I componenti SMC (Surface Mount Components) sono diventati sempre più popolari nell’industria della produzione elettronica grazie ai loro vantaggi di dimensioni ridotte, basso costo e alta affidabilità. Fino ad oggi, gli SMC si affidano alla saldatura a rifusione come principale metodo per essere fissati sui PCB (Printed Circuit Boards) e le prestazioni della saldatura a rifusione sono direttamente correlate a quelle dei prodotti finali. Tuttavia, come difetto comune che si riscontra spesso nel processo di assemblaggio SMT (Surface Mount Technology), le palline di saldatura sono causate da numerosi fattori e sono così difficili da controllare che sono diventate una delle principali preoccupazioni nel processo di assemblaggio SMT.
In generale, le sfere di saldatura hanno un diametro compreso tra 0,2 mm e 0,4 mm e si trovano solitamente principalmente ai lati dei componenti a chip. Talvolta, le sfere di saldatura possono trovarsi attorno ai pin di circuiti integrati (IC) e connettori. Da un lato, le sfere di saldatura influiscono sull’aspetto dei prodotti elettronici. Dall’altro lato, le sfere di saldatura possono staccarsi, causando cortocircuiti nei dispositivi a montaggio superficiale (SMD, Surface Mount Devices) e riducendo in modo sostanziale l’affidabilità dei prodotti elettronici, il che è particolarmente problematico per i PCB assemblati ad alta densità e con pin a passo fine.
Fino ad ora, PCBCart è diventata un fornitore professionale di soluzioni PCB, includendo fabbricazione di PCB, approvvigionamento di componenti e assemblaggio SMT dopo oltre 20 anni di impegno e concentrazione. Gli ingegneri di processo del nostro magazzino hanno costantemente studiato misure essenziali per eliminare le palline di saldatura inProcesso di assemblaggio SMTe sono state riassunte alcune utili misure sulla base della loro approfondita analisi delle cause delle sfere di saldatura.
È evidente che le palline di saldatura si generano a causa di numerosi fattori durante il processo di assemblaggio SMT. In generale, le cause possono essere classificate in due tipi: cause legate ai materiali e cause legate alla tecnologia.
• Cause materiali
→ Pasta saldante
a. Basso coefficiente di tissotropia;
b. Collasso a freddo o collasso leggermente termico;
c. Troppo flussante o bassa temperatura di attività;
d. Ossidazione della polvere di stagno o particelle metalliche irregolari;
e. Assorbimento dell'umidità;
→ PCB
a. Piccolo spazio tra i pad del PCB;
b. Piazzole o componenti con bassa saldabilità;
→ Stencil
a. Parete di apertura con bave;
→ Lama di raschiatura
a. Troppo sottopeso;
b. Lama di raschiatura deformata.
• Cause tecnologiche
a. Importo troppo elevato;
b. È presente pasta saldante residua tra lo stencil e il PCB;
c. Energia sbilanciata o impostazione inappropriata della temperatura di saldatura;
d. Pressione di montaggio troppo alta;
e. Troppo spazio tra il PCB e lo stencil;
f. Lama raschiante con un angolo ridotto;
g. Stencil con piccole aperture;
h. La pasta saldante è applicata in modo improprio;
i. Altre cause, tra cui il personale, le attrezzature e l’ambiente.
Misura n. 1: Scegliere la pasta saldante compatibile con i requisiti SMT.
La selezione della pasta saldante influisce direttamente sulla qualità della saldatura. Le sfere di saldatura tendono a formarsi quando la pasta saldante presenta un contenuto metallico inappropriato, ossidazione, particelle di IMC e uno spessore non corretto sul pad. Prima di determinare la pasta saldante da utilizzare, è necessario provarla per confermare se possa essere applicata nell’assemblaggio SMT di massa. La pasta saldante compatibile con i requisiti SMT presenta le seguenti caratteristiche:
a. Alto contenuto di metallo
Normalmente la pasta saldante presenta un contenuto metallico dall’88% al 92%. Con l’aumento del contenuto metallico nella pasta saldante, ne aumenta anche la viscosità, il che è in grado di contrastare efficacemente le sollecitazioni generate dalla vaporizzazione. Inoltre, il contenuto metallico più elevato rende la polvere metallica più compatta, in modo che le particelle metalliche si combinino facilmente invece di separarsi. Inoltre, il contenuto metallico più elevato è in grado di impedire il collasso della pasta saldante, rendendo difficile la formazione di palline di saldatura.
b. Ossidazione controllata della pasta saldante
Per quanto riguarda la pasta saldante, un contenuto più elevato di ossidi metallici porta sempre a una maggiore resistenza di combinazione tra le polveri metalliche. Di conseguenza, si verifica una bagnabilità insufficiente tra pasta saldante, pad e SMD, riducendone la saldabilità. È stato riassunto che la formazione di palline di saldatura è direttamente proporzionale al contenuto di ossidi metallici. Pertanto, il tenore di ossidi nella pasta saldante dovrebbe essere rigorosamente mantenuto al di sotto dello 0,05% per evitare la formazione di palline di saldatura.
c. Dimensione maggiore delle particelle metalliche
Più piccole sono le dimensioni delle particelle metalliche, maggiore sarà l’area superficiale complessiva della pasta saldante, con conseguente aumento dell’ossidazione che incrementa la probabilità di formazione di palline di saldatura.
d. Spessore ridotto della pasta saldante sul pad
Lo spessore normale della pasta saldante sul pad è compreso tra 0,1 mm e 0,2 mm. Quando la pasta saldante sul pad è troppo spessa, di solito è dovuto al collasso, che provoca la formazione di palline di stagno.
e. Contenuto e attività del flusso controllati
Un contenuto di flussante troppo elevato tende a far collassare parzialmente la pasta saldante, causando la formazione di palline di saldatura. Se il flussante presenta una minore attività, avrà una scarsa capacità di deossidazione, generando palline di saldatura.
f. Conservazione e applicazione corrette
In generale, la pasta saldante deve essere conservata in un intervallo di temperatura compreso tra 0 e 10℃. Prima dell’uso, la pasta saldante deve essere portata a temperatura ambiente e non può essere applicata finché la sua temperatura non è completamente salita fino alla temperatura ambiente. Deve essere mescolata in conformità alle istruzioni previste. Dopo aver prelevato una quantità sufficiente di pasta saldante dal flacone, il coperchio deve essere richiuso immediatamente. Le schede dopo la stampa devono passare al processo di rifusione entro due ore.
Misura n. 2: L’apertura dello stencil deve essere progettata correttamente.
Lo spessore dello stencil deve essere progettato in modo appropriato e il rapporto di apertura deve essere rigorosamente controllato. Lo spessore dello stencil è determinato dagli SMD con il passo più fine sul PCB. Si dovrebbero scegliere stencil relativamente sottili ed evitare stencil spessi.
Alcuni difetti possono insorgere quando le aperture dello stencil presentano un rapporto e una forma inadeguati, portando alla formazione di palline di stagno. Quando le aperture presentano un rapporto inappropriato, la pasta saldante tende a essere stampata sulla solder mask, così che durante il processo di rifusione si formeranno palline di stagno.
Misura n. 3: La qualità della pulizia dello stencil dovrebbe essere migliorata.
Il miglioramento della qualità della pulizia dello stencil è vantaggioso per il miglioramento della qualità di stampa. Nel processo di stampa della pasta saldante, la superficie dello stencil deve essere accuratamente pulita e la pasta saldante residua deve essere rimossa tempestivamente, in modo da evitare la formazione di palline di saldatura durante il processo di rifusione. Se, tuttavia, lo stencil non viene pulito correttamente, la pasta saldante rimasta sul fondo delle aperture dello stencil si accumulerà attorno alle aperture, favorendo così la formazione di palline di saldatura.
Misura n. 4: Lo stress crescente dovrebbe essere ridotto.
In realtà, lo stress di montaggio è anche una causa principale delle palline di saldatura, ma riceve poca attenzione da parte delle persone. Lo stress di montaggio è determinato da alcuni fattori come lo spessore del PCB, l’altezza dei componenti e l’impostazione della pressione dell’ugello della macchina di montaggio. Se lo stress di montaggio è troppo elevato, la pasta saldante verrà schiacciata fuori dal pad e la pasta saldante espulsa si trasformerà in palline di saldatura dopo il riflusso. Per risolvere questo problema, lo stress di montaggio può essere ridotto fino al punto in cui i componenti possano essere posizionati sulla pasta saldante stampata sul pad ed essere premuti verso il basso in modo appropriato. Componenti diversi richiedono livelli diversi di stress di montaggio e questo dovrebbe essere impostato in modo razionale.
Misura n. 5: La saldabilità dei componenti e dei pad dovrebbe essere aumentata.
La saldabilità dei componenti e dei pad ha un effetto diretto sulla formazione di palline di saldatura. Se sia i componenti che i pad sono soggetti a forte ossidazione, parte del flussante può essere consumata a causa dell’eccessiva presenza di ossidi, per cui possono formarsi palline di saldatura anche a causa di una saldatura e bagnabilità incomplete. Pertanto, la qualità in ingresso dei componenti e dei PCB deve essere garantita.
Misura n. 6: La curva di temperatura di saldatura dovrebbe essere ottimizzata.
Le sfere di saldatura si formano effettivamente nel processo di saldatura a rifusione, il cui procedimento comprende quattro fasi: preriscaldamento, aumento della temperatura, saldatura a rifusione e raffreddamento. Lo scopo del preriscaldamento e dell’aumento della temperatura è ridurre lo shock termico sulla PCB e sui componenti, garantendo che la pasta saldante fusa possa volatilizzarsi parzialmente per evitare che la temperatura salga troppo rapidamente, provocando collasso o schizzi, che rappresentano la causa principale della formazione delle sfere di saldatura.
Per ottenere una curva di temperatura ottimizzata nel forno di saldatura a rifusione, la soluzione consiste nel controllare la temperatura di rifusione e impedire che la temperatura aumenti troppo rapidamente nella fase di preriscaldo. La velocità di aumento della temperatura dovrebbe essere controllata a 2℃/s o inferiore e la temperatura della pasta saldante, dei componenti e dei pad dovrebbe salire nell’intervallo da 120℃ a 150℃. Di conseguenza, l’attacco termico sui componenti nella fase di saldatura a rifusione può essere ridotto.
Misura n. 7: Gli altri elementi devono essere ben controllati.
Normalmente, la temperatura ottimale per la stampa della pasta saldante è compresa tra 18 e 28℃, con un UR (Umidità Relativa) tra il 40% e il 70%. Se la temperatura è troppo alta, la pasta saldante presenterà una bassa viscosità; se l’UR è troppo alta, la pasta saldante assorbirà più acqua. Il risultato in entrambi i casi è la formazione di palline di saldatura. Pertanto, la temperatura e l’UR dell’officina devono essere ben controllate.
La generazione di difetti nelle sfere di saldatura è un processo così complesso che deriva da un gran numero di cause. Pertanto, è necessario prendere in considerazione in modo globale tutti gli elementi per evitare che si formino sfere di saldatura. In sintesi, lo stencil deve essere progettato con precisione, con parametri di apertura compatibili con i requisiti SMT; la pasta saldante deve essere conservata e utilizzata in conformità a rigorose normative; la pressione di montaggio deve essere controllata entro limiti adeguati; la curva di temperatura del riflusso di saldatura deve essere ottimizzata.
Secondo l’esperienza di PCBCart in oltre 20 anni di assemblaggio SMT, è stato riscontrato che dal 60% all’80% delle palline di saldatura sono causate da una pressione di montaggio inappropriata. Pertanto, è necessario prestare la massima attenzione all’impostazione della pressione di montaggio sul posizionatore di componenti, in modo che la pasta saldante non venga schiacciata fuori dal pad, aumentando così le probabilità di formazione di palline di saldatura.
I componenti a montaggio superficiale (SMC) offrono vantaggi molto significativi nella produzione elettronica, tra cui dimensioni ridotte, basso costo e alta affidabilità. Tuttavia, una delle sfide nell’assemblaggio SMT è la formazione di palline di saldatura, che influisce sulla qualità e sulle prestazioni del prodotto. Tali difetti tendono a causare cortocircuiti, soprattutto nelle schede ad alta densità. I rimedi a questo problema includono una corretta selezione della pasta saldante, l’ottimizzazione del design dello stencil e un processo di rifusione controllato.
PCBCart sfrutta oltre 20 anni di esperienza nell’assemblaggio SMT per ridurre al minimo la formazione di palline di saldatura e migliorare la qualità del prodotto. I nostri ingegneri esperti adottano misure proattive per garantire elevate prestazioni e affidabilità. Collabora con PCBCart per la produzione dei tuoi PCB e sperimenta un eccellente controllo qualità. Contattaci oggi per un preventivo completo e scopri come i nostri metodi su misura possono ottimizzare il successo del tuo assemblaggio.
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