Elektronik 01/2020 - Lutowanie selektywne, czyli produkcja bez defektów

Czy proces lutowania selektywnego można zoptymalizować i kontrolować tak, żeby uniknąć defektów produkcyjnych?

Lutowanie selektywne, czyli produkcja bez defektów

Lutowanie selektywne to technologia, na której wykorzystanie decyduje się coraz więcej producentów podzespołów elektronicznych. W jaki sposób maszyny do lutowania selektywnego są w stanie zapewnić jakość produkcji wg. strategii „zero defektów”?

Komponenty przewlekane

Technologia montażu przewlekanego jest jedną z najstarszych, klasycznych metod obsadzania komponentów w historii produkcji elektroniki i mimo, że obecne trendy projektowe kierowane są w kierunku SMT to nieustannie elementy THT występują w produkcji i będą znajdować się na większości projektów, czy to ze względu na potrzeby użytkowe, jak choćby złącza krawędziowe, czy ograniczenia technologiczne. Znana jest w branży technologia lutowania komponentów przewlekanych na fali, topnikowanie, podgrzewanie w tunelu i przejazd nad płynną falą spoiwa dotychczas był standardowym automatycznym procesem produkcji elementów THT. Jakie zatem różnice występują w lutowaniu selektywnym i najważniejsze: jak możemy ten proces kontrolować, żeby jakość produktu po opuszczeniu maszyny stała na najwyższym poziomie?

Kontrola na wejściu

Modułowa budowa maszyn lutujących firmy KURTZ ERSA daje możliwość takiego doboru konfiguracji, żeby rozszerzyć kontrolę nad całym procesem nawet o kwestie związane z obsadzeniem komponentów na płytce, co daje dodatkową możliwość eliminacji błędów. W maszynach do produkcji liniowej z rodziny VERSAFLOW, moduł kontroli wejściowej VERSASCAN to takie połączenie osprzętu i oprogramowania, które po łatwym, intuicyjnym zaprogramowaniu przez technologa czy inżyniera produkcji, pozwala na weryfikację płyty jeszcze przed rozpoczęciem procesu lutowania. Ta część maszyny, poza skanowaniem większości stosowanych do traceability kodów, daje możliwość wykonania inspekcji nie tylko obecności komponentów, ale również ich ułożenia, orientacji, polaryzacji lub ewentualnego przesunięcia lub nawet przekrzywienia w stosunku do nominalnej pozycji. W tym module weryfikacja płyty odbywa się za pomocą kamery.

Faza topnikowania

W przypadku lutowania na fali, uproszczając, można powiedzieć, że dysza topnikująca spryskuje całą powierzchnię płyty, która przechodzi później przez falę spoiwa. W maszynach do lutowania selektywnego ta część procesu odbywa się w bardziej wyszukany sposób. W systemach ERSA głowica topnikująca „Microdrop-precision spray fluxer” pozwala na podawanie topnika, za pomocą kropel lub ścieżek, precyzyjnie w miejsca przeznaczone do lutowania, przy czym powierzchnia topnikowana może mieć nawet zaledwie 3 mm średnicy – dokładność na tym poziomie pozwala do minimum ograniczyć ilość pozostałości topnika na płytach po procesie lutowania. Ponadto zastosowanie dodatkowego, szczegółowego monitorowania ilości podawanego topnika poprzez system zliczający ilość dozowanych kropel daje dodatkową możliwość kontroli precyzji i zużycia, co pozawala na osiągnięcie nawet 40% oszczędności zużywanego topnika.

Etap podgrzewania

Tu po raz kolejny mamy możliwość wykorzystania modułowej konfiguracji maszyn ERSA. Systemy do lutowania selektywnego VERSAFLOW dają możliwość zbudowania optymalnej konfiguracji podgrzewania płyt przed lutowaniem. Bazowo do wyboru mamy trzy rodzaje podgrzewaczy: promienniki IR, kombinacja IR i konwekcji oraz Power Convection. Bez przeszkód, w ramach konfiguracji, możemy z dużą dowolnością łączyć powyższe typy w moduły top – bottom w zależności od typów produktów, które w naszej maszynie chcemy lutować. Niezależnie od tego, czy mamy do czynienia z komponentami wrażliwymi na długotrwałe przebywanie w wysokiej temperaturze, jak chociażby wyświetlacze, czy też komponentami odbierającymi duże ilości ciepła lub płytami wielowarstwowymi, jesteśmy w stanie optymalnie dobrać system podgrzewania tak, żeby kolejny etap – lutowania – odbył się efektywnie i bez potrzeby poprawek.

Lutujemy

Moduł lutujący w maszynach ERSA jest kombinacją takich rozwiązań i patentów, żeby sprawie, szybko, powtarzalnie i przede wszystkim w kontrolowany sposób realizować proces lutowania komponentów przewlekanych.

W rozważaniach dotyczących modułu lutującego, będącego najważniejszym etapem całego procesu, warto skupić się na dwóch podstawowych warunkach, które pozwalają osiągnąć wysoką jakość, czyli zwilżalności dyszy i lutowaniu w atmosferze azotu.

Nozzle lutujące w maszynach do lutowania selektywnego firmy ERSA, dzięki swojej budowie i specjalnemu materiałowi pokrycia, pozwalają na równomierny rozpływ spoiwa wokół dyszy, co daje możliwość najazdu głowicy na lutowane wyprowadzenie komponentu z dowolnego kierunku. Dzięki temu szybkość procesu lutowania wzrasta, w związku z łatwą optymalizacją drogi pokonywanej przez dyszę lutującą do poszczególnych punktów. Natomiast zastosowanie kołnierza do lutowania w atmosferze azotu, daje szereg korzyści, przede wszystkim znacząco obniża napięcie powierzchniowe spoiwa, dzięki czemu podejście, ale też oderwanie spoiwa od punktu lutowniczego przebiega dużo płynniej i przede wszystkim pozwala zapobiegać zwarciom między lutowanymi wyprowadzeniami.

Podglądamy proces

Kontrolę nad procesem lutowania wykonujemy na wiele sposobów. Opcjami zapewniającymi optymalną pracę dyszy lutującej są automatyczna aktywacja, która zapobiega utracie zwilżalności oraz każdorazowa kontrola wysokości fali lutującej przed rozpoczęciem etapu spoinowania. Całość najważniejszego procesu, czyli lutowania, odbywa się pod stałą obserwacją VERSACAM – kamery, dzięki której na monitorze możemy na żywo obserwować kolejne etapy procesowania naszego produktu.

Kontrola na wyjściu

VERSAEYE – to moduł, który kontroluje i weryfikuje pracę wszystkich wcześniejszych etapów pracy „selektywa”. Przedstawiając tą część wyposażenia maszyn VERSAFLOW warto nadmienić, że jest to rozwiązanie oparte na działaniu dziewięciu kamer, w tym jednej ułożonej centralnie oraz pozostałych ośmiu umieszczonych na planie okręgu, które są powiązane z precyzyjnym systemem oświetlenia i dedykowanym oprogramowaniem dając możliwość inspekcji połączeń lutowanych na płycie od razu po zakończonych procesach topnikowania, podgrzewania i lutowania danego produktu. Dzięki użyciu VERSAEYE podczas prób wdrożenia nowego produktu do produkcji możemy w łatwy sposób wychwycić, oznaczyć i zaraportować miejsca, które wymagają weryfikacji i dzięki temu dostosować nasz proces do strategii „zero defektów”.

End of Line

Patrząc na statystykę, nie jest możliwe osiągnięcie produkcji elektroniki bez defektów. Analizując wszystkie czynniki, które wpływają na jakość, często trudnym do określenia jest, który z etapów najmocniej wpływa na błędy i konieczność weryfikacji procesu. W kwestii montażu przewlekanego, lutowanie selektywne jest wiodącą technologią, która ma ogromny potencjał do pracy w sposób kontrolowany, ciągły i pozbawiony błędów, co może ułatwić dążenie do celu każdego działu produkcji – osiągnięcia najlepszej jakości.

 

Paweł Kałkowski

Menedżer Produktu

+48 601 210 330

p.kalkowski@pbtechnik.com.pl