrank bei einer Temperatur von 5 ℃ aufbewahrt werden und darf erst herausgenommen werden, wenn sie unmittelbar für den Einsatz in der Fertigung benötigt wird. Sobald Lotpaste zu viel Feuchtigkeit enthält, kommt es durch Verdampfung leicht zu Spritzern, was wiederum zur Bildung von Lotperlen führt. Außerdem sollte der Behälter mit der Lotpaste vor der Anwendung bei Raumtemperatur geöffnet werden, damit sich ihre Temperatur auf natürliche Weise anpassen kann. Die optimale Verarbeitungstemperatur der Lotpaste liegt bei etwa 20 ℃ und einer Luftfeuchtigkeit von 30 % bis 50 %. Daher müssen sowohl Temperatur als auch Luftfeuchtigkeit in der SMT-Fertigungsumgebung streng kontrolliert werden.
b. Schablonenplatzierung
Die Schablone sollte entsprechend den darauf angegebenen Markierungen korrekt positioniert werden. Die Ausrichtung wird in der Regel vor dem Druck automatisch von der Druckausrüstung vorgenommen, sodass eine geeignete Einstellung der Ausrichtungsparameter zur Verbesserung der Druckqualität beitragen kann.
c. Einstellung der Druckparameter
Während des Lötpastendrucks führt eine zu hohe Geschwindigkeit der Rakelbewegung dazu, dass zu wenig Lötpaste auf das Pad aufgetragen wird, was zu Defekten führt, und umgekehrt. Die optimale Bewegungsgeschwindigkeit der Rakel sollte 12 bis 40 mm/s betragen. Der Rakeldruck sollte richtig eingestellt werden, da ein zu hoher Rakeldruck die Lötpaste herausdrückt und zum Einfallen führt, während ein zu geringer Rakeldruck dazu führt, dass die Lötpaste rutscht und die Schablone verschmutzt. Darüber hinaus sollten die Bahn der Rakel und die Trenn- bzw. Abhebegeschwindigkeit angemessen eingestellt werden. Eine zu lange Bahn der Rakel verringert die Fertigungseffizienz, und die Trenn- bzw. Abhebegeschwindigkeit spielt eine entscheidende Rolle für die Form der Lötstelle und eine ausschlaggebende Rolle für die Lötqualität.
Maßnahme Nr. 2: Platzierungstechnologie und Qualitätsmanagement
Die Bestückungstechnologie ist der Kern der Oberflächenmontagetechnik. Darüber hinaus muss sich die Leiterplattenbestückung mit zunehmender Miniaturisierung von Bauteilen und Geräten einer steigenden Komplexität und einem höheren Technologiestand stellen. Die Chipbestückung hängt von Bestückungsautomaten ab, die sich durch schnelles Aufnehmen und Platzieren sowie hohe Bestückungsgeschwindigkeit auszeichnen. Die Bestückungsqualität hängt von der Bauteilauswahl, der Bestückungsposition und dem Bestückungsdruck ab. Beispielsweise erfolgt die Bauteilerkennung durch den Bestückungsautomaten anhand der Bauteilgröße, sodass bereits ein winziger Unterschied zu einer Fehlplatzierung führen kann, die letztlich einen Brückenfehler verursacht. Hinsichtlich des Bestückungsdrucks kann zu geringer Druck möglicherweise zu einer übermäßigen Bauteilhöhe führen, während zu hoher Druck möglicherweise zum Kollaps der Lotpaste führt, was wiederum Bauteilschäden und Fehlplatzierungen verursacht. Außerdem müssen die Bauteilpositionen korrekt sein, damit die Bauteile exakt an den entsprechenden Positionen auf der Leiterplatte haften. Sobald die Toleranz überschritten ist, muss nach manueller Justierung ein zweiter Lötvorgang durchgeführt werden.
Maßnahme Nr. 3: Löttechnik und Qualitätsmanagement
Die Leistung des Reflow-Lötens bestimmt die Leistung und Qualität der Leiterplatte (PCB). Wenn die Leiterplatte unter ungeeignetem Design in Bezug auf Pad, Schablone, Leiterplattendicke usw. leidet, treten einige Defekte auf, darunter Brückenbildung, fehlende Bauteile und Lotkugeln. Temperaturkurven sollten wissenschaftlich festgelegt werden, und beim Reflow-Löten werden vier Temperaturphasen verwendet: Vorheizen, Temperaturanstieg, Reflow und Abkühlung. Ziel des Vorheizens und des Temperaturanstiegs ist es, die Temperatur innerhalb von 60 bis 90 Sekunden auf eine geregelte Temperatur zu erhöhen, was nicht nur den thermischen Schock für Leiterplatte und Bauteile verringert, sondern auch das teilweise Verdampfen der schmelzenden Lotpaste bewirkt. Darüber hinaus können Vorheizen und Temperaturanstieg verhindern, dass das Lösungsmittel aufgrund eines schnellen Temperaturanstiegs spritzt, sodass Lotkugeln vermieden werden können. Außerdem sollte die Schablone mit einer geeigneten Dicke und Öffnungsgröße ausgelegt werden. Allgemein gesprochen sollte die Fläche der Schablonenöffnung 90 % der Fläche des Pads auf der Leiterplatte betragen.
Alle Maßnahmen wurden von den SMT-Prozessingenieuren von PCBCart zusammengefasst, basierend auf ihrer über zwanzigjährigen Werkstatterfahrung und ihren strengen Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Produkte.
Die SMT-Bestückung ist eine Schlüsseltechnologie in den meisten Branchen und bietet erhebliche Vorteile wie geringe Kosten und erhöhte Zuverlässigkeit elektronischer Komponenten. Die SMT-Bestückung wird in einem breiten Spektrum von Bereichen, von der Telekommunikation bis zur Luft- und Raumfahrt, eingesetzt und unterstützt die Entwicklung der Funktionalität und Zuverlässigkeit komplexer elektronischer Systeme. Die SMT-Bestückung weist jedoch einige Probleme auf, die die Produktqualität beeinträchtigen können, darunter Schwierigkeiten beim Lotpastendruck, bei der Bauteilplatzierung und bei den Lötprozessen. Die Identifizierung und Behebung solcher potenzieller Schwachstellen ist entscheidend, um eine überlegene Qualitätsleistung zu erzielen und Ausfälle des Endprodukts zu verhindern.
Bei PCBCart nutzen wir über zwei Jahrzehnte Erfahrung in der Leiterplattenfertigung, um eine höhere SMT-Bestückungsqualität zu liefern. Unsere sorgfältigen Schritte umfassen die Optimierung der Lotpastenqualität, die Verbesserung der Bestückungstechniken und das Angebot robuster Lötprozesse.
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Hilfreiche Ressourcen
•Unverzichtbare, ingenieurfreundliche Richtlinien für das PCB-Layout
•Layout- und Verfolgungsregeln für Box-Build-Montage
•Designanforderungen für SMT-Leiterplatten, Teil eins: Lötpad-Design einiger gängiger Bauteile
•Designanforderungen für SMT-Leiterplatten, Teil zwei: Einstellungen der Pad-Leiterbahn-Verbindung, Durchkontaktierungen, Testpunkte, Lötstoppmaske und Bestückungsaufdruck
•Designanforderung an SMT-Leiterplatten Teil Vier: Markierung
•Umfassender Leiterplatten-Fertigungsservice von PCBCart – zahlreiche wertschöpfende Optionen
•Fortschrittlicher Leiterplattenbestückungsservice von PCBCart – ab 1 Stück
