21 Марта 2022
Автор и должность
По материалам издания EPP Europe
Отдел
ООО "Остек-СМТ"
Издание
Вектор высоких технологий №1(56) 2022

Сегодня конвекционная пайка оплавлением является предпочтительным методом при поверхностном монтаже электронных сборок во всем мире. В сочетании с разработкой компонентов эта технология может гарантировать непреодолимую и растущую плотность интеграции в мобильных устройствах. Но даже классические области, такие как силовая электроника, компоненты, монтируемые в отверстия, все больше трансформируются в мир технологии поверхностного монтажа (SMT).

Одной из проблем паяных соединений SMT являются пустоты — газовые включения, которые образуются в паяных соединениях при повторном оплавлении паяльной пасты. В зависимости от их размера и положения они уменьшают поперечное сечение соединения, что приводит к значительному снижению рассеивания тепла, например, в случае силовых полупроводников или светодиодов с нижним расположением монтажных площадок. В результате возникает риск термической перегрузки компонента, что в худшем случае приведет к его выходу из строя.

Даже явно низкая пористость в 3-5 % влияет на рассеяние тепла и увеличивает термическое сопротивление, провоцируя возникновение «горячих точек». Чтобы предотвратить это, необходимо уменьшить количество пустот в паяных соединениях до абсолютного минимума и, таким образом, обеспечить низкий уровень повторяемости образования пустот присерийном производстве.

Производство электроники: повышенный спрос на паяные соединения с малой пористостью

Ответом компании Ersa на растущий спрос паяных соединения с малой пористостью в производстве электроники, прежде всего в силовой, стала EXOS 10/26 — система вакуумной пайки оплавлением с 11 обычными зонами нагрева (сверху и снизу), тремя контурами нагрева вакуумной камеры и четырьмя зонами охлаждения (сверху и снизу). Вакуумная камера является частью пикового технологического участка, с её помощью можно уменьшить количество пустот почти на 100 % (в зависимости от пасты, компонента и печатной платы). В системе EXOS компания применяет хорошо зарекомендовавшие себя технологии, такие как зоны нагрева и охлаждения и интуитивно понятный интерфейс ERASOFT 5, которые используются в моделях Ersa семейства HOTFLOW. Системы пайки оплавлением были представлены на рынке более 30 лет назад и с тех пор установили отраслевой стандарт. «Для нас EXOS 10/26 является последовательным и логичным дополнением к нашим успешным системам пайки оплавлением HOTFLOW: EXOS на 100 % основан на успешных принципах Ersa, но обладает преимуществами нового поколения. Таким образом, в нашей системе пайки оплавлением используется хорошо зарекомендовавшая себя технология, и наши клиенты по-прежнему получают знакомое качество Ersa», — заверяет Юрген Фридрих, руководитель технологического отдела Ersa.

Благодаря интеллектуальным функциям с помощью этой системы можно изготавливать продукцию без пустот, обеспечивая особую экономичность. Например, при изготовлении светодиодного модуля на Ersa EXOS 10/26 процент пустот может быть уменьшен с 8,5 % (самая большая одиночная полость 2,2 %) до впечатляющих 0,5 % (самая большая одиночная полость 0,3 %). Помимо исключительной надежности процесса система обладает непревзойденной простотой обслуживания и доступностью отдельных узлов, что наглядно демонстрирует заказчику рассчитываемую экономическую обоснованность.

Хорошо продуманная система транспортировки печатных плат в зоне подачи и выдачи из вакуумной камеры выгодно выделяет систему EXOS среди конкурентов в этом сегменте.

Для энергоэффективного охлаждения EXOS доступны три варианта комплектования системы (максимум четыре зоны охлаждения вверху и внизу).

Таким образом, для каждого случая можно установить оптимальные режимы охлаждения, соответствующие любым требованиям.

Оптимальный температурный профиль при использовании вакуума

Нагрев вакуумной камеры осуществляется за счет контуров управления нагревом в крышке и в основании камеры. Контуры можно настраивать индивидуально в определенных допустимых диапазонах температур. Кроме того, вакуумная камера оснащена автономным средневолновым нагревателем, который также имеет свои преимущества. Как правило, вакуумная камера обладает очень большой теплоемкостью, которая, с одной стороны, гарантирует термическую стабильность во время пайки и вакуумирования, но с другой стороны, затрудняет регулировку температуры в этой области. Например, с помощью контуров управления нагревом в основании и крышке камеры можно установить базовый уровень энергии, а температурный профиль будет реализован с помощью средневолнового нагревателя.

Таким образом, для изменения профиля можно регулировать только средневолновый нагреватель, что значительно сокращает время переналадки. Кроме того, можно установить более низкую температуру в крышке и в основании камеры, что значительно увеличит срок службы всех компонентов этого узла — подшипников, уплотнений и сварных швов. Описанное решение обеспечивает максимальную гибкость при отладке профиля.

Инженеры Ersa разработали систему нагрева по аналогии с другими недавно разработанными компонентами с учетом наилучшего сочетания функциональность, стабильности процесса и срока службы. Для клиента обеспечение преимуществ и дополнительной экономической выгоды всегда имеет первостепенное значение.

Максимальная безопасность и простота обслуживания вакуумного модуля

Параметры вакуума, такие как заданный уровень давления и время выдержки при заданном уровне давления, можно регулировать отдельно, поэтому системы Ersa EXOS можно адаптировать в процесс пайки для конкретных изделий. Световые датчики контролируют входные и выходные зоны вакуумной камеры и, таким образом, обеспечивают максимальную надежность процесса. Благодаря этому процессу можно убедиться, что изделие не находится в зоне перемещения крышки камеры. Для вакуумной системы Ersa EXOS были разработаны специальные датчики. Приводы для открытия и закрытия камеры встроены в верхнюю часть технологического туннеля, что обеспечивает легкий доступ для проведения работ по техническому обслуживанию.

Вся вакуумная установка с компрессором, фильтрами и клапанами в основном интегрирована в каркас системы EXOS, поэтому занимает очень малую площадь — менее 2 м². Работы по техническому обслуживанию можно проводить за пределами участка производства электроники, поскольку весь блок установлен на отдельном мобильном модуле, который легко снимается с системы за счет быстросъемных креплений. Таким образом, время простоя сводится к абсолютному минимуму, а эксплуатационная готовность машины значительно увеличивается благодаря быстрому и удобному доступу ко всем узлам.

Безопасные процессы, максимальная производительность, минимальное воздействие на экологию

Еще одна особенность модульной системы EXOS — это система транспортировки, разделенная на четыре сегмента. Зона подачи, зона предварительного нагрева с пиковой зоной, вакуумный модуль и зона охлаждения оснащены собственной системой транспортировки. Благодаря отдельной системе транспортировки в зоне подачи нет необходимости во внешнем модуле ввода. Дополнительный двухрядный конвейер (для печатных плат форматом до 400 × 280 мм) обеспечивает максимальную пропускную способность наряду с оптимальным контролем печатных узлов, идеальной синхронизацией и превосходными возможностями перехода. Интегрированный модуль подачи выполняет одновременную загрузку сборок на оба конвейера системы EXOS, поэтому они одновременно попадают в вакуумную камеру.

Благодаря динамичной скорости транспортировки в охлаждающем модуле печатные узлы выходят из системы с пониженной температурой, что исключает время ожидания для дальнейшего перемещения на последующую операцию. Для транспортировки применяются разные типы конвейеров, поэтому могут быть реализованы различные требования к технологическим полям и весу изделий.

Высокое качество сборки и доступность машины благодаря роликовой системе транспортировки

Вакуумная камера оснащена устойчивой быстросменной роликовой системой транспортировки, которая не требует смазки. Таким образом, с одной стороны, был выбран метод транспортировки, не требующий технического обслуживания, с другой — отсутствует опасность осаждения смазки на печатном узле во время процесса вакуумирования.

Ersa EXOS предлагает идеальное решение, позволяющее существенно повысить надежность паяных соединений вакуумной пайкой, обеспечивающей минимальное количество пустот в паяных соединениях в сочетании с большей гибкостью системы.