Для печатной платы со смешанной технологией монтажа необязательно использовать один метод пайки для всех соединений. Один из возможных маршрутов — припаять компоненты поверхностного монтажа оплавлением, затем установить выводные компоненты и припаять их селективной или ручной пайкой. Пайка волной припоя — ещё один возможный вариант, если его допускают компоновка нижней стороны, компоненты, оснастка и геометрия платы.

Правильный выбор зависит от платы в целом. Прежде чем сборщик утвердит маршрут, ему необходимо знать, какие компоненты выдерживают каждое термическое воздействие, может ли паяльное оборудование получить доступ к выводным соединениям и как готовые соединения будут проверяться на соответствие согласованным критериям.

Сравнение основных методов пайки

Метод	Для чего его стоит рассмотреть в первую очередь	Что может сделать его непригодным
Пайка оплавлением	Соединения компонентов поверхностного монтажа с нанесённой паяльной пастой; совместимые выводные компоненты также могут подходить для технологии pin-in-paste.	Компонент не выдерживает запланированных термических воздействий либо выбранный процесс не обеспечивает достаточного количества припоя для соединения.
Пайка волной припоя	Группа открытых соединений, которые могут пройти через волну припоя.	Компоненты на нижней стороне, их ориентация, маскирование или геометрия оснастки не позволяют обеспечить совместимое воздействие или доступ.
Селективная пайка	Отдельные выводные соединения на сборке со смешанной технологией монтажа.	Сопло или оснастка не обеспечивают доступа к соединениям либо предлагаемый процесс не позволяет учесть близлежащие компоненты и тепловые потребности соединения.
Ручная пайка	Небольшое число соединений, прототипы или исключения, требующие индивидуального доступа.	Для данной работы невозможно стабильно обеспечить доступ к соединению, контроль нагрева, надлежащее выполнение операции оператором или соблюдение требований к контролю.
Лазерная пайка	Отдельное соединение при наличии подходящего лазерного процесса.	Луч или подача припоя не могут достичь соединения либо невозможно контролировать и проверять сборку и процесс для выбранных материалов.

Это вопросы для предварительной оценки, а не безусловные правила выбора процесса. Наличие оборудования и необходимой оснастки следует уточнить у сборщика. Лазерная пайка использует сфокусированный источник тепла для локального соединения; при этом по-прежнему необходимо уделять внимание совмещению, подаче припоя и температурам, достигаемым платой и компонентами. В технической статье IPC Options for Assembly using High Temperature Interconnection Technologies описано одно испытание лазерной пайки; параметры процесса относятся именно к этому испытанию.

Начинайте с групп соединений, а не с оборудования

Пайка оплавлением широко применяется при SMT-сборке, но это не единственный способ пайки компонентов поверхностного монтажа. Совместимые SMT-компоненты на нижней стороне также можно паять волной припоя, поэтому этот метод не обязательно ограничивается выводными соединениями. И наоборот, наличие SMT-компонентов на нижней стороне не исключает автоматически пайку волной; оно делает вопросы совместимости и доступа особенно важными.

Для платы с SMT-компонентами на обеих сторонах предлагаемая последовательность должна учитывать воздействие оплавления на каждую сторону. Проверьте температурные ограничения компонентов, чувствительность к влаге, количество проходов через оплавление и фактический температурный профиль платы. Также необходимо оценить ориентацию компонентов и возможность удержания их на месте при любом последующем проходе.

Подробнее об отдельных процессах см. статьи о пайке оплавлением, о пайке волной припоя, а также сравнение методов пайки выводных компонентов в статье об основах пайки выводных компонентов.

Гипотетический маршрут сборки платы со смешанным монтажом

Рассмотрим плату с микросхемами на верхней стороне, SMT-компонентами на нижней стороне и двумя выводными разъёмами. Один разъём расположен рядом с областью плотного SMT-монтажа. Вокруг соединений второго, судя по компоновке, больше свободного места. Это пример для планирования, а не описание выполненной сборки или результата испытаний.

Один из возможных вариантов последовательности:

Нанести паяльную пасту, установить SMT-компоненты и выполнить оплавление сторон с SMT-монтажом в последовательности, определённой для конкретной платы.
Установить два выводных разъёма.
Выполнить их пайку селективным методом или контролируемой ручной пайкой в зависимости от результатов оценки доступа и теплового воздействия.
Провести контроль и испытания сборки методами и по критериям приёмки, согласованным для изделия.

Область плотного монтажа — критически важный участок при переходе к следующей операции. Селективная пайка нагревает локальную область, но это не отменяет необходимости оценить воздействие на соседние компоненты. Ручная пайка может стать альтернативным способом доступа к соединениям; её можно контролировать, и она не является заведомо дефектной. Ни один из этих методов нельзя уверенно выбрать только на основании количества компонентов.

Группа соединений	Возможный метод	Вопросы доступа или теплового воздействия	Какие данные или решения ещё необходимы
Микросхемы на верхней стороне	Нанесение пасты, установка компонентов и пайка оплавлением	Температурные ограничения компонентов и воздействие при сборке противоположной стороны	Документация компонентов, требования по чувствительности к влаге, предлагаемое количество проходов и температурный профиль платы
SMT-компоненты на нижней стороне	Нанесение пасты, установка компонентов и пайка оплавлением; для совместимых компонентов также может рассматриваться пайка волной припоя	Удержание компонентов при выбранной последовательности; совместимость с любым последующим воздействием пайки	Рекомендации по компонентам и материалам, компоновка нижней стороны и анализ предлагаемого процесса
Разъём вдали от плотного SMT-монтажа	Селективная или ручная пайка после установки	Доступ к соединениям, температурные ограничения разъёма и его поддержка во время пайки	Данные разъёма, геометрия платы и оценка предлагаемой операции сборщиком
Разъём рядом с плотным SMT-монтажом	Селективная или ручная пайка после установки	Доступ инструмента и возможный нагрев соседних компонентов	Данные о местной компоновке и высоте компонентов, оценка доступа, ограничения компонентов и план оценки теплового воздействия
Оба разъёма как альтернативная группа	Пайка волной припоя, если плата это допускает	Совместимость SMT-компонентов нижней стороны, геометрия разъёмов и необходимость оснастки или маскирования	Полный анализ нижней стороны, подход к оснастке и оценка предлагаемого маршрута поставщиком

Эта матрица выявляет вопросы, а не определяет лучший маршрут. Разъём, который на чертеже кажется более доступным, всё равно необходимо оценить с учётом фактических размеров компонентов и геометрии платы.

Например, если поставщик установит, что сопло для селективной пайки не может достичь разъёма рядом с областью плотного SMT-монтажа, уточните, возможно ли изменить компоновку, применить другой инструмент или выполнить контролируемую ручную операцию. Если оснастка для пайки волной закрывает соединение или оставляет чувствительный компонент незащищённым, запросите пересмотр подхода к оснастке или другой маршрут. Зафиксируйте выбранный вариант и метод контроля соединений до передачи комплекта сборочной документации в производство; не предполагайте, что оснастка или другой метод автоматически решат проблему.

Когда подходят пайка волной и pin-in-paste

Пайка волной как условная альтернатива. Для выводных разъёмов и любых совместимых SMT-соединений на нижней стороне может быть целесообразно оценить возможность пайки волной. Решение зависит от того, что на нижней стороне подвергается воздействию процесса: совместимости компонентов, их ориентации, расстояний, затенённых зон, геометрии разъёмов и предлагаемой оснастки или маскирования. Попросите сборщика оценить всю нижнюю сторону, а не предполагайте, что волна сможет достичь каждого требуемого соединения.

Pin-in-paste как возможный способ сократить маршрут. Для выводного разъёма можно рассмотреть технологию pin-in-paste, если это допускают ограничения компонента по оплавлению, доступный объём пасты и предлагаемый процесс. Такую оценку необходимо провести до утверждения маршрута: разъём, пригодный для пайки после установки, не обязательно подходит для оплавления, а пасту, нанесённую для выводного соединения, необходимо оценить в рамках процесса.

Здесь важны рекомендации конкретных поставщиков компонентов и материалов. Например, документация компонентов и рекомендации Texas Instruments по оплавлению помогают определить ограничения соответствующих компонентов; технические описания паяльных паст Indium Corporation содержат сведения о применении соответствующего материала. Ни тот ни другой источник не задаёт универсальный профиль для всех плат.

Что передать сборщику до утверждения маршрута

Предоставьте информацию, необходимую для оценки сборки в целом:

Данные платы и сборки: файлы для изготовления, сборочные чертежи и расположение компонентов на обеих сторонах. Обозначьте выводные соединения и близлежащие области плотного SMT-монтажа, которые могут ограничивать доступ.
Информация о компонентах: номера компонентов по каталогу производителя и техническую документацию, включая температурные ограничения разъёмов, чувствительность SMT-компонентов к влаге и допустимое воздействие оплавления.
Предлагаемая последовательность: когда собирается каждая сторона с SMT-компонентами, сколько проходов через оплавление предлагается и какие выводные соединения рассматриваются для селективной, ручной, волновой пайки или технологии pin-in-paste.
Информация о доступе: высоту компонентов, геометрию разъёмов и области, где доступ инструмента, сопла, волны или оснастки может быть затруднён. Анализ конструкции для селективной пайки поможет сформулировать эти вопросы.
Требования к приёмке и проверке: применимую редакцию документа или критерии, указанные в договоре, точки контроля и любые требуемые электрические или функциональные испытания.

Пригодная к работе спецификация BOM помогает сборщику сопоставить каждую позицию установки и каждое соединение с данными нужного компонента. См. рекомендации по составлению BOM для сборки.

Согласуйте приёмку и контроль

IPC разграничивает требования к пайке J-STD-001 и критерии приемлемости после сборки IPC-A-610. Для конкретного заказа согласуйте применимые документы, их редакции, класс и любые дополнительные критерии приёмки; за требованиями обращайтесь к лицензионным экземплярам стандартов. NASA-STD-8739.3, Soldered Electrical Connections, — ещё один документ, устанавливающий требования к качеству выполнения работ; применяйте его, когда он относится к выполняемой работе, а не считайте стандартом по умолчанию для каждой коммерческой платы.

Выбирайте методы контроля с учётом фактической геометрии и согласованных критериев. Визуальный контроль или автоматизированный оптический контроль могут помочь оценить доступные для осмотра характеристики, но ни один из них не позволяет установить все параметры скрытого соединения. Если важные соединения невозможно надлежащим образом оценить визуально, до начала производства обсудите, какой дополнительный контроль или испытания целесообразны.

Контроль паяльной пасты может поддерживать SMT-процесс. Электрические и функциональные испытания отвечают на другие вопросы, нежели контроль качества выполнения работ, поэтому при необходимости планируйте их отдельно: планирование функциональных испытаний PCBA.

Для анализа маршрута приложите к запросу расчёта стоимости файлы платы, BOM, техническую документацию на разъёмы и предлагаемые требования к приёмке. Если последовательность процесса или необходимые подтверждающие данные ещё определяются, свяжитесь с APTPCB, чтобы обсудить, что необходимо проверить до принятия обязательств.

Источники

IPC, редакции J-STD-001 и IPC-A-610.
Техническая статья IPC, Options for Assembly using High Temperature Interconnection Technologies.
NASA, NASA-STD-8739.3: Soldered Electrical Connections.