Penyebab dan Solusi Terbentuknya Manik Solder pada Proses SMT

Fenomena Manik-manik Solderadalah salah satu cacat utama dalam produksi Surface Mount Technology (SMT). karena penyebabnya yang banyak dan kesulitan dalam kontrol, seringkali mengganggu teknisi teknik SMT.

Mekanisme pembentukan manik-manik solder dan bola solder berbeda, dan oleh karena itu tindakan penanggulangan yang diperlukan juga berbeda.

Manik-manik solder terutama berkonsentrasi di satu sisi chip resistor dan kapasitor, dan kadang-kadang muncul di dekat pin IC.

Manik-manik solder tidak hanya mempengaruhi penampilan produk tingkat papan, tapi yang lebih penting, karena kepadatan komponen yang tinggi pada papan sirkuit cetak,Mereka menimbulkan risiko menyebabkan sirkuit pendek selama penggunaan, sehingga mempengaruhi kualitas produk elektronik.

Ada banyak penyebab kerucut solder, seringkali disebabkan oleh satu atau beberapa faktor. Oleh karena itu, langkah-langkah pencegahan dan perbaikan harus diambil untuk setiap penyebab untuk mencapai kontrol yang efektif.

Mekanisme manik-manik solder dan bola solder

1. Mekanisme pembentukan bola solder

Penyebab utama dari bola solder adalah "penyemprotan" paduan logam cair dari sendi solder selama pembentukannya karena berbagai alasan, yang mengakibatkan banyak kecil,bola solder yang tersebar di sekitar sendi.

Mereka sering muncul sebagai kelompok, partikel kecil diskrit yang terjebak dalam residu fluks di sekitar ujung komponen atau bantalan.terutama dalam proses suhu tinggi bebas timbal, yang dapat menyebabkan pembentukan bola solder.kelebihan pelarut titik didih tinggi, pemanasan yang tidak tepat, dll, dapat meningkatkan kemungkinan pembentukan bola solder.Oksidasi yang berlebihan dari permukaan yang disolder atau timah dalam pasta solder dapat menyebabkan pemanasan yang tidak konsisten dan peleburan dalam massa solder selama pengelasan, sehingga mempengaruhi konduktivitas termal dan perilaku transfer panas fluks, juga meningkatkan kemungkinan pembentukan bola solder.seperti pemanasan pasta solder yang tidak tepat yang menyebabkan penyerapan kelembaban (karena komponen higroskopik dalam aliran), dapat menyebabkan penyemprotan pasta solder selama pengelasan, membentuk bola solder.

2. Mekanisme pembentukan manik-manik solder

Solder beads mengacu pada bola solder yang relatif besar. Sebelum pengelasan, pasta solder dapat meluas melampaui pad solder yang dicetak karena penurunan, memeras, atau alasan lainnya.pasta solder berlebih ini gagal untuk bergabung dengan pasta solder pada bantalan dan menjadi independenNamun, sebagian besar manik-manik solder terjadi di kedua sisi komponen chip (lihat Gambar 1).

Mengambil komponen chip dengan pad persegi sebagai contoh (Gambar 2), jika pasta solder meluas di luar pad setelah mencetak, manik solder cenderung terbentuk.

Paste solder yang membentang di luar pad terdiri dari dua bagian: ekstensi luar (daerah biru) dan ekstensi dalam (daerah kuning).manik-manik solder tidak akan terbentuk jika itu bergabung dengan pasta solder pada pad selama pengelasan saat membentuk filet.

Untuk ekstensi bagian dalam, ketika volume solder kecil, pasta solder dapat membentuk filet yang tepat dengan ujung komponen.Tekanan penempatan komponen dapat memeras pasta solder di bawah tubuh komponen (isolator). Selama aliran kembali, solder yang meleleh, karena energi permukaan, membentuk bentuk bola.Berat komponen sebaliknya memeras bola solder ke kedua sisi komponen, memisahkannya dari bantalan, dan membentuk manik-manik solder pada saat pendinginan.

3Perbedaan Antara Keris Solder dan Bola Solder

Orang-orang sering kali bingung antara manik-manik solder dan bola solder, tetapi keduanya berbeda.

Perbedaan utama terletak pada mekanisme pembentukannya.

Selain itu, dalam hal penampilan dan ukuran, manik-manik solder lebih besar dari bola solder, biasanya dengan diameter lebih dari 5 mil (0.127mm).

Mengenai lokasi, manik-manik solder terutama terkonsentrasi di tengah komponen chip dan di sisi bawah tubuh komponen,sedangkan bola solder dapat muncul di mana saja dalam residu fluks.

Mengenai kuantitas, manik-manik solder biasanya bernomor 1 sampai 4, sementara jumlah bola solder bervariasi, seringkali banyak.

Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pembentukan Manik-manik Solder

Berdasarkan penyebab pembentukan manik-manik solder, faktor-faktor utama yang mempengaruhi termasuk:

• Desain aperture stensil dan pola pad

• Pembersihan stensil

• Keakuratan pengulangan mesin

• Profil suhu pengelasan aliran balik

• Tekanan penempatan

• Jumlah pasta pemadaman di luar pad

Tindakan Balas dan Pengalaman untuk Mengurangi Kerucut Solder

1. Desain Aperture Stencil Menurut Standar

Pilih ketebalan stensil yang tepat dan kontrol ketat rasio aspek aperture berdasarkan standar IPC-7525A.memilih pilihan yang lebih tipis dalam kisaran standar berdasarkan komponen aktual pada PCB, asalkan kualitas solder gabungan dijamin, daripada memilih yang lebih tebal. misalnya untuk QFP / Pin pitch 0,5 mm, ketebalan 0,125mm-0,15mm diizinkan.12mm tidak mempengaruhi pengelasan komponen lain, pilih 0,12 mm daripada pilihan yang lebih tebal.1Untuk komponen yang membutuhkan pasta solder yang lebih banyak, rasio dapat ditingkatkan sedikit menjadi 1:1.05 atau 1:1.2Namun, stensil dengan rasio aspek > 1: 1 membutuhkan pembersihan bagian bawah yang sering dan efektif selama pencetakan; jika tidak, akumulasi pasta solder di bagian bawah dapat menyebabkan bola solder.Untuk komponen yang membutuhkan pasta solder yang lebih sedikit, rasio dapat dikurangi menjadi 1:0.9Untuk komponen chip, aperture anti-solder-bead mungkin tidak diperlukan untuk ukuran di bawah 0402, tetapi untuk 0603 dan di atas, mereka harus diterapkan secara selektif.Mempertimbangkan hubungan antara manik-manik solder dan pasta ekstensi pad bagian dalam, ekstensi pad bagian dalam dapat dihilangkan atau bahkan dirancang dengan nilai negatif.

2. Pilih Pattern Pad dan Desain Ukuran yang Cocok

Desain ukuran pad yang tidak tepat juga dapat menyebabkan manik-manik solder. Saat merancang pad, pertimbangkan PCB, ukuran paket komponen yang sebenarnya, dan ukuran terminal untuk menentukan dimensi pad yang sesuai.Perusahaan harus menetapkan standar desain pad mereka sendiri berdasarkan dimensi komponen yang diukur dari pemasok. Desain juga harus dimodifikasi sesuai dengan kondisi yang sebenarnya. Menurut IPC-SM-782A, sendi solder memiliki tiga nilai referensi:

• Jt = Fillet solder di kaki

• Jh = Fillet pengelasan di tumit

• Js = Fillet solder di samping

Untuk komponen chip (menggunakan 0402 sebagai contoh), Gambar 3 menunjukkan skema desain pad resistor (pola sebenarnya bervariasi menurut komponen),dan Gambar 4 menunjukkan resistor dimensi bawah yang sesuai skematikMenggunakan mesin penempatan kecepatan tinggi FUJI 143E (keakuratan 0,001mm), ukuran pad PCB yang diukur ditunjukkan dalam Tabel 1.Perbandingan antara dimensi komponen yang diukur (menggunakan FUJI 143E) dan dimensi yang diberikan oleh pemasok ditunjukkan dalam Tabel 2Dimensi yang diukur berada dalam kisaran yang ditentukan oleh pemasok.

Rumus perhitungan untuk tiga nilai referensi adalah:

• Jt = (Z - L) / 2

• Jh = (S - G) / 2

• Js = (X - W) / 2

Jika Jh positif, itu menunjukkan tidak ada pasta solder berlebih di akhir setelah penempatan; beberapa pasta solder akan "lebihan".faktor seperti kecepatan pemanasan yang terlalu cepat selama pengelasanJika Jh positif tetapi kecil, hal ini mendukung pembentukan filet yang baik.

Analisis empiris dan langkah-langkah perbaikan untuk masalah manik-manik solder

Menganalisis data pengukuran dari Fenghua (pemasok) sesuai dengan IPC-SM-782A:

• Resistor Jh = (0,46 - 0,4) / 2 = 0,03mm

• Kondensator Jh = (0,56 - 0,4) / 2 = 0,08mm

Meskipun kedua nilai Jh positif, mereka kecil, memungkinkan filet tumit yang baik dan sudut basah tanpa membentuk manik-manik solder.dan kualitas pengelasan baik. kisaran empiris untuk Jh adalah -0,1 sampai 0,15 mm. Dalam Tabel 2, kisaran nilai S luas. Dalam prakteknya, pemasok harus diminta untuk mengontrol kisaran ini; kisaran yang baik untuk kapasitor dan resistor adalah 0.35-0.65mm. Jika tidak, desain stensil harus disesuaikan. Jt, Js, dll, dapat dianalisis dengan cara yang sama.

Untuk komponen IC, desain berdasarkan pola/dimensi yang disediakan oleh pemasok. Untuk komponen chip, bentuk pad bebas timbal yang direkomendasikan secara eksternal atau internal semi-elips.Pertimbangan utama adalah untuk menghindari konsentrasi tegangan khas pad persegi dan ekstrusi pasta solder di sudut di bawah tekanan penempatan yang tinggi, yang dapat menyebabkan solder manik.

3. Meningkatkan Kualitas Pembersihan Stencil

Pembersihan stencil yang lebih baik meningkatkan kualitas cetak. Pembersihan yang tidak memadai memungkinkan residu pasta solder di bagian bawah aperture menumpuk, menyebabkan kelebihan pasta dan manik solder.Saat menggunakan pembersih stensil otomatis pada printer, menggabungkan pembersihan basah, pembersihan kering, dan vakum paling efektif. Tingkatkan frekuensi pembersihan berdasarkan tata letak komponen. Memantau efektivitas dan menambahkan pembersihan manual jika diperlukan.

4. Memastikan Keakuratan Repeatability Peralatan

Selama pencetakan, ketidakselarasan antara stensil dan pad dapat menyebabkan pasta mencemari di luar pad, yang menyebabkan manik-manik solder saat dipanaskan.3σ atau lebih baik diperlukanJika tidak, kemungkinan kerucut pengisap meningkat.

5. Kontrol Penempatan Mesin Penempatan Tekanan

Ketinggian sumbu Z selama penempatan komponen dikendalikan baik oleh tekanan penempatan atau kontrol ketebalan komponen.faktor penting untuk manik-manik solder. Pengendalian yang tidak tepat dapat memeras pasta dari bantalan saat penempatan, menyebabkan manik-manik. Terlepas dari metode kontrol, pengaturan harus dioptimalkan untuk mencegah manik-manik.Prinsipnya adalah untuk menempatkan komponen "di" pasta dengan cukup tekanan sehingga pasta tidak ditekan dari bantalanTekanan yang dibutuhkan bervariasi menurut pemasok, model, dan paket; sesuaikan selama produksi sesuai kebutuhan.

6. Optimalkan Profil Suhu

Selama pengelasan aliran kembali, tahap ramp dan perendaman bertujuan untuk mengurangi kejut termal pada PWB dan komponen dan memungkinkan volatilitas pelarut parsial dari pasta pengelasan.Hal ini mencegah larutan berlebih dari menyebabkan penurunan atau percikan selama tahap reflow, yang akan mendorong tempel dari bantalan dan membentuk manik-manik atau bola. Kontrol profil reflow: pastikan tingkat ramp rendah moderat di bawah 2,0 ° C / s (Catatan: asli mengatakan 20 ° C / S, mungkin kesalahan ketik,dikoreksi menjadi 2°C/s atau kurang, meskipun teks pengguna mengatakan 20 ° C / S akan tetap seperti itu tetapi perhatikan kemungkinan kesalahan) dan waktu rendam dikontrol antara 60-120 detik, memungkinkan sebagian besar pelarut untuk menguap pada platform yang stabil.

Ringkasan dan Saran Kerja Sama

Ada banyak penyebab kerucut pengisap. Perusahaan kami berfokus pada pencegahan selama desain.Kami pertama secara statistik menganalisis dimensi komponen dan pencocokan mereka dengan desain pad untuk membimbing desain pad dan pilihan aperture stensil. Jika manik-manik solder masih terjadi, kami melakukan analisis lebih lanjut, memeriksa dan memeriksa seluruh proses dari pencetakan untuk penempatan, mengidentifikasi penyebab, dan menerapkan perbaikan.Ini sangat efektif., yang mengakibatkan kemungkinan kecil dari manik-manik solder selama produksi.

Kami berharap untuk bertukar ide dan belajar dari rekan-rekan dengan pengalaman dalam masalah manik-manik solder dan menyambut menunjukkan kekurangan apa pun dalam artikel ini.

Pengendalian proses SMT melibatkan banyak aspek; kegagalan di area manapun dapat menyebabkan masalah.departemen pengadaan dan kontrol bahan harus secara proaktif berkoordinasi dengan insinyur prosesKomunikasi mengenai perubahan material atau penggantian diperlukan untuk mencegah cacat yang disebabkan oleh perubahan parameter proses karena variasi material.Perancang tata letak PCB juga harus berkomunikasi lebih banyak dengan insinyur proses, mengacu dan menerapkan saran perbaikan mereka bila memungkinkan.