การบัดกรีแบบเลือกตำแหน่งสำหรับแผงไดรฟ์มอเตอร์เทคโนโลยีผสม: ขจัดความเสียหายจากความร้อนต่อชิ้นส่วน SMD ที่อยู่ติดกัน

แผงวงจรขับมอเตอร์ (Motor drive PCBA) ถือเป็นหนึ่งในบอร์ดที่มีความเข้มงวดสูงที่สุดในระบบอัตโนมัติอุตสาหกรรม โดยปกติแล้วชุดประกอบเพียงชุดเดียวมักจะมีคอนเน็กเตอร์ THT กระแสสูง, ไอซีไดรเวอร์เกตแบบ SMD, ตัวต้านทานชันต์สำหรับวัดกระแส และคาปาซิเตอร์อิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียม ซึ่งมักถูกจัดวางอยู่ห่างกันไม่ถึง 10 มม. การนำบอร์ดลักษณะนี้ไปผ่านกระบวนการเชื่อมประสานแบบคลื่นบัดกรีท่วม (conventional flood wave soldering) ไม่เพียงแต่เพิ่มความเสี่ยงต่อการเกิดของเสียเท่านั้น แต่ยังสร้างความเสียหายต่อชิ้นส่วนที่ไม่เคยถูกออกแบบมาให้สัมผัสกับบัดกรีหลอมเหลวตั้งแต่แรกอีกด้วย

บทความนี้ระบุปริมาณความเสียหายนั้น อธิบายพารามิเตอร์ของการบัดกรีแบบเลือกจุดที่ช่วยป้องกันความเสียหาย และแสดงข้อมูลการตรวจสอบที่พิสูจน์ว่ากระบวนการอยู่ภายใต้การควบคุม

ปัญหา: คลื่นบัดกรีแบบจุ่มจริง ๆ แล้วทำอะไรกับบอร์ดแบบผสมเทคโนโลยี

เมื่อบอร์ดไดรฟ์มอเตอร์ที่มีเนื้อหาแบบผสม THT/SMDเมื่อผ่านคลื่นน้ำท่วมเต็มรูปแบบ จะพบกลไกความล้มเหลวสองประการปรากฏซ้ำ ๆ ในการวิเคราะห์ความล้มเหลว:

การปนเปื้อนของสเปรย์ฟลักซ์บนเซ็นเซอร์กระแสการบัดกรีแบบคลื่นจะก่อให้เกิดละอองฟลักซ์และการกระเด็นของฟลักซ์ขณะที่แผ่นวงจรออกจากคลื่น ตัวต้านทานชันต์สำหรับวัดกระแสและเซ็นเซอร์แบบฮอลล์เอฟเฟกต์ที่อยู่ภายในระยะประมาณ 8 มม. จากขาพินคอนเนคเตอร์ THT มักจะแสดงให้เห็นคราบฟลักซ์บนพื้นผิวการตรวจวัดของมันอยู่เสมอ ซึ่งเป็นเส้นทางโดยตรงที่นำไปสู่การลอยค่าในระยะยาวและข้อผิดพลาดในการวัดแบบไม่ต่อเนื่องเมื่อใช้งานจริง

ความเครียดจากความร้อนเกินบนตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียมที่อยู่ติดกันตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียมแบบ SMD ส่วนใหญ่ที่ใช้ในงานไดรฟ์มอเตอร์ได้รับการจัดระดับให้อยู่ที่อุณหภูมิเคส 85°C การบัดกรีแบบฟลัดเวฟที่ให้ความร้อนจากด้านล่าง แม้จะมีการมาสก์ ก็ยังทำให้อุณหภูมิบริเวณแผ่นวงจรใกล้จุดสัมผัสคลื่นสูงขึ้นถึงประมาณ 110°C เป็นเวลาหลายวินาที ซึ่งเพียงพอที่จะเร่งการระเหยของอิเล็กโทรไลต์และทำให้อายุการใช้งานของตัวเก็บประจุสั้นลง โดยที่ยังไม่เห็นความบกพร่องใด ๆ จากการตรวจ AOI ในช่วงเวลาเริ่มต้น

วิธีแก้ไม่ใช่การใช้เทปกาวปิดผิวที่ดีกว่าบนคลื่นน้ำหลาก แต่คือการไม่ให้ชิ้นส่วนเหล่านั้นสัมผัสกับตะกั่วบัดกรีหลอมเหลวหรือภาระความร้อนตั้งแต่แรก

พารามิเตอร์กระบวนการบัดกรีแบบเลือกจุด

การบัดกรีแบบคลื่นเฉพาะจุดจะนำบัดกรีไปยังข้อต่อ THT ที่ต้องการเท่านั้น ผ่านหัวฉีดที่ตั้งโปรแกรมได้ ในขณะที่ส่วนอื่น ๆ บนบอร์ดยังคงอยู่นอกเขตสัมผัสความร้อนและสารเคมี บนแพลตฟอร์มการบัดกรีแบบเลือกเฉพาะจุดรุ่น ZSWHPS-11-2 ของเรา มีพารามิเตอร์สามตัวที่กำหนดคุณภาพของข้อต่อบนบอร์ดเทคโนโลยีผสม:

การเลือกขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางหัวฉีด

ขนาดรูหัวฉีดจะปรับให้สอดคล้องกับระยะห่างของพินและเส้นผ่านศูนย์กลางของกระบอกสูบ โดยไม่ได้มาตรฐานเดียวกันทั้งระบบ

หัวฉีดที่มีขนาดเล็กเกินไปทำให้ปริมาณบัดกรีไม่เพียงพอบนขาเพาเวอร์ที่มีรูบาร์เรลขนาดใหญ่ ส่วนหัวฉีดที่มีขนาดใหญ่เกินไปจะทำให้แผ่นรองบัดกรีข้างเคียงถูกท่วม และทำให้ปัญหาการกระเด็นกลับของบัดกรีกลับมาอีก ซึ่งเป็นปัญหาที่กระบวนการนี้ตั้งใจจะขจัดออก

เวลาอยู่อาศัย

เวลาแช่ต่อข้อต่อโดยทั่วไปจะอยู่ที่1.8–2.5 วินาทีกำหนดโดยมวลความร้อนของแผ่นแพดและความหนาของทองแดง แทนที่จะใช้การตั้งค่าแบบรวมเพียงค่าเดียว ขาพาวเวอร์คอนเนกเตอร์บนทองแดงหนา (2–3 ออนซ์) ต้องใช้เวลาพักอยู่ช่วงด้านบนของช่วงนั้นเพื่อให้เปียกเต็มที่; ขา THT ระดับสัญญาณบนทองแดงมาตรฐาน 1 ออนซ์จะอยู่ช่วงด้านล่างเพื่อหลีกเลี่ยงการทำให้ SMD ใกล้เคียงร้อนเกินไป

โปรไฟล์การอุ่นล่วงหน้า

เส้นโค้งการอุ่นล่วงหน้าแบบควบคุมด้านบน ~145°C, ด้านล่าง ~110°C— ช่วยกระตุ้นฟลักซ์และลดอาการช็อกจากความร้อนตรงจุดที่หัวแร้งสัมผัส โดยไม่ทำให้แผงวงจรเข้าไปอยู่ในช่วงอุณหภูมิสัมผัสกว่า 110°C ที่ทำให้ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์ SMD ใกล้เคียงเสียหาย เนื่องจากการอุ่นล่วงหน้าเป็นแบบเฉพาะจุดและค่อย ๆ เพิ่มอุณหภูมิ ไม่ใช่การให้ความร้อนแบบท่วมทั้งหมด อุณหภูมิของตัวถังคาปาซิเตอร์จึงยังคงอยู่ภายในค่าพิกัด 85°C ตลอดทั้งรอบ

บรรยากาศไนโตรเจน: การหาปริมาณประโยชน์

สำหรับบอร์ดไดรฟ์มอเตอร์ที่มีแพด THT ทองแดงหนา (พบได้ทั่วไปในภาคจ่ายกำลัง) การเกิดออกซิเดชันที่รอยบัดกรีเป็นปัจจัยที่ส่งผลต่ออัตราผลิตได้จริง ไม่ใช่เพียงข้อกังวลในเชิงทฤษฎี การรันกระบวนการให้ความร้อนระดับ JTR-class และหม้อบัดกรีแบบเลือกจุดภายใต้บรรยากาศไนโตรเจน (<50ppm O₂) ให้ความแตกต่างที่วัดได้เมื่อเทียบกับการใช้อากาศ:

ตะกรันที่น้อยลงหมายถึงความแปรปรวนในการใช้บัดกรีลดลงและการหยุดชะงักของกระบวนการสำหรับการช้อนตะกรันออกจากบ่อก็น้อยลงเช่นกัน — แต่ผลกระทบต่อความเชื่อถือได้เป็นเรื่องทางโลหะวิทยา: บนแผ่นรองที่มีความหนาทองแดงสูง การเกิดออกไซด์ในช่วงเวลาที่บัดกรีแช่อยู่จะเข้ามาแย่งกับการเปียกตัวโดยตรง การกดการเกิดออกไซด์ด้วย N₂ คือสิ่งที่ทำให้การเติมเนื้อบัดกรีเต็มทั้งรูได้อย่างสม่ำเสมอ ไม่ใช่แค่ในกรณีที่ดีที่สุดเท่านั้น

การตรวจสอบหลังการบัดกรี: ข้อมูล AOI แบบสามมิติ

ข้อต่อที่บัดกรีแบบเลือกทุกจุดบนบอร์ดไดรฟ์มอเตอร์จะถูกตรวจสอบเทียบกับเกณฑ์มาตรฐาน IPC-A-610 ระดับคลาส 3การใช้AOI แบบ 3D ครอบคลุมทั้งบอร์ด:

เติมความสูง:≥75% ของความสูงถัง (การเติมในแนวตั้ง)

มุมเปียกชื้น:<90° (การเปียกชุ่มที่ยอมรับได้ ไม่มีการไม่เปียก/การเกิดหยดน้ำแข็ง)

การเชื่อมต่อห้ามมีระยะห่างระหว่างแพด THT ที่อยู่ติดกันเมื่อระยะพิทช์น้อยกว่า 2.5 มม.

ความแตกต่างในการควบคุมกระบวนการระหว่างการบัดกรีแบบคลื่นฟลัดและการบัดกรีแบบเลือกเฉพาะจุด แสดงออกมาโดยตรงในอัตราผลผลิตการตรวจสอบด้วย AOI ครั้งแรกบนบอร์ดแบบเทคโนโลยีผสม:

ช่องว่างนี้เกือบทั้งหมดเกิดจากความล้มเหลวของมุมการเปียกและการสัมผัสโดยบังเอิญระหว่างบัดกรี/ฟลักซ์กับแผ่น SMD ที่อยู่ติดกับ THT ซึ่งเป็นโหมดความบกพร่องที่การบัดกรีแบบเลือกจุดหลีกเลี่ยงได้ในเชิงโครงสร้างโดยไม่ทำให้บริเวณเหล่านั้นสัมผัสกับคลื่นบัดกรี

การล็อกสูตร MES: การตรวจสอบย้อนกลับสำหรับบอร์ดความปลอดภัยด้านการทำงาน

บอร์ดไดรฟ์มอเตอร์ที่ใช้ในบริบทความปลอดภัยเชิงฟังก์ชัน (วงจรหยุดฉุกเฉิน, การป้องกันกระแสเกิน, อินเตอร์ล็อกไดรฟ์) มีภาระการตรวจสอบที่มากกว่าแค่ “ผ่าน AOI หรือไม่” ระบบ Smart MES ของเราบังคับใช้ความสามารถในการติดตามย้อนกลับในระดับเรซิพี:

หมายเลขซีเรียลที่มาร์กด้วยเลเซอร์ของแต่ละบอร์ดจะถูกผูกไว้ในขณะสแกนกับเวอร์ชันโปรแกรมการบัดกรีแบบเลือกเฉพาะใช้กับมัน — การเลือกหัวฉีด เวลาแช่ โปรไฟล์การอุ่นล่วงหน้า และจุดตั้งค่า N₂ เป็นระเบียนที่ล็อกไว้หนึ่งรายการ

การเปลี่ยนสูตรใด ๆ ต้องได้รับการอนุมัติการเปลี่ยนแปลงทางวิศวกรรมก่อน จึงจะสามารถเรียกใช้เวอร์ชันใหม่ด้วยหมายเลขลำดับได้ และผู้ปฏิบัติงานไม่สามารถเลือกชุดพารามิเตอร์ที่ไม่ได้รับอนุญาตบนสายการผลิตได้

สิ่งนี้ทำให้ผู้ตรวจสอบด้านความปลอดภัยเชิงหน้าที่สามารถติดตามข้อมูลได้โดยตรงและต่อเนื่อง จากหมายเลขซีเรียลของบอร์ดที่นำไปใช้งานในภาคสนามย้อนกลับไปยังพารามิเตอร์ที่ถูกนำมาใช้จริงทุกประการ ซึ่งเป็นหลักฐานที่น่าเชื่อถือกว่าการใช้เอกสารติดตามการผลิตแบบทั่วไป

ระดับของวินัยด้านกระบวนการนี้ดำเนินการภายใต้ระบบคุณภาพที่ได้รับการรับรองตามมาตรฐาน IATF 16949 ของเรา ซึ่งควบคุมการบริหารการเปลี่ยนแปลงและการตรวจรับรองกระบวนการในทุกโครงการ ไม่เฉพาะโครงการที่เกี่ยวข้องกับยานยนต์เท่านั้น สำหรับลูกค้าในกลุ่มอุปกรณ์การแพทย์ที่ไม่ฝังในร่างกายและวิทยาศาสตร์ชีวภาพ กรอบการควบคุมกระบวนการระดับยานยนต์นี้มักมีความเข้มงวดด้านความเชื่อถือได้สูงกว่าข้อกำหนดที่ระบุไว้ในมาตรฐานการผลิตอุปกรณ์การแพทย์ทั่วไป

เมื่อการบัดกรีแบบเลือกจุดไม่ใช่คำตอบที่ถูกต้อง

การบัดกรีแบบเลือกตำแหน่งไม่ได้ใช้ได้กับทุกกรณี มีสถานการณ์การออกแบบ THT อยู่สามแบบที่ควรเลือกใช้การบัดกรีด้วยมือหรือแบบผสมผสานด้วยมือแทน:

ขั้วต่อที่สูงเป็นพิเศษหรือมีปลอกหุ้มในกรณีที่รูปทรงการเข้าถึงของหัวฉีดไม่สามารถไปถึงจุดเชื่อมต่อได้โดยไม่สัมผัสกับโครงพลาสติกที่อยู่ติดกัน

คอมโพเนนต์ THT ความสูงต่างกันในบริเวณเฉพาะเดียวกันซึ่งโปรแกรมหัวฉีดเดี่ยวไม่สามารถรองรับความสูงของระยะห่างหัวฉีดที่แตกต่างกันได้โดยไม่ทำให้ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งมีระยะเวลาฉีดสั้นเกินไปหรือยาวเกินไป

จำนวนจุดเชื่อมต่อ THT ต่อบอร์ดต่ำมาก (ต่ำกว่า ~10 จุดเชื่อม)เมื่อเวลาในการตั้งโปรแกรมและเปลี่ยนหัวฉีดเกินกว่าประโยชน์ด้านเวลาในรอบการทำงาน เมื่อเทียบกับการให้ช่างผู้ชำนาญทำการบัดกรีด้วยมือให้เป็นไปตามข้อกำหนดของ IPC-A-610

สำหรับทุกสิ่งอื่น ๆ — ซึ่งเป็นส่วนใหญ่ของการออกแบบไดรฟ์มอเตอร์แบบผสมเทคโนโลยี — การบัดกรีแบบเลือกตำแหน่งที่ควบคุมอุณหภูมิแบบวงปิดและก๊าซไนโตรเจน (N₂) คือกระบวนการที่ช่วยให้ข้อต่อ THT เป็นไปตามสเปกโดยไม่ทำให้ SMD ที่อยู่ติดกันเสี่ยงต่อความเสียหาย

ขั้นตอนถัดไป: ให้ผู้อื่นตรวจสอบงานออกแบบของคุณก่อนนำไปใช้จริง

หากบอร์ดไดรฟ์มอเตอร์ของคุณผสมผสานขั้วต่อพลังงานแบบ THT เข้ากับชิ้นส่วนตรวจวัดแบบ SMD ในระยะใกล้กันอย่างแน่นหนา การตัดสินใจออกแบบเลย์เอาต์ในตอนนี้จะเป็นตัวกำหนดว่าการบัดกรีแบบเลือกตำแหน่งจะทำได้อย่างราบรื่นหรือถูกจำกัดในภายหลัง

ขอใช้ฟรีการทบทวน DFM— ทีมวิศวกรรมกระบวนการของเราจะประเมินระยะห่างระหว่าง THT/SMD ระบุปัญหาการเข้าถึงของการบัดกรีเฉพาะจุด และระบุความเสี่ยงจากการได้รับความร้อนก่อนการผลิตครั้งแรกของคุณ

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•กลยุทธ์การประกอบแบบไฮบริดสำหรับชิ้นส่วน THT และ SMT
•การบัดกรีแบบคลื่นเทียบกับการบัดกรีแบบเลือกเฉพาะจุดสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
•ความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนักทองแดง ความกว้างลายวงจร และความสามารถในการรองรับกระแสไฟฟ้า
•ข้อบกพร่องที่พบบ่อยในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และวิธีป้องกัน