K v a l i t e t s l o d n i n g e f t e r w o r k m a n s h i p
Mål B l ø d l o d n i n g s p r o c e s E v a l u e r i n g a f p r o c e s R e f e r e n c e m a t e r i a l e M a t e r i a l e r (leadede og SMD) H å n d t e r i n g a f m a t e r i a l e r M o n t a g e t e k n i k k e r R e p a r a t i o n s t e k n i k k e r U d l o d n i n g s t e k n i k k e r
Undervisningsplan 1.dag 2. dag 3. dag 4. dag 5. dag Velkomst Præsentation af mål Teori Printmaterialer Udstyr og værktøj Håndteringsteknikker Montageteknikker Loddeteknikker Workmanship Praktik Opgave (komponentmontage og placering (IPC-A- 610-DK afsnit 5)) PCB 3 (FR4) Radial modstandsmontering Axial modstandsmontering Opløftning af komponenter axial og radial Montering af fatning Manuel lodning Opfølgning Teori Bedømmelse af lodninger Håndtering af ledninger Håndtering, montage og lodning på loddespyd og tårn Udlodningsteknikker Praktik Opgave (Godkendelseskrav for lodning (IPC-A-610-DK afsnit 6)) PCB 4 (FR4) Axial straps montering Axial modstandsmontering Montering af loddespyd og tårn Ledningsmontage Montering af fatning Manuel Lodning Udlodning af udvalgte komponenter Opfølgning Teori Reparationsteknikker af lederbaner, loddeøer og gennemplettering Leadede og SMD print Praktik PCB6 (FR4) Axial straps montering Axial modstandsmontering Radial modstandsmontering Montering af fatning Manuel lodning Udlodning af udvalgte komponenter Reparation af lederbaner og loddeøer Opfølgning Teori SMD komponenter Montageteknikker Loddeteknikker Bedømmelser af montage og lodning Praktik PCB2SMD (FR4) Montage af chip komponenter Montage af SO hus Montage af PLCC hus Reflow lodning med almindelig loddekolbe med og uden undervarme Flow lodning med almindelig loddekolbe med og uden undervarme Reflow lodning med hotair med og uden undervarme Opfølgning Teori evaluering Praktik PCB HotAirLevel (HAL) (FR4) Leadede komponentmontering SMD montering Lodning Bedømmelse efter workmanship Afslutning
Blødlodning Lodning <450 0 C Flowlodning Proces Reflowlodning Almindelig loddekolbe Almindelig loddekolbe Varmluft Bølgelodning IR Vapour phase
Blødlodning Almindelig håndlodning Reflow IR lodning Flowloding / bølgelodning Hot air lodning Vapour phase
Blødlodning Lodde materiale - stænger/piller Flowlodning Lodde materiale tipasta Reflowlodning Håndloddetin Flus
Blødlodning Valg af proces Flowlodnig Reflowlodning Udstyr Loddeprofil Effekt Loddespids/dyse Loddemateriale Flusmiddel Metode Temperatur 0 C > 0 C < 0 C Tid (t)
M a n u e l l o d n i n g WELLER WD 1
Loddestation Weller WD1(M) / WD1000(M)
Info center og betjeningspanel Temperatur angivelse Temperatur symbol Specialfunktioner STANDBY OFF REMOTE OFFSET SETBACK WINDOWS 0 C 0 F min Tidsfunktion UP DOWN 3 Fast temperatur Temperaturtaster I II III Spærring Optisk styringskontrol
Programmering af temperatur Temperatur værdi vælges ved at trykke på up eller down knap Vælg knap I, II eller III Tryk på den valgte knap i 3 sekunder Den valgte temperatur er nu lagret på den valgte knap
Weller loddekolbe FE75 Rør Loddespids Omløber
Loddekolbens indstilling Eksempel: Loddetin legering / smeltepunkt Loddestedet opvarmes (40 0 C højere) Loddestationen indstilles (100 0 C højere) 217 0 C 257 0 C 357 0 C Anvend egnet flus til blyfri lodning (kogepunktet er højre) Loddespids kan renses i blyfri rensekapsel Anvend eventuel metal grydesvamp til loddespidsen
Substratmateriale Papir / Epoxy (FR3) FR = Flame Retardant 3 Glasfiber / Epoxy (FR4) FR = Flame Retardant 4 Aluminiumoxid (Keramik) Specielle materialer
Eksempler på overfladefinish på loddepads Hot Air Solder Level (HASL / HAL) Kemisk nikkel / guld Kemisk sølv Kemisk tin Organisk beskyttelse
Rulletin Leverandørbrugsanvisning SN 63% Tin PB 37% - Bly Arbejdspladsbrugsanvisning Produktblad
Sikkehedsdatablad / Brugsanvisning 1. Identifikation af stoffet/materialet 2. Sammensætning/oplysning om indholdsstoffer 3. Fareidentifikation, 4. Førstehjælpsforanstaltninger, 5. Brandbekæmpelse 6. Forholdsregler over for udslip ved uheld 7. Håndtering og opbevaring 8. Eksponeringskontrol/personlige værnemidler 9. Fysisk-kemiske egenskaber 10. Stabilitet og reaktivitet 11. Toksikologiske oplysninger (sundhedsfarlige egenskaber) 12. Miljøoplysninger 13. Bortskaffelse 14. Transportoplysninger 15. Oplysninger om regulering 16. Andre oplysninger
Nogle grundstoffer - Metaller Aluminium Al Tin Sn Guld Au Platin Pt Jern Fe Nikkel Ni Kobber Cu Bismuth Bi Sølv Ag Indium In Bly Pb Zink Zn
Eksempel på metalsammensætning for loddetin Blanding Sammensætning Materialet smeltepunkt Loddestedets temperatur 0 C 0 F 0 C 0 F Sn / Pb reference 63 Sn / 37 Pb 183 361 232 271 450 520 Sn / Ag 96,5 Sn / 3,5 Ag 221 430 260 276 500 530 Sn / Cu 99,3 Sn / 0,7 Cu 227 441 265 276 510 530 Sn / Ag / Cu 95,5 Sn / 4,0 Ag / 0,5 Ag 215 218 419 424 271 276 520-530
Flus Flussens opgave er at fjerne oxider og organiske forureninger fra loddestedet at fremme loddetinnets flydeevne at holde overfladen på loddetinnet og lederbaner oxidfri, indtil metallisk forbindelse er etableret
Flus aktivitet sammenligning mellem Gl. USA standard og IPC J STD - 004 L0 Alle R nogle RMA No clean L1 Mest RMA nogle RA M0 Nogle RA Nogle No clean M1 Mest RA Nogle RSA H0 Nogle vandopløselige H1 Nogle RSA mest vanopløselige og syntetisk aktiveret
Loddetin Flus 95,5% Tin (Sn) 3,8% Sølv (Ag) 0,7% kobber (Cu) Smeltepunkt: 217C Loddetemperatur: 260C Instilling af loddekolbe: 350C - 380C Loddetid: 1-3 sek. SN/AG/CU Flusmiddel: No-clean 3% RO L0
Blyfri proces SnAg (SN96,5 Ag 3,5) Opvarmning Flus aktivering Tinnet smelter Loddetemperatur 20 0 C 130 0 C 170 0 C 221 0 C 250 0 C 260 0 C 275 0 C Maksimum loddetemperatur Minimum loddetemperatur Minimum loddetemperatur Anbefalet Tin smeltepunkt Flus Maksimum temp Flus Minimum temp Stue temperatur
Intermetalisk lag Det intermetaliske lag er den kemiske forbindelse mellem tin- og kobberatomer i lodningen. Tykkelsen er omkring 2µm ved korrekt udførelse Kobber (loddeø) Ved en opvarmning er legeringslaget 1 2 µm Max 7 8 µm Lodningens svageste punt For meget varme og genopvarmning vil bevirke, at det intermetalliske lag vokser Laminat (f. eks. Epoxy glasfiberprint)
Lodninger Lodninger beskrives i workmansshippen Godkendelseskrav til lodning - Leadede - Overflademonterede printkort
EVALUERING AF LODNING
Evaluering af lodning Inspektion af lodning Manuel Proces Automatisk Visuel Automatisk optisk inspektion Optisk Røntgeninspektion
Evaluering af lodning Visuelt inspektion Optisk inspektion -Lup -Mikroskop
Evaluering af lodning Automatisk optisk inspektion af PCB Røntgensystem
WORKMANSHIP IPC-A-610-DK
Workmanship 1. Godkendelseskrav for bestykkede printkort 2. Anvendelige dokumentationer 3. Håndtering af printkort 4. Mekanisk montage 5. Komponentmontage, placering og orientering 6. Lodning 7. Renhed 8. Mærkning 9. Coatning 10. Laminat betingelser 11. Ledningsføring 12. Overflademonterede printkort
KLASSIFICERING IPC A 610 DK
Klassificering Kriterier for de 3 Klasser Klasse 1 Klasse 2 Klasse 3 Reference IPC-A-610C
Klasse 1 Almindelig elektronikprodukt Almindelig elektronik som er egnet til anvendelse. Mindre kosmetiske fejl er ikke vigtig. Det færdige produkts krav er funktionen Reference IPC-A-610C
Klasse 2 Specifikke service elektronikprodukter Avanceret udstyr Kommukationsudstyr Kontormaskiner Instrumenter Høj ydelse og holdbarhed påkrævet. Drifts pålidelighed vigtig, men ikke kritisk. Kosmetiske fejl tilladte i begrænset omfang. Reference IPC-A-610C
Klasse 3 Højt ydende elektronik produkter Krav om kontinuerlig funktion og ydeevne af delen er påkrævet. Driftsstop på delen kan ikke tolereres, den skal fungere når det er påkrævet. Det kan være livsvigtig udstyr og kontrolsystemer f. eks. livsvigtige overvågnings- og kontrolsystemer. Delen kan anvendes, hvor høj sikkerhedsniveau er påkrævet eller hvis funktionen er kritisk. Delen anvendes i usædvanlig barsk miljø. Reference IPC-A-610C
Godkendelsesniveauer Kilde: IPC-A-610-DK Ønskelig En tilstand som er tæt på det perfekte. Proces indikator En tilstand med fokus på planlægning, gennemførelse og evaluering af produktet og produktionsforløbet. Acceptabel En tilstand som lever op til minimumskravene for slutproduktet, men stadig med tillid til konstruktionens pålidelighed i dets normale driftsmiljø. Defekt En tilstand som ikke er tilstrækkelig til at sikre produktets udformning, anvendelighed og funktion i dets normale driftsmiljø.
E S D STATISK ELEKTRICITET Et problem vi må forholde os til
ESD Electro Static Discharde Elektrostatisk afladning
Statisk udladning En hurtig afladning skabt af en elektrostatisk kilde. En elektrisk energi som kommer i berøring med eller i nærheden af en følsom komponent. Komponenternes følsomhed vokser i takt med, at de bliver mindre og mindre.
ESDs natur f. eks. Plastæske Friktion / bevægelse Negativ ION Overskud af elektroner - - - - + + - + + + + + - - f. eks. Bordplade - - Positiv ION Underskud af elektroner - + + - + + + + + -
Elektriske ladninger Ingen ladning ingen kraft 2 positive ladninger frastøder hinanden 2 negative ladninger frastøder hinanden Modsatte ladninger tiltrækker hinanden
Kapacitans Skruetrækkeren er en isoleret leder. En skruetrækker kan i princippet få en elektrisk ladning. Kommer til at fungere som en kondensator
Kondensator C = A x ε S = FARAD C = Kapacitet (formeltegn) A = Areal ε A A S S = Afstand ε = Dielectricitetskonstant (isolation) ε = Epsilon
Menneske Kapacitans er bl. a. afhængig af: Ca. 200pF Gulvbelægningens isolationsevne Skosålernes materiale Skonummeret
Hvordan opstår den? Faste stoffer Ved kontakt / gnidning og separation Væsker Ved bevægelse eller fordråbning Evtuelt tankning af køretøjer og fly Luftarter Ingen ved rene luftarter Induktion Ved at et elektrisk felt frembringer en ladning på overfladen af et isoleret materiale
L u f t M e n n e s k e k r o p G l a s H å r S i l k e P a p i r B o m u l d T r æ R a v G u l d P V C ( v i n y l ) T e f l o n Triboelektrisk serie (uddrag) Positiv spænding Negativ spænding
Forekomst af statisk elektricitet Statisk elektricitet i naturen Tordenvejr
Forekomst af statisk elektricitet Næsten alle steder, hvor mennesker arbejder, kan der opstå statiske ladninger. Kontakten og gnidningerne, kan frembringer ladningen. Måske op til 20.000 Volt Mange materialer kan oplades: - isoleret værktøj - plastlommer - tegninger - mm.
Forekomst af statisk elektricitet Ses fra ca. >10.000 Volt Høres fra ca. >5.000 Volt Føles fra ca. >3.000 Volt
Forekomst af statisk elektricitet Temperat ur i 0 C Relativ luftfugtighed i % 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Absolut luftfugtighed i gram pr. m 3 0 1,0 1,5 1,9 2,4 2,9 3,4 3,9 4,3 4,8 6 1,5 2,2 2,9 3,6 4,4 5,1 5,8 6,5 7,3 12 2,1 3,2 4,3 5,3 6,4 7,4 8,5 9,6 10,7 18 3,1 4,6 6,2 7,7 9,2 10,7 12,3 13,8 15,4 20 3,5 5,2 6,9 8,6 10,4 12,1 13,8 15,6 17,3 22 3,9 5,9 7,8 9,7 11,7 13,6 15,5 17,5 19,4 24 4,4 6,5 8,7 10,9 13,1 15,3 17,4 19,6 21,8 28 5,5 8,2 10,9 13,6 16,3 19,1 21,8 24,5 27,3 30 6,1 9,2 12,1 15,2 18,2 21,3 24,3 27,4 30,4
Forekomst af statisk elektricitet Statiske ladninger kan overføres fra materiale til materiale - mellem ledere og ledere - mellem isolatorer og isolatorer - mellem isolator og leder.
Statisk elektriske virkninger Modsatte ladninger tiltrækker hinanden 2 positive ladninger frastøder hinanden 2 negative ladninger frastøder hinanden
Statisk elektriske virkninger Bliver en tilfældig opladet leder forbundet til jord - bliver der en strømpuls. Passerer pulsen gennem et følsomt materiale kan det medføre ødelæggelse. Udladninger af den slags kræver ledende forbindelse til jord og vil normalt kun komme fra en opladet leder.
Statisk elektriske virkninger En anden slags udladning kan ske, hvis feltstyrken overskrider den kritiske værdi i isolationsmaterialet. Udladningen kan risikere at ødelægge isolationsevne mere eller mindre. Udladningen betragtes som et gennemslag i materialet.
Statisk elektriske virkninger Udladning kan deles op i følgende: - Gnist udladning - Korona udladning - Busk udladning
Statisk elektriske virkninger Gnist udladning Udladningen sker meget hurtig og koncenteret I princippet et lyn mellem de 2 ledere Gnisten er betydelig tændfarligt
Statisk elektriske virkninger Korona udladning Koronaudladning sker fra eller til en spids på en leder. Koronaudladningen er normalt temmelig lille og betragtes som ufarlig i forbindelse med eksplosioner eller brande - - + + - + + - + + - + + - + + + +
Statisk elektriske virkninger Buskudladning Mere koncentreret end koronaudladning. Sker fra en krumning på et ledende materiale og er uregelmæssig i sit forløb Kan antænde nogle luftdampe da energitætheden er større end koronaudladningen. - - - - - - - -
Ødelæggelse forårsaget af ESD Skades typer.. Total ødelæggelse akutte skader Degeneration latente skader
Ødelæggelse forårsaget af ESD Risiko for skader ved ukorrekt håndtering
Ødelæggelse forårsaget af ESD Udladningen har givet elektrisk gennemslag. Der er dannet kulstof af ukendt størrelse. Latent skade???? Dannelse af kulstof genereres videre når produktet er i drift fænomenet kaldes migration og bliver til en kortslutning til sidst.
Ødelæggelse forårsaget af ESD Komponenter bliver inddelt i klasser: Klasse Følsomhed 0 0 170 Volt 1 170 1.000 Volt 2 1.000 4.000 Volt 3 4.000 15.000 Volt
Ødelæggelse forårsaget af ESD Komponentnavn MOSFET Effekt MOSFET HCMOS CMOS B-serie Liniær MOS Små bipolar komponenter Effekt bipolar komponenter Filmmodstande Følsomhed Rød meget følsom sort relativ ufølsom
Metoder til bekæmpelse af statisk elektricitet Beskyttelse: Undgå at statiske ladninger kan opstå (i princippet umuligt) Fjerne statiske ladninger straks de opstår Beskytte mod udefra kommende ESD i korrekte emballager.
Transport beskyttelse Kasser med låg Shieldingpose (skærmende) til beskyttelse af elektronik, beskytter såvel mod ladninger indefra som eksterne påvirkninger. Ledende skum Conductive materialer Pink poly (lyserødt) - født antistatisk kan ikke i sig selv generere statiske ladninger, men beskytter ikke for udefra kommende ladninger
Metoder til bekæmpelse af statisk elektricitet Fjernelse af statisk elektricitet ESD Ladninger kan via ESD - JORD fra ledende materialer fjernes med en modstand op til 100MΩ som i statisk hensende er ledende.
Metoder til bekæmpelse af statisk elektricitet Hvordan bør ESD beskyttelse udformes: - Ved at tilrettelægge håndteringen og produktionen. - Ved at tænke alle led i virksomheden ind. - Ved at anvende de rigtige materialer i de forskellige led. - Ved at udvise en hensigtsmæssig adfærd.
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet Insulative Isolator >10 12 Ω Dissipative Shielding Antistatiske område Afledende Skærmende Faraday bur 10 5 10 12 Ω <10 4 Ω Conductive Ledende <10 6 Ω DS/E10015-1
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet I ESD sammenhæng conductive elektriske ledere Metaller Kulstof Vandige opløsninger De fleste syrer, baser og salte Modstand <1MΩ
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet Dissipative materialer tidligere antistatiske materialer (10 4 10 12 Ω ) For isolerende til at aflede andre materialer Dog tilstrækkelig til at kunne aflede sig selv Modstandsværdien er faktisk ukorrekt, egentlig skulle det have været den specifik modstand eller i dag resistivitet
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet Isolatorer >10 12 Ω Ladning på en isolator kan ikke fjernes, men neutraliseres Typisk med en ionisator Antistatiske spray kan undertiden også bruges til at gøre overfladen ledende
ESD PROTECTED AREA EPA - OMRÅDE
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet Adgangskontrol Håndledsbånd f ø r s t p å, s i d s t a f
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet Mærkning Indikerer - at enheden er modtagelig for skader fra ESD kilder Indikerer - at enheden er special Designet - til at give ESD beskyttelse af bestykkede printkort og komponenter, som er ESD følsomme
Godkendelsesniveauer Kilde: IPC-A-610-DK Se afsnit i IPC-A610 DK
Udlodning
Legeringslaget L oddetinnet L eger ingslaget K obberø på printplade L aminat f. eks epoxyglasfiber
Flus Flussens opgave er at fjerne oxider og organiske forureninger fra loddestedet at fremme loddetinnets flydeevne at holde overfladen på loddetinnet og lederbaner oxidfri, indtil metallisk forbindelse er etableret
Blyfri proces SnAg (SN96,5 Ag 3,5) Opvarmning Flus aktivering Tinnet smelter Loddetemperatur 20 0 C 130 0 C 170 0 C 221 0 C 250 0 C 260 0 C 275 0 C Maksimum loddetemperatur Minimum loddetemperatur Minimum loddetemperatur Anbefalet Tin smeltepunkt Flus Maksimum temp Flus Minimum temp Stue temperatur
Blødlodning Valg af proces Flowlodnig Reflowlodning Udstyr Loddeprofil Effekt Loddespids/dyse Loddemateriale Flusmiddel Metode Temperatur 0 C > 0 C < 0 C Tid (t)
Udstyr Indlodning Udlodning Reparation
Loddekolbens indstilling Eksempel: Loddetin legering/smeltepunkt Loddestedet opvarmes (40 0 C højere) Loddestationen indstilles (100 0 C højere) 217 0 C 257 0 C 357 0 C Anvend egnet flus til blyfri lodning (kogepunktet er højre) Loddespids kan renses i blyfri rensekapsel Anvend eventuel metal grydesvamp til loddespidsen
Reparationsteknik PCB
Fejl typer Bøjede printkort Skæve printkort Kant skader Defekt plettering Løs loddeø Ødelagt lederbane Flusrester Lakskader Lakfejl ved huller
Printplade skader Bøjede printkort Skæve printkort Kantskader
Reparation af plettering Fejlen erkendes Hullet bores op med den rigtige diameter til eyeletten
Reparation af plettering Eyeletten vælges ud fra hullets diameter (Ø-mål) og printets tykkelse plus krave (længden mål (L) på eyeletten) L Ø I princippet en rørnitte
Reparation af plettering Eyeletten isættes hullet og kraven udformes med værktøjet. Krave udformning 45 0 eller flad men printoverfladen.
Ny loddeø Leadede loddeøer og lederbaner til reparation. Loddeø fastgøres typisk via eyelet Loddeøer og lederbaner til reparation Loddeø fastgøres via epoxy lim aktiveres med varme
Ny loddeø SMD loddeøer og lederbaner til reparation. Loddeø fastgøres typisk ved limning Loddeøer og lederbaner til reparation Loddeø fastgøres via epoxy lim aktiveres med varme
Reparation af lederbaner Erkendelse af brud på lederbane, reparationsmetode vælges
Reparation af lederbaner Overlapning af den nye lederbane bør være ca. 3mm eller lederbanens bredde Ny lederbane afskæres i 45 0 LaHL 45 0 Gammel lederbane afskæres i 45 0 Hvis en lederbane er overfladebehandlet og renovering er påkrævet, fjernes denne overfladebehandling, som typisk består af en dækkelak med farvepigment og en transparent loddestoplak. Derved kommer man helt ned til det rå kobber.
Reparation af lederbaner Klargøring og valg af lederbane - rigtig bredde vælges. Lederbanen kan være med og uden epoxy lim Lederbanen formes typisk som tidligere var formet Lederbanen kan fikseres med tape, hvis lederbanen er med epoxy lim bruges kapton tape Lim aktiveres eller hærdes Lederbanens ender loddes til printets lederbaner Rensning og lakering Inspektion og kontrol af reparationen
Kemiske fejl Flusrester afrenses efter reparation så krybestrømme og ætsninger ikke kan finde sted. Lakskader skal de repareres er det vigtigt at de rigtige laktyper anvendes Lakfejl ved huller kan reducere muligheden for en god og stabil lodning. HUSK! Rensevæske, lak og maling samt flus er kemi og dertil er der brugsanvisninger som skal læses for at produkterne kan håndteres korrekt.