ZAŘZENÍ PRO OSAZOVÁNÍ A PÁJENÍ TECHNIKOU POVRCHOVÉ MONTÁŽE

Popis zařízení

Vývojová pracoviště řady SDW ( SMT Development Workstation ) Vám umožní osazovat a pájet na deskách plošných spojů navržených technologií povrchové montáže-SMT. K řídící jednotce lze připojit a nezávisle obsluhovat tři nástroje : -podtlakový manipulátor ‚ ( VACU-PIK), kterým můžete ze zásobníků odebírat všechny typy SMD součástek a pohodlně je osazovat na desku plošného spoje s aplikací pájecí pasty.

-horkovzdušné pájedlo HOT-AIR-IRON) s nastavitelným množstvím i teplotou výstupního vzduchového proudu, kterým osazené součástky přetavením pasty připájíte.

-mikropájedlo (MICRO-SOLDERING-IRON) se snadno vyměnitelnými hroty a speciálními nástavci …pro jemné kontaktní pájení, ale zejména pro rychlé a šetrné odpájení základních typů SMD (součástek pro povrchovou montáž).

Všechny nástroje pracují s bezpečným napětím dodávaným ze zdroje v řídící jednotce, který je od síťového přívodu oddělen bezpečnostním transformátorem (vyhovuje ust. ESČ).

-pracovní stůl s podehřívací ploténkou (HOTPLATE), je další zařízení, které lze připojit k řídící jednotce. Pracovní plocha se po zapnutí vyhřeje na nastavitelnou teplotu ( 80-150oC ), takže pájecí proces na takto podehřáté osazené DPS probíhá rychleji, součástky jsou méně tepelně namáhány a zapájené spoje jsou kvalitnější. Toto zařízení není součástí základní sady.

Do konektoru pro připojení horkovzdušného pájedla (HOT-AIR) lze připojit :

-rozbočovač , který současně slouží i jako odkládací stojan pro pájedla. Rozbočovač je určen pro současné připojení HV pájedla i mikropájedla (pro klasický způsob pájení ev. odpájení součástek SMD).

Oba nástroje pak lze dle potřeby přepínat vestavěným přepínačem na rozbočovači.

Bezpečnostní upozornění Zdroj napětí je opatřen pojistkami v primárním i v sekundárním obvodu transformátoru, které jsou umístěny uvnitř řídící jednotky. Při eventuální výměně některé z těchto pojistek je nutné přístroj před otevřením odpojit od síťového napětí vytažením síťového přívodu. Je zakázáno provozovat zařízení s neuzavřeným horním krytem.

ZAŘZENÍ PRO OSAZOVÁNÍ A PÁJENÍ TECHNIKOU POVRCHOVÉ MONTÁŽE

Základní technické parametry: Napájecí napětí : 230 V / 50Hz Pracovní napětí nástrojů : 15V maximálně Jištění tavnými pojistkami : primár : F 0,5A , skundár : T 4A Indikace provozního stavu : dvoubarevná LED dioda Teplota vystupujícího vzduchu : 150 - 320 oC Teplota hrotu : 150 - 320 oC

Instalace pracoviště

Po vybalení přístroje nejprve podrobně pročtěte tuto příručku. Seznámíte se jednak s jeho správným používáním, nastavením vhodného režimu pájení, ale také s praxí ověřenými zkušenostmi a postupy, které Vám umožní pracovat v profesionální kvalitě. Do levého konektoru označeného VACU-PIK Š (cinch) na panelu řídící jednotky připojte podtlakový manipulátor.

U horkovzdušného pájedla nejprve dobře navlékněte silikonovou hadičku přívodu vzduchu do vyústění na panelu vpravo nahoře a potom připojte konektor DIN5 rozbočovače do konektoru, označené na panelu jako HOT-AIR. Zasouvejte jej vodicím klíčem v horní poloze a dbejte na úplné propojení obou částí konektoru tak, aby byla zajištěna dokonalá funkce pájedel. Nedostatečné propojení el. přívodu pájedla resp. rozbočovače je signalizováno stálým blikáním zelené svítivky. Rozbočovač jak již bylo uvedeno slouží k přepínání mikropájedla a horkovzdušného pájedla a také k jejich bezpečnému a pohodlnému odkládání. Pájedla je možno připojit do konektorů libovolně, přípojený je ten nástroj, k jehož konektoru směřuje páčka přepínače .

Pájedlo odkládejte zásadně do stojanu a nikdy nezapínejte přístroj s nepřipojenou hadičkou přívodu vzduchu do HV pájedla, neboť po několika vteřinách dojde k jeho přehřátí a přerušení topného elementu.

Provozní stav zařízení je indikován dvoubarevnou LED .

Do zásuvky na zadním panelu připojte síťovou šňůru a přístroj je připraven k použití. Síťový vypínač je umístěn na zadním panelu řídící jednotky.

Provoz zařízení

Podtlakový manipulátor nemá na panelu řídící jednotky žádný ovládací prvek.Střídavé zapínání a vypínání nástroje se děje stlačováním sací jehly. Uchopte nástroj do svislé polohy, dotkněte se povrchu součástky, kterou chcete přemístit(osadit), lehce přitlačte, až dojde k sepnutí spinače a vzniklý podtlak v duté jehle součástku spolehlivě přisaje. Přeneste součástku na příslušné místo na desce a opět ve svislé poloze ji lehkým zatlačením nástroje umístěte do připravené pájecí pasty. Zdroj podtlaku se vypne a nástroj součástku "pustí". V případě osazování hmotnějších součástek (SOIC, PLCC,flatpack ap.) nasaďte na jehlu přísavku, která mnohonásobně zvýší sací účinek a umožní Vám manipulovat i s těmito pouzdry. Pro správnou funkci nástroje je nutné pouze důkladné propojení konektoru CINCH, aby došlo k jeho vnitřnímu utěsnění. Hlavice nástroje s výměnnou jehlou ( typ LUER ) je otočná a umožňuje Vám pomocí vroubkovaného okraje otáčet se součástkou i během jejího transportu.

Pájedla připojená přes rozbočovač mají na panelu řídící jednotky možnost nastavení množství 12 (SET AIR) a teploty (SET TEMP) výstupního proudu vzduchu pro HV pájedlo nebo teploty hrotu pro mikropájedlo. Nastavení teploty u obou pájedel se provádí stejným nastavovacím prvkem. Doporučujeme nastavovat teploty pájedel na optimální hodnotu dle mohutnosti pájené či odpajované součástky.

V žádném případě není vhodné urychlovat pájecí proces nastavením regulátoru teploty na maximum, protože dojde k nestandardnímu průběhu přetavení pájecí pasty, resp. k tepelnému šoku součástky pájené mikropájedlem, které může vést i k jejímu zničení.

Pro mikropájedlo je dodávána sada výměnných hrotů 5 pro snadné odpájení základních typů SMD. Jsou vyrobeny z kovu, který je rezistentní vůči tekuté pájce.

Pracovní režimy pájedel (viz tepelné profily).

Po zapnutí síťového spínače se připojené pájedlo vyhřeje na pohotovostní teplotu cca 1000C (STAND-BY) A , což je signalizováno přeblikáváním červené a zelené LED. Vybavením tlačítka na připojeném nástroji se jeho pracovní teplota po náběhu B signalizovaném blikáním zelené LED ustálí na nastavené hodnotě C a množství dodávaného vzduchu pro HV pájedlo lze plynule regulovat. Teplotně ustálený pracovní režim je na panelu indikován trvalým svitem zelené LED. V pracovním stavu pak množství a teplota vzduchu v ústí trysky odpovídají nastaveným hodnotám a lze je měnit. Na obou regulačních prvcích jsou vyznačené rozsahy vhodné pro pájení SMT resp. pro zasoušení lepidel nebo nahřívání plastů. Po cca 90 sek. provozu se začne teplota výstupního vzduchu snižovat na pohotovostní teplotu D , tj. do stavu STAND-BY, na což je obsluha upozorněna akustickým signálem (krátkým pípnutím). Pokud se po tomto signálu bezprostředně vybaví tlačítko nástroje, pracovní režim se ihned obnoví E a trvá dalších asi 90 sek. Pokud ovšem k vybavení tlačítka nedojde, teplota výstupního vzduchu se ustálí asi po 20-60 sek. ve stavu STAND-BY A a nástroj je opět pouze předehříván pro následné použití. Stav STAND-BY je indikován střídavým blikáním červené a zelené LED. Pokud ve stavu STAND-BY nedojde k vybavení spinače na pájedle do 2 minut, vzduchové čerpadlo se zastaví a odpojí se i vyhřívání topného elementu, nastane stav COLD F , který je indikován trvalým svitem červené LED. Ze stavu COLD lze přístroj buď zcela vypnout síťovým vypínačem a ukončit práci nebo opětovným vybavením tlačítka na pájedle přejít do pracovního režimu s nastaveným množstvím a teplotou výstupního vzduchu H . Pracovní stavy pro obě pájedla ( HVP i µP) jsou vyznačeny na následujících změřených teplotních profilech.

Teplotní profil HVP s odkazy na popis v textu

Teplotní profil µP znázornění oteplení a signalizace

Touto logikou ovládání je zajištěna bezpečnost na pracovišti při event. nedbalém odložení pájedla mimo odkládací stojan s vyšší nastavenou. teplotou do blízkosti hořlavého předmětu a také se jí mnohonásobně prodlužuje životnost pájedla, které je pak vyhříváno na pracovní teplotu pouze po dobu nezbytně nutnou pro pájení.

Rozbočovač s pájedly a osazovací pipeta jsou na sobě provozně nezávislé, což umožňuje činnost dvou pracovníků u jednoho pracoviště. Pomocí několika za sebou řazených pracovišť tak lze vytvořit produktivní a levnou výrobní linku pro maloseriovou výrobu.

Návrh, osazování, pájení a čištění DPS.

Uvádíme zásadní metodiku práce pro příslušné operace . Postup pro získání kvalitního SMT produktu je praxí ustálen. Nastavení i průběhy fyzikálních parametrů ( T, t ) v procesu pájení vč. použití technologických prostředků a materiálů podléhá stále hlubší standardizaci.

Návrh DPS

DPS má být navržena dle zásad pro SMT nejlépe v některém z užívaných návrhových systémů ( Orcad, Pads, Protel, Formica a p. ). Doporučuje se používat u dané součástky výrobcem definovanou velikost pájecích plošek. Jednou z důležitých zásad návrhu DPS je na př. to, že vývod vodiče z pájecí plošky musí býti tenší než je její šířka nebo musí být opatřen krčkem. Zamezí se tím odvzlínání tekuté pájky z plošky na spoj.

Nanášení pájecí pasty.

U manuálního pracoviště typu SDW přicházejí v úvahu dva způsoby nanesení pájecí pasty na pájecí plošky.

a) Nanášení ručním aplikátorem (je dodáván jako zvl. příslušenství).

Pozvolným otáčením šroubu vytlačíme přiměřené množství pájecí pasty. Po každém ukončení práce s aplikátorem nutno uvolnit tlak na píst zpětným otočením šroubu o cca 1/2 otáčky. Pasta tak nebude vytékat z aplikátoru i po ukončení práce.Množství pasty je nutno v praxi vyzkoušet, neboť pro každý typ součástky může být jiné. V zásadě ale jde o množství velikosti polokoule o poloměru1-1,5mm. Příliš velké množství pasty má za následek její vytlačení osazovanou součástkou mimo pájecí plošku a při přetavení vznik kuliček kovu, které norma nepřipouští, protože mohou způsobit zkraty na desce. U DPS opatřených nepájivou maskou lze na řadu vývodů ( na př. pro pouzdra SO, LCC, QFP i jiná ) nanést příčný váleček pasty bez přerušení. Pájka při přetavení navzlíná k jednotlivým vývodům.

b) Nanášení sítotiskem

Kovové síto doporučené hustoty (80 mash) se fotocestou opatří motivem pro nanesení pájecí pasty na součástkové plošky. ( Datový výstup pro tento motiv tzv. SMT Mask lze generovat u všech výše uvedených návrhových systémů). V sítotiskovém zařízení se DPS jedním stěrem pasty přes síto opatří na všech ploškách vrstvou o síle 8 -10 mil tj. 0,2 - 0,25 mm.

Nanesením správného množství pasty pro ten který typ součástky je zaručena kvalita zapájených spojů. Množství dodané pasty na páj. plošku je tedy předurčeno velikostí otvoru v sítě a tloušťkou krycí masky.

Zásada : Na pájeném spoji je důležité vizuálně hlídat okamžik přetavení pasty. Eutektická pasta přechází do fáze liqidu skokem. V okamžiku zrcadlového zlesknutí pájeného spoje dochází k navzlínání pasty na vývod součástky a pájení tohoto bodu je možné ihned ukončit.

Nepřehřívejte zbytečně pájené místo ! Pokud nedochází k navzlínání pájky, je nutné ověřit pájitelnost DPS i součástky, případně kvalitu použité pájecí pasty ( záruční lhůtu, skladovací podmínky - viz naši publikaci "Připojování součástek v elektronice").

správně formovaný pájený spoj nesprávně připájená součástka

Zásada :

Větší množství pasty nebo pastu, která není určena k okamžitému použití, skladujte při snížené teplotě dle doporučení výrobce.Zamezí se tak separaci hmotnějšího kovu od těkavějšího aktivátoru a tím znehodnocení pasty . Zpětná homogenizace při zachování původních vlastností pasty již není možná. Před použitím doporučujeme temperovat pastu na provozní teplotu (20 - 25oC) po dobu cca 24 hodin.

Osazování součástek

Při osazování SMD (Surface Mounting Devices neboli součástky pro povrch. montáž) do pájecí pasty pro pájení přetavením (Reflow soldering) není potřeba součástky na DPS přilepovat. Pasta je dostatečně vazká, aby součástky udržela na místě i při překlopení DPS o 1800 . Manipulace a transport osazené DPS však musí být prováděn s opatrností tak, aby se zabránilo mechanickému "smetení" součástek. Osazená a nezapájená DPS může být skladována 2 - 4 hod. bez újmy na kvalitě pájecí pasty.

Pájení

K dokonalému provedení pájeného spoje je potřeba dodat takové množství tepla, aby se všechny složky pájecí pasty aktivovaly v předepsané oblasti teplotně-časové závislosti tj. T = f(t). Křivka ohřevu má doporučený průběh, který je téměř shodně interpretován všemi výrobci pájecích zařízení.

Plná čára

značí doporučený teplotní profil při pájení přetavením (reflow).

Čárkovaně

je vyznačen ohřev pájeného spoje při místním ohřevu horkým vzduchem bez použití podehřívací desky. Fáze aktivace pasty je přitom zkrácena na cca 10 sec., čímž je působení aktivačních činidel velmi omezeno.

O to nutněji je třeba dbát na dokonalé očištění spoje před pájením od případných oxidů nebo jiného znečištění. Doporučujeme proto vyrobené DPS které nejsou ovrstveny pájkou ("pocínovány") od výrobce, ochránit po dobu skladování vhodným ochranným lakem, který se těsně před pájením ( do 1 hod.) odstraní, nebo ještě lépe chemicky pocínovat.

Doporučení:

Nastavení teploty , který se vzduchu v pájedla je nutno experimentálně vyzkoušet pro jednotlivé typy pouzder i pro různé druhy základních materiálů ústí DPS a jejich rozličné tloušťky.

Čištění

Vzhledem k tomu , že se při maloseriové nebo kusové výrobě DPS nepředpokládá plnmechanizované strojní čištění desek s uzavřeným oběhem čistícího media, musíme použít jediného dostupného prostředku bez halových prvků či jejich sloučenin - tj. Isopropylalkohol. Použití denaturovaného etanolu, benzinu, acetonu, případně organických rozpouštědel není v prům. praxi přípustné,protože jsou vodou nerozpustná.

Nečistoty na osazených DPS jsou v říp. org. zdvojího druhu:

- nepolární (neiontové),

jejichž zdrojem jsou převážně tavidla, kalafuna, oleje a vosky vč. všech zbytků z předchozích technologických procesů ( výroba DPS ) a z okolního prostředí při nevhodném skladování. Jsou ve vodě nerozpustné.

- polární (iontové)

pochází většinou ze zbytků organických látek v páj. pastě. Vodou rozpustné.

Správný způsob čištění je tedy ten, když nejprve odstraníme nepolární zbytky důkladným omytím v čistém isopropylenu

( při ručním čištění použijeme měkký štětec k mechanickému odstranění nečistot ) a ihned poté desku oplachujeme destilovanou ( lépe pak deionizovanou ) vodou, která smyje i kontaminovaný isopropylen z předchozího mytí. Na závěr DPS sušíme při 600 C do úplného odpaření zbytků H2O i z míst pod připájenými součástkami.

Při použití bezoplachových tavidel, resp. pájecích past na jejich bázi pak čiš- tění DPS může odpadnout, avšak vždy na újmu vzhledu hotového produktu.