Il processo di posizionamento è un fattore determinante fondamentale per il rendimento di produzione e l’affidabilità del prodotto nella produzione con tecnologia a montaggio superficiale (SMT). Nonostante l’uso di apparecchiature di pick and place ad alta tecnologia e di sistemi di controllo del processo, esistono inevitabili piccole variazioni nel posizionamento che possono contribuire a problemi di saldatura, variazioni di assemblaggio e guasti sul campo.
Il posizionamento è molto più che semplicemente collocare i componenti su un PCB. Ha un impatto diretto sulla formazione delle giunzioni di saldatura, sulle caratteristiche termiche, sulla possibilità di ispezione e sulla distribuzione delle sollecitazioni meccaniche sulla scheda. Questi effetti sono ancora più marcati nei progetti ad alta densità e il posizionamento è una componente integrale della Progettazione per la Manifatturabilità (DFM).
Posizionamento dei componenti e resa SMT
La resa SMT è la percentuale di schede di produzione che non presentano difetti. Questa è influenzata dal posizionamento dei componenti, poiché incide sulla precisione dell’allineamento dei componenti con la pasta saldante e con i pad del PCB durante il riflusso.
Se posizionato in modo errato, anche solo leggermente, possono verificarsi alcuni problemi:
Ponticelli di saldatura tra piazzole adiacenti
Ribaltamento di piccoli componenti passivi
Giunzioni di saldatura aperte o deboli
Giunzioni di saldatura aperte o deboli
La deformazione o il disallineamento dei componenti
Bagnatura della saldatura insufficiente
Ciò è particolarmente vero per i componenti a passo fine, in cui un piccolo scostamento di posizionamento può avere un impatto significativo sui tassi di difetto, come osservato nel settore.
È inoltre necessario prestare molta attenzione alla spaziatura dei componenti per il rendimento. Layout troppo affollati rendono più difficile la saldatura, aumentano le probabilità di cortocircuiti e rendonoispezione ottica automatizzatapiù impegnativo. Inoltre, una spaziatura errata può causare ombreggiature termiche durante il riflusso, provocando un riscaldamento non uniforme e giunzioni di saldatura instabili.
Precisione di posizionamento ed effetti termici
Il posizionamento dei componenti e la distribuzione del rame attorno ai componenti possono avere un impatto significativo sul comportamento termico durante il riflusso. Se un componente si riscalda su un lato più rapidamente rispetto all’altro, si possono generare forze di bagnatura della saldatura non uniformi.
Una delle ragioni più frequenti dell’effetto “tombstoning” è proprio questo squilibrio, soprattutto nei componenti passivi molto piccoli, come i package 0201 o 01005. L’asimmetria termica diventa più complessa man mano che le dimensioni dei componenti si riducono e il numero di parti per scheda aumenta.
Questo può essere mitigato contribuendo a garantire che le strategie di collocamento siano:
Bilanciamento delle aree di rame intorno ai pad
Prevenire flussi di calore sbilanciati
Garantire l’uniformità delle regole di progettazione dei pad
È possibile separare componenti aventi diversa massa termica.
Queste misure contribuiranno a garantire un riscaldamento uniforme e una formazione più stabile dei giunti di saldatura.
Stabilità del processo di posizionamento e assemblaggio
La stabilità delProcesso di assemblaggio SMTè inoltre influenzata dall’orientamento e dalla disposizione dei componenti. Le macchine orientate in modo regolare sono più efficienti e l’ispezione è meno complessa.
Se i componenti non sono orientati e/o sono raggruppati male:
Le macchine pick and place hanno un numero più elevato di passaggi di rotazione
La programmazione dell'AOI diventa più complessa
Aumento del tempo di ispezione
Più propenso a commettere errori umani
La precisione del posizionamento dipende fortemente anche dalle variabili di processo, come lo stato dei feeder, le prestazioni degli ugelli e la calibrazione della macchina. Anche lievi deviazioni meccaniche durante il posizionamento possono causare uno spostamento dei componenti o un disallineamento angolare.
La ricerca sul comportamento del processo SMT rivela che la variazione di posizionamento è effettivamente una causa significativa di difetti di assemblaggio, in particolare nella produzione ad alta velocità.
Posizionamento e affidabilità a lungo termine
Oltre al rendimento di produzione, il posizionamento dei componenti ha un impatto significativo sulle prestazioni di un prodotto durante tutto il suo ciclo di vita.
Affidabilità termica
Se i componenti che generano calore non sono posizionati correttamente, possono causare punti caldi localizzati. Questo processo accelera nel tempo:
Affaticamento della saldatura
Invecchiamento dei semiconduttori
Degradazione del condensatore
Imbarcamento del PCB
La separazione delle sorgenti termiche e l'ottimizzazione dei percorsi del flusso d'aria riducono la temperatura di esercizio ed estendono la durata del prodotto. Gli studi sulla distribuzione termica rivelano che la durabilità di una giunzione saldata sotto stress a lungo termine è direttamente correlata alla distribuzione termica.
Affidabilità meccanica
Inoltre, la distribuzione delle sollecitazioni meccaniche sull’intero PCB dipende dal posizionamento dei componenti. I componenti situati vicino a:
Bordi della tavola
Fori di montaggio
Connettori
Aree di depanelizzazione
Sono più suscettibili ai danni causati da vibrazioni e flessioni.
I grandi condensatori ceramici ePackage BGAsono molto sensibili e il loro posizionamento può causare la rottura della saldatura o guasti intermittenti nel tempo.
Prestazioni elettriche
Tuttavia, il posizionamento ha anche un impatto sull’integrità del segnale. Se i componenti ad alta velocità non sono posizionati correttamente o non sono accoppiati ai condensatori, potrebbe essere possibile aumentare:
Rumore EMI
Diafonia
Riflessione del segnale
Rimbalzo di massa
Nei circuiti elettronici, le frequenze sono aumentate con la tecnologia moderna, quindi un posizionamento ottimizzato è fondamentale per garantire le prestazioni stabili dei circuiti.
Best practice per un posizionamento ottimizzato
In genere, i progettisti di PCB aderiscono a una serie di regole importanti per ottenere una migliore resa e affidabilità dell’SMT:
Mantieni una corretta separazione dei componenti
Assicurarsi che i componenti siano orientati in modo coerente.
La distribuzione termica dovrebbe essere bilanciata su tutto il PCB.
Non posizionare le parti sensibili vicino ai bordi della scheda
Isolare le apparecchiature che generano calore da quelle sensibili.
Assicurarsi che i condensatori di disaccoppiamento siano il più vicino possibile ai pin di alimentazione del circuito integrato.
Creare layout che consentano l’accesso all’AOI e al ritocco
Queste pratiche riducono i difetti di assemblaggio, aumentano l’efficienza dell’ispezione e migliorano l’affidabilità a lungo termine del prodotto.
Il posizionamento dei componenti è uno degli elementi fondamentali, che influisce direttamente sul rendimento dell’SMT e sull’affidabilità a lungo termine del prodotto. Un posizionamento corretto porta a una buona formazione dei giunti di saldatura, riduce il fenomeno del tombstoning e del bridging, migliora l’equilibrio termico durante il riflusso e garantisce stabilità delle prestazioni elettriche nei circuiti ad alta velocità. Al contrario, se i componenti non vengono posizionati correttamente, possono insorgere variazioni nel processo produttivo, aumentare i tassi di rilavorazione e verificarsi guasti meccanici o termici durante l’uso del prodotto. Con la continua riduzione delle dimensioni dei PCB e l’aumento della complessità delle loro strutture, l’ottimizzazione del layout dei componenti è diventata un mezzo indispensabile per garantire una produzione SMT stabile e di alta qualità.
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Risorse utili
•Elementi che influenzano la qualità della saldatura SMT e misure di miglioramento
•Misure di controllo di processo per prevenire i difetti nell’assemblaggio SMT
•Suggerimenti per la progettazione PCB per sfruttare meglio le capacità di assemblaggio di PCBCart e ridurre i costi
•Considerazioni sulla progettazione termica dei PCB
