K v a l i t e t s l o d n i n ge 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
VelkomstPræsentation af målTeoriPrintmaterialerUdstyr og værktøjHåndteringsteknikkerMontageteknikkerLoddeteknikkerWorkmanship
PraktikOpgave(komponentmontage og placering (IPC-A-610-DK afsnit 5))
PCB 3 (FR4)Radial modstandsmonteringAxial modstandsmonteringOpløftning af komponenter axial og radialMontering af fatningManuel lodning
OpfølgningTeoriBedømmelse af lodningerHåndtering af ledningerHåndtering, montage og lodning på loddespyd og tårnUdlodningsteknikker
PraktikOpgave(Godkendelseskrav for lodning (IPC-A-610-DK afsnit 6))
PCB 4 (FR4)Axial straps monteringAxial modstandsmonteringMontering af loddespyd og tårnLedningsmontageMontering af fatningManuel Lodning Udlodning af udvalgte komponenter
Opfølgning TeoriReparationsteknikker af lederbaner, loddeøer og gennempletteringLeadede og SMD print
PraktikPCB6 (FR4)Axial straps monteringAxial modstandsmonteringRadial modstandsmonteringMontering af fatningManuel lodningUdlodning af udvalgte komponenter Reparation af lederbaner og loddeøer
OpfølgningTeoriSMD komponenterMontageteknikkerLoddeteknikkerBedømmelser af montage og lodning
PraktikPCB2SMD (FR4)Montage af chip komponenterMontage af SO husMontage af PLCC husReflow lodning med almindelig loddekolbe med og uden undervarmeFlow lodning med almindelig loddekolbe med og uden undervarmeReflow lodning med hotair med og uden undervarme
OpfølgningTeori evalueringPraktikPCB –HotAirLevel(HAL) (FR4)Leadede komponent-monteringSMD monteringLodningBedømmelse efter workmanship
Afslutning
Blødlodning
Lodning<4500C
Flowlodning ReflowlodningProces
Almindelig loddekolbe
Bølgelodning
Varmluft
Vapour phase
Almindelig loddekolbe
IR
Blødlodning
Hot air lodningVapour phase
Reflow IR lodning
Flowloding / bølgelodning
Almindelig håndlodning
Blødlodning
Håndloddetin
Lodde materiale - stænger/piller Flowlodning
Flus
Lodde materiale – tipastaReflowlodning
Blødlodning
Metode
Tid (t)
Temperatur0C
Valg af procesFlowlodnigReflowlodning
UdstyrLoddeprofilEffektLoddespids/dyseLoddematerialeFlusmiddel
>0C< 0C
M a n u e l l o d n i n g
WELLERWD 1
Loddestation
Weller
WD1(M) / WD1000(M)
Info center og betjeningspanel
0C 0F
min
STANDBYOFF
REMOTEOFFSETSETBACKWINDOWS
I II III
UP
DOWN
Specialfunktioner
Temperaturtaster
3 Fast temperatur
Temperatur angivelseTemperatur symbol
Tidsfunktion
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
Omløber
Rør
Loddespids
Loddekolbens indstilling
Eksempel:
Loddetin legering / smeltepunkt 2170C
Loddestedet opvarmes (400C højere) 2570C
Loddestationen indstilles (1000C højere) 3570C
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
Produktblad
SN 63% – TinPB 37% - Bly
Arbejdspladsbrugsanvisning
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
Guld Au
Jern Fe
Kobber Cu
Sølv Ag
Bly Pb
Tin Sn
Platin Pt
Nikkel Ni
Bismuth Bi
Indium In
Zink Zn
Eksempel på metalsammensætning for loddetin
Blanding Sammensætning
Materialet smeltepunkt Loddestedets temperatur
0C 0F 0C 0F
Sn / Pbreference
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
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.
Flusmiddel: No-clean 3%
RO L0
Flus
SN/AG/CU
Blyfri procesSnAg (SN96,5 Ag 3,5)
Stu
e
tem
pe
ratu
r
Flu
s M
inim
um
tem
p
Flu
s M
ak
sim
um
tem
p
Tin
sm
elte
pu
nk
t
Min
imu
m
lod
de
tem
pe
ratu
r
Min
imu
m
lod
de
tem
pe
ratu
r A
nb
efa
let
Ma
ks
imu
m
lod
de
tem
pe
ratu
r
200C 1300C 1700C 2210C 2500C 2600C 2750C
Opvarmning Flus aktivering Tinnet smelter Loddetemperatur
Intermetalisk lag
Det intermetaliske lag er den kemiske forbindelse mellem tin- og kobber-atomer i lodningen.
Tykkelsen er omkring 2µµµµm ved korrekt udførelse
Kobber (loddeø)
Laminat (f. eks. Epoxy glasfiberprint)
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
Lodninger
Lodninger beskrives i workmansshippen
Godkendelseskrav til lodning
- Leadede - Overflademonterede printkort
EVALUERING AF
LODNING
Evaluering af lodning
Inspektionaf lodning
ProcesManuel Automatisk
Automatisk optisk inspektion
Røntgen-inspektion
Visuel
OptiskOptisk
Manuel
Evaluering af lodning
Visuelt inspektion
Optisk inspektion
-Lup
-Mikroskop
Evaluering af lodning
Automatisk optisk inspektion af PCB
Røntgensystem
WORKMANSHIPIPC-A-610-DK
Workmanship1. 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
GodkendelsesniveauerKilde: IPC-A-610-DK
Proces indikatorEn tilstand med fokus på
planlægning, gennemførelse og evaluering af produktet og produktionsforløbet.
Ønskelig
En tilstand som er tæt på det perfekte.
DefektEn tilstand som ikke er tilstrækkelig til at sikre produktets udformning,
anvendelighed og funktion i dets normale driftsmiljø.
AcceptabelEn tilstand som lever op til
minimumskravene for slutproduktet, men stadig med
tillid til konstruktionens pålidelighed i dets normale
driftsmiljø.
STATISK ELEKTRICITET
Et problem vi må forholde os til……
E S D
ESD
ElectroStaticDischarde
”Elektrostatisk afladning””Elektrostatisk afladning””Elektrostatisk afladning””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
+
+
++
+
+
+
- -
-
- -
+
+
++
+
+
+
- -
--
-
-
-
Friktion / bevægelse
Positiv IONUnderskud af
elektroner
Negativ IONOverskud afelektroner
f. eks. Bordplade
f. eks. Plastæske
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
ε = Epsilon
A
A
εεεεS
C = Kapacitet (formeltegn)
A = Areal
S = Afstand
ε = Dielectricitetskonstant (isolation)
C = A x εS
= FARAD
Menneske
Ca. 200pF
Kapacitans er bl. a. afhængig af:
Gulvbelægningens isolationsevne
Skosålernes materiale
Skonummeret
Hvordan opstår den?
Faste stofferVed kontakt / gnidning og separation
VæskerVed bevægelse eller fordråbning
Evtuelt – tankning af køretøjer og fly
LuftarterIngen ved rene luftarter
InduktionVed at et elektrisk felt frembringer en ladning på overfladen af et isoleret materiale
Triboelektrisk serie (uddrag)
L u f t Positiv spændingM e n n e s k e k r o pG l a sH å rS i l k eP a p i rB o m u l dT r æR a vG u l dP V C ( v i n y l )T e f l o n 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
Temperatur i 0C
Relativ luftfugtighed i %
20 30 40 50 60 70 80 90 100
Absolut luftfugtighed i gram pr. m3
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
2 positive ladninger frastøder hinanden
2 negative ladninger frastøder hinanden
Modsatte ladninger tiltrækker 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 forbindelsemed 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
Klasse Følsomhed
0 0 – 170 Volt
1 170 – 1.000 Volt
2 1.000 – 4.000 Volt
3 4.000 – 15.000 Volt
Komponenter bliver inddelt i klasser:
Ødelæggelse forårsaget af ESD
Komponentnavn Følsomhed
MOSFET
Effekt MOSFET
HCMOS
CMOS B-serie
Liniær MOS
Små bipolar komponenter
Effekt bipolar komponenter
Filmmodstande
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
Ledende skumConductive materialer
Pink poly (lyserødt) - født antistatisk
kan ikke i sig selv genererestatiske ladninger, men
beskytter ikke for udefrakommende ladninger
Shieldingpose (skærmende) til beskyttelse af elektronik,
beskyttersåvel mod ladninger indefra som
eksterne påvirkninger.
Kasser med låg
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 100MΩΩΩΩ som i statisk hensende er ledende.
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 bekæmpelse af statisk elektricitet
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet
InsulativeIsolator >1012 Ω
Dissipative 105 – 1012 Ω
Afledende
Shielding
Skærmende <104 Ω
Faraday bur
Conductive Ledende <106 Ω
DS/E10015-1
An
tista
tiske o
mrå
de
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet
I ESD sammenhæng conductive ”elektriske ledere”
Metaller
Kulstof
Vandige opløsninger
De fleste syrer, baser og salte
Modstand <1MΩΩΩΩ
Dissipative materialer – tidligere antistatiske materialer (104 –1012Ω)
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 >1012 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
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet
ESD PROTECTED AREA
EPA - OMRÅDE
Håndledsbånd f ø r s t p å, s i d s t a f
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet
Adgangskontrol
Metoder til fjernelse af statisk elektricitet
Mærkning
Indikerer - at enheden er modtagelig for skader fra
ESD kilder
Indikerer - at enheden er specialDesignet - 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
L oddetinnet
L aminat f . eks epoxyglasf iber
K obberø på pr intplade
L eger ingslaget
Legeringslaget
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 procesSnAg (SN96,5 Ag 3,5)
Stu
e te
mp
era
tur
Flu
s M
inim
um
te
mp
Flu
s M
ak
sim
um
tem
p
Tin
sm
elte
pu
nkt
Min
imu
m
lod
dete
mp
era
tur
Min
imu
m
lod
dete
mp
era
tur
An
befa
let
Maksim
um
lo
dd
ete
mp
era
tur
200C 1300C 1700C 2210C 2500C 2600C 2750C
Opvarmning Flus aktivering Tinnet smelter Loddetemperatur
Blødlodning
Metode
Tid (t)
Temperatur0C
Valg af procesFlowlodnigReflowlodning
UdstyrLoddeprofilEffektLoddespids/dyseLoddematerialeFlusmiddel
>0C< 0C
Udstyr
Indlodning
Udlodning
Reparation
Loddekolbens indstilling
Eksempel:Loddetin legering/smeltepunkt 2170CLoddestedet opvarmes (400C højere) 2570CLoddestationen indstilles (1000C højere) 3570C
Anvend egnet flus til blyfri lodning (kogepunktet er højre)Loddespids kan renses i blyfri rensekapselAnvend eventuel ”metal grydesvamp” til loddespidsen
Reparationsteknik
PCB
Fejl typer
Bøjede printkortSkæve printkortKant skaderDefekt pletteringLøs loddeøØdelagt lederbaneFlusresterLakskaderLakfejl ved huller
Printplade skader
Bøjede printkort
Skæve printkort
Kantskader
Reparation af plettering
Fejlen erkendes
Hullet bores op med den rigtige diameter til eyeletten
Ø
L
Reparation af plettering
Eyeletten vælges ud fra hullets diameter (Ø-mål) og printets tykkelse plus krave (længden mål (L) på eyeletten)
I princippet en rørnitte
Reparation af plettering
Eyeletten isættes hullet og kraven udformes med værktøjet.
Krave udformning 450 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, reparations-metode vælges
Reparation af lederbaner
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.
450
Gammel lederbane afskæres i 450
Overlapning af den nye lederbane bør være ca. 3mm eller
lederbanens bredde
Ny lederbane afskæres i 450
LaHL
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.