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為什么SMT需要回流焊過爐托盤與全程載具?

發(fā)布時(shí)間 :2017-01-11 09:45 閱讀 : 來源 :技術(shù)文章責(zé)任編輯 :深圳宏力捷PCBA部
什么是SMT過爐托盤(Reflow Carrier)?為什么SMT生產(chǎn)有時(shí)候需要用到SMT過爐托盤(Reflow Carrier)?有時(shí)候又需要用到全程托盤或全線載具(Full Process Carrier)?
合成石過爐托盤(durostone reflow carrier)合成石過爐托盤(durostone reflow carrier)
所謂的【SMT過爐托盤或過爐載具】真的就是拿來盛載PCB然后拿去過回流焊爐(Reflow Oven)的托盤或載具。托盤載具上面通常會有定位柱用來固定PCB以防止其跑位或變形,有些更高級的托盤載具還會多加一個(gè)蓋子,通常是給FPC用的,并安裝磁鐵于上、下載具當(dāng)吸盤扣緊用,這樣可以更確實(shí)的避免板子變形。
 
使用【SMT過爐托盤或過爐載具】的目的通常有:
1、降低PCB變形。 
這里之所以說是「降低」,而不說「防止」,是因?yàn)椴徽撨^爐載具設(shè)計(jì)得再好,PCB經(jīng)過回流焊高溫后多多少少還會有一些變形,只要變形在不影響品質(zhì)的范圍內(nèi)就可以了。
2、防止過重零件掉落。
以上兩點(diǎn)其實(shí)都與SMT回流焊爐(Reflow oven)的高溫區(qū)有關(guān),以現(xiàn)在絕大部分產(chǎn)品采用無鉛制程來說,無鉛的SAC305錫膏的熔錫溫度為217℃,而SAC0307錫膏的熔錫溫度大約落在217℃~225℃,其回流焊最高溫度一般都建議在240~250℃之間,但是為了成本的考量,一般我們選用的FR4板材為Tg150以上而已(不清楚Tg是什么的朋友,請參考【何謂玻璃轉(zhuǎn)移溫度(Tg, Glass Transition Temperature)】一文),也就是說PCB進(jìn)入到回流焊爐高溫區(qū)的時(shí)候,其實(shí)早就超過其玻璃轉(zhuǎn)移溫度變成橡膠態(tài),橡膠態(tài)下的PCB會變形只是表現(xiàn)出其材料特性剛剛好而已。
再加上板子厚度的變薄,從一般的1.6mm厚度降低到0.8mm,深圳宏力捷還見過0.4mm的PCB,這樣薄的電路板在經(jīng)過回流焊爐(SMT Reflow)的高溫的洗禮時(shí),就更容易因?yàn)楦邷囟霈F(xiàn)板子變形的問題了。
至于打在第一面的過重零件,容易在過第二面回流焊掉落的原因應(yīng)該不用多做解釋了,反而是很多朋友有疑問【為什么SMT二次回流焊時(shí)第一面零件不會掉落?再回流焊熔錫溫度會升高?】,就請自行參考相關(guān)文章了。二次回流焊時(shí)避免第一面零件掉落的解決方法
【SMT過爐托盤或過爐載具】就是為了克服PCB變形與零件掉落的問題而出現(xiàn),它一般利用定位柱來固定PCB的定位孔,在板材高溫變形時(shí)有效維持PCB的形狀降低板材變形,當(dāng)然還得有其他的筋條來輔佐板材中間位置因?yàn)橹亓τ绊懣赡軓澢鲁恋膯栴}。
另外,也可以利用過爐載具不易變形的特性在「過重零件」的下方設(shè)計(jì)肋條或支撐點(diǎn)來確保零件無掉落的問題,不過這個(gè)載具的設(shè)計(jì)必須非常小心以避免支撐點(diǎn)過度頂起零件造成第二面錫膏印刷不準(zhǔn)的問題發(fā)生。
 
綜上所述,一個(gè)良好的【SMT過爐托盤或過爐載具】必須具備以下的特性需求:
? 軟化變形溫度應(yīng)該要高于300℃以上,要可以重復(fù)使用,不會變形。這是最主要要求。
? 要有較小的熱膨脹性。熱脹冷縮為一般材料的特性,如果載具熱膨脹太大,反而會破壞PCB。
? 材料要可以加工。
? 材料最好要。因?yàn)橐鳂I(yè)員取放,太重的載具不適合一般的電子廠作業(yè)。
? 材料最好還要不易吸熱或是散熱要快。因?yàn)檩d具必須循環(huán)重復(fù)使用,如果過完回流焊后不能很快的降低溫度到人手可以拿取的溫度,就必須準(zhǔn)備更多的載具備用,這樣就會增加成本。
? 材質(zhì)要盡可能便宜,且可以量產(chǎn)。
一般常見的過爐載具的材料為鋁合金,另外也有使用高碳鋼、鎂合金來制作過爐托盤的,鋁合金雖然比一般的鐵金屬要輕,但產(chǎn)線的小姑娘拿起來還是有點(diǎn)重,而且鋁合金的材質(zhì)容易吸熱,過爐后需戴上隔熱手套或等待一段冷卻時(shí)間后方能拿起,操作上不是很方便。另外,還有一種【合成石過爐托盤(Reflow carrier)】,算是比較經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的材質(zhì),但使用壽命較短,不過近來時(shí)有反應(yīng)會有過敏的現(xiàn)象發(fā)生。
 
全程托盤或全線載具(Full Process Carrier)?
一般的【SMT過爐載具】只有在板子過回流焊爐的時(shí)候使用,也就是說在回流焊爐以前的制程(印錫膏、貼片打件…)都不需要裝上載具,這樣可以減少載具的數(shù)量。
可是隨著PCB的厚度越來越薄,而且越來越密,而錫膏印刷的精度則要求越來越高。如果錫膏印刷的時(shí)候電路板已經(jīng)發(fā)生了變形,錫膏印刷的位置就會偏移,錫膏的厚度也會發(fā)生變化,這些都非常不利細(xì)間腳零件(fine pitch)與0402以下的零件。
當(dāng)有上述的問題發(fā)生時(shí),最好的方法是透過設(shè)計(jì)變更的方式來解決,如果所有的設(shè)計(jì)都幫不上忙時(shí),就得開始考慮使用【SMT全程載具】,這種載具其實(shí)就跟【過爐載具】一樣,唯一不一樣的地方就是要考慮錫膏印刷制程,所以PCB放入載具后必須要高出載具表面,就連定位柱也必須遵守,否則錫膏印刷就會出問題。
可以預(yù)見,使用【SMT全程載具】的數(shù)量對比【過爐載具】應(yīng)該會呈倍數(shù)增加,視SMT產(chǎn)線的長短而定,對于大量生產(chǎn)的產(chǎn)品來說,整個(gè)攤下來或許只是小錢,但對于小量多樣的產(chǎn)品來說,這些載具加起來的費(fèi)用幾乎都快可以買一部小汽車了。
 
后記:
如果你是RD或?qū)0附?jīng)理,請?jiān)敿?xì)評估設(shè)計(jì)所帶來的生產(chǎn)成本與品質(zhì)風(fēng)險(xiǎn),使用SMT載具不只要計(jì)算載具的費(fèi)用,還得多增加至少一個(gè)人力的工時(shí)來Loading/un-loading及傳送載具,操作過程中還可能因?yàn)椴恍⌒呐龅搅慵a(chǎn)生品質(zhì)問題。請記得總體成本的概念。


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