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Assemblaggio PCB senza piombo: la guida definitiva alle domande frequenti

In questa guida troverai tutte le informazioni che cerchi sul lead-free Assemblaggio PCB.

Che tu voglia conoscere funzionalità, specifiche, conformità alla qualità o altre informazioni, troverai tutto ciò di cui hai bisogno proprio qui.

Quindi, continua a leggere per saperne di più.

Quali sono i vantaggi dell'assemblaggio PCB senza piombo?

I vantaggi includono:

  • Riduzione delle dimensioni del PCB: ha semplificato i progetti dei PCB, quindi le schede possono essere rimpicciolite portando alla produzione di massa.
  • Riduzione dell'impatto ambientale da PCB: l'uso di Linee guida RoHS ha permesso di riciclare e prevenire l'avvelenamento da piombo.
  • Affidabilità mantenuta del PCB: con l'introduzione della RoHS si è ottenuta una significativa riduzione dei problemi relativi ai PCB. Ciò ha principalmente a che fare con l'uso di soldati senza piombo.
  • Supporto per componenti a passo fine: l'uso della saldatura senza piombo consente la produzione di PCB a passo fine ed estremamente stretti. I piccoli progetti possono ora essere utilizzati per assemblare semiconduttori ad alta densità.
L'assemblaggio senza piombo riduce il degrado ambientale causato dai PCB
L'assemblaggio senza piombo riduce il degrado ambientale causato dai PCB

Quali sono i passaggi coinvolti nell'assemblaggio PCB senza piombo?

L'assemblaggio del PCB senza piombo è diviso in due parti principali: il processo di preassemblaggio e il processo di assemblaggio attivo.

I passi sono come segue:

Passaggi di premontaggio

Ci sono tre fasi principali nel pre-assemblaggio PCB senza piombo.

I passaggi si sono rivelati precisi e privi di errori durante il montaggio.

  • profiling

Questo processo assomiglia al processo del prototipo.

Un PCB senza piombo completato viene preso come prototipo dal produttore.

Questo per garantire la loro compatibilità per il montaggio.

Il PCB può essere funzionante, vengono prese parti fittizie o completamente non funzionante.

I loro stampini vengono tracciati profilandoli per il montaggio.

  • Ispezione della pasta saldante

È molto importante eseguire un'ispezione meticolosa sul giunto di saldatura senza piombo perché ha un aspetto metallico.

Gli standard IPC-610D vengono utilizzati per ispezionare la pasta saldante e il profilo della scheda.

A causa dell'esposizione del PCB a livelli di umidità estremi, viene testato anche il contenuto di umidità.

  • Distinta Base (BOM) e Analisi dei Componenti

Il cliente qui deve confermare la distinta base per assicurarsi che tutti i componenti siano privi di piombo.

A causa della loro affinità con l'umidità, il produttore deve cuocere i componenti senza piombo in un forno.

Passi di assemblaggio attivi

È qui che avviene l'assemblaggio del PCB Lead-Free. I passaggi dettagliati sono i seguenti:

  • Posizionamento dello stencil e applicazione della pasta saldante

Qui, la fase di profilatura fornisce lo stencil senza piombo che viene posizionato sul PCB.

Successivamente, l'applicazione della pasta saldante senza piombo avviene utilizzando SAC305 come materiale in pasta.

  • Montaggio dei componenti

I componenti vengono montati sul PCB subito dopo l'applicazione della pasta saldante.

Il posizionamento dei componenti può essere automatizzato o eseguito manualmente.

Trattandosi di una procedura di prelievo e posizionamento, ogni componente deve essere in fase di verifica della distinta base.

I componenti etichettati vengono prelevati e posizionati dall'operatore o dalla macchina nella posizione assegnata.

  • saldatura

Questa è la fase in cui avviene la saldatura manuale o la saldatura a foro passante senza piombo.

Che si tratti della tecnologia a montaggio superficiale o della tecnologia a foro passante, tutte le saldature devono essere senza piombo.

È in questa fase che avviene l'assemblaggio del PCB senza piombo
È in questa fase che avviene l'assemblaggio del PCB senza piombo
  • Posizionamento del PCB all'interno del forno di rifusione

La pasta saldante sul PCB deve essere riscaldata a temperature estreme per fonderla uniformemente e soddisfare gli standard RoHS.

Sono posti all'interno di un forno di rifusione per sciogliere la pasta saldante.

Il raffreddamento della pasta saldante fusa a temperatura ambiente ne consente la solidificazione.

Ciò garantisce che i componenti siano saldamente fissati nella loro posizione.

  • Test e confezionamento

Gli IPC-600D sono gli standard internazionali utilizzati per testare i PCB senza piombo dopo l'assemblaggio.

Questo passaggio prevede anche il test dei giunti di saldatura.

I test iniziano con l'ispezione visiva, quindi l'AOI e infine l'ispezione a raggi X.

Prima del confezionamento finale viene effettuato un test fisico e funzionale.

Come si confronta l'assieme PCB senza piombo con l'assieme PCB piombo?

Durante l'assemblaggio del PCB, viene utilizzato un processo di saldatura per collegare i componenti mediante la tecnologia a foro passante oa montaggio superficiale.

In precedenza, la lega a dieci conduttori (Sn-Pb) è stata la saldatura preferita per molto tempo.

Le leghe stagno-piombo hanno un punto di fusione compreso tra 183°C e 188°C.

Le temperature possono aumentare fino a 235°C durante il riflusso durante il collegamento dispositivi a montaggio superficiale (SMD).

Questo perché la saldatura sta diventando liquida prima di raffreddarsi.

L'assemblaggio PCB senza piombo di solito comporta temperature superiori alla saldatura Sn-Pb.

La temperatura di riflusso può arrivare fino a 250°C, influenzando la costruzione del PCB e la selezione dei componenti.

I componenti della scheda contenenti temperature di decomposizione molto basse possono subire danni permanenti se esposti a tale calore.

Il riflusso deve essere eseguito con attenzione per evitare danni ai componenti poiché l'esposizione al calore è prolungata.

La preoccupazione principale per il PCB senza piombo è l'alta temperatura che danneggia il PCB.

Anche la rielaborazione del PCB è una sfida importante

Un'altra sfida sono i materiali perché devono essere considerate le caratteristiche di temperatura dei laminati e dei substrati.

Quali sono le finiture superficiali utilizzate nell'assemblaggio PCB senza piombo?

Alcune delle finiture superficiali senza piombo disponibili utilizzate in Assemblaggio sono:

i) Electroless Nickel Immersion Gold (ENIG): misura 2-5µ pollici e fornisce al PCB una superficie elettricamente conduttiva. Inibisce l'ossidazione e conferisce all'alluminio una superficie di incollaggio del filo quando viene utilizzato.

ii) Conservanti organici per saldabilità (OSP) – quando la planarità del PCB è estremamente vitale, allora l'OSP viene utilizzato come finitura superficiale.

iii) Oro duro: vengono utilizzati per inibire l'ossidazione e prolungare la durata di conservazione del PCB quando vengono utilizzati per le dita d'oro (minimo 30µʺ). La saldatura non deve superare i 17µʺ.

iv) Saldatura senza piombo: preferita per la saldabilità nei casi in cui la planarità dei PCB non è vitale. Lo spessore varia tra 2-10µʺ.

v) Argento ad immersione: è preferito per la saldabilità quando la planarità dei PCB è importante nel montaggio dei componenti. Il suo spessore varia tra 2-10µʺ.

vi) Soft Gold- usato per inibire l'ossidazione e per l'incollaggio dei fili. I legami termoionici hanno un minimo di 30µʺ mentre gli ultrasuoni hanno uno spessore minimo di 2 µʺ.

Una finitura superficiale ENIG
Una finitura superficiale ENIG

Qual è l'importanza dei regolamenti di assemblaggio PCB senza piombo?

Il mancato rispetto delle linee guida RoHS da parte di un'azienda può influire sull'azienda a lungo termine.

Tali regolamenti dovrebbero essere presi in considerazione quando si pianifica l'assemblaggio di qualsiasi PCB senza piombo.

I regolamenti sono importanti perché:

i) Tutelare la salute dei lavoratori

L'esposizione al piombo sia a breve che a lungo termine può portare a complicazioni negative per la salute.

Si va dalla perdita di fertilità al mal di testa.

Le normative conformi alla RoHS proteggono i lavoratori e le persone vulnerabili che condividono le loro case con i lavoratori.

ii) Proteggere l'ambiente

L'inquinamento dell'acqua, del suolo e dell'aria può essere sradicato riducendo o ottenendo piombo nei PCB.

Ciò serve a salvaguardare la salute pubblica e proteggere la fauna selvatica creando PCB riciclabili.

iii) Vendita in Luoghi Critici

Moltissimi paesi stanno attualmente sostenendo la vendita di prodotti elettronici rigorosamente conformi alla RoHS.

L'assemblaggio di PCB senza piombo amplia un mercato di riferimento redditizio e aumenta le vendite.

Quando dovrebbe essere utilizzato l'assieme PCB senza piombo?

Ci sono alcuni casi importanti in cui i vantaggi dell'assemblaggio PCB senza piombo ottengono grandi risultati:

a) Se gli standard di regolarità sono un prerequisito per l'assemblaggio del PCB da parte del produttore di apparecchiature originali.

b) Se il mercato di riferimento è un paese o una regione che aderisce rigorosamente agli standard di regolarità.

c) Se il rischio per la salute umana è una delle principali preoccupazioni e anche l'ambiente ha bisogno di protezione.

Il PCB senza piombo dovrebbe essere utilizzato dove l'ambiente e la salute umana sono a rischio
Il PCB senza piombo dovrebbe essere utilizzato dove l'ambiente e la salute umana sono a rischio

Quali sono i problemi di temperatura di riflusso nell'assemblaggio PCB senza piombo?

Le preoccupazioni suscitate da Reflow durante l'assemblaggio di PCB senza piombo sono le seguenti:

  • La durata di conservazione delle paste Lead-Free è notevolmente ridotta rispetto a Tin-Lead
  • La pulizia è molto importante, ma con l'assemblaggio PCB senza piombo, è obbligatoria dopo il riflusso
  • Durante il riflusso, le temperature raggiungono i 260°C, il che aumenta lo stress inutile sul PCB e sul forno.
  • In alcune circostanze, potrebbe essere necessaria una coperta di azoto per una buona saldabilità
  • Rispetto alla saldatura Tin-Lead, la pasta Lead-Free non si bagna così velocemente.
  • La pasta senza piombo è più densa con una maggiore aderenza. Ciò richiede una modifica delle velocità.
  • C'è una grave preoccupazione di svuotamento durante il reflow]

Quali sono i problemi di processo derivanti dall'utilizzo di PCB senza piombo?

L'applicazione principale di vari materiali laminati e finiture PCB sono i principali cambiamenti per molti produttori di schede.

Tali tipi di laminati in grado di resistere a temperature di processo estreme non erano comuni prima.

Nel processo di spostamento dei PCB attraverso il processo di produzione, i parametri di processo esistenti devono essere modificati.

I PCB multistrato hanno temperature più elevate durante il processo di stampa con tempi di processo e pressioni diversi.

Le velocità e gli avanzamenti del trapano devono essere regolati così come i vincoli di impatto del trapano.

Le schede con un'elevata capacità termica richiedono tempi di permanenza più lunghi e altre modifiche al processo per essere elaborate in modo efficiente.

L'inchiostro della legenda e la maschera per saldatura devono essere privi di materiale pericoloso in modo da soddisfare i requisiti della RoHS.

Dovrebbero anche essere in grado di tollerare temperature di processo estreme senza subire evidenti scolorimenti.

Quali sono le aree di produzione interessate dall'assemblaggio PCB senza piombo?

L'assemblaggio di PCB senza piombo ha interessato tre aree principali della produzione.

Essi sono:

a) Pulizia dell'assieme PCB

La composizione del flusso di saldatura senza piombo differisce notevolmente dal normale flusso di saldatura con piombo.

Per pulirli in modo efficiente sono necessari materiali di pulizia specifici per i processi senza piombo.

Ciò comporta l'uso di una gamma varia di temperature al di fuori del normale processo di pulizia.

b) Temperatura

La temperatura di fusione delle saldature senza piombo varia tra 220-240°C rispetto a quelle a base di piombo tra 180-190°C.

La differenza di temperatura esercita una pressione estrema sul PCB e sui componenti assemblati corrispondenti.

Il PCB può subire più guasti perché il coefficiente di espansione termica (CTE) è accresciuto dalle alte temperature.

c) Umidità

Durante l'assemblaggio, l'umidità tende ad essere assorbita e intrappolata all'interno del PCB senza piombo a causa delle alte temperature.

Questa è una sfida importante a causa dei danni alla scheda e ai componenti sensibili all'umidità.

La tavola deve essere cotta prima del montaggio per evitare la delaminazione ed eliminare l'umidità in eccesso al loro interno.

Quali sono le sfide degli OEM nella realizzazione di assemblaggi PCB senza piombo?

Ci sono numerose ragioni per il guasto del PCB senza piombo dopo l'assemblaggio a causa della complessità del design del circuito di ciascuna scheda.

Alcune sfide comuni che gli OEM devono affrontare durante l'assemblaggio includono:

a) Componenti conformi alla RoHS

La finitura superficiale del PCB senza piombo deve avere una temperatura di fusione molto elevata.

Ciò significa che i componenti richiesti devono essere verificati per la piena conformità alla RoHS.

Non sono ammessi materiali proibiti in un circuito.

Inoltre, i componenti dovrebbero essere esaminati attentamente durante l'assemblaggio poiché alcuni come gli interruttori potrebbero non funzionare ad alte temperature.

b) Saldare Ball Grid Array (BGA).

I giunti di saldatura fanno parte degli array a griglia sferica.

A volte è una sfida abbinare il tipo di assemblaggio senza piombo con la saldatura metallica Ball Grid Array.

Molti componenti non sono conformi ma funzionano comunque bene.

Per quanto riguarda il BGA, l'esposizione delle sfere di saldatura, che non sono prive di piombo, a temperature di riflusso e prive di piombo porta al loro cedimento.

Una saldatura a matrice di sfere
Una saldatura a matrice di sfere

c) La base PCB

Il substrato influisce sul PCB in termini di resistenza all'isolamento, tensione che può sopportare ed è costante dielettrica.

Ciò significa che l'assieme di schede a base di piombo deve essere separato dalla finitura e dal substrato senza piombo.

Se è necessaria una rilavorazione, i substrati come FR4 possono causare problemi di temperatura a causa del riscaldamento ripetuto.

È necessario utilizzare materiali con tolleranza alle alte temperature poiché possono essere lavorati separatamente con conformità RoHS.

d) Componenti sensibili all'umidità

Tutte le finiture superficiali applicate ai PCB senza piombo sono sensibili all'umidità.

I componenti rivestiti con tali componenti contengono una data di scadenza stampata sulla confezione di protezione dall'umidità.

L'uso continuo di componenti scaduti da parte dei produttori può causare danni permanenti causati dall'umidità.

I componenti confezionati aperti o quelli scaduti possono essere utilizzati nella prototipazione RoHS dopo essere stati riscaldati.

 Quali sono i fattori da considerare quando si sceglie un produttore a contratto per l'assemblaggio di PCB senza piombo?

È necessario effettuare ricerche sufficienti su un produttore a contratto per l'assemblaggio di PCB senza piombo prima di iniziare il processo.

Alcuni fattori da considerare sulla loro capacità includono:

  • Materiali senza piombo

Il PCB deve essere assemblato esclusivamente con materiali privi di piombo per essere conforme alla RoHS.

Ciò include cose come pasta saldante, saldatura e ogni altro requisito di processo, compresi i detergenti.

La procedura dovrebbe essere completamente documentata dal CM per la verifica del materiale RoHS.

  • Processi di assemblaggio specifici della RoHS

La conformità con RoHS significa che il PCB non può mai avere materiali di saldatura a base di piombo.

Il CM deve avere un chiaro meccanismo di separazione del led dal processo senza piombo per garantire la purezza.

  • Documentazione

Il CM deve dimostrare che il PCB senza piombo è stato costruito in modo appropriato seguendo le linee guida RoHS.

Il CM deve disporre di un sistema che documenti tutti i materiali, i componenti e la loro chimica come conformi alla RoHS.

  In che modo la temperatura influisce sui giunti senza piombo nell'assieme PCB senza piombo?

La saldatura senza piombo ha un punto di fusione significativamente basso.

Le variazioni di temperatura durante il raffreddamento della saldatura influiscono sui giunti di saldatura sul PCB.

La protezione termica è attualmente utilizzata per sostenere la temperatura ambiente del PCB per operazioni efficienti in condizioni di calore estremo.

La temperatura cambia con la sollecitazione interna del giunto di saldatura e la sua microstruttura portando al cedimento del giunto di saldatura.

L'elettronica si guasta gravemente a causa di questo guasto dei componenti.

I vari effetti della temperatura sui giunti di saldatura includono shock termico, invecchiamento e cicli termici.

Quali sono le caratteristiche del materiale di assemblaggio PCB senza piombo?

Dopo aver rispettato le direttive della RoHS, non è possibile utilizzare saldature normali in pasta di stagno o piombo come materiali PCB.

La pasta saldante senza saldatura viene utilizzata per portarli attraverso un rigoroso processo di saldatura.

La saldatura a temperature molto elevate è un prerequisito di questo processo, quindi il materiale PCB dovrebbe essere stabile a tali temperature.

Ciò significa che il materiale PCB deve presentare una temperatura di transizione vetrosa molto elevata.

Il materiale PCB dovrebbe anche avere un coefficiente di espansione termica molto basso con una grande temperatura di decomposizione.

Le proprietà elettriche richieste sono una bassa perdita dielettrica accoppiata con un'elevata resistenza di isolamento.

In che modo il profilo di rifusione influisce sulla compatibilità di processo dell'assemblaggio PCB senza piombo?

La temperatura di picco può essere definita come il parametro principale nel profilo di riflusso nell'assemblaggio del PCB senza piombo.

È necessaria una temperatura di riflusso sufficiente per la fusione della saldatura, la bagnatura e l'interazione del rame sulla piazzola.

Aiuta anche nella terminazione dei componenti e affinché il PCB formi un legame rigido dopo il raffreddamento e la solidificazione.

Fondamentalmente è richiesta una temperatura di surriscaldamento di circa 30°C (oltre la temperatura di fusione).

A causa dei problemi di stabilità termica del componente, è necessario trovare modi per ridurre la temperatura di saldatura nell'assieme PCB Lead-Fee.

Si consiglia una temperatura di picco di 235°C come temperatura di picco di riflusso per la produzione di PCB su larga scala.

Ciò tiene conto della robustezza del processo, delle varie finiture PCB, della stabilità termica del forno e della tolleranza.

Il profilo del riflusso può essere una rampa rettilinea o un plateau di preriscaldamento per standardizzare la distribuzione della temperatura della scheda.

Come vengono imballati i PCB senza piombo dopo l'assemblaggio?

Dopo che gli standard IPC-600D sono stati testati e l'ispezione visiva è stata eseguita, vengono eseguiti i test funzionali prima dell'imballaggio.

L'imballaggio dei PCB senza piombo deve essere rigorosamente effettuato utilizzando sacchi a scarica elettrostatica.

Questa è una garanzia che il PCB non subirà alcuna interferenza di carica statica durante il trasporto a causa del movimento.

Questa procedura viene eseguita da esperti per garantire la perfezione e una rigorosa professionalità.

In che modo l'assemblaggio PCB senza piombo influisce sulla compatibilità di progettazione del PCB?

Alcune modifiche sostanziali possono essere apportate alle regole di progettazione quando si cambia l'assieme PCB senza piombo.

La produzione in serie è ampiamente in corso per raccogliere dati sufficienti per avere una risposta completa sui cambiamenti.

Le modifiche applicabili alla saldatura ad onda dell'assieme PCB senza piombo sono essenziali.

Questo per incorporare le differenze di proprietà fisiche tra le leghe di saldatura Lead-Free e Stagno-Piombo.

L'orientamento della scheda in relazione alla direzione di saldatura e altre linee guida generali sono ancora applicabili nella saldatura senza piombo.

La variazione di temperatura su tutta la scheda è ridotta al minimo ottimizzando la distribuzione del rame e il layout della scheda.

Angoli arrotondati o sovrastampe nella saldatura a rifusione sono un requisito per eludere gli angoli che sono esposti dopo la rifusione.

Di cosa sono fatte le saldature senza piombo e piombo nell'assieme PCB?

La saldatura al piombo è fondamentalmente composta da una lega metallica con piombo e stagno che agiscono come componenti di base.

I fumi e la polvere emanati dalla saldatura al piombo sono estremamente tossici se inalati.

Questo è il motivo della graduale eliminazione della saldatura al piombo a causa del suo impatto negativo sulla salute e sull'ambiente.

È stato recentemente sostituito dalla saldatura senza piombo raccomandata da RoHS e con agevolazioni fiscali.

La moderna saldatura senza piombo è composta da zinco, rame, nichel, argento e stagno, ciascuno con una percentuale variabile della composizione.

L'obiettivo finale è quello di ottenere una lega saldante superiore che produca proprietà meccaniche eccezionali in combinazione con altre leghe metalliche.

Le saldature senza piombo sono composte da materiali senza piombo
Le saldature senza piombo sono realizzate con altri materiali senza piombo

Quali sono le principali considerazioni sul flusso utilizzato nell'assemblaggio di PCB senza piombo?

Esistono tre tipi di flusso principali che sono in sintonia con l'assemblaggio PCB senza piombo.

Non sono puliti, flusso di acido organico (OA) e flusso di saldatura leggermente attivato (RMA) con colofonia.

Le considerazioni da tenere durante l'utilizzo dei Flux includono:

  • La questione della pulizia è molto importante perché l'assemblaggio senza piombo tende maggiormente al flusso non pulito.
  • La scelta del flusso da utilizzare deve essere compatibile con PCB
  • Il flusso utilizzato deve essere facile da pulire
  • La temperatura di attivazione deve essere bilanciata con la temperatura di fusione della lega del PCB senza piombo
  • L'applicazione del Flux può essere a pennello, spruzzatura, immersione o schiumatura

In che modo la stabilità termica influisce sull'assemblaggio PCB senza piombo?

Un aumento della temperatura porta a una mancata corrispondenza tra il coefficiente di dilatazione termica e il materiale laminato.

La mancata corrispondenza include anche il rame e la fibra di vetro.

L'effetto sarà un aumento delle sollecitazioni del rame che portano a crepe nelle vie di rame placcate.

Questo scenario è influenzato da fattori come il numero di strati, il materiale utilizzato nel laminato e lo spessore del PCB.

Altri problemi come la formazione di bolle e la delaminazione provocati dalle alte temperature di saldatura influiscono sul PCB.

Possono essere utilizzati anche materiali laminati alternativi con coefficiente di espansione termica come FR2.

Per tutto il tuo assemblaggio PCB senza piombo, contattaci subito.

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