Un PCB a tecnologia mista non richiede necessariamente lo stesso metodo di saldatura per tutti i giunti. Un percorso plausibile consiste nel saldare a rifusione i componenti a montaggio superficiale, quindi inserire e saldare i componenti a foro passante mediante saldatura selettiva o manuale. La saldatura a onda è un'altra possibilità, quando la disposizione sul lato inferiore, i componenti, le attrezzature e la geometria lo consentono.
La scelta corretta dipende dall'intera scheda. Prima di impegnarsi su un percorso, l'assemblatore deve sapere quali componenti possono tollerare ciascuna esposizione termica, se le attrezzature di saldatura possono raggiungere i giunti a foro passante e come saranno ispezionati i giunti finiti rispetto ai criteri concordati.
Confronto tra i principali metodi di saldatura
| Metodo | Primo impiego da valutare | Cosa può renderlo inadatto |
|---|---|---|
| Rifusione | Giunti a montaggio superficiale sui quali è stata depositata pasta saldante; anche i componenti a foro passante compatibili possono essere candidati al processo pin-in-paste. | Un componente non può tollerare le esposizioni termiche previste, oppure il processo scelto non riesce ad apportare una quantità adeguata di materiale saldante al giunto. |
| Onda | Un gruppo di giunti esposti che possono passare attraverso un'onda di saldatura. | I componenti sul lato inferiore, il loro orientamento, la mascheratura o la geometria dell'attrezzatura impediscono un'esposizione o un accesso compatibili. |
| Saldatura selettiva | Giunti a foro passante localizzati su un assemblaggio misto. | Un ugello o un'attrezzatura non riesce a raggiungere i giunti, oppure il processo proposto non riesce a gestire i componenti vicini e il fabbisogno termico del giunto. |
| Saldatura manuale | Un numero ridotto di giunti, prototipi o casi particolari che richiedono accesso individuale. | Non è possibile soddisfare con continuità, per il lavoro in questione, i requisiti di accesso ai giunti, controllo del calore, processo dell'operatore o ispezione. |
| Saldatura laser | Un giunto localizzato per il quale è disponibile un processo laser adeguato. | Il fascio o l'apporto di materiale saldante non riesce a raggiungere il giunto, oppure non è possibile controllare e verificare l'assemblaggio e il processo per i materiali selezionati. |
Queste sono domande di valutazione preliminare, non regole di processo automatiche. La disponibilità e le attrezzature necessarie devono essere confermate con l'assemblatore. La saldatura laser utilizza una sorgente di calore concentrata per un giunto localizzato; richiede comunque attenzione all'allineamento, all'apporto di materiale saldante e alle temperature raggiunte dalla scheda e dai componenti. Un articolo tecnico IPC, Options for Assembly using High Temperature Interconnection Technologies, descrive una prova di saldatura laser; le sue impostazioni di processo sono specifiche di quella prova.
Partire dai gruppi di giunti, non dalle attrezzature
La rifusione è comune nell'assemblaggio SMT, ma non è l'unico modo per saldare componenti a montaggio superficiale. Anche i componenti SMT compatibili sul lato inferiore possono essere saldati a onda, quindi la saldatura a onda non è necessariamente limitata ai giunti a foro passante. Viceversa, la presenza di componenti SMT sul lato inferiore non esclude automaticamente un processo a onda; rende però importanti le questioni di compatibilità e accesso.
Per una scheda con componenti SMT su entrambi i lati, la sequenza proposta deve tenere conto dell'esposizione di ciascun lato alla rifusione. Verificare i limiti di temperatura dei componenti, la sensibilità all'umidità, il numero di passaggi di rifusione e il profilo termico effettivo della scheda. È inoltre necessario esaminare l'orientamento dei componenti e la capacità di mantenerli in posizione durante eventuali passaggi successivi.
Per approfondimenti sui singoli processi, consultare saldatura a rifusione, saldatura a onda e il confronto tra i metodi per componenti a foro passante in nozioni di base sulla saldatura a foro passante.
Esempio ipotetico di percorso per una scheda mista
Consideriamo una scheda con circuiti integrati sul lato superiore, componenti SMT sul lato inferiore e due connettori a foro passante. Un connettore è vicino a una zona SMT ad alta densità. L'altro presenta apparentemente più spazio attorno ai propri giunti. Si tratta di un esempio di pianificazione, non di un assemblaggio completato o di un risultato di prova.
Una possibile sequenza è:
- Applicare la pasta saldante, posizionare i componenti SMT e sottoporre a rifusione i lati SMT secondo una sequenza specifica per la scheda.
- Inserire i due connettori a foro passante.
- Utilizzare la saldatura selettiva o la saldatura manuale controllata per i relativi giunti, in base alla valutazione dell'accesso e degli aspetti termici.
- Ispezionare e testare l'assemblaggio utilizzando metodi e criteri di accettazione concordati per il prodotto.
La zona ad alta densità è il punto critico nel passaggio tra le fasi. La saldatura selettiva riscalda un'area localizzata, ma questo non elimina la necessità di valutare i componenti vicini. La saldatura manuale può offrire un altro modo per raggiungere i giunti; può essere controllata e non è intrinsecamente difettosa. Nessuno dei due metodi può essere scelto con sicurezza basandosi soltanto sul numero di componenti.
| Gruppo di giunti | Metodo candidato | Problema di accesso o termico | Evidenze o decisioni ancora necessarie |
|---|---|---|---|
| Circuiti integrati sul lato superiore | Pasta saldante, posizionamento e rifusione | Limiti di temperatura dei componenti ed esposizione durante l'assemblaggio del lato opposto | Datasheet dei componenti, requisiti di sensibilità all'umidità, numero di passaggi proposto e profilo termico della scheda |
| SMT sul lato inferiore | Pasta saldante, posizionamento e rifusione; si può valutare anche la saldatura a onda per i componenti compatibili | Mantenimento in posizione durante la sequenza scelta; compatibilità con eventuali esposizioni successive alla saldatura | Indicazioni relative a componenti e materiali, disposizione sul lato inferiore e valutazione del processo proposto |
| Connettore lontano dalla zona SMT ad alta densità | Saldatura selettiva o manuale dopo l'inserimento | Accesso ai giunti, limiti termici del connettore e supporto durante la saldatura | Dati del connettore, geometria della scheda e valutazione dell'operazione proposta da parte dell'assemblatore |
| Connettore vicino alla zona SMT ad alta densità | Saldatura selettiva o manuale dopo l'inserimento | Accesso dell'utensile e possibile riscaldamento dei componenti adiacenti | Dati sulla disposizione locale e sulle altezze, valutazione dell'accesso, limiti dei componenti e piano per valutare l'esposizione termica |
| Entrambi i connettori, come gruppo alternativo | Saldatura a onda, se la scheda lo consente | Compatibilità dei componenti SMT sul lato inferiore, geometria dei connettori e necessità di attrezzature o mascherature | Valutazione completa del lato inferiore, soluzione per le attrezzature e valutazione del percorso proposto da parte del fornitore |
Questa matrice individua le questioni da affrontare, non un percorso vincente. Il connettore che su un disegno sembra più facile da raggiungere richiede comunque una valutazione basata sulle dimensioni effettive dei componenti e sulla geometria della scheda.
Per esempio, se il fornitore rileva che un ugello per saldatura selettiva non può raggiungere il connettore vicino alla zona SMT ad alta densità, chiedere se siano fattibili una modifica del layout, un utensile diverso o un'operazione manuale controllata. Se un'attrezzatura per saldatura a onda coprisse un giunto o lasciasse esposto un componente sensibile, chiedere una soluzione rivista per l'attrezzatura o un percorso alternativo. Documentare l'opzione scelta e il metodo di ispezione dei giunti prima di rilasciare la documentazione di assemblaggio; non dare per scontato che un'attrezzatura o un metodo diverso risolvano automaticamente il problema.
Ruolo della saldatura a onda e del pin-in-paste
Saldatura a onda come alternativa condizionata. Un percorso a onda può meritare una valutazione per i connettori a foro passante e per eventuali giunti SMT compatibili sul lato inferiore. La decisione dipende da ciò che il lato inferiore presenta al processo: compatibilità dei componenti, orientamento, spaziatura, zone d'ombra, geometria dei connettori ed eventuali attrezzature o mascherature proposte. Chiedere all'assemblatore di esaminare l'intero lato inferiore, anziché presumere che l'onda possa raggiungere ogni giunto previsto.
Pin-in-paste come possibile riduzione delle fasi del percorso. Un connettore a foro passante può essere valutato per il pin-in-paste se lo consentono i limiti di rifusione del componente, il volume di pasta disponibile e il processo proposto. Questa valutazione va effettuata prima di definire il percorso: un connettore adatto alla saldatura dopo l'inserimento non è automaticamente adatto alla rifusione e la pasta depositata per un giunto a foro passante deve essere valutata nell'ambito del processo.
In questo caso sono importanti le indicazioni specifiche dei fornitori per componenti e materiali. I datasheet dei componenti e le indicazioni sulla rifusione di Texas Instruments, per esempio, forniscono informazioni sui limiti dei componenti interessati; le schede tecniche delle paste saldanti di Indium Corporation forniscono indicazioni sull'uso del materiale interessato. Nessuno dei due costituisce un profilo universale per ogni scheda.
Cosa fornire prima che un assemblatore si impegni
Fornire le informazioni necessarie per valutare l'assemblaggio completo:
- Dati della scheda e dell'assemblaggio: file di fabbricazione, disegni di assemblaggio e posizioni dei componenti su entrambi i lati. Identificare i giunti a foro passante e le zone SMT ad alta densità vicine che possono limitare l'accesso.
- Informazioni sui componenti: codici produttore e datasheet, inclusi i limiti termici dei connettori, la sensibilità all'umidità dei componenti SMT e l'esposizione alla rifusione consentita.
- Sequenza proposta: quando viene assemblato ciascun lato SMT, quanti passaggi di rifusione sono proposti e quali giunti a foro passante sono candidati alla saldatura selettiva, manuale, a onda o pin-in-paste.
- Informazioni sull'accesso: altezze dei componenti, geometria dei connettori e aree in cui un utensile, un ugello, l'onda o un'attrezzatura potrebbero incontrare ostacoli. Una revisione del progetto per la saldatura selettiva può aiutare a impostare queste valutazioni.
- Requisiti di accettazione e verifica: la revisione del documento applicabile o i criteri specificati contrattualmente, i punti di ispezione ed eventuali test elettrici o funzionali richiesti.
Una distinta base (BOM) utilizzabile aiuta l'assemblatore a collegare ogni posizione di montaggio e ogni giunto ai dati corretti del componente. Consultare le migliori pratiche per la BOM di assemblaggio.
Concordare accettazione e ispezione
IPC distingue i requisiti di saldatura J-STD-001 dai criteri di accettabilità dopo l'assemblaggio IPC-A-610. Per un ordine specifico, concordare i documenti applicabili, le revisioni, la classe ed eventuali criteri di accettazione aggiuntivi; consultare le norme concesse in licenza per i relativi requisiti. NASA-STD-8739.3, Soldered Electrical Connections, è un altro documento relativo all'esecuzione delle lavorazioni; utilizzarlo quando è applicabile al lavoro, anziché considerarlo predefinito per ogni scheda commerciale.
Scegliere l'ispezione in funzione della geometria effettiva e dei criteri concordati. L'ispezione visiva o l'ispezione ottica automatizzata possono aiutare a valutare le caratteristiche accessibili, ma nessuna delle due permette di accertare ogni condizione di un giunto nascosto. Se non è possibile valutare adeguatamente a vista giunti importanti, discutere prima della produzione quali ulteriori ispezioni o test siano appropriati.
L'ispezione della pasta saldante può supportare il processo SMT. I test elettrici e funzionali rispondono a domande diverse rispetto all'ispezione dell'esecuzione, quindi, ove necessario, pianificarli separatamente: pianificazione dei test funzionali PCBA.
Per una revisione del percorso, includere i file della scheda, la BOM, i datasheet dei connettori e i requisiti di accettazione proposti in una richiesta di preventivo. Se la sequenza di processo o le evidenze disponibili sono ancora in fase di definizione, contatta APTPCB per discutere cosa occorre valutare prima di impegnarsi.