close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Массажная подушка Barry Comfort;pdf

код для вставкиСкачать
РЕКЛАМА
РЕКЛАМА
содержание ПЭ
№1/2014
РЫНОК
99 Владимир Бредников
Приборостроение на Украине. Рынок производства
и возможные пути развития
100 Мы можем достойно конкурировать с западными производителями. Интервью
Разработка и конструирование
102 Том Хаузгерр
Проектирование печатных плат: компоненты.
Часть 2
108 Карел Тавернье
Передача данных между САПР и САПП
Монтаж компонентов на печатные
платы
111 Эрик Клавер
Предупреждение дефектов печатной платы
при нанесении паяльной пасты
114 Брайан Чаплицкий
Передовые технологии ремонта компонентов следующего поколения
contents # 1 / 2 0 1 4
E L E C T R O N I C S M A N U FAC T U R I N G #1 2014
MARKET
содержание
98
99 Vladimir Brednikov
Instrument Making in Ukraine
100 We Can Compete and Win Against Western
Manufacturing. Interview
DESIGN and DEVELOPMENT
102 Tom Hausherr
Design for Assembly: Components. Part 2
108 Karel Tavernier
The Scourge of CAD-to-CAM Communication
COMPONENT MOUNTING
111 Eric Klaver
Pick and Paste
114 Brian Czaplicki
Advanced Rework Technology and Processes for NextGen Packages
www.elcomdesign.ru
Приборостроение на Украине
Рынок производства и возможные пути
развития
Владимир Бредников, директор, ООО «Влабрекс»
В статье рассказывается об особенностях украинского рынка контрактного
производства электроники. Промышленные связи России и Украины столь
сильны, что материал, без сомнения, вызовет интерес и у российских производителей. Автор статьи 20 лет работает на украинском рынке электроники,
и, на взгляд редакции, к его суждениям и оценкам имеет смысл прислушаться.
–– возникшие заказы требуют стратегического переоснащения производства оборудованием высшего
класса;
–– наличие сотен небольших и средних
ежемесячных производственных
обязательств перед заказчиками.
В настоящее время украинские КПЭ
как по объективным, так и по субъективным причинам не могут быть
серьезными точками роста промышленного производства электроники на
Украине. Более того, в отдельных случаях они стали основным сдерживающим
фактором развития украинской промышленности.
Практически все площадки КПЭ
достигли хорошего производственного уровня, но, к сожалению, этот уровень весьма средний, как в сравнении с
мировой индустрией приборостроения,
так и в отношении сложности и масштабности производственных задач.
Нежелание переходить в высшую
производственную лигу может отрицательно сказаться на развитии отечественной индустрии в целом. Нужно
хорошо понимать, что движущей силой
развития производства электроники
являются заказчики — компании разработчики и их инвесторы, генерирующие создание продуктов, востребованных рынком, причем не только
внутренним. Заказчики производственных услуг начали самостоятельно и
весьма успешно решать стоящие перед
ними задачи, используя для этого внешний аутсорсинг.
Украинская формула КПЭ: если не
купишь у меня комплектующие, то не
получишь производственную услугу — перестает работать в отношении
средних и крупных заказов. Украинский
рынок разработки и производства
электроники развивается постепенно,
шаг за шагом, используя международный опыт, избегая влияния как естественных, так и искусственных украинских производственных монополий
(КПЭ на базе дистрибьюторов).
Скорее всего серийное производство электроники на Украине продол-
жит развиваться либо с использованием услуг внешних КПЭ, либо за счет
плановых инвестиций в собственные
производственные мощности, либо
посредством услуг украинских КПЭ.
Тенденция, когда украинские компании размещают производственные заказы за пределами внутреннего рынка, не
выгодна ни заказчику, ни подрядчику,
ни индустрии в целом. Потраченный
производственный бюджет (стоимость
производственных услуг) позволил бы
оснастить украинское КПЭ на уровне
подразделения Jabil, одного из лидеров международной производственной
индустрии, которое уже больше двух
лет функционирует в Ужгороде. Причем,
такое производство абсолютно устроило бы и иностранных заказчиков, которые, в свою очередь, также не разместили потенциальные заказы на украинских
КПЭ.
По сути, сегодня все украинские
КПЭ остановились в своем развитии. В
такой ситуации они могут постепенно
«скатиться» до обслуживания только
малого бизнеса, либо уйти в сторону
решения крупных производственных
задач, и тогда малые и средние заказчики останутся не удел. Другими словами,
дистрибьюторы сегодня стоят перед
выбором: остаться торговым предприятием с элементами производства,
либо переходить в разряд серьезных
производственных предприятий.
Jabil уже кратно увеличила свои производственные мощности на Украине.
Это стало возможным отчасти и из-за
того, что компания взяла на подряд одного из крупнейших украинских заказчиков, потому что ни один из украинских
КПЭ не смог или не захотел этого сделать. И этот случай — не единственный.
Современный украинский заказчик
должен знать, где начинаются и заканчиваются компетенции украинских
КПЭ, и трезво оценивать возможные
риски. Несомненно одно: именно те,
кто имеют современные средства производства (или доступ к ним) и высококвалифицированные кадры, смогут
рассчитывать на успех.
Производство электроники №1 2014
Рынок
В последние 10 лет локомотивами
роста украинского приборостроения
были контрактные производства электроники (КПЭ), которые открывали дистрибьюторы по продажам комплектующих. На определенном этапе развития
дистрибьюторы могли позволить себе
инвестиции в собственное автоматизированное сборочное производство.
Эти инвестиции оправдали себя, благодаря имеющимся заказам на внутреннем рынке.
Создание КПЭ было правильным и
прагматичным ходом дистрибьюторов,
позволяющим удержать стратегически
важных покупателей комплектующих.
Основными крупными заказчиками
комплектующих и производственных
услуг были уцелевшие после развала
СССР крупные государственные предприятия и некоторые частные предприятия Украины.
Кризис 2008 г. значительно повлиял на украинскую индустрию.
Ужесточилась конкуренция между
дистрибьюторами комплектующих,
контрактными производителями электроники, как на Украине, так и за ее
пределами. Вопрос эффективности
производства электроники стал еще
более актуальным. Причем, в результате общемирового кризиса все чаще
стали появляться большие (как украинские, так и иностранные) заказы на
производство электроники на Украине.
И именно этот факт привел к необходимости пересмотра существующих
подходов к производству электроники.
Размеры этих заказов таковы, что не
один из существующих КПЭ Украины не
смог их выполнить по причинам, перечисленным ниже:
–– нежелание пересмотреть основные
компетенции, цели и задачи, которые сводятся к продаже комплектующих;
–– техническая и технологическая
оснащенность не позволяет выполнить конкретный заказ в срок и качественно;
–– неготовность к серьезным инвестициям в производственные мощности;
99
Мы можем достойно конкурировать
с западными производителями
Рынок
Китайская компания GKG — ведущий производитель полностью автоматизированных трафаретных принтеров с системой технического
зрения для SMT-монтажа печатных плат. Эта компания — самая быстро
развивающаяся в данном сегменте рынка. GKG Asia Pte, маркетинговообучающий центр этой компании, был учрежден в Сингапуре в 2009 г. в
расчете на усиление ее присутствия на мировом рынке. К настоящему
времени на продукцию компании имеется высокий спрос в более чем
20 странах. В публикуемом интервью Глен Цю (Glenn Qiu), основатель GKG
Precision Machine Co., рассказал, как развивается эта молодая и динамичная компания.
100
—Какова цель создания GKG Asia
Pte — дочернего подразделения
компании GKG Precision Machine Co.?
Какую роль оно играет?
—Своевременно принятое решение и правильный выбор бизнес-партнеров — залог успеха в коммерческой деятельности. Компания GKG
была создана в расчете на то, чтобы
стать наиболее известным производителем установок трафаретной печати
(см. рис. 1) на китайском рынке благодаря удачному соотношению цена/
качество. За пять лет мы наладили
очень успешные продажи в Китае с
помощью заказчиков, поставщиков,
отраслевых профессионалов и трудолюбивых сотрудников.
Я полностью уверен в том, что продукция GKG станет востребованной
за пределами Китая, если правильно
организовать ее сбыт. До 2009 г. компания GKG работала с несколькими зарубежными дистрибьюторами, которые
по своему усмотрению занимались
продажей принтеров GKG. Я познакомился с четырьмя сингапурскими продавцами, которые уже активно поставляют продукцию нашей компании на
рынок Юго-Восточной Азии. Это чест-
Рис. 1. Установка трафаретной печати компании GKG
www.elcomdesign.ru
ные, технически грамотные, опытные
молодые люди и, что еще важнее —
у нас общие культурные ценности.
Мы разговариваем на одном языке,
что исключает возможные барьеры в
общении.
В середине 2009 г. эти сингапурцы
предложили мне хорошо продуманный бизнес-план по развитию международной деятельности нашей компании. Мне понравилось предложение
этих четырех бизнесменов. Мы были
уверены, что синергетический эффект
на основе нашего общего опыта, технических и маркетинговых навыков, а
также бренд GKG позволят новой компании быстро встать на ноги. Сингапур
был выбран местом дислокации азиатского центра обучения и маркетинга для обслуживания международных
компаний. Этот центр обеспечивает
решение многих вопросов, в т.ч. техническую поддержку и поставки запасных частей. Кроме того, он позволяет
нашей компании сосредоточиться,
главным образом, на научно-исследовательской деятельности, производственных сегментах и сбыте в Китае.
—Трафаретные принтеры компании GKG славятся во всем мире своим
высоким качеством и сравнительно
небольшой ценой. Как удалось компании добиться таких характеристик
продукции?
—Мы отобрали тех поставщиков,
которые своевременно поставляют
качественные изделия. Компания GKG
заказывает большие партии деталей у надежных фирм, которые охотно предоставляют нам продукцию по
самой выгодной цене. Следует отдать
должное не только нашему отделу по
научно-исследовательской деятельности, который вносит большую лепту в
снижение стоимости продукции, но и
производственному подразделению,
обеспечивающему качественную сборку изделий, а также коллективу снабженцев, которые грамотно управляют
структурой издержек. Слаженная работа всех этих подразделений позволяет
реализовать максимально выгодную
цепочку создания стоимости.
— У GKG — очень смелый план развития. Какую роль в его реализации
играет дочерняя компания GKG Asia?
Вы и в дальнейшем рассчитываете на
те же каналы сбыта?
—Компания GKG Asia — мостик на
глобальный рынок. Это опытный коллектив, который четко понимает свои
цели и потребности клиентов. GKG Asia
наладит тесное сотрудничество и с другими партнерами, а также предоставит
им техническую поддержку и тренинг
для успешного освоения нашего оборудования. С хорошими партнерами нам
удастся существенно увеличить объемы продаж.
—Расскажите, пожалуйста, когда
завершится наращивание производственных мощностей для трафаретной печати. Какую пользу получит от
этого расширения компания и ее клиенты?
Новая шестиэтажная штаб—
квартира площадью 50 тыс. кв.м компании GKG, находящаяся в Дунгуане,
будет заселена в этом году. Персонал
нашей компании получит возможность работать в уникальных условиях. Факт появления этого производства
свидетельствует о том, что мы самым
серьезным образом нацелены на успех
и будем продолжать инвестировать в
создание инновационной продукции.
На каждом этаже этой штаб-квартиры
будет работать коллектив и сборочная
линия по выпуску определенного типа
изделий. Посетив это производство,
заказчики получат возможность увидеть, как изготавливается и тестируется
продукция компании GKG. Мы рассчитываем на то, что клиенты, таким образом, лучше осознают преимущества
нашего бренда.
—
У вашей компании имеется
надежный канал сбыта? В каких регионах вы работаете с партнерами? Как
это помогает расти компании?
—Да, мы работаем с солидными дистрибьюторами из Австралии,
России, Южной Африки, которые
напрямую обслуживают наших локальных клиентов. Juki Automation
Systems (JAS) — один из наших наиболее значимых стратегических партнеров на рынках Северной, Южной
Америки и Европы. Кроме того, GKG
выступает OEM-производителем Juki
под торговой маркой этой компании.
За два последних года JAS помогла GKG успешно выйти на западные
рынки. Мы активно участвуем во всех
основных торгово-промышленных
выставках США, а совсем недавно
наши компании стали участницами
Productronica 2013 в Мюнхене, где
имели огромный успех. Благодаря
этой совместной работе мы получили
не только заказы от JAS, но и широкую
известность в отрасли.
—Вопрос качества очень важен
для GKG, чего не скажешь о некоторых других китайских компаниях. Что
GKG делает для того, чтобы сохранить
репутацию производителя, поставляющего высококачественную продукцию? Вы предоставляете заказчикам
эксплуатационные показатели принтеров?
Качество — основа нашего
—
успеха. Во-первых, в GKG появилась
собственное подразделение для проведения научно-исследовательских,
проектных и конструкторских работ.
Оно занимается подготовкой чертежей,
программного обеспечения и электрических схем, разработкой оборудования и автоматизированной подготовкой производства, быстро реагируя на
потребности рынка, а также обеспечивая обратную связь с заказчиками.
Во-вторых, мы очень строго контролируем процесс сборки, следим за
качеством исполнения, осуществляем
проверку готовых изделий и постпродажное техническое обслуживание, а
также поддержку заказчиков. В прошлом году, когда я побывал в японском отделении Juki, мы обменялись
мнениями по вопросам управления
технологическим процессом и контроля качества на производстве. У нашей
компании, как и у Juki, первейшая задача — гарантировать стабильное качество выпускаемой продукции. Еще до
начала поставок все наши принтеры
проходят полный цикл испытаний. В
2012 г. мы инвестировали средства
компании в аппарат CeTaQ. Теперь все
новые принтеры отправляются в нашу
испытательную лабораторию на тестирование показателей воспроизводимости процесса и оборудования (Cpk и
Cmk) после проведения цикла испытаний на принудительный отказ.
Таким образом, мы поставляем оборудование только с подтвержденными
эксплуатационными характеристиками. Качество наших принтеров гарантируется соответствующими сертификатами.
—Какие задачи компания GKG планирует осуществить к концу 2014 г.?
—Надеюсь, перемещение нынешнего производства на новую площадку пройдет безболезненно.
Мы хотим доказать, что китайский
производитель может работать на
уровне мировых стандартов, а также
намереваемся увеличить свою долю
рынка. Кроме того, необходимо приложить усилия, чтобы полнее раскрыть потенциал коллектива нашей
компании.
—Каким Вы видите рынок в наступившем году? Вырастет ли спрос на
светодиоды?
—В текущем году многим заказчикам понадобится обновить функции
уже имеющихся принтеров или заменить их оборудованием с лучшим соотношением цена/качество. Мы готовы к
сотрудничеству с этими заказчиками.
Кроме того, будет наблюдаться высокий спрос со стороны изготовителей
светодиодов, т.к. им потребуются крупноформатные автоматизированные
принтеры, которые мы уже поставляем
в этот сегмент рынка. GKG также предлагает решения, дополняющие возможности установок для микросварки
проволочных выводов, монтажа светодиодных кристаллов, сортировки светодиодов и систем упаковки компонентов в ленту.
—Имеются ли у компании планы
работать в других сегментах рынка?
Если да, что будет сделано в первую
очередь в этом направлении?
—GKG — технологическая компания, стремящаяся создавать новую
продукцию под собственной маркой. У нас есть желание выйти в рамках своей деятельности на сегменты рынка с большим потенциалом.
Например, недавно мы разработали
принтеры для рынка сенсорных панелей. Однако наш главный приоритет
состоит в поддержании устойчивой
работы существующей производственной линии (см. рис. 2) и в увеличении объемов продаж выпускаемой
продукции.
Рис. 2. Производственная линия GKG Asia
Производство электроники №1 2014
Рынок
—Расскажите подробнее о наиболее взаимовыгодном сотрудничестве — с компанией Juki Automation
Systems. Какую пользу оно приносит
каждому из партнеров? Будет ли оно
расти и укрепляться в дальнейшем?
Как совместная работа с Juki вписывается в стратегию развития вашей
компании?
—Это сотрудничество стало возможным благодаря большим усилиям
компании GKG Asia и лично Боба Блэка
(Bob Black) со стороны JAS. Боб искал
трафаретный принтер с расширенными функциями, который пригодился бы
для реализации плана Juki. Компания
GKG Asia договорилась с Juki о поставке
принтера GKG заказчику из США для
проведения серии интенсивных испытаний. После успешного завершения
этих испытаний у заказчика мы оснастили принтер по просьбе Juki специализированными функциями, востребованными на рынке США.
Поскольку Juki поставляет монтажные автоматы, а GKG специализируется
на принтерах для трафаретной печати,
мы идеально дополняем друг друга.
Juki предлагает заказчикам либо полные решения, либо только принтеры
GKG в любых количествах и комплектации. Поскольку Juki — японская компания, ей было непросто остановить
свой выбор на китайском производителе. Однако мы обошли это препятствие благодаря совместной кропотливой работе и открытому общению.
Регулярно представители обеих компаний на самых разных уровнях обсуждают друг с другом текущее состояние
дел. Надеюсь, что наше сотрудничество
будет и в дальнейшем укрепляться.
101
Проектирование печатных плат:
компоненты. Часть 2
Том Хаузгерр (Tom Hausherr), генеральный директор, PCB Libraries
В первой части этой статьи (см. ПЭ6, 2013 г.) читателям предлагалось
познакомиться с некоторыми рекомендациями по разработке печатных
плат. Во второй ее части рассматриваются способы, которые облегчают
процесс монтажа компонентов. Статья представляет собой перевод [1].
Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е
Паяные соединения
при поверхностном монтаже
102
Перечислим семь факторов, используемых в расчете оптимального размера контактной площадки в соответствии со стандартом IPC-7351.
1. Допуск на корпус компонента.
2. Допуск на выводы компонента.
3. Производственные допуски: ±0,05 мм.
4. Допуск на расположение компонента: ±0,025 мм.
5.Радиус закругления углов контактной площадки.
6.Расположение места закругления
контактной площадки.
7. Размеры пятки, носка и высота галтели паяного соединения (см. рис. 16
и табл. 1).
Галтель пятки для компонентов с
выводами в виде крыла чайки является
очень важной деталью. Во многих работах по исследованию надежности было
показано, что в случае компонентов с
выводами в виде крыла чайки именно
пятка обеспечивает паяным соединениям 60–80% прочности. Положение
контактной площадки или несоответствующая длина выводов, препятствующие формированию минимально
необходимой гантели пятки, являются наиболее вероятными причинами
выхода платы из строя.
цу пропорциональных стеков контактных площадок (Proportional Padstack
Chart) и многие другие важные библиотечные конструкторские документы
можно, воспользовавшись ссылкой [2].
Рекомендованные
производителем шаблоны
посадочных мест
Расчет размеров отверстий PTH
и контактных площадок
Перед расчетом размера контактной площадки необходимо определить
размер сквозных металлизированных отверстий (PTH) в соответствии с
рисунком 17 и таблицей 2.
После определения размера отверстия рассчитывается кольцевая контактная площадка, для чего к размеру отверстия прибавляется значение
минимальной кольцевой площадки,
равное 0,05 мм, и минимальный производственный допуск, равный 0,4 мм.
Номинальный
производственный
допуск составляет 0,5 мм, а максимальный — 0,6 мм.
Для автоматической генерации
кольцевой контактной площадки соответствующего размера можно воспользоваться таблицей пропорциональных
стеков контактных площадок из библиотеки печатных плат (PCB Libraries
Proportional Padstack Chart). При выборе пропорционального стека контактных площадок для малых отверстий
используются минимальные размеры
кольцевых контактных площадок, для
средних — номинальные, а для больших — максимальные. Загрузить табли-
В стандарте IPC-7351B приведены
типовые математические формулы для
расчета семейств стандартных компонентов. Более 50% всех современных
корпусов компонентов, выпускаемых
на предприятиях электронной промышленности в настоящее время, нельзя считать стандартными. Для таких
нестандартных корпусов требуются
шаблоны посадочных мест, рекомендованные тем или иным производителем компонентов. Как правило, в таких
случаях производитель компонентов
создает ряд тестовых шаблонов и проверяет их в процессе сборки, что позволяет выбрать шаблон с наилучшими
паяными соединениями.
Минимальное расстояние
между контактными
площадками
Минимальное расстояние между
контактными площадками определяется характеристиками сборочной линии.
Перед использованием соответствующих разделов библиотеки необходимо проконсультироваться по этому
вопросу со специалистом, обслужива-
Рис. 16. Пятка, носок и высота галтели соединения
Таблица 1. Размеры пятки, носка и высота галтели паяного соединения в соответствии со стандартом IPC-7351
Выводы в
Номи­
Высокая
Малая
виде крыла
наль­ная
плотность
плотность
чайки. Шаг
плотность
монтажа.
монтажа.
между
монтажа.
Уровень С,
Уровень А,
выводами
Уровень В,
мм
мм
> 0,625 мм
мм
Носок
0,15
0,35
0,55
Пятка
0,25
0,35
0,45
Высота галтели
0,01
0,03
0,05
Коэффициент
Этот коэффициент выбирается
закругления
наиболее близким к 0,01 или 0,05
Припуск поса0,10
0,25
0,50
дочного места
www.elcomdesign.ru
Рис. 17. Спецификации IPC для расчета размеров отверстий
Round lead — круглый вывод; Rectangle lead — прямоугольный вывод; Square lead — квадратный вывод
Таблица 2. Взаимосвязь между диаметром отверстия и диаметром вывода в соответствии с таблицей 9-5
из стандарта IPC 2222А
Максимальный размер вывода + уровень плотности монтажа = минимальное отверстие
Уровень А, мм
Уровень В, мм
Уровень С, мм
0,25
0,20
0,15
ющим сборочную линию. Калькулятор
стандарта IPC7351 по умолчанию устанавливает минимальное расстояние
между контактными площадками равным 0,15 мм, но в некоторых случаях
для оптимизации производственного
процесса, уменьшения количества бракованных изделий и увеличения производительности требуется, чтобы это
расстояние равнялось 0,2 мм.
Коррекция размеров
контактной площадки под
компонентами
Рис. 18. В соответствии со стандартом IPC требуется, чтобы разработчик печатной платы не подрезал контактные площа дки под низкопрофильными компонентами
Paste mask thickness — толщина слоя маски из пасты; No pads (lands) trimmed under component — под компонентом контактные
площадки не подрезаются; Pads (lands) trimmed under component (nominal body size) — контактные площадки подрезаются под компонентом (номинальный размер корпуса); Land & solder mask thickness — контактная площадка + толщина паяльной маски
Коррекция размеров контактной
площадки осуществляется исключительно при использовании компонентов
с выводами в виде крыла чайки в корпусах с низким профилем без свободного
пространства под ними. Однако стандарт IPC определяет, что независимо
от величины зазора между печатной
платой и дном компонента разработчик
печатной платы не должен подрезать
контактные площадки под низкопрофильными компонентами (см. рис. 18).
Нулевая ориентация
компонента
Рис. 19а. Допустимая нулевая ориентация компонентов, определенная стандартами IPC
Zero orientation with pin 1 in upper left corner introduced in 2007 in the IPC-7351А publication — IPC-7351C “Level A” — нулевая ориентация с расположением первого вывода в верхнем левом углу, введенная в 2007 г. в стандарте IPC-7351А, в стандарте IPC-7351C обозначается как
«Уровень А»; Zero orientation with pin 1 in lower left corner introduced in 2009 in the IEC 61188-7 publication IPC-7351C “Level B” —
нулевая ориентация с расположением первого вывода в нижнем левом углу, введенная в 2009 г. в стандарте IEC 61188-7, в стандарте IPC-7351C
обозначается как «Уровень В»
Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е
Нулевая ориентация компонента
указывает на расположение первого
вывода, а в РСВ-библиотеку заносится
информация о его повороте, что необходимо для автоматизации установки компонентов на сборочной линии.
Когда специалисты сборочного цеха
начинают сборку новых плат, им приходится проверять корректность разводки каждой части печатной платы, чтобы
убедиться в правильной ориентации
всех установленных компонентов. В
настоящее время этот процесс, выполняемый вручную, требует много времени. Стандарт IPC7351C определяет два
допустимых типа нулевой ориентации
компонентов (см. рис. 19а). На рисунке 19б показана нулевая ориентация
компонента уровня В с поворотом на
90° против часовой стрелки согласно
стандарту IPC-7351C.
Уровень А соответствует расположению первого вывода в верхнем
левом углу, а уровень B — расположению первого вывода в нижнем левом
углу. Если проектировщик печатной
платы разрабатывает всю библиотеку печатных плат для определенной
ориентации компонентов, он может
указать это на чертеже, чтобы специалисты сборочной линии знали, где
находится стартовая точка. Если все
проектировщики печатных плат будут
создавать свои библиотеки, используя
ориентацию компонентов уровня А
или B (но не обоих сразу), станет возможна автоматизация работы сборочной линии. Однако пока специалисты
сборочной линии не будут уверены в
корректности данных Х/У позициони-
103
Рис. 19б. Нулевая ориентация компонента уровня В в соответствии со стандартом IPC-7351C
Orientation — ориентация; Rotate Counterclockwise — поворот против часовой стрелки; Mirror Image — зеркальное изображение
рования при установке компонентов,
им по-прежнему придется проверять
нулевую ориентацию.
Файл координат Х/Y
Разработчик печатной платы, как
правило, создает файл установки компонентов в формате Excel. Электронная
таблица содержит позиционные обозначения каждого компонента монтажной схемы печатной платы, его
соответствующие координаты Х и У
относительно начала координат печатной платы, а также угол поворота по
отношению к нулевой ориентации,
используемой в данном разделе РСВбиблиотеки. Если разработчик печатной платы не предоставляет файл координат Х/Y компонентов, специалистам
сборочного цеха приходится тратить
много времени на расчет центра каждого компонента для составления программы установки компонентов на сборочной линии.
Производство электроники №1 2014
Рис. 21. Определение оптимальных размеров закругления контактной площадки
Land width = shortest side — ширина контактной площадки = самой короткой стороне; Corner radius = 20% land width — радиус
закругления углов = 20% от ширины контактной площадки; 1 Mil (0.01 mm) Round off — закругление: 0,01 мм; Maximum radius — максимальный радиус: 0,25 мм
Рис. 20. QFN-корпус с теплоотводящей площадкой
Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е
Уменьшение площади маски
для теплопроводной пасты
Такие семейства компонентов как
QFN, PQFN, SON, PSON, SOP и QFP в
основании корпуса имеют теплоотводящие площадки. Трафарет для маски
необходимо уменьшить по площади на
40–65% и равномерно нанести пасту
по шаблону в виде шахматного поля.
Это необходимо для ее равномерного распределения при прохождении
печатной платы через паяльную печь.
На рисунке 20 приведен пример QFNкорпуса с теплоотводящей площадкой,
на которую нанесена теплопроводная
паста по трафарету маски с вдвое меньшей площадью.
Закругление углов
прямоугольной контактной
площадки
Начиная с 1980-х гг. форма контактных площадок для поверхностного
монтажа находится в центре дискуссий разработчиков плат. Организация
IPC всегда рекомендовала закруглять
форму контактной площадки либо по
полному радиусу, либо по радиусу вершины, в то время как производители
компонентов настаивают на применении контактных площадок прямоугольной формы. Целью оптимизации
формы контактной площадки является
повышение эффективности процесса
сборки печатных плат. Основная причина того, почему специалисты на производстве так противится внедрению
закругленных контактных площадок,
заключается в том, что до недавнего
времени многие системы автоматизированного проектирования их не поддерживали.
По мнению автора публикации, для
всех корпусов компонентов под поверхностный монтаж следует использовать
закругленные формы контактных площадок. Такая форма является универсальной и позволяет улучшить процесс
изготовления плат и их сборки, отвечая
при этом требованиям IPC-стандартов.
Осталось только убедить производителей компонентов ввести такие площадки в чертежные спецификации.
На рисунке 21 показан метод определения оптимальных размеров закругления контактной площадки. При
взгляде на собранную печатную плату
(см. рис. 22) заметно, что в большинстве
случаев припой отсутствует в углах
контактной площадки. Закругление
прямоугольной формы контактных
площадок открывает также дополнительные возможности по увеличению
плотности монтажа.
Монтаж через сквозные
отверстия в контактных
площадках
Технология монтажа через сквозные отверстия в контактных площадках
появилась совсем недавно. Она была
разработана специально для нового
типа корпусов компонентов с матрицей
контактных площадок (LGA-корпусов).
Эта технология применяется в тех
случаях, когда отсутствует место для
формирования типовых ответвлений в
виде восьмерки (см. рис. 23).
Технология монтажа через сквозные отверстия в контактных площадках
также необходима при монтаже компонентов в BGA-корпусах с малым шагом.
При этом иногда требуется располагать
сквозное отверстие не в центре контактной площадки, чтобы сформировать трассировочные каналы по направлению к внутренним слоям платы. На
рисунке 24 показан пример трассировки компонента в BGA-корпусе с шагом
между выводами 0,6 мм.
104
Рис. 22. Припой не заполняет углы контактных площадок в собранной печатной плате
Solder — припой; No clean process — без очистки
www.elcomdesign.ru
Рис. 23. Технология монтажа через сквозные
отверстия в контактных площадках применяется
в отсутствие места для формирования типовых
ответвлений в виде восьмерки
Основная проблема сборки с
помощью монтажа через сквозные
отверстия в контактных площадках
заключается в том, что в процессе
изготовления необходимо производить металлизацию отверстий, вставку
в них штырьков, нанесение защитных
и финишных покрытий, обеспечивая
гладкость поверхности, что является
самой сложной задачей. Если в контактной площадке имеется небольшое
углубление, под слоем паяльной пасты
останется воздух, который может
перегреться при прохождении через
печь оплавления и попасть под проводник компонента, образовав пору.
На рисунке 25 показан пример формирования пор под выводами BGAкорпусов.
Контактные площадки,
не определенные вскрытием
от паяльной маски
Как известно, различают два типа
контактных площадок под BGA в зависимости от вскрытия вокруг них паяльной маски: NSMD (Non Solder Mask
Defined — не определенные вскрытием от паяльной маски) и SMD (Solder
Mask Defined — определенные паяльной маской). В первом случае площадка
и небольшая область вокруг нее полностью вскрыты от маски. Во втором
случае вскрытие от маски выполняется
Рис. 24. Типовое решение трассировки компонента в BGA-корпусе с шагом между выводами 0,6 мм
Space — промежуток; Hole — отверстие; Land — контактная площадка; Inner layers — внутренние слои; Offset — сдвиг; Annular —
круговой зазор; Pitch — шаг; Trace — дорожка
с небольшим покрытием контактной
площадки маской.
Либо разработчик печатной платы,
либо специалист производственного
цеха должен обеспечить зазор между
контуром контактной площадки и
паяльной маской, препятствующий ее
выходу за границы контактной площадки.
Технологический процесс нанесения паяльной маски определяет производственный допуск. Если
используется несколько установок,
рекомендуется не увеличивать это
значение в PCB-библиотеке или в
Gerber-данных, передаваемых на производство. Выбор величины зазора
между контуром контактной площадки
Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е
105
РЕКЛАМА
Производство электроники №1 2014
Рис. 25. Пример формирования пор под выводами BGA-корпусов
Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е
Рис. 26. Паяное соединение в отсутствие зазора между контуром контактной площадки и паяльной
маской (слева) и при его наличии (справа)
106
и паяльной маской следует доверить
специалисту производственного цеха
в зависимости от допусков установки
по совмещению маски, не позволяющих маске перекрыть часть контактной
площадки.
Шариковые выводы большинства
BGA-компонентов при расплавлении
должны формировать контакт не только с поверхностью контактной площадки, но и охватывать ее с торцов,
увеличивая площадь паяного соединения. В отсутствие зазора между контуром контактной площадки и паяльной
маской припой шарикового вывода не
может проникнуть к торцам площадки,
что ухудшает качество паяного соеди-
Рис. 27. Контактные площадки в виде окон в паяльной маске
Land — контактная площадка; Solder mask — паяльная маска;
Prepreg — препрег; Core — внутренний слой
www.elcomdesign.ru
нения. На рисунке 26 слева показано паяное соединение в отсутствие
зазора между контуром контактной
площадки и паяльной маской, когда
припой не обтекает контактную площадку с торцов. Справа на этом же
рисунке показан случай с зазором,
позволяющим припою проникнуть к
краям площадки.
Следует заметить, что стандарты
J-STD-001E и IPC-A-610E определяют
менее жесткие критерии для паяльной
маски по сравнению с требованиями
к изготовлению самих печатных плат.
Основное назначение паяльной маски
в процессе сборки — предотвращение попадания припоя в определенные
зоны плат. Однако в процессе сборки
из-за высокотемпературных циклов и
механических воздействий характеристики материала маски могут ухудшиться. В ряде случаев это не влечет за
собой серьезных последствий. Однако
это обстоятельство приводит к возникновению проблемы, если паяльная
маска темнеет настолько, что шелкографическая маркировка перестает
различаться.
Контактные площадки,
определенные маской
Автору этой статьи известны
только два примера применения
контактных площадок данного типа;
один из них — гибкие печатные
платы. При разработке разделов
РСВ-библиотеки для гибких печатных плат необходимо так рассчитать
пятку и носок паяного соединения
для сохранности паяльной маски,
чтобы во время изгиба они способствовали прижатию контактной площадки к печатной плате.
Другим применением контактных площадок, определенных паяльной маской, являются площадки
под BGA-компоненты в мобильных
устройствах. Шаг между выводами
BGA-микросхем типового мобильного телефона составляет менее 0,4 мм,
поэтому размеры шариковых выводов
и контактных площадок очень малы. В
ходе испытаний на ударную прочность
было показано, что паяные соединения BGA-компонентов выдерживают большую нагрузку по сравнению
с клеевым соединением между контактной площадкой и слоем препрега.
Контактные площадки отрывались от
печатной платы прежде, чем шариковые выводы BGA-компонентов — от
контактных площадок. Таким образом, контактные площадки для BGAкомпонентов с малым шагом между
выводами, определенные паяльной
маской, имеют прочную связь с печатной платой, что снижает вероятность
выхода устройства из строя при его
падении (см. рис. 27).
Трафарет для нанесения
паяльной пасты на
микрокомпоненты
Средняя толщина трафарета для
нанесения паяльной пасты составляет
0,125–0,15 мм. Производителям трафаретов приходится уменьшать их толщину вокруг всех чип-компонентов
для поверхностного монтажа типоразмера 0402 и меньше. На рисунке
28 приведен пример чип-резистора
класса 0201 толщиной 0,033 мм, который установлен на слой пасты толщиной 0,15 мм. Из рисунка видно, что
для этого миниатюрного компонента
такой объем паяльной пасты избыточен. Следовательно, необходимо
уменьшить толщину трафарета для
нанесения паяльной пасты, чтобы
уменьшить ее объем.
Монтажные приспособления
Каждая схема разводки печатной
платы должна предусматривать монтажные отверстия для ее крепления
к корпусу устройства. Разработчик
печатной платы должен предусматривать запретные зоны вокруг монтажных отверстий, соответствующие производственным допускам. Эти зоны
предотвращают короткое замыкание
в цепях устройства через дорожки,
отверстия, медные участки или кон-
тактные площадки компонентов (см.
рис. 29).
Для неметаллизированных монтажных отверстий настоятельно рекомендуется применять контактные площадки. Такой способ обеспечивает контакт
металлических креплений (головок
винтов, шайб и гаек) с площадкой, а
не напрямую с платой. На рисунке 30
представлен пример конструкции
неметаллизированного монтажного
отверстия.
В течение многих лет автор этих
строк применял неметаллизированные монтажные отверстия без круговых контактных площадок и никогда
не сталкивался с возникновением
аварийной ситуации из-за контакта
металлических крепежных деталей
с материалом FR-4 пустой печатной
платы. Маска для нанесения паяльной
пасты и стекловолокна разрушаются
в момент закручивания в них крепежных деталей. При чрезмерных усилиях разрушается и материал FR-4. Если
использовать контактную площадку в
виде кольца с внутренним диаметром,
превышающим диаметр отверстия на
0,12 мм, сверло пройдет только через
материал FR-4, не затронув другие
металлические слои.
Chip resistor — чип-резистор класса 0201; Solder paste — паяльная паста; Stencil thickness — толщина трафарета для нанесения паяльной
пасты; Land — контактная площадка; Mask — маска; РСB — печатная плата; Thinned — уменьшенная толщина трафарета для нанесения
паяльной пасты
Рис. 29. Запретные зоны вокруг монтажных отверстий, предотвращающие короткие замыкания
цепей
Рис. 30. Пример конструкции неметаллизированного монтажного отверстия
Flat washer — плоская шайба; Copper keepout or land (pad) —
запретная зона в виде медного участка или контактная площадка;
Mounting hole — монтажное отверстие
Gap — зазор; Pad OD — внешний диаметр контактной площадки;
Hole — отверстие; Pad ID — внутренний диаметр контактной
площадки
События рынка
| Productronica-2013. Взгляд компании «УниверсалПрибор» | Собираясь на выставку Productronica, которая прохо­
дила в Мюнхене с 12 по 15 ноября в 2013 г., и, ожидая встречи со своими партнерами и друзьями, специалисты компании ООО
«УниверсалПрибор» надеялись также увидеть что-то новенькое. И не были разочарованы. Юбилейная — 20-я выставка — подтвердила
статус главного события в области инновационной электронной продукции. Поразило многообразие представленных работающих
линеек оборудования, которые заняли 77 тыс. кв. м выставочной площади. И, конечно же, нельзя не отметить высокий, выверенный с
немецкой точностью уровень организации и четкое разделение по направлениям работы. Особое внимание было сфокусировано на
новейших инновационных и перспективных темах. Специалисты компании «УниверсалПрибор» встретились как с ведущими немец­
кими и мировыми производителями, так и с новичками рынка.
Особенно хочется отметить несколько новинок партнеров компании «УниверсалПрибор». Французская компания ViTechnology
разработала и представила первую в мире систему автоматического контроля качества нанесения паяльной пасты с построением
реального 3D-изображения с использованием запатентованной технологии π. Система имеет самый мощный компьютер в отрасли
(3072 ядра), комплектуется 64 камерами высокого разрешения, оснащена инновационной системой автоматической калибровки
и программирования. Начинать работу с печатной платой можно уже через 15 мин. При уникальном качестве оборудования его
стоимость ниже стоимости аналогов.
На огромном стенде другого партнера — компании SEHO — были представлены, в т.ч. и интересные новинки: обновленная
установка селективной пайки SelectLine, в которой реализован ряд важных технических решений (автоматическая синхрониза­
ция работы насадок, впервые запатентованная ультразвуковая очистка паяльных насадок). Данное оборудование уже пользуется
огромной популярностью у заказчиков, и, судя по их отзывам, отличается высочайшим качеством и удобством в использовании.
Из представленных новинок стоит отметить систему автоматической оптической инспекции качества паяных соединений, которая
может быть интегрирована в любую современную установку селективной пайки, или использоваться отдельно. Стоит отметить
также обновленную модель PowerReflow-2, которая используется для серийного производства сложных и ответственных изделий
и хорошо известна отечественным производителям по своим предыдущим версиям.
В рамках работы выставки Productronica компания ООО «УниверсалПрибор» подписала новый дистрибьюторский договор с един­
ственной в своем роде компанией DCT Chemicals s.r.o, которая выпускает широкий спектр оборудования для очистки печатных плат
и производит отмывочные жидкости и флюсы, обеспечивая тем самым возможность комплексного подхода к решению задач.
Не вызывает сомнений, что представленное оборудование и новые технологии вызовут интерес у отечественных произво­
дителей.
www.elcomdesign.ru
Производство электроники №1 2014
Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е
Литература
1. Tom Hausherr. Design for Assembly:
Com­ponents, Part 2. The PCB Design Magazine.
No­vem­ber 2013.
2. Таблица Proportional Padstack Chart//
www.pcblibraries.com/forum/pcb-library-con­
struc­tion-guidelines_forum30.html.
Рис. 28. Наглядное представление того количества паяльной пасты, которое необходимо для чипрезистора класса 0201
107
Проблемы передачи данных
между САПР и САПП
Карел Тавернье (Karel Tavernier), управляющий директор, UCAMCO
Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е
Gerber-файлы часто называют основой электронной промышленности.
Это самый простой и надежный формат передачи информации в арсенале разработчиков печатных плат и инженеров. Во всем мире при передаче
разработчиком данных производителю Gerber-формат применяется в
95% случаев. Однако он часто используется неправильно: в 25% всех проектов, созданных с помощью этого формата, применялось закрашивание
контактных площадок. Автор статьи показывает, как устаревшие
привычки усложняют производство и ухудшают качество выпускаемой
продукции. Публикация является переводом [1].
108
Несколько десятилетий назад корпорация Gerber Systems разработала стандарт передачи данных между
системами автоматизированного проектирования (Computer-aided Design,
САПР) и системами автоматизированной подготовки производства (Compu­
ter-aided Manufacturing, САПП) для
выпуска печатных плат. Стандарт Gerber
описывает печатную плату с очень
высокой точностью (0,1 нм) на четком и понятном языке, которым легко
пользоваться. Проекты, описанные в
формате Gerber RS-274X, не вызывают
проблем с использованием, надежны и
точны, их можно быстро внедрить, они
просты и экономичны.
Система автоматизированной
подготовки производства
Прежде чем перейти к обсуждению основной темы статьи, попробуем разобраться, что происходит, когда
данные в формате Gerber попадают на
производство печатных плат.
Многие пользователи систем автоматизированного проектирования убеждены, что файлы данных, которые они
отправляют изготовителю печатных
плат, в том же виде применяются для
управления устройствами на производственной линии. Эти пользователи
уверены, что Gerber-файлы напрямую
управляют фотографопостроителем при
изготовлении печатных плат, Excellonфайлы отправляются непосредственно
для управления сверлильными станками на линии, а данные IPC-356 напрямую
используются для тестирования электрических цепей в испытательных установках. Но это не так.
Производители никогда напрямую
не используют файлы в форматах
Gerber или Excellon на своем оборудовании. На то имеется множество
www.elcomdesign.ru
причин, и самая очевидная из них —
панельный способ изготовления плат.
Данные разработчика описывают
только одну-единственную печатную плату. Однако печатные платы
всегда изготавливаются на панелях с
полосами металлизации, тестовыми
купонами и т.д. Более того, для снижения стоимости изделий производитель изготавливает несколько плат
одновременно, размещая их на одной
большой панели.
Другими словами, производитель загружает данные разработчика
печатной платы в свою САПП, реконструирует их и преобразует в вид,
понятный для устройств на линии. Без
этого этапа изготовление печатных
плат невозможно.
Закрашивание
Одной из самых неприемлемых
практик, используемых современными разработчиками, является закрашивание контактных площадок, а
иногда и других элементов. Эта практика появилась несколько десятков
лет назад, в период расцвета формата
Gerber, когда закрашивание стало обязательным этапом проектирования.
Поскольку в те времена применялись
векторные фотографопостроители с
компьютерным управлением, которые были намного проще нынешних
устройств, они прорисовывали ограниченный набор фигур. В результате разработчикам плат приходилось
формировать контактные площадки
с помощью различных элементов —
кривых или окружностей для закругления углов; линий или штрихов для
границ и большого числа штрихов для
заполнения контуров.
С тех пор, конечно, многое изменилось. В современных САПР форма
контактной площадки описывается
геометрическим примитивом или ее
контуром, но вместо того чтобы корректно вывести эти данные, многие
разработчики продолжают «улучшать» свой проект, заполняя контур
штрихами. На первый взгляд, все
выглядит чисто и красиво: корректное изображение, хорошо сгенерированные контактные площадки (см.
рис. 1). Но для САПП такое изображение представляется сплошным
хаосом. Вместо того чтобы считать
данные одной контактной площадки, системе приходится иметь дело
с мешаниной несвязанных кривых и
прямых линий, которые не поддаются
распознаванию (см. рис. 2).
Поскольку изображение, по сути,
является правильным, некоторые разработчики плат уверены, что единственным недостатком закрашивания
является увеличение размера файла.
Однако производителю приходится не
только корректировать такое изображение, но и определять точное расположение, а также форму всех контактных площадок, полигонов и дорожек.
Конечно, САПП оснащены инструментами для поиска закрашенных
участков и их преобразования в понятные структуры, но эти операции требуют неоправданно высоких трудозатрат.
Все проверяется вручную, существенно
замедляя процесс подготовки к производству и создавая потенциальную
угрозу задержки поставок, и, что еще
хуже, — в дальнейшем повышает вероятность возникновения дефектов на
платах. Закрашивание также ведет к
неоправданному усложнению Gerberфайла; если закрашенных объектов
много, размер файл многократно увеличивается, а скорость его чтения
замедляется.
Контактные площадки
Полигоны
Многие слои печатных плат (например, слои питания и заземления)
содержат большие полигоны в виде
медных участков, причем некоторые из них могут оказаться очень
сложными. На этих участках имеются
отверстия или зазоры, позволяющие
несообщающимся отверстиям проходить сквозь слои. Такие отверстия
получили название антиконтактов
(antipads). Поскольку некоторые разработчики тщательно закрашивают
участки вокруг антиконтактов, возникают те же самые проблемы. Они
усугубляются еще и тем, что контактные площадки сравнительно малы, а
полигоны могут занимать значительную часть площади поверхности слоя.
Минимальные неприятности, с которыми при этом сталкивается специалист, работающий с САПП, заключаются в большом размере полученного
файла данных.
Реальная же проблема состоит в
большом числе элементов внутри
вспомогательных полигонов, из-за
чего системе автоматизированной
Рис. 1. Закрашенные площадки визуально выглядят безукоризненно…
Рис. 2. … но в действительности они представляют собой мешанину элементов
подготовки производства очень трудно определить, где расположены эти
элементы — внутри полигона или на
соседних дорожках. Это обстоятельство создает множество проблем.
Например, если требуется модифицировать ширину дорожки, чтобы компенсировать параметры травления,
необходимо знать, какой элемент
относится к дорожке, а какой является
частью закрашенной контактной площадки или полигона. Ситуация усложняется в еще большей мере, если разработчики размещают закрашенные
контактные площадки внутри закрашенных полигонов.
В таких случаях специалисту на
производстве в ходе длительных и
сложных ручных операций, осуществление которых сопряжено с большой
вероятностью ошибиться, приходится
заменять закрашенные полигоны соответствующими новыми структурами,
выделяя контактные площадки, дорожки и полигоны из беспорядочного
месива элементов.
Этого легко избежать, т.к. САПР способна определять полигоны их контурами, исключая необходимость в
закрашивании. Такие контуры можно
напрямую сохранить в Gerber-файле с
помощью команд G36/G37. Этот формат поддерживает полигоны любой
формы, размера и сложности, используя четкий и ясный язык. При этом антиконтакты и их положение эффективно
определяются с высокой точностью с
помощью параметра %LP, создающего
негативный слой со всеми отверстиями. Полигоны закрашиваются авто-
матически при создании Gerber-файла
RS-274X.
Дорожки
К сожалению, закрашенными могут
оказаться даже дорожки. Для построения дорожек заданной ширины разработчик использует множество очень
узких штрихов. При этом упомянутые выше проблемы увеличиваются
многократно, а их решение требует
ручной работы в большом объеме.
Единственный верный способ конструирования дорожки заключается в ее
прорисовке с правильно подобранной
апертурой.
Gerber-формат и закрашивание
Утверждение о том, что закрашивание — неотъемлемая процедура при
использовании Gerber-формата, является ложным. Но если вспомнить те
времена, когда разработчики применяли стандарт RS274-D, такой подход был
оправдан.
Рис. 3. Закрашенные контактные площадки вручную заменяются соответствующими подсвеченными элементами
Производство электроники №1 2014
Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е
Быстрое определение и выбор всех
контактных площадок особенно необходимы для модификации размеров
элементов в соответствии со спецификациями разработчиков плат, например для компенсации последствий
травления.
В силу большой важности данных
о контактных площадках любой изготовитель плат, получив изображения
с закрашенными площадками, перед
началом работы с этим файлом вынужден сканировать все изображение,
устанавливать, где располагаются контактные площадки, и заменять закрашенные участки типовыми, подсвеченными соответствующим образом
(см. рис. 3). Этот процесс, связанный с
высокой вероятностью ошибок, занимает много времени; при этом производителю часто приходится буквально
разгадывать намерения проектировщика.
Для предупреждения таких проблем необходимо генерировать
контактные площадки с помощью
стандарта Gerber RS-274X с большим
количеством встроенных шаблонов
этих элементов, а также используя
мощный и уникальный макроязык,
позволяющий легко (гораздо проще,
чем при использовании других форматов) реализовать практически любую
форму. При этом не возникает необходимость в закрашивании. Форма
определяется с помощью параметров
%AD и %AM, а места расположения
площадок подсвечиваются: одно подсвечивание — одна площадка.
109
В прошлом построение нестандартных форм с помощью Gerber-формата было настолько трудоемким занятием, что закрашивание контактных площадок применялось
постоянно и, по сути, являлось единственным способом
формирования полигонов. Таким образом, использование
формата RS274-D, который требовал закрашивания элементов, отвечает за нынешнюю ситуацию. Однако к настоящему времени этот стандарт устарел, и все упомянутые
проблемы были решены более 20 лет назад, когда появился расширенный Gerber-формат RS-274X. Почему некоторые разработчики до сих пор предпочитают использовать
формат D вместо X, остается загадкой.
Итак, неправильно утверждать, что текущий Gerberформат требует или поощряет закрашивание. Все необходимые полигоны можно построить с помощью контуров. Так же
создаются контактные площадки практически любой формы.
В действительности, благодаря макросам апертур Gerberстандарт обеспечивает мощные инструменты для создания
контактных площадок произвольной формы.
Большинство Gerber-файлов не использует закрашивания, в отличие от множества файлов в форматах ODB++,
Barco DPF, которые настаивают на этом. Закрашивание не
является характерной чертой Gerber-стандарта. Проблемы
возникают, скорее, из-за неправильного понимания процессов автоматизированной подготовки производства,
плохих методик, несоответствующих наборов заданных
значений и иногда — из-за некорректного использования
программного обеспечения.
Ра з ра б о т к а и к о н с т р у и р о в а н и е
Роль разработчика
110
Передавая платы с закрашенными областями партнерам
по производству, разработчики вовлекают их в серьезные
неприятности. Специалистам САПП приходится либо самостоятельно решать проблемы с закрашиванием до запуска
плат в производство, что занимает много времени и связано с вероятностью внесения ошибок, либо передавать
проект таким как он есть. В этом случае процесс автома-
тизированной подготовки производства становится очень
длительным и может привести к возникновению большого
числа ошибок. Таким образом, специалисты САПП, как говорится, находятся меж двух огней. Ситуация усугубляется,
если им приходится работать с серьезными временными
ограничениями, в результате чего страдает точность.
Зачастую специалист САПП обречен на провал в обоих
упомянутых случаях независимо от того, исправит он
полученный файл с закрашиванием или нет. Плохое качество предоставленных данных угрожает репутации и бизнесу каждого из партнеров, начиная с разработчика плат
и заканчивая контрактными производителями. Любая
компенсация от производителя печатных плат не может
полностью устранить все неизбежные потери. Отсюда
напрашивается единственный вывод — исключить закрашивание из практики разработчиков, воспользовавшись
стандартом RS-274X. Неприятная необходимость интерпретировать данные производителем должна остаться в
прошлом.
Роль поставщиков САПР
Автору также хочется сказать несколько слов в адрес
поставщиков САПР. Они также должны оказывать содействие
в улучшении организации передаваемых данных САПР на
производство. Очевидно, что эти поставщики не в состоянии полностью исключить необходимость в закрашивании
элементов платы, поскольку эта операция необходима для
обеспечения совместимости с теми редкими системами,
которые в настоящее время не поддерживают соответствующие Gerber-форматы. Однако поставщики САПР не должны
допустить, чтобы закрашивание использовалось по умолчанию. Такой опцией должно, наконец, стать подсвечивание
контактных площадок и контуров полигонов.
Литература
1. Karel Tavernier. The Scourge of CAD-to-CAM Communication. The
PCB Design Magazine. November 2013.
События рынка
| Новая услуга — нанесение гальванических и порошковых покрытий | ООО «Компас Электроникс», совместно
со своим партнером, сообщает о новой услуге для своих клиентов — нанесении гальванических и порошковых покрытий на
металлические детали. Поиск надежного партнера по нанесению покрытий проводился более 7 месяцев. Было протестиро­
вано 6 предприятий, предлагающих свои услуги в данной сфере. Оказалось, что найти партнера, обеспечивающего устойчи­
вое качество выполнения данной операции совсем не просто. Но теперь задача по изготовлению сложных металлических
корпусов, как методом фрезерования, так и методом лазерной резки и гибки с последующим нанесением покрытий, решена.
В настоящее время мы предлагаем более 20 видов покрытий, выполняемых на новых автоматизированных линиях, а
кроме того обеспечиваем предоставление всего комплекса услуг от заказа печатных плат, электронных компонентов,
монтажа печатных плат до сборки в корпуса и тестирования готовых изделий. Мы ждем заказчиков данных видов работ
при серийности от 1 шт. до крупной серии. Обращайтесь по тел.: (495) 228-47-85.
www.kompas-electronics.ru
РЕКЛАМА
www.elcomdesign.ru
Предупреждение дефектов печатной
платы при нанесении паяльной пасты
Эрик Клавер (Eric Klaver), председатель Рабочей группы МЭК TC40WG36, Assembléon
Чтобы обеспечить высокое качество выпускаемых изделий, при установке компонентов на печатную плату необходимо предусмотреть
отклонение технологических параметров от заданных величин. Одним
из этих отклонений является смещение отпечатков паяльной пасты. В
статье, являющейся переводом [1], рассматриваются способы, позволяющие успешно решить эту проблему на этапе установки компонентов.
щими прецизионного размещения, или
с компонентами очень небольшого размера — 08004, 01005, 0201 и резисторными сборками Rnets.
Существует множество причин, по
которым возникает смещение отпечатков паяльной пасты. Например, в этом
отношении важную роль играет качество трафаретов, а также самой печатной платы. Перепады температур (которые могут оказаться разными в разных
частях производственной линии) могут
привести к растяжению или сжатию
трафаретов и плат. Поскольку расширение плат может быть различным в
разных системах поточной линии,
возникает вопрос, насколько точной
и полезной является информация от
SPI-систем.
Коррекция технологических
параметров в установщике
компонентов
Чтобы обеспечить максимально
высокое качество платы, некоторые
функции SPI-системы берет на себя
установщик компонентов. Поскольку
количество пасты, как правило, отмеряется точно, наибольшие проблемы
связаны со смещением отпечатков
паяльной пасты. Именно поэтому установщик компонентов часто оснащает-
ся функцией контроля над смещением
отпечатков пасты, что исключает необходимость в дополнительном оборудовании. При этом для выравнивания
учитываются не стандартные реперные
метки (находящиеся на слое меди), а
фактическое размещение отпечатков
пасты, по которому и определяются
координаты установки компонентов.
Алгоритмы для распознавания контрольных меток постоянно совершенствуются, что способствует улучшению
качества плат.
В зависимости от типа компонентов и требуемого уровня выхода годных изделий наряду со стандартными
реперными метками для выравнивания
используются глобальные контрольные
метки отпечатков пасты, контрольные
метки схем и даже контрольные метки
компонентов (см. рис. 2). Применение
глобальных контрольных меток сокращает время идентификации, а данные
о смещении используются в последующих операциях по размещению компонентов, позволяя увеличить выход
годных изделий.
Для критичных компонентов или в
случаях, когда точность размещения
компонента высока, идентификация
смещения отпечатков пасты осуществляется локально. Увеличение числа
Смещение отпечатков
паяльной пасты
В установщике компонентов фактические данные о монтаже (координаты и
коррекция, или выравнивание) рассчитываются на основе реперных знаков.
В результате компоненты размещаются
в соответствии с данными, полученными от системы автоматического проектирования. Однако выход годных плат
не будет удовлетворительным, если не
соблюсти все заданные технологические параметры. Смещение отпечатков
паяльной пасты, к примеру, может привести к дефектам печатной платы (см.
рис. 1). В частности, серьезные проблемы возникают с компонентами, требую-
Рис. 1. При смещении отпечатков паяльной пасты установка компонента по координатам, определенным
системой автоматического проектирования, может привести к появлению дефектов платы
Bare substrate — пустая плата; Substrate with paste — плата со слоем паяльной пасты; Place on CAD coordinate — размещение компонента в соответствии с координатами САПР; Place on paste — размещение компонента в соответствии с нанесением пасты
Производство электроники №1 2014
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
При выпуске изделий необходимо
соблюсти абсолютно все технологические параметры и исключить влияние
внешних факторов. Это значит, что все
оборудование должно работать в точно
установленных режимах и в строго
определенных условиях эксплуатации.
Например, принтер должен равномерно распределять пасту в точно установленных местах в строго определенном
количестве, а манипулятор — помещать компоненты на участки платы с
заданными координатами, прилагая
допустимые усилия. Смонтированная
плата должна пройти обработку в
паяльной печи в требуемых условиях.
Поскольку на практике эти требования не соблюдаются, возникает
необходимость в устройствах для проверки качества изделий на разных этапах работы производственной линии.
Одним из таких устройств является
автоматическая система оптической
инспекции, контролирующая качество
нанесения паяльной пасты (solder paste
inspection, SPI). Эта система выявляет
смещение отпечатков паяльной пасты,
по цепи обратной связи передает полученную информацию на принтер (данные по объему пасты) или на далее
стоящее оборудование (данные о смещении отпечатков пасты).
111
Рис. 2. Размещение контрольных и реперных меток
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
Global — глобальная реперная метка; Global paste (red) — глобальная контрольная метка отпечатков пасты (красная); Component/
local — локальная реперная метка размещения компонента; Circuit — реперная метка размещения схемы; Circuit level paste (blue) —
контрольная метка отпечатков пасты на уровне схемы (голубая); Local paste (purple) — контрольная метка отпечатков пасты на уровне
компонента (фиолетовая)
112
операций контроля в ходе технологического процесса может снизить производительность, но существенно повысить качество платы в целом.
При идентификации изображений,
полученных в ходе инспекции контрольных меток отпечатков пасты, необходимо учитывать ряд факторов. Как видно
из рисунка 3, у рассматриваемых образцов имеется несколько зон, отличающихся по контрасту и требующих корректной идентификации координат. Эти
зоны определяются: флюсом, паяльной
маской, тенью, медной контактной площадкой и материалом печатной платы.
Надежность полученных данных зависит от алгоритма идентификации, который также позволяет интерпретировать
вариации (неравномерности) формы
отпечатка паяльной пасты и повысить
точность ее нанесения.
Кроме того, алгоритм идентификации устанавливает, находится ли смещение отпечатков пасты в пределах
допусков технологического процесса
(см. рис. 4). Слишком большое смещение может привести к формированию
плохих паяных соединений, появлению
дефектов типа «надгробный камень»,
перемычек и перекрытий (особенно
при уменьшении шага между выводами). Усовершенствованные алгоритмы для идентификации контрольных
меток нанесения паяльной пасты также
должны определять расстояние между
краем отпечатка паяльной пасты и медной контактной площадкой.
Три уровня определения
контрольных меток
Для повышения точности коррекции
используются три уровня контрольных
меток нанесения паяльной пасты в
зависимости от требований к точности
определения того, насколько смещены
отпечатки пасты:
а)
единичные контрольные метки
нанесения паяльной пасты;
б) групповые контрольные метки нанесения паяльной пасты;
в)трафаретные контрольные метки
нанесения паяльной пасты.
Определение единичной контрольной метки (см. рис. 5) — самый быстрый
способ, но на его точность влияют вариации формы отпечатка паяльной пасты.
Определение групповой контрольной
метки усредняет все возможные вариации этой формы, способствуя более точному нанесению пасты. Поскольку опре-
Take surrounding effects into account — необходимо учесть следующие факторы; Flux — флюс; Solder mask — паяльная маска;
Shadow — тень; Cu pad — медная контактная площадка; Some
examples — несколько примеров; Printer offsets — смещение
отпечатков пасты; Rnet pattern — трафарет Rnet; Paste — паяльная
паста; Shadow from dot height — тень от выступающего элемента
деление групповой контрольной метки
осуществляется за один проход, эта операция занимает столько же времени, что
и установление единичной метки.
На крайней правой фотографии (см.
рис. 5) представлен пример идентификации трафаретной контрольной
метки нанесения паяльной пасты. Такая
метка представляет собой локальную
зону совмещения, использующую, как
правило, контактные площадки самого компонента. Трафаретные метки
используются, в основном, для компонентов, требующих прецизионного
размещения (перевернутых кристаллов, корпусов микро-BGA).
Литература
1. Eric Klaver. Pick and Paste. SMT Maga­
zine. November 2013.
Рис. 4. Смещение отпечатков пасты — совпадение с заданными координатами системы проектирования;
допустимое отклонение от заданных координат; недопустимое отклонение
Рис. 5. Определение единичной, групповой и трафаретной контрольных меток нанесения паяльной пасты
www.elcomdesign.ru
Рис. 3. Факторы, которые необходимо учитывать
для корректной идентификации
События рынка
| Новинки выставки Productronica-2013 представляет
«Диполь» | Компания MYDATA (Швеция) — мировой новатор в обла­
сти создания решений для поверхностного монтажа — выпустила
высокопроизводительные установщики компонентов MY200 с новы­
ми камерами линейного сканирования и скоростными монтажными
головками HYDRA 4, еще больше повышающими точность монтажа.
Новые установщики были впервые представлены технологическому
сообществу 12–15 ноября 2013 г. на выставке Productronica в Мюнхене.
Все большее разнообразие и сложность электронной «начинки»
в автомобилях, а также в телефонах, планшетах и других электронных
устройствах приводит к необходимости монтажа на печатные платы
различных компонентов с высокой скоростью и безупречной точно­
стью. Это усложняет работу производителей электроники, посколь­
ку им приходится работать со все меньшими партиями изделий в
непредсказуемом графике. Чтобы справиться с этими трудностями,
компания MYDATA выпустила новую усовершенствованную линейку
установщиков поверхностно-монтируемых компонентов — MY200.
Решение для многономенклатурной сборки с еще большей производительностью
В компании заявляют, что новые машины делают многономенклатурную сборку (чем так хорошо известны решения
MYDATA) возможной и для тех компаний, которым необходима большая производительность и гибкость работы. В линейке
установщиков имеется решение для любого производственного сценария: от небольших партий и прототипов до сборки
изделий 24 ч в сутки на линиях, состоящих из нескольких установщиков.
Два основных усовершенствования в машинах серии MY200 — это новая высокопроизводительная система инспекции
и позиционирования компонентов (система линейного сканирования LVS3) и новая высокоскоростная головка для высо­
коточного монтажа компонентов следующего поколения (HYDRA 4).
«Тройной эффект» работы камеры линейного сканирования
«За счет объединения наших самых передовых технологий работы с видеоизображением в одном устройстве новая
система линейного сканирования обеспечивает тройной положительный эффект», — говорит Маттиас Джонсон (Mattias
Jonsson), продакт-менеджер оборудования для поверхностного монтажа. Специалист отмечает, что в новой системе объ­
единены передовая программируемая подсветка двойной видеосистемы DVS и знаменитые качество и скорость работы
камеры линейного сканирования. Благодаря автоматизированному процессу обучения и адаптивным алгоритмам работы
LVS3 позволяет генерировать изображения более высокого качества. Способность камеры линейного сканирования
получать до 50 тыс. изображений в секунду существенно улучшает возможности высокоскоростной инспекции и вырав­
нивания сложных компонентов «на лету». «На самом деле это позволяет существенно повысить скорость работы линии, т.к.
теперь можно очень быстро проверять многие типы компонентов с меньшим количеством ложных сбросов и ошибок», —
добавил Маттиас Джонсон.
Новая монтажная головка HYDRA 4 удваивает точность монтажа
Кроме видеосистемы новые машины MY200 будут оснащены новой головкой HYDRA 4, точность монтажа которой в два
раза выше точности предыдущих монтажных головок HYDRA. Благодаря улучшению в механике и программном управле­
нии установщик отличается повторяемостью высокоскоростного монтажа компонентов — менее 30 мкм при 3 Σ. «Что зна­
чат все эти улучшения? То, что заказчики MY200 получат еще большую производительность и смогут работать на полной
скорости с высокой точностью и без риска возникновения ошибок. «Заявленная скорость линии — это только параметр,
но что важно в реальных производственных условиях, так это то, сколько плат фактически собирается к концу рабочего
дня», — считает Маттиас Джонсон.
Надежная серия MY200, которую легко дооснастить новыми узлами, включает следующие установщики:
‚‚ MY200HX: высокоскоростной установщик чип-компонентов и невысоких микросхем. В машину загружается до 160 пита­
телей. Максимальная скорость монтажа составляет 50 тыс. компонентов/ч.
‚‚ MY200DX: высокоскоростной установщик, созданный по принципу «все включено». В машину загружается до 160 пита­
телей. Максимальная скорость монтажа составляет 40 тыс. компонентов/ч.
‚‚ MY200SX: гибкий установщик, созданный по принципу «все включено». В машину загружается до 176 питателей.
Максимальная скорость монтажа составляет 24 тыс. компонентов/ч.
‚‚ MY200LX: установщик, созданный по принципу «все включено». В машину загружается до 176 питателей. Максимальная
скорость монтажа составляет 16 тыс. компонентов/ч.
http://dipaul.ru
Производство электроники №1 2014
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
Платформа будущего
Модели серии MY200 отличаются новым уровнем производитель­
ности по сравнению с другими установщиками компании MYDATA.
«Мы очень рады представить новую платформу. В серии MY200
воплощены новые и по-настоящему передовые технологии, включая
новые узлы и программные решения, которые позволяют нашим
заказчикам повысить производительность, точность и коэффициент
использования производственной линии. Мы воплотили эти усовер­
шенствования без ущерба совместимости с уже существующей плат­
формой установщиков», — сообщил Роберт Готнер (Robert Gothner),
генеральный директор подразделения решений для поверхностно­
го монтажа компании Micronic Mydata.
113
Передовые технологии ремонта
компонентов следующего поколения
Брайан Чаплицкий (Brian Czaplicki), директор отдела
технического маркетинга, Air-Vac Engineering Co.
.
Какие проблемы понадобится решать при пайке матричных корпусов и
других компонентов поверхностного монтажа следующего поколения?
В этой статье обсуждаются направления модернизации существующих
технологий монтажа, определенные ассоциацией iNEMI, и связанные с
ними технические и технологические проблемы.
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
Введение
114
Системы восстановления BGAкомпонентов допускают интеграцию
дополнительных устройств для реализации новых технологий, например
пайки методом погружения и бесконтактной очистки посадочных мест, что
повышает контроль над техпроцессом.
Какие проблемы понадобится решать
при монтаже матричных корпусов и восстановлении SMT-компонентов следующего поколения? Международная ассоциация производителей электроники
(International Electronics Manufacturing
Initiative, iNEMI) недавно опубликовала
2013 Technology Roadmap — стратегический план развития технологий в
электронной промышленности, часть
которого специально посвящена вопросам восстановления и ремонта. Особый
интерес и практическое значение в
этом плане представляет собой анализ
недостатков существующих технологий
Рис. 1. Установленный в паяльную станцию BGAкомпонент со стороной корпуса 114 мм
монтажа, который определяет перспективные направления их модернизации
с учетом таких факторов как правительственные постановления, передовые
методы и новые требования к продукции.
Мы рассмотрим следующие пять
ключевых перспективных направлений модернизации технологий ремонта новых компонентов, определенных
iNEMI, и связанные с ними проблемы:
1)разработка технологии восстановления очень больших матричных
компонентов следующего поколения, размещаемых на крупных монтажных платах с большой тепловой
массой;
2)разработка технологии ручного
ремонта компонентов 01005;
3)разработка промышленной технологии восстановления РоР-ком­
по­
нен­тов (package-on-package — корпус на корпусе; технология монтажа
микросхем, при котором компоненты с матричным расположением
выводов устанавливаются друг на
друга);
4)разработка промышленной технологии восстановления QFN-ком­
по­
нен­тов (quad flat, no lead — квадратный плоский безвыводной корпус);
5) разработка технологии выравнивания посадочных мест, предотвращающей появление приподнятых
контактных площадок, повреждение паяльной маски и растворение
меди [1].
Мы рассмотрим также ключевые технические и технологические проблемы,
проанализируем меры, направленные
на их решение, а также обсудим, что
необходимо для полного устранения
этих проблем.
Ремонт больших матричных
компонентов следующего
поколения
В настоящее время используются
несколько типов больших матричных
компонентов, в т.ч. компоненты CCGA
(Ceramic Column Grid Array — керамические корпуса с матрицей столбиковых
выводов), а также BGA-разъемы (Ball
Grid Array — компоненты с шариковыми
выводами), у которых размер массива
выводов достигает 50 мм. По прогнозам организации iNEMI, размеры компонентов вскоре увеличатся до 60–75 мм.
Именно по этой причине в настоящее
время начались работы по проектированию паяльных станций для монтажа компонентов размерами около 80–90 мм.
Монтаж больших матричных компонентов следующего поколения, например металлических BGA-разъемов, связан с такими проблемами как большая
тепловая масса. Это обстоятельство
усложняется еще и тем, что такие компоненты, как правило, монтируются на
крупные печатные платы с большой
тепловой массой.
Таким образом, задача iNEMI заключается в поиске способов монтажа больших компонентов на печатных платах с
большой тепловой массой, при котором
не нарушаются действующие требования, перечисленные в таблице 1.
Профиль нагрева при
пайке больших матричных
компонентов
Чтобы получить профиль нагрева
квадратного BGA-компонента со стороной корпуса 114 мм и с 10000 входами/выходами (см. рис. 1–2), тестовая
установка была оснащена семью термопарами. Шесть термопар измеряли
Таблица 1. Пайка больших матричных компонентов [1]
Рис. 2. BGA-компонент со стороной корпуса 114 мм
(с 10000 входами/выходами) в сравнении со стандартным BGA-компонентом, у которого сторона
корпуса равна 35 мм
www.elcomdesign.ru
Процесс
Единицы
Параметр
2011 2013 2015 2017 2023
пайки
измерения
Без свинца Максимальные размеры стороны корпуса
мм
50 50 55 60 75
Максимальная температура корпуса (зависит от размеров
°С
245–260
корпуса компонента)
Предельная температура паяного соединения
°С
235
Предельная разность температур на паяных соединениях
°С
< 10
Время выдержки после оплавления (TAL)
с
60–90
Рис. 4. Изображение угловой части 114-мм BGAкомпонента в системе технического зрения
Рис. 3. Печатная плата с большой тепловой массой размерами 22×24 мм, установленная на модернизированной паяльной станции
Комбинация низкая температура/высокая скорость теплового потока, как
правило, позволяет уменьшить температуру корпуса. При этом, однако,
показатель разности температур (ΔT)
соединений ухудшается, если скорость
потока слишком велика. Поэтому для
каждого приложения необходимо
подбирать оптимальное соотношение между температурой и скоростью
теплового потока.
Увеличение расхода газа с 2,5 куб.
фут/мин (текущий максимум) до 3 куб.
фут/мин (увеличение на 25%) позволило снизить температуру нагревателя
сопла с 495 до 350°C (30-% снижение), в
результате чего произошли изменения
как температуры, так и теплового потока (см. табл. 3).
Такой подход (снижение температуры/повышение расхода газа) позволил
снизить максимальную температуру
корпуса с 260 до 250°C, что существенно ниже предельных заданных значений, и не оказал отрицательного влияния на показатель ΔT соединений. В
Таблица 2. BGA-компонент со стороной корпуса 114 мм (предварительный нагрев 150°С, 495°C @ 2,5 куб. фут/мин, 150 с)
Максимальная температура, °C
ΔT, °C
TAL, с
Термо­
Расположение
пара №
фактическая
заданная
фактическая заданная фактическая заданная
верхняя часть
1
260
260
корпуса
2
соединение (угол)
235
52
3
соединение (угол)
235
55
4
соединение (угол)
239
72
235
6
< 10
60-90
5
соединение (угол)
238
68
6
соединение (угол)
237
69
7
соединение (угол)
241
75
Таблица 3. BGA-компонент со стороной корпуса 114 мм (предварительный нагрев до 150°С, 350°C при 3 куб.фут/мин, 167 с)
Максимальная температура, °C
ΔT, °C
TAL, с
Термо­
Расположение
пара №
фактическая
заданная
фактическая заданная фактическая заданная
верхняя часть
1
250
260
корпуса
2
соединение (угол)
240
75
3
соединение (угол)
240
78
4
соединение (угол)
241
92
235
6
< 10
60–90
5
соединение (угол)
241
88
6
соединение (угол)
235
76
7
соединение (угол)
239
86
Производство электроники №1 2014
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
температуры соединений, а одна измеряла температуру корпуса. Поскольку
печатная плата имела тот же размер,
что и компонент, нагрев соединений
до 150°C соответствовал температуре
предварительного нагрева платы.
Немало усилий было приложено для оптимизации распределения
тепла из сопла нагревателя, что очень
важно для компонента такого большого размера. Для пайки этого компонента требуется значительное количество тепловой энергии в течение
продолжительного времени. Печатная
плата была предварительно прогрета
до 150°C с помощью расположенного
под ней инфракрасного нагревателя
большой мощности. Затем включился
фен, который сверху нагревал компонент потоком воздуха с температурой
495°C, подаваемого со скоростью 2,5
куб. фут/мин в течение 150 с. Такая
температура существенно выше типовых значений для BGA-компонентов
(300–325°C), что было связано с размерами компонента и сопла. После
оплавления использовалась дополнительная система охлаждения платы.
При этом было необходимо обеспечить заданное время выдержки после
оплавления (TAL). Полученные результаты представлены в таблице 2.
Как видно из нее, все заданные значения были достигнуты кроме времени выдержки после оплавления в двух
случаях. Два значения времени (52 и
55 с) оказались меньше указанных в
спецификациях. Чтобы исправить эту
ситуацию, можно уменьшить расход
воздуха, охлаждающего компоненты.
Однако из-за того, что максимальная
температура корпуса составила 260°C,
практически не осталось какого-либо
запаса на ошибку.
Модернизация паяльной станции
позволила существенно увеличить
интенсивность теплового потока.
Поскольку передача тепловой энергии
компоненту зависит не только от температуры, но и от интенсивности теплового потока, чем выше его скорость,
тем меньше может быть температура.
данном случае все соединения кроме
одного отвечают заданным требованиям по показателю TAL (60–90 с).
Следует заметить, что в ходе тестирования BGA-компонент со стороной
корпуса 114 мм был прикреплен к тестовой плате со стороной того же размера. Требования по тепловым потокам,
которые предъявляются к пайке компонента такого размера, установленного
на плату с большей тепловой массой,
значительно выше. В паяльных станциях для ремонта больших компонентов
следующего поколения, устанавливаемых на платы с большой тепловой массой, очень важно правильно подбирать
следующие параметры: температуру
сопла; скорость потока газа и нагрев
платы; охлаждение; удерживающую
способность для плат и компонентов
(см. рис. 3).
Монтаж больших компонентов следующего поколения на больших платах
сопряжен с необходимостью решить
дополнительные задачи помимо тех,
которые перечислены организацией
iNEMI. К ним относятся выравнивание,
коробление, подготовка компонентов
и посадочных мест, обеспечение требуемой удерживающей способности как
для компонентов, так и плат. По про-
115
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
Рис. 5. Сравнительные размеры компонентов
01005, ушка иголки и крупинок молотого перца
гнозам специалистов, установка систем
технического зрения в паяльные станции будущего поколения позволит
выравнивать компоненты, размеры
сторон которых превысят 100 мм (см.
рис. 4).
Проблемы коробления/копланарности станут основными проблемами
монтажа больших компонентов следующего поколения, что усугубляется
постоянным уменьшением шага между
выводами. Технология бесконтактной очистки посадочных мест требует
использования насадок большого размера, обеспечивающих безопасную,
эффективную и быструю очистку от
остатков припоя. И, наконец, удерживающая способность вакуумного держателя должна быть достаточной не
только для удержания больших компонентов на местах, но и для их подъема
и удаления из расплавленного припоя.
Одним из основных препятствий на
пути разработки эффективной технологии замены и пайки больших компонентов следующего поколения на платах
с большой тепловой массой является
обеспечение низкой стоимости не
только компонентов, но и плат. Для
решения всех перечисленных проблем
необходимы совместные усилия ОЕМ- и
контрактных производителей, а также
поставщиков ремонтных станций.
Рис. 6. Основные причины возникновения дефектов
Printing — дефекты трафаретной печати; Placement — дефекты размещения; Reflow — дефекты пайки; PCB — дефекты печатной платы
Ремонт компонентов
типоразмера 01005
Практически невидимые человеческому глазу компоненты 01005 настолько малы, что способны пройти через
игольное ушко, поскольку их размеры
во много раз меньше крупинок молотого перца (см. рис. 5). Монтаж и замена
таких микроскопических компонентов
вызывает серьезные проблемы.
Компоненты 01005 до сих пор еще не
получили широкого распространения в
серийных изделиях из-за проблем с их
заменой, но считается, что при необходимости возможна их перепайка вручную. Однако это спорное утверждение,
поскольку большинство специалистов
в данной области уверено, что компоненты 01005 замене не подлежат.
С другой стороны, производители
ручных инструментов и станций для
ремонта BGA-компонентов заявляют,
что их оборудование способно работать с компонентами 01005. На вебсайтах некоторых поставщиков ручных
инструментов утверждается пригодность их оборудования для ремонта
компонентов 01005, но эти заявления
не подтверждаются ни одним видеороликом. Несколько видеофайлов демонстрируют возможность пайки компонентов 01005 с помощью BGA-станций,
но многие из них имеют ограничения,
116
Рис. 7. Человеко-машинный интерфейс «оператор — паяльная станция для компонентов 01005»
www.elcomdesign.ru
связанные с высокой стоимостью капитальных затрат, низкой производительностью, сложностью использования и
невозможностью ремонта компонентов 01005, расположенных друг от друга
на расстоянии менее 0,2 мм.
Другая проблема заключается в том,
что большинство автоматизированных станций не справляется с задачей
повторного использования остатков
припоя на посадочных местах из-за
частого брака трафаретной печати
(например, из-за недостаточного количества припоя). На долю этого брака
приходится почти половина дефектов
(см. рис. 6). Некоторые станции позволяют дозировать паяльную пасту, но на
практике очень сложно осуществлять
эффективную подачу микроскопических доз в точки, расположенные со
строгой периодичностью.
Одним из альтернативных вариантов ремонта компонентов 01005 заключается в создании человеко-машинного
интерфейса путем объединения преимуществ ручной пайки и BGA-станций
(см. рис. 7). При таком подходе оператор вручную регулирует все процессы,
происходящие непосредственно на
уровне печатной платы, что позволяет отказаться от более медленных и
дорогих, а зачастую и очень сложных
светоделительных систем позиционирования. Кроме того, такой подход в
управлении процессом пайки на уровне платы устраняет проблемы обеспечения точности позиционирования по
оси Z, характерной для большинства
светоделительных систем. Известно,
что если светоделитель плохо откалиброван или не обеспечен соответствующий контакт между соплом и компонентом 01005, при позиционировании
могут появиться ошибки.
Следует также заметить, что некоторые станции для ремонта BGAкомпонентов не обладают точностью,
необходимой для позиционирования
микрокомпонентов, что не зависит от
частоты калибровки системы технического зрения. Человеко-машинный
интерфейс представляет оператору
могут вызвать электрический пробой. В отличие от ручной пайки, при
совместной работе оператора и автоматов обеспечивается предварительный нагрев всей платы, что исключает
любые проблемы с активацией флюса.
Как бы то ни было, рекомендуется
использовать безгаллогенный флюс,
что является дополнительной мерой
безопасности.
Выравнивание на уровне платы
легко выполняется с помощью стереомикроскопа высокого разрешения, у
которого объектив имеет большое увеличение, а предметный стол — точную
настройку по осям x/y и регулировку
поворота. Еще одним преимуществом
интерфейса «человек-машина» является возможность удаления неправильно
установленного компонента 01005, а
также его замена или выравнивание
всего за одну операцию. Перечислим
основные параметры процесса удаления компонентов 01005 при комбинированном нагреве (кондуктивном/конвективном):
–– время контакта наконечника: 7 с;
–– скорость нагрева: 13°/с;
–– максимальная температура компонента 01005: 242°С;
–– цикл нагрева: 7 с.
Процесс замены компонента 01005
намного усложняется в отсутствие возможности использовать остаточный
припой. Во-первых, оставшийся на кон-
тактных площадках припой приходится
нагревать и удалять с помощью сопла
для очистки посадочных мест микроскопического размера. Затем активируется система охлаждения платы и сопла
холодным воздухом. Процесс охлаждения продолжается до тех пор, пока
температура платы не снизится до 70°C.
Основные параметры процесса замены
компонентов 01005 (только конвективный нагрев):
–– время контакта наконечника: 0 с;
–– скорость нагрева: 2°/с;
–– скорость охлаждения: –5°/с;
–– максимальная температура компонента 01005: 242°С;
–– цикл нагрева/охлаждения: 60 с.
Поскольку используется довольно-таки мощная система охлаждения
платы, а плата для монтажа компонентов 01005 обладает малой тепловой массой, процесс охлаждения осуществляется быстро. Для нанесения паяльной
пасты на контактные площадки применяется запатентованное микроустройство (см. рис. 8–9). Стереомикроскоп
с большим увеличением позволяет
оператору контролировать процесс
нанесения паяльной пасты и проверять
результат до начала последующих операций. Процесс замены компонентов
01005 можно ускорить. Для этого сначала удаляются все дефектные компоненты, и очищаются посадочные места (см.
рис. 10), после чего на все контактные
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
множество дополнительных аппаратных возможностей, включая применение оптического микроскопа
высокого разрешения и использование технологий верхнего и нижнего
нагрева. При этом устраняется необходимость в прецизионных ручных
манипуляциях, характерных для
пайки вручную. Замена компонентов
01005 путем комбинирования ручных
и автоматических операций происходит во много раз быстрее, чем с
помощью светоделительных систем, и
так же быстро, как в случае с ручными
инструментами.
Процесс замены компонентов 01005
существенно упрощается, если имеется
возможность повторно использовать
остаточный припой на контактных площадках. Стереомикроскоп с большим
увеличением позволяет оператору
извлекать замещающий компонент из
ленточной кассеты, не прибегая к ручным операциям.
На посадочное место с помощью
микрошприца-дозатора наносится
флюс. Таким образом, его количество минимизируется, что является
ключевым моментом подхода iNEMI.
В качестве этого флюса используется
Indium 30B без галогенидов, т.к. он
не содержит ионных соединений, способных при неправильной тепловой
активации привести к росту проводящих дендритных структур, которые
117
РЕКЛАМА
Производство электроники №1 2014
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
Рис. 8. Сопло с микронаконечником для пайки компонентов 01005
Рис. 11. Дефект «голова на подушке» [2]
Рис. 12. Стандартное сопло удаляет за один раз
один корпус
118
Рис. 13. Микропинцет удаляет одновременно оба
корпуса
площадки наносится паяльная паста,
и производится поочередная пайка
новых компонентов 01005.
Сопло слегка прогревается, а компонент-заменитель извлекается из
кассеты. Статическое электричество
и бумажная пыль — две проблемы
www.elcomdesign.ru
Рис. 9. Нанесение пасты на контактные площадки
под компонент 01005
кассетного хранения компонентов.
Компонент-заменитель выравнивается
относительно контактных площадок с
нанесенной пастой, устанавливается
и запаивается. Во время ручной установки компонента оператор по цепи
обратной связи получает информацию
о приложенных усилиях. Это очень
важно, поскольку в ходе тестирования
было установлено, что превышение
усилий на 2 Н (200 г) может привести к
разрушению компонента.
Другим преимуществом человеко-машинного интерфейса по сравнению с ремонтным оборудованием для
BGA-компонентов и системами ручной
пайки является то, что после размещения компонента-заменителя на
контактных площадках с нанесенной
пастой оператор может приподнять
сопло и выполнить пайку с помощью
конвективного нагрева.
При этом происходит самовыравнивание компонента 01005, что
невозможно, когда он удерживается в определенном месте с помощью подводящего тепло наконечника. Использование нижнего
ИК-нагревателя в сочетании с соплом с
конвективным нагревом обеспечивает
постепенное повышение температуры,
что желательно при замене керамических конденсаторов. Этот эффект не
достигается при использовании наконечника.
Конвективную пайку рекомендуется
проводить в среде азота, которая улучшает смачивание и снижает окисление
небольших частиц припоя.
Необходимо обеспечить чистоту
микронаконечника, поскольку от нее
зависит его способность удалять микроскопические компоненты. Оператор
периодически использует специальное
приспособление с ультратонкой иглой,
позволяющее провести очистку всасывающего микронаконечника.
Ремонт РоР-компонентов
РоР-компонент состоит из двух или
более одинаковых корпусов с малым
шагом между выводами, установленных друг на друга для экономии места
Рис. 10. Замена компонента 01005 (слева) и очистка
контактных площадок на посадочном месте
(справа)
на плате. Нижний корпус, как правило,
принадлежит быстродействующему
логическому устройству, а верхний —
устройству памяти большого объема.
Деформация нижнего корпуса, возникающая из-за несоответствия коэффициентов теплового расширения
кристалла, полимерного материала и
подложки, безусловно, является основной проблемой этой технологии.
Деформация является ключевой
проблемой РоР-компонентов из-за того,
что корпуса входящих в них устройств
имеют очень малую толщину и шаг
между выводами. Деформация РоРкомпонента, как правило, проявляется
в виде дефекта «голова на подушке»
(head-in-pillow, HiP), что выражается в
отсутствии полного контакта между
шариковым выводом РоР-компонента
и нанесенной паяльной пастой (см.
рис. 11). Другими причинами появления этого дефекта являются: истощение
флюса, плохое смачивание и несоответствующий химический состав паяльной
пасты.
Ремонт РоР-компонентов схож с операциями, выполняемыми с помощью
стандартной паяльной BGA-станции.
РоР-устройства удаляются либо по
отдельности с помощью стандартного
сопла в отсутствие зазора между корпусами (см. рис. 12), либо все вместе
с помощью микропинцета, управляемого вакуумным клапаном. При этом
требуется определенный зазор между
корпусами (см. рис. 13).
Некоторые производители соединяют два корпуса с помощью клея, чтобы
иметь возможность удалить их в один
прием с помощью стандартного сопла.
Во время удаления РоР-компонентов
сопло не должно оказывать на них какого-либо давления книзу, чтобы шарики
припоя не переместились к соседним
компонентам. Удаление компонентов
с помощью отсасывающих устройств,
оснащенных датчиком вакуума, является вполне удачным решением этой
задачи.
После удаления компонентов необходимо очистить посадочные места
от остатков припоя. Практику их уда-
Рис. 14. Бесконтактная система очистки посадочных мест
Рис. 15. Большое сопло для очистки посадочного
места (Zevac Ag)
заявляют, что оно оснащено системой бесконтактной очистки посадочных мест. Однако фактически с этой
целью используется нагретое сопло с
металлической отсасывающим наконечником, которое перемещается над
посадочными местами; при этом координаты перемещения x, y и z задаются
вручную. Высокоэффективное устройство для бесконтактной очистки посадочных мест оснащено встроенным
датчиком вакуума, автоматически задающим высоту подъема отсасывающего
наконечника в непрерывном режиме.
Многие разработчики современных
систем очистки пошли дальше, заме-
нив металлический наконечник наконечником из композитного материала,
выдерживающим высокие температуры. Это позволило полностью исключить возможность контакта нагретого
металлического наконечника с платой
или контактной площадкой (см. рис. 14).
Чтобы полностью отказаться от ручных методов очистки посадочных мест,
необходимо повысить быстродействие
бесконтактных систем. Некоторые
производители паяльных станций для
ремонта BGA-компонентов пошли по
пути изготовления больших чистящих
устройств, выполняющих очистку посадочных мест в один прием (см. рис. 15).
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
ления с помощью паяльника и плетеной ленты, являющуюся наследием
«каменного века», следует заменить
бесконтактными методами, которые
позволяют устранить потенциальную
опасность подъема контактных площадок и повреждения паяльной маски.
К числу недостатков использования
плетеной ленты для удаления припоя
относятся большая зависимость ручного выравнивания от квалификации оператора; возможность возникновения
повреждений при недостаточно качественной обработке площадок; скорость впитывания припоя лентой, являющаяся критичным параметром и т.д.
Однако повышение температуры пайки
при использовании бессвинцовых
методов монтажа и постоянное уменьшение шага между выводами компонентов неминуемо положат конец
ручной очистке с помощью плетеной
ленты, которая, по оценкам iNEMI, в
настоящее время занимает 80% от времени подготовки посадочных мест.
Каждый оператор может определить
поврежденную контактную площадку и
исправить этот дефект. Однако определение повреждений паяльной маски в
процессе ручной очистки от остатков
припоя является гораздо более сложной задачей.
Некоторые производители оборудования для ремонта BGA-компонентов
119
РЕКЛАМА
Производство электроники №1 2014
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
120
Рис. 18. Контроль над нанесением пасты на сферические контакты с помощью системы технического зрения
Рис. 16. Погружение с контролем над приложенными усилиями
Рис. 17. Отпечатки после погружения в паяльную
пасту
Рис. 19. TMV PoP-компоненты от компании Amkor
Рис. 20. Устройство для тестирования компонентов TMV PoP
Замена РоР-компонентов является
более сложным процессом по сравнению с BGA-компонентами. Во-первых,
для обеспечения воспроизводимости
нижний корпус захватывается и погружается в заданный объем флюса или
паяльной пасты с помощью устройства,
контролирующего приложенные усилия (см. рис. 16). В идеальном случае
обеспечивается возможность задавать
глубину погружения, что исключает
необходимость в подготовке ванны с
флюсом (или пастой) после каждой процедуры его нанесения (см. рис. 17).
Погружение нижнего корпуса в
паяльную пасту позволяет исключить
дефект «голова на подушке» и деформацию. Использование паяльной пасты,
химический состав которой обеспечивает активацию при более высоких
температурах, уменьшает истощение
флюса и улучшает смачивание. Если светоделитель имеет независимое верхнее
и нижнее освещение, а также обеспечено масштабирование изображения
камеры и возможность направлять ее
в интересующие зоны компонента, при
его выравнивании с помощью системы
технического зрения можно контролировать нанесение паяльной пасты
на сферические контакты (см. рис. 18).
В результате у оператора появляется
возможность остановить процесс при
появлении перемычек из пасты или в
том случае, если она не покроет некоторые сферические контакты.
Верхний корпус может погружаться
либо в паяльную пасту, либо в клейкий флюс, если необходимо уменьшить
рассогласование по коэффициентам
теплового расширения и угрозу деформации. Погружение верхнего корпуса в
паяльную пасту также контролируется с
помощью системы технического зрения.
Если верхний корпус погружается во
флюс, проконтролировать этот процесс
системой технического зрения невозможно. Однако можно проинспектировать отпечатки сферических контактов,
оставшиеся в ванне с флюсом, чтобы
убедиться в его нанесении на каждый
из контактов. Для упрощения такой проверки некоторые производители вводят
в состав флюсов красящее вещество.
Верхний корпус выравнивается
относительно верхней стороны нижнего корпуса и помещается на него. После
контроля усилий (1–2 Н) проводится
пайка двух корпусов одновременно.
Некоторые производители оборудования для ремонта BGA-компонентов
рекомендуют паять корпуса по отдельности. Однако такая рекомендация не
вполне понятна, поскольку она ведет к
добавлению полного цикла пайки для
нижнего корпуса и печатной платы. Для
улучшения смачивания и уменьшения
окисления небольших частиц припоя
рекомендуется проводить процедуру
пайки в среде азота.
РоР-компоненты со сквозными
отверстиями (through-mold via, TMV)
Таблица 4. Результаты исследований теневых муаровых картин при температурной нагрузке [3]
Корпус/подложка
ТМV/0,30 FC PoP/0,30
Максимальная деформация, мкм –51,8
–136,8
www.elcomdesign.ru
(см. рис. 19) от компании Amkor представляют собой компоненты следующего поколения в 3D-корпусах. Для изготовления таких корпусов применяется
технология лазерной абляции, позволяющая формировать отверстия внутри
диэлектрического материала. Эта технология существенно отличается от современных фотолитографических методов,
формирующих сигнальные пути на
поверхности диэлектрика [3]. TMV PoPкомпоненты имеют сбалансированные
полностью отлитые корпуса, что упрощает контроль над их деформацией и
уменьшает толщину нижнего корпуса.
Результаты исследований деформаций
методом изучения теневых муаровых
картин при температурной нагрузке
(thermal shadow moiré testing) показали
существенное уменьшение деформаций в корпусах TMV PoP-компонентов
по сравнению с традиционными РоРкорпусами (см. табл. 4).
Тестирование TMV PoPкомпонентов на паяемость
Для проведения тестирования
на способность к пайке использовались TMV PoP-компоненты со стороной 14 мм и тестовая плата размерами
77×132 мм (8 слоев; толщина: 1 мм) (см.
рис. 20). Шаг между выводами у нижнего корпуса: 0,65 мм; число входов/
выходов: 620. Шаг между выводами у
верхнего корпуса: 0,5 мм; число входов/
выходов: 200. Один TMV PoP-компонент
прошел стандартные операции пайки,
состоящей из предварительного нагрева, выдержки, дальнейшего нагрева
Рис. 22. Поперечный разрез, свидетельствующий
о сравнительно плохих результатах пайки (при
погружении в паяльную пасту)
по линейному закону, оплавления и
охлаждения, с помощью оборудования
для ремонта BGA-компонентов.
При тестировании температурные
режимы пайки не менялись — изменялся только способ подготовки компонента, посадочного места и материал
(см. табл. 5).
Целью данного исследования было
изучить влияние методов подготовки компонента, посадочного места и
используемых материалов на возникновение в TMV PoP-компонентах
дефектов типа искривления, «голова на
подушке» и т.д.
погружения. Малый объем флюса или
паяльной пасты является недостаточным для формирования хороших
паяных соединений, что и ухудшило результаты тестирования. Однако
поскольку при его проведении выборка была сравнительно малой, результаты подлежат уточнению.
Тестирование TMV PoPкомпонентов на паяемость
Тестирование TMV PoP-компонентов
на способность к пайке показало, что
на качество формируемых соединений наибольшее влияние оказывает
способ нанесения флюса. Наилучшие
результаты как для верхних, так и нижних соединений были получены, когда
флюс наносился кисточкой не только
на посадочное место, но и на верхнюю поверхность боковой контактной
площадки на нижнем РоР-корпусе.
Погружение во флюс показало приемлемые результаты, но сформированные
при этом соединения часто уступали
по качеству соединениям, полученным при нанесении флюса с помощью
кисточки (см. рис. 21).
Погружение в паяльную пасту (см.
рис. 22) показало наихудшие результаты (в некоторых случаях наблюдались
непропаи из-за плохого смачивания
контактных площадок шариками припоя). Тестирование также продемонстрировало положительный эффект от
применения азота по сравнению с воздухом. В некоторых критических случаях качество пайки можно улучшить с
помощью азота.
У таких результатов тестирования
есть только одно объяснение — малые
размеры сферических контактов из
припоя РоР-компонентов, ограничивающие объем флюса или паяльной
пасты, которая остается на них после
Рис. 23. Компоненты QFN/MLF
Обе проблемы связаны с флюсом, скапливающимся под низкопрофильным
компонентом. Стандарт IPC-A-610 позволяет уменьшить уровень пустот до 25%.
Пайка QFN/MLF-компонентов напоминает описанное выше восстановление РоР-компонентов за исключением
того, что из-за плоской формы QFNкорпуса его невозможно погрузить в
паяльную пасту. Паяльную пасту необходимо наносить либо на сам компонент, либо на контактные площадки до
его размещения на плате. Существует
несколько способов нанесения паяльной пасты: с помощью преформы из
припоя, полиимидных или металличе-
Ремонт корпусов QFN/MLF
Этот тип корпусов компания Amkor
называет MLF (micro lead-frame — корпуса с рамкой микровыводов), тогда как
многие другие производители именуют
их QFN-корпусами (quad flat, no leads —
плоские квадратные корпуса без выводов), а IPC — корпусами BTC (bottom
terminated components — компоненты
с нижним расположением выводов) (см.
рис. 23).
MLF-компоненты имеют пластиковые герметичные корпуса с подложкой
в виде медной рамки с выводами. В
таких корпусах используется площадка, расположенная по периметру их
нижней части, которая обеспечивает
электрический контакт с печатной платой. Корпус также имеет большую центральную площадку в нижней части для
эффективного отвода тепла в сторону
печатной платы.
QFN-технология имеет две основных
проблемы — образование пустот в межсоединениях под корпусами и выход
летучих газов в процессе оплавления,
из-за которых возникают шарики припоя и их разбрызгивание (см. рис. 24).
121
Рис. 24. Пример формирования пустот и шариков
припоя под QFN корпусом [4]
Таблица 5. Условия тестирования TMV PoP-компонентов
Нижний корпус
Разме­
щение Погружение в Погружение Участок с
п/п
пасту
во флюс
флюсом
1–2
V
3–4
V
5–6
V
7–8
V
9–10
V
V
11–12
V
13–14
V
15–16
V
17–18
V
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
Рис. 21. Поперечный разрез, демонстрирующий
хорошие результаты пайки (при нанесении флюса с
помощью кисточки)
Верхний корпус
Флюс на верхней Погружение Погружение
части корпуса
в пасту
во флюс
V
V
V
V
V
V
V
V
V
V
Азот
V
V
V
Производство электроники №1 2014
а)
б)
в)
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
Рис. 25. а) QFN-компонент с трафаретом и слоем паяльной пасты [5]; б) QFN-компонент после процедуры оплавления и удаления трафарета [5]; в) несъемный
трафарет, оставшийся на посадочном месте [5]
122
ских шаблонов посадочных мест, полиимидных или металлических шаблонов компонентов, а также с помощью
несъемных трафаретов и трафаретов
на несколько компонентов.
В случае применения несъемного трафарета сначала на компонент
накладывается клейкий полиимидный
трафарет (см. рис. 25а), затем наносится паяльная паста, избыток которой удаляется с помощью ракельного
ножа. Далее компонент подвергается
процедуре оплавления. После удаления трафарета на компоненте остается выпуклый рельеф (см. рис. 25б).
Затем на контактные площадки накладывается еще один трафарет, и снова
наносится паста или флюс (см. рис.
25в). Рельефный QFN/MLF-компонент
устанавливается над трафаретом на
свое посадочное место и оплавляется. Трафарет, наложенный на посадочное место, остается на плате навсегда.
Тестирование на надежность, проведенное NASA/
DOD, показало, что применение
несъемных трафаретов ничем не уступает традиционному методу трафаретной печати для нанесения паяльной
пасты на плату.
Другой способ нанесения паяльной
пасты заключается в использовании
вместо трафарета на один компонент
металлического трафарета на несколько компонентов (см. рис. 26). Этот
трафарет, как правило, рассчитан на
20 компонентов. После его наложения
на выбранные компоненты и нанесе-
Рис. 26. Система для применения трафаретов на
несколько компонентов
www.elcomdesign.ru
ния пасты включается вакуумный стол,
позволяющий удерживать компоненты на местах при подъеме трафарета. Далее компоненты подвергаются
оплавлению, чтобы получить выпуклый
рельеф. В таком виде они и хранятся до
последующего использования. Перед
их размещением на плату на посадочные места наносится липкий флюс.
В минимизации образования пустот
и выхода летучих газов важную роль
играет конструкция трафарета для
нанесения паяльной пасты на контактные площадки, расположенные внизу
QFN-корпусов. Компания Amkor рекомендует для нанесения паяльной пасты
использовать трафареты с множеством
небольших отверстий вместо трафаретов с одним большим отверстием, занимающим 50–80% от всей его площади.
Рекомендуемая толщина трафарета
при шаге между выводами 0,4 и 0,5 мм
составляет 0,125 и 0,15–0,2 мм — для
более крупного шага [6].
Паяемость QFN-компонентов
Для проведения тестирования на
способность к пайке использовались
квадратные MLF-компоненты со стороной 10 мм и с шагом между выводами
0,5 мм, а также тестовая установка размером 203×140 мм и толщиной 1,57 мм.
Проверялись два температурных профиля: короткий цикл выдержка/линей-
ный нагрев и длительный цикл выдержка/линейный нагрев.
Проверялись три типа металлических трафаретов для нанесения на
компонент паяльной пасты с разной
формой площадок, расположенных
в центре, и разной площадью покрытия пастой (см. рис. 27). Все трафареты
имели толщину 0,127 мм.
Кроме того, тестировалась описанная выше система с трафаретом на
несколько корпусов (трафарет с центральной контактной площадкой №2).
Накладывание трафаретов на MLFкомпоненты и их оплавление проводилось до тестирования. Для всех трафаретов применялась несмываемая
паяльная паста Indium 9.0A.
Тестирование на способность к
пайке определило, применение какого
трафарета позволяет свести к минимуму площадь пустот в центральной
зоне нижних контактных площадок.
Кроме того, необходимо было установить, не ухудшает ли качество пайки
применение трафаретов на несколько
QFN-компонентов по сравнению с трафаретом той же конструкции, но на
один QFN-компонент.
Результаты
В таблице 6 приведены результаты
исследования того, как применение
трафаретов с разной формой цен-
Таблица 6. Результаты тестирования на способность к пайке QFN-компонентов
Рас­
%
Тра­фа­рет поло­ по­кры­
жение тия
36 кругов
36 кругов
4 окна
4 окна
25 окон
25 окон
4 окна*
4 окна*
1А
1В
2А
2В
3А
3В
4А
4В
50
50
60
60
81
81
60
60
Профиль нагрева
короткий цикл выдержки/линейного нагрева
длинный цикл выдержки/линейного нагрева
короткий цикл выдержки/линейного нагрева
длинный цикл выдержки/линейного нагрева
короткий цикл выдержки/линейного нагрева
длинный цикл выдержки/линейного нагрева
короткий цикл выдержки/линейного нагрева
длинный цикл выдержки/линейного нагрева
Пустоты (под центральными
площадками)
наибольший едиобщее кол-во, %
ничный размер, %
11,5
1,6
6,5
0,6
17,9
2,0
10,5
1,9
13,4
2,4
11,3
1,8
13,3
1,1
16,1
1,4
* Применение трафарета на несколько корпусов, предварительное оплавление, нанесение флюса на посадочные места.
а)
в)
б)
Рис. 27. а) круглые отверстия диаметром 1,00 мм и шагом 1,2 мм — покрытие на 50% [6]; б) квадратные отверстия со стороной 3,10 мм и шагом 3,95 мм —
покрытие на 60% [6]; в) квадратные отверстия со стороной 1,35 мм и шагом 1,5 мм — покрытие на 81% [6]
Выводы
Монтаж больших матричных компонентов (со стороной более 50 мм)
на крупных печатных платах с большой тепловой массой связан с рядом
серьезных проблем. Например, усложняется выполнение строгих требований к температурам пайки и корпусов,
установленных для BGA-компонентов
гораздо меньшего размера. Проблемы
монтажа также связаны с выравниванием, деформацией, удержанием ком-
понентов и самих больших плат, а также
с обеспечением безопасной, быстрой
и эффективной очистки посадочных
мест. Для монтажа на крупных печатных платах большой тепловой массы
больших матричных компонентов следующего поколения необходимо разработать эффективные способы их пайки.
Кроме того, необходимо найти экономичные, практичные и высокопроизводительные способы замены на платах
микроскопических компонентов 01005.
В этом отношении необходимо обеспечить надлежащую очистку посадочных мест и их подготовку к нанесению
паяльной пасты, поскольку 50% дефектов компонентов 01005 возникают при
нанесении паяльной пасты методом
трафаретной печати. Одним из возможных решений является использование
человеко-машинного интерфейса для
ремонтных работ.
Новые типы корпусов, например
TMV PoP-корпуса компании Amkor,
позволяют обойти проблему возникновения дефекта «голова на подушке»,
характерных для применения типовой
РоР-технологии. Изучение способности
к пайке РоР-компонентов показало, что
нанесение флюса вручную и применение азота способствуют получению
наилучших результатов.
Мы рассмотрели несколько методов нанесения паяльной пасты при
пайке MLF/QFN-компонентов, включая два инновационных: с помощью
несъемных трафаретов и трафаретов
на несколько компонентов. При монтаже компонентов MLF/QFN важную
роль также играет форма центральной зоны трафарета, поскольку от нее
зависит образование пустот, связанное с удержанием флюса низкопрофильными корпусами.
Для ремонта SMT-компонентов следующего поколения следует не только
модифицировать существующие паяльные BGA-станции, но и создать новое
оборудование и технологии, способные справиться с возникающими проблемами.
Литература
1.iNEMI 2013 Technology Roadmap,
Rework and Repair Section.
2. Scalzo, Indium. Addressing the Challenge
of Head-in-Pillow Defects in Electronic
As­semblies.
3. Zwenger, et al. Next-generation PoP
Platform with TMV Interconnection Technology.
4. International Rectifier. Application Note
AN-1137. June 2008.
5. BEST, Inc Web Site Stencil Mate Leadless
Device Rework Stencils.
6. Amkor Technology. Application Notes
for Surface Mount Assembly of Amkor’s MLF
Packages. September. 2008. Rev G.
События рынка
| Telit приобретает бизнес ATOP компании NXP | Telit Wireless Solutions SRL, дочерняя компания Telit Communications PLC, под­
писала соглашение с NXP B.V., дочерней компанией NXP Semiconductors N.V., о приобретении бизнеса ATOP.
ATOP (Automotive Telematics Onboard Unit Platform) — бортовая платформа автомобильной телематической системы, на кото­
рой реализуются такие телематические сервисы как eCall в рамках европейской инициативы по автоматическому оповещению
аварийных служб в случае автомобильной катастрофы.
Сумма сделки составляет 9 млн долл., из которых около 2 млн долл. будут выплачены наличными, а остальная сумма — акциями
Telit. Покупка подразделения ATOP, при которой отдел продаж, инженерно-технический персонал и сотрудники службы поддержки
перейдут в состав автомобильного подразделения компании Telit, позволит ей увеличить присутствие на рынках автомобильной
электроники и телематики благодаря высокой квалификации нового персонала и опыту продаж. Компания Telit, получившая в
июле 2012 г. международный сертификат соответствия ISO/TS16949, выпускает один из самых больших ассортиментов изделий для
автомобильной промышленности, в котором особый акцент сделан на использовании таких передовых технологий как LTE и HSPA+.
Кроме того, Telit получает большую базу клиентов, проектирующих системы на основе ATOP. Эта мультисервисная платформа
в одном корпусе поддерживает ряд функций, к которым относятся определение местонахождения и отслеживание маршрута
транспортных средств, дистанционный запуск двигателя и диагностика, а также бизнес-функции, например контроль транспорт­
ных средств.
Сделка должна завершиться в I кв. 2014 г.
www.elcomdesign.ru
Производство электроники №1 2014
М о н та ж к о м п о н е н т о в н а п е ч ат н ы е п л ат ы
тральной зоны влияет на формирование пустот. В таблице также отражено
влияние короткого и длинного циклов
выдержки/линейного нагрева.
Процент пустот во всех рассматриваемых случаях не превысил 25%,
удовлетворяя требованиям IPC. Более
продолжительная выдержка уменьшала образование пустот при использовании всех трех форм трафаретов.
Наилучшие результаты были получены при продолжительной выдержке и
применении шаблона, обеспечивающего наименьший процент покрытия
паяльной пастой. И, наконец, компоненты QFN, которые были предварительно подготовлены с помощью трафарета на несколько компонентов,
показали те же результаты, что и компоненты, запаянные по стандартной
технологии.
123
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа