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Volete eliminare la saldatura a onda e semplificare l'assemblaggio di PCB a tecnologia mista? Saldatura pin-in-paste (intrusiva) integra foro passante (THT) e componenti a montaggio superficiale (SMT) in un unico passaggio di rifusione, aumentando l'automazione, l'affidabilità e riducendo i costi.
Questo blog introdurrà il vantaggi, situazione applicativa e processo della tecnologia di saldatura PiP. Istruzioni per la progettazione e soluzioni a problemi comuni.
Che cos'è la saldatura Pin-in-Paste (intrusiva)?
La saldatura pin-in-paste, nota anche come saldatura intrusiva, combina entrambi i tipi di saldatura. componenti a montaggio superficiale e a foro passante per l'assemblaggio di PCB. Il metodo consiste in pasta per saldare La scheda viene stampata su fori passanti placcati, i conduttori dei componenti vengono inseriti in tali fori e quindi la scheda viene sottoposta a rifusione in un forno di saldatura. Consentendo la saldatura di componenti a foro passante durante il riflusso, si elimina la necessità di una saldatura secondaria a onda, migliorando così l'automazione e l'affidabilità.
Perché utilizzare la saldatura intrusiva
Vantaggi della saldatura intrusivaing
Le tecnologie di saldatura più comuni sono saldatura a onda e saldatura a riflusso, utilizzando una saldatura invasiva:
- Compatibile con i processi esistenti, ridurre i costi del processo di saldatura e delle attrezzature
- Evitare la saldatura manuale e la saldatura a onda nel processo di montaggio superficiale
- Compatibile con saldatura non pulita processi, semplificazione del processo di pulizia dopo la saldatura
Quando usare la saldatura Pin-in-Paste?
L'uso di saldature intrusive è più appropriato per i PCB densi con spazi limitati, poiché la tradizionale saldatura a foro passante non è fattibile. Questa tecnica è utile per le applicazioni che richiedono giunti meccanicamente robusticome ad esempio nei connettori, nei trasformatori e in altre parti sovradimensionate o pesanti.
Riparazione e manutenzione
La saldatura intrusiva è utile anche in caso di Riparazione di PCB o di rilavorazione. Offre un metodo affidabile per integrare i componenti difettosi senza dover ricorrere a configurazioni di saldatura a onda intera.
Componenti pesanti o di grandi dimensioni
Parti come relè, trasformatori e dissipatori di calore sono più adatte a saldature invasive, in quanto richiedono resistenza strutturale.
Analisi comparativa con altri tipi di tecniche di saldatura
| Metodo | Punti di forza | Limitazioni | Il miglior caso d'uso |
| Saldatura invasiva | Fasi snelle, giunzioni robuste, adatte all'automazione | Necessità di uno stretto controllo | Assemblaggio misto ad alta affidabilità |
| Saldatura a onda | In grado di elaborare più componenti PTH alla volta | Mascheratura necessaria, residui di flussante in eccesso | Schede con una forte componente di PTH |
| Saldatura a mano | Adattabilità e capacità di correggere gli errori | Non scalabile, richiede molto tempo | Riparazioni e prototipi in volumi ridotti |
| Saldatura selettiva | Focus sulla saldatura PTH di precisione | Più lento dell'onda, il costo di installazione è elevato | Gruppi misti con spazi ristretti |
| Solo SMT Reflow | Per la tecnologia a montaggio superficiale, è molto efficiente | Non compatibile con PTH | Schede puramente SMT |
Il flusso del processo Pin-in-Paste
Durante la fase di stampa della pasta saldante standard, a stencil viene utilizzato per applicare la pasta saldante al Placcatura attraverso i fori (PTH). Quindi si riempie la pasta e si aggiungono i componenti a foro passante. In un'unica fase, l'intero assemblaggio viene fatto passare attraverso un forno di rifusionedove il calore introdotto cuoce la pasta saldante, liquefacendola, e creando legami elettrici e meccanici tra componenti SMT e a foro passante.
Per ottenere i migliori risultati, è necessario applicare misure specifiche:
- La pasta saldante deve essere depositata correttamente per riempire completamente la via e creare solide giunzioni a filetto su entrambe le facce della tavola.
- I vuoti da ritiro e i giunti freddi sono generalmente associati a una bagnatura incompleta; pertanto, I profili di rifusione corretti devono essere impostati per il tempo sopra il liquido. (TAL) per prevenire questi difetti.
- I conduttori dei componenti da utilizzare devono essere termicamente compatibile con l'intervallo di temperatura di riflusso e con la procedura pin-in-paste per garantire che non assorbano troppo facilmente il calore.
Queste pratiche aiutano a ottenere la migliore integrità e affidabilità dei giunti durante la costruzione.
Considerazioni critiche sulla progettazione di PCB per il Pin-in-Paste
Affinché i metodi di saldatura invasiva abbiano successo, è necessario trovare un equilibrio tra la selezione dei componenti e la Progettazione del layout del PCB in modo ottimale per consentire la bagnatura e il riempimento del cilindro durante la saldatura a riflusso.
Lunghezza e forma del piombo
La lunghezza del conduttore deve garantire un contatto elettrico e una ritenzione meccanica adeguati, impedendo al contempo cortocircuiti o interferenze con i componenti adiacenti. Una sporgenza ideale del conduttore è in genere da 0,5 mm a 1,0 mm oltre il fondo del pannello. Sezione trasversale rotonda e quadrata gli indizi sono favorevoliTuttavia, i conduttori piatti possono essere problematici in termini di bagnatura e dovrebbero essere utilizzati solo dopo averli testati a sufficienza.
Diametro del foro
Lo spazio tra il conduttore del componente e il bordo del foro placcato deve essere preciso. Un gioco diametrale (differenza tra il diametro del foro e il diametro del piombo) pari a Da 0,2 mm a 0,25 mm è comunemente raccomandato. In questo modo si cattura una quantità sufficiente di pasta saldante e si evitano giunzioni allentate che possono causare flottazione o bagnatura insufficiente.
Design del pad
I PTH delle piazzole devono avere dimensioni sufficienti per consentire l'applicazione della pasta per stencil e per formare un filetto di saldatura adeguato. Le dimensioni delle piazzole devono seguire IPC-2221 o IPC-7351 e prendere in considerazione la geometria specifica dei conduttori e la classe della scheda, che può essere o Classe 2 o Classe 3.
Distanza dalla maschera di saldatura
Dovrebbe esserci un'apertura dal maschera di saldatura intorno al PTH per un corretto accesso alla saldatura e per evitare la contaminazione della maschera. Di solito, un gioco di 75-100 micrometri è standard. In questo caso non è auspicabile la formazione di tensioni, in quanto ostacolerebbe il flusso della saldatura.
Via Percentuale di riempimento
Per applicazioni ad alta affidabilità (spesso classificate come IPC Classe 3), a riempimento minimo della saldatura di 75% nel cilindro è tipicamente richiesta per garantire una robusta resistenza meccanica. Per controllare il volume di pasta è importante un'adeguata progettazione dello stencil e un'attenta considerazione delle fasi del processo. I livelli di riempimento possono essere garantiti anche con Ispezione a raggi X o analisi di microsezione.
Orientamento e spaziatura dei componenti
I progettisti devono cercare di posizionare i componenti alti a foro passante lontano dalle sezioni SMT critiche e minimizzare l'ombreggiamento termico durante il riflusso. Le distanze specifiche tra gli elementi PTH devono essere rigorosamente rispettate per consentire la stampa della pasta saldante e l'inserimento dei componenti, soprattutto con il posizionamento robotizzato.
Scarico termico e messa a terra
I rilievi termici devono essere posizionati su fori passanti placcati collegati a grandi versamenti di rame per ridurre dissipatore di caloreche può influire negativamente sulla saldatura. In situazioni in cui la dissipazione termica è molto critica, potrebbe essere necessario modificare il profilo di riflusso per ottenere un riscaldamento uniforme.
Difetti comuni del pin-in-paste e soluzioni
Riempimento dei fori a metà
Il mancato riempimento completo di un foro passante placcato con la pasta saldante denota un riempimento incompleto.
Si può provare:
- Aumento del volume della pasta saldante sovrastampata
- Regolazione delle dimensioni dell'apertura dello stencil
- Utilizzo delle tecniche di regolazione del diaframma
Difetti del ponte di saldatura
Il ponte di saldatura si verifica come conseguenza diretta dell'applicazione di un eccesso di pasta o del fatto che un componente è fuori posizione, causando così la connessione della saldatura alle piazzole o ai conduttori vicini. Questo spesso causa un cortocircuito.
Per prevenirlo, è essenziale mettere a punto la progettazione dello stencil, l'applicazione della pasta e l'accuratezza dell'inserimento.
Vuoti o soffiature
I vuoti o le piccole lacune nelle connessioni a saldare sono spesso dovuti a fattori ambientali, come residui di flussante intrappolati o umidità che fuoriesce dall'assemblaggio durante il processo di rifusione. Tali vuoti non solo indeboliscono il giunto di saldatura, ma ne compromettono anche l'affidabilità.
Questo difetto può essere minimizzato cuocere i PCB per eliminare l'umidità e utilizzare una pasta saldante a basso contenuto di grassi.
Giunto freddo
I giunti freddi, che hanno un aspetto opaco e granuloso, si verificano quando il calore insufficiente si aggiunge alla mancanza di una completa bagnatura della saldatura, un problema spesso riscontrato durante la fase di rifusione.
Per risolvere questo problema è necessario ottimizzazione dei profili di riflusso, in particolare TAL e temperatura di picco.
Pin flottante
La fluttuazione dei pin si riferisce ai conduttori dei componenti che fuoriescono dalla saldatura ed è spesso causata da una scarsa bagnatura, che porta a giunzioni fragili e aperte. Anche un accoppiamento più lasco tra conduttore e foro può causare questo problema.
Può essere attenuato da utilizzando componenti con una migliore compatibilità con la finitura del piombo e rapporti più stretti tra piombo e foro.
Caso di studio reale: Diagnosi dei guasti intermittenti del Pin-in-Paste
Un assemblatore di elettronica di medie dimensioni ha avuto problemi di rottura dei giunti durante la saldatura intrusiva. Dopo la rifusione, le giunzioni sono state valutate utilizzando la profilatura termica, il volume di saldatura e il design dello stencil, che hanno suggerito che le giunzioni erano accettabili, ma i componenti hanno continuato a non superare i test funzionali. Il fallimento ha fatto aumentare le preoccupazioni sull'affidabilità e il numero di rilavorazioni.
Un'analisi più approfondita ha riguardato la qualità dei componenti. Per indagare, i campioni sono stati sottoposti a un'esposizione accelerata a rifusione simulata (cottura a 125°C per 5 minuti), seguito da Valutazione della saldabilità tramite test di equilibrio di bagnatura(che misura la capacità della saldatura di fluire e aderire al piombo). Mentre i componenti non cotti hanno superato il test dell'equilibrio di bagnatura, quelli cotti hanno dimostrato una scarsa bagnatura della saldatura. Ciò suggerisce che alcuni forma di ossidazione o degradazione si è verificato in superficie sotto stress termico. L'ossidazione o la degradazione che si è verificata è stata minima e non osservabile, ma è diventata importante durante il riscaldamento alla temperatura di flusso.
Con i risultati dei test a disposizione, il produttore si è rivolto al fornitore di componenti. Il passaggio a sistemi di placcatura migliorati e a una finitura superficiale più curata ha fatto sì che i lotti successivi superassero i test di saldabilità. I tassi di guasto sono diminuiti significativamente dopo queste modifiche.
Conclusione
Saldatura Pin-in-Paste coniuga efficacemente la robustezza meccanica delle connessioni a foro passante con l'efficienza della lavorazione a rifusione per montaggio superficiale. Inoltre riduce al minimo le fasi di produzione, risparmia i processi di saldatura manuale e migliora l'interblocco meccanico, Per questo motivo è preferito in numerosi settori per assemblaggi multitecnologici e a stretto contatto.
Per implementare con successo la saldatura Pin-in-Paste occorre progettazione accurata e controllo del processo. Per progetti complessi o per ottimizzare il vostro processo esistente, la collaborazione con esperti in materia di DFM (Design for Manufacturability) e tecniche di saldatura avanzate come quelle di ELEPCB possono garantire una produzione affidabile e ad alto rendimento. Contattateci per discutere delle vostre specifiche sfide di assemblaggio misto!
Domande frequenti
A1: I controlli di idoneità devono essere eseguiti su ogni componente. ELEPCB raccomanda di verificare le specifiche dei componenti con gli ingegneri DFM per garantire la geometria ottimale e la resistenza alle temperature di rifusione.
A2:
Per gli assemblaggi ibridi, sì. La saldatura intrusiva rimuove i residui di flussante e gli shock termici, migliorando la coerenza dei processi critici.
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