กายฟิสิกส์ที่ซ่อนอยู่ของพาเลทคลื่นแบบกำหนดเอง

ในกระบวนการผลิตแบบผสมผสานสูง ชิ้นส่วนที่แปลกประหลาดเป็นศัตรูของความเร็ว นี่คือ ตัวเชื่อมต่อ หัวต่อ และหม้อแปลงหนักที่ปฏิเสธที่จะติดตั้งบนพื้นผิว ซึ่งต้องการกระบวนการเจาะรูผ่านนานกว่าที่แผงวงจรส่วนใหญ่จะถูกรีโฟลว์

เมื่อเจอแผงวงจรที่เป็น SMT 90% และรูผ่านแบบแปลก 10% ปัญหาโดยสัญชาตญาณคือจะเป็นการนำไปสู่เครื่องบัดกรีเลือกพิเศษ มันรู้สึกแม่นยำ มันดูทันสมัย มันไม่เสียค่าเครื่องมือเลย

มันก็เป็นกับดักบ่อยครั้ง

ในขณะที่การบัดกรีเลือกพิเศษให้ความแม่นยำที่สามารถตั้งโปรแกรมได้ แต่มันก็ส่งผลอย่างรุนแรงต่อประสิทธิภาพ เห็นหัวฉีดเลือกเดินทางไปบนแผงเพื่อแตะจุด 400 จุดเป็นการฝึกทนที่สายการผลิตจำนวนมากไม่สามารถรองรับ หากสายการผลิตทำงานด้วยอัตรา 45 วินาทีต่อรอบ Cycle การบัดกรีเลือก 12 นาทีจึงไม่ใช่แค่ขั้นตอนของกระบวนการ แต่เป็นที่จอดรถ ตัวเลือกอื่น ๆ — การบัดกรีด้วยมือ — ยิ่งแย่กว่า ซึ่งสร้างต้นทุนแรงงานจำนวนมหาศาลและความไม่สอดคล้องของความเหนื่อยล้าของมนุษย์

แนวทางวิศวกรรมที่ช่วยเชื่อมช่องว่างนี้ได้คือแผ่นกันคลื่นบัดกรีแบบกำหนดเอง โดยการป้องกันชิ้นส่วน SMT และเปิดให้ pin ผ่านเท่านั้นที่จะถูกแตะด้วยคลื่น เราแปลงกระบวนการแบบซีรีส์เป็นแบบขนาน แต่การออกแบบแผ่นกันคลื่นที่ใช้งานได้ไม่ได้เป็นเพียงแค่การตัดรูในแผ่นวัสดุคอมโพสิต มันคือปัญหาของพลศาสตร์ของของไหล การจัดการความร้อน และวิทยาศาสตร์วัสดุ ถ้าคุณมองคลื่นบัดกรีเป็นสระน้ำร้อนง่ายๆ คุณจะออกแบบอุปกรณ์ที่สร้างความผิดพลาดมากกว่าที่ป้องกัน

กลไกของไหลในกล่อง

ความท้าทายพื้นฐานของแผ่นกันคลื่นคือ มันบังคับให้ของเหลวบัดกรีที่หลอมละลายทำสิ่งที่ผิดธรรมชาติ เครื่องสร้างคลื่นมาตรฐานถูกออกแบบมาเพื่อทำความสะอาดแผงวงจรที่ราบรื่นและเปิดเมื่อคุณนำแผ่นกันคลื่นเข้ามา คุณกำลังขอให้ของเหลวไหลขึ้นไปในกระเป๋าลึกแคบ ชุบนั้นจุดเชื่อมต่อ และถอยหลังโดยไม่ลากของเหลวกลับออกไปหรือทิ้งสะพาน

จากนั้นก็มี “ผลเงา” หากกำแพงของรูแผ่นกันคลื่นหนาเกินไป มันจะทำหน้าที่เหมือนคลื่นกันลม ขณะแผงเคลื่อนผ่านคลื่น ขอบนำของผนังแผ่นกันคลื่นจะผลักของเหลวบัดกรีให้ไหลลงด้านล่าง ทำให้เกิดเงา turbulence ข้างหลังมัน ปลายขาของ pin ที่นั่งอยู่ในเงานั้นจะไม่เห็นคลื่น ส่งผลให้เกิด “การข้าม”—เป็นโพรงโล่งที่ต้องมีการปรับปรุงด้วยมือ เพื่อป้องกันสิ่งนี้ ต้อง chamfer ผนังรูด้านที่เป็นของเหลวบัดกรีเพื่อแนะให้ไหลขึ้นไปยัง pin การทำความสะอาดชิ้นส่วนไม่เพียงพอ คุณต้องนำทางของเหลว

ยังมีศัตรูที่มองไม่เห็น: การติดอยู่ของก๊าซ ฟลักซ์สร้างก๊าซเมื่อมันแตะเตาอุ่นและคลื่น ในแผงวงจรเปิด ก๊าซนี้จะระเหยขึ้นไป ขณะอยู่ในรูแผ่นกันคลื่น โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อปิดสนิทกับ PCB เพื่อป้องกันตัวต้านทานแบบ 0402 ก๊าซนี้ไม่มีทางไป มันก่อตัวเป็นฟองรอบข้อต่อ ป้องกันไม่ให้ธาตุบัดกรีเปียกแผ่นรอง คุณสมบัติของแผ่นกันคลื่นที่ดีคือมีช่องทางระบายก๊าซแบบ Micro-vents ที่ปล่อยให้ควันฟลักซ์หลบหนีโดยไม่ให้ของเหลวบัดกรีเข้าไป โดยไม่มีสิ่งเหล่านี้ คุณจะเห็นว่าข้อต่อดูสมบูรณ์ แต่เป็นวงจรไฟฟ้าเปิดเนื่องจากถูกบรรจุอยู่ในช่องว่างจิ๋วของไอระเหยเรซิน

สงครามวัสดุ: ไทเทเนียม ปะทะ คอมโพสิต

ข้อจำกัดหลักในการออกแบบแผ่นกันคือ “โซนอยู่นอกเขต” ซึ่งเป็นระยะห่างระหว่าง pin ผ่านที่คุณต้องบัดกรีและชิ้นส่วน SMT ที่คุณต้องป้องกัน ระยะห่างนี้จะกำหนดความหนาของผนัง และความหนาของผนังจะเลือกวัสดุ

ถ้าคุณมีช่องว่าง 3 มม. ขึ้นไป ทางเลือกก็ง่าย วัสดุคอมโพสิตมาตรฐานเช่น Durostone หรือ Ricocel ใช้งานได้ดี ราคาไม่แพง ง่ายต่อการกลึงและทนต่อความร้อนของคลื่นบัดกรีที่มีอุณหภูมิ 260°C คุณสามารถกลึงผนัง 3 มม. ที่จะอยู่รอดได้หลายพันรอบโดยไม่เสื่อมสภาพ

คณิตศาสตร์นั้นล้มเหลวเมื่อช่องว่างต่ำกว่า 1mm.

เราเห็นนักออกแบบวางปลั๊ก USB-C หรือคลิป snap-fit ระยะห่างเพียงไม่กี่มิลลิเมตรจากส่วนประกอบพลาสติกที่อ่อนบาง ในสถานการณ์เหล่านี้ ผนังคอมโพสิตจะต้องถูกกลึงให้บางลงเหลือ 0.5mm หรือน้อยกว่านั้น ในความหนาเช่นนั้น วัสดุคอมโพสิตจะสูญเสียความสมบูรณ์ของโครงสร้าง กลายเป็นเปราะ แตกง่ายภายใต้ความร้อน หรือที่แย่กว่านั้น คือดูดซับฟลักซ์และเริ่มแยกตัว เป็นเหมือนฟองน้ำหลังการผลิตหลายรอบ

เข้าสู่ Titanium Grade 5.

เมื่อช่องว่างแน่น เราจะกลึงแทรกใสไทเทเนียมแบบกำหนดเองและขันเข้ากับตัวพาเนลคอมโพสิต ไทเทเนียมอนุญาตให้มีผนังบางเพียง 0.4mm ซึ่งยังคงแข็งแรงและกันฟลักซ์ได้ดี เป็นการอัปเกรดที่มีค่าใช้จ่ายสูง โดยมักเพิ่ม $400-$600 เข้ากับต้นทุนของเครื่องยึด แต่เป็นวิธีเดียวที่จะบัดกรีบอร์ดความหนาแน่นสูงโดยไม่เกิดการเชื่อมข้าม

มีข้อโต้แย้งเกี่ยวกับเทอร์โมไดนามิกส์อย่างถูกต้อง: ไทเทเนียมเป็นโลหะ และโลหะนำความร้อน แทนที่จะเป็นแค่โลหะเดียวกัน ก็คือแทรกไทเทเนียมขนาดใหญ่อาจทำหน้าที่เป็นฮีทซิงค์ ดูดซับพลังงานความร้อนจากจุดบัดกรี ทำให้เกิดข้อผิดพลาด “cold solder” ซึ่งเป็นความเสี่ยงจริง อย่างไรก็ตาม มันถูกชะลอด้วยโปรไฟล์การอุ่นล่วงหน้าอย่างรุนแรง และในทางตรงกันข้าม ความบางของผนังเอง ผนังไทเทเนียมขนาด 0.5mm มีมวลความร้อนน้อยมากเมื่อเทียบกับถังน้ำมันของคลื่นบัดกรี การแลกเปลี่ยนนี้เกือบจะโดยปริยายอยู่ในฝ่ายของแทรกโลหะเมื่อพื้นที่เป็นข้อจำกัด

การคงไว้ซึ่งการลอย

แรงโน้มถ่วงโดยปกติเป็นเพื่อนในกระบวนการบัดกรี แต่ไม่ใช่กับส่วนประกอบรูปทรงแปลก หลายตัวเชื่อมต่อผ่านรู โดยเฉพาะที่มีตัวเรือนพลาสติก มีความลอยตัวอย่างน่าประหลาดใจ เมื่อพวกเขามาถึงคลื่นความวุ่นวาย พวกเขามีแนวโน้มที่จะลอยขึ้น หัวเชื่อมที่นั่งชิดแน during การประกอบอาจออกมาผิดรูปจากคลื่นหรือ “สไลด์” 1mm เหนือพื้นผิวแผ่นวงจร

พาเลทให้ข้อได้เปรียบเชิงกลในเรื่องนี้ ซึ่งการบัดกรีแบบเลือกสรรไม่สามารถทำได้: ความสามารถในการใช้ “ท็อปแฮต” หรือคลิปล็อค ซึ่งซึมซับเข้าไปในครึ่งบนของเครื่องมือ (หรือฝาปิดแยกต่างหาก) เพื่อยึดส่วนประกอบไว้แนบกับ PCB ขณะบัดกรี

ถ้าคุณกำลังจัดการกับตัวเชื่อมต่อมุมฉากหรือหม้อแปลงหนัก การขันเข้ารูผ่านเคลือบอย่างง่ายอาจไม่เพียงพอที่จะรักษาความถูกต้องของชิ้นส่วน เรายังเห็นทั้งชุดบอร์ดล้มเหลวในการควบคุมคุณภาพ เพราะตัวเชื่อมต่อเคลื่อนที่เอียง 2 องศา ทำให้ไม่สามารถใส่ลงในกล่องสุดท้ายได้ พาเลทที่กำหนดเองพร้อมกับคลิปล็อคแบบสปริงไทเทเนียมแก้ไขปัญหานี้ในเชิงกล รับประกันว่าทุกชิ้นส่วนจะนั่งเรียบเสมอต่อเนื่องกันในทุกครั้ง

ผลตอบแทนจากการลงทุนของ NRE

จุดที่ยุ่งยากที่สุดสำหรับโครงการส่วนใหญคือค่าใช้จ่ายในด้าน Non-Recurring Engineering (NRE) พาเลทคลื่นซับซ้อนที่มีแทรกไทเทเนียมและคลิปล็อคอาจมีค่าใช้จ่ายระหว่าง $1,200 ถึง $2,000 สำหรับเจ้าหน้าที่จัดซื้อที่ดูตารางราคานั้น ค่าทำเครื่องมือฟรีของเครื่องบัดกรีเลือกสรรหรือม้วนเทป Kapton ดูเหมือนจะเป็นเงินจำนวนมาก

นี่คือความล้มเหลวในการคำนวณต้นทุนรวมของความเป็นเจ้าของ

อย่าเสี่ยงกับกับดัก “เทป Kapton” เป็นเรื่องธรรมดาที่ถามว่าสามารถปิดหน้าส่วนประกอบ SMT ด้วยเทปอุณหภูมิสูงและนำบอร์ดผ่านคลื่นได้ไหม เทปมีราคาไม่แพง แต่แรงงานไม่ใช่ การติดเทปบนบอร์ด 500 ชิ้น แล้วแกะเทปออกหลังคลื่น 500 ชิ้น เป็นงานที่ใช้แรงงานมหาศาล มันยังทิ้งร่องรอยกาวที่ต้องทำความสะอาดด้วยเคมี ถ้าคุณบริษัทรายการมากกว่า 200 ชิ้น ค่าจ้างแรงงานในการทำเทปจะมากกว่าค่าพาเลท

เช่นเดียวกัน ให้ดูเวลารอบปฏิบัติการ ถ้าพาเลทอนุญาตให้คุณบัดกรีบอร์ดใน 45 วินาทีเทียบกับ 8 นาทีในเครื่องแบบเลือกสรร เครื่องมือก็คืนทุนในเวลาเพียง 1,000 หน่วยแรก พาเลทไม่ใช่อุปกรณ์เสริม เป็นการลงทุนด้านกำลังการผลิต

เมื่อประเมิน layout ใหม่ ควรดูที่ช่องว่างเป็นอันดับแรก ถ้าคุณมีพื้นที่ ใช้วัสดมาตรฐานก็ได้ผลดีแน่นอน ถ้าพื้นที่จำกัด ไทเทเนียมจะให้คุณมีช่องว่างที่จำเป็น แต่ห้ามให้ค่าใช้จ่ายแรกของเครื่องมือกลัวคุณไม่ซื้อ เพราะมันเป็นกระบวนการเดียวที่สามารถจับคู่กับความเร็วของสายการ SMT ของคุณ