پاسخ مستقیم
مقررات RoHS اساساً با محدود کردن مواد خطرناک، تولید PCB را تغییر میدهد، و سرب برای پوششهای لحیم کاری و سطوح بسیار مرتبط است. انطباق به مونتاژ بدون سرب نیاز دارد که به دمای جریان مجدد بالاتر، انتخاب مواد بازنگری شده و پروتکل های تست به روز شده برای حفظ عملکرد و قابلیت اطمینان نیاز دارد. برای Omini RFQs، انتظارات RoHS باید زودتر بیان شود تا مواد، پایان، مونتاژ، مستندات و فرضیات آزمایش قبل از انتشار قابل مشاهده باشند.
انتخاب مواد تحت RoHS
RoHS مستقیماً بر مواد خام مورد استفاده در ساخت PCB نظارت می کند، که از لمینت شروع می شود. در حالی که FR-4 به خودی خود محدود نیست، سیستم های رزین و بازدارنده های شعله باید با محدودیت هایی در مورد موادی مانند بی فنیل های پلی برومینه (PBB) و دی فنیل اترهای پلی برومینه (PBDE) مطابقت داشته باشند. اکنون تولیدکنندگان از بازدارنده های شعله بدون هالوژن یا نیتروژن مبتنی بر فسفر برای برآوردن این آستانه ها استفاده می کنند که می تواند بر دمای انتقال شیشه ای (Tg) و جذب رطوبت تأثیر بگذارد. این تغییرات نیاز به ذخیره سازی به روز و روش های پیش از پخت برای جلوگیری از لایه برداری در طول مونتاژ دارد.
فویل مسی تا حد زیادی بیتأثیر باقی میماند، اما پوششهای سطحی به شدت تحت تأثیر قرار میگیرند. تراز کردن لحیم کاری هوای داغ مبتنی بر سرب (HASL-سرب) ممنوع است، و صنعت را به سمت جایگزین هایی مانند طلای غوطه وری نیکل الکترولس (ENIG)، نگهدارنده لحیم کاری ارگانیک (OSP)، غوطه وری، و غوطه وری سوق می دهد. ENIG به دلیل سطح صاف، لحیم کاری عالی با آلیاژهای بدون سرب و مقاومت در برابر اکسیداسیون، بر کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا غالب است. OSP برای لوازم الکترونیکی مصرفی مقرون به صرفه است، اما به کنترل دقیق زمان نگهداری و نگهداری نیاز دارد، زیرا در معرض رطوبت یا آلاینده ها به سرعت تخریب می شود. قلع غوطهوری لحیمکاری خوبی را ارائه میکند اما خطر تشکیل سبیل و آفت قلع را در محیطهای سرد به همراه دارد، در حالی که نقره غوطهوری رسانایی خوبی دارد اما مستعد کدر شدن و خوردگی سولفید است.
این گزینه های پایان قابل تعویض نیستند. به عنوان مثال، ENIG اغلب برای BGAs و QFNs به دلیل سطح مسطح آن ترجیح داده می شود، که می تواند خطر پل زدن لحیم کاری و تخلیه را کاهش دهد. OSP، در حالی که مقرون به صرفه است، اگر تخته ها بیش از عمر مفید خود ذخیره شوند یا در معرض روغن های ناشی از کار قرار گیرند، می تواند منجر به خیس شدن ضعیف شود. RFQ باید مشخص کند که کدام اسناد انطباق، شواهد نهایی و بررسی های مقاله اول مورد نیاز است.
مونتاژ بدون سرب و تنظیمات فرآیند
تغییر به آلیاژهای لحیم کاری بدون سرب - عمدتاً SAC305 (Sn-Ag-Cu) - عمیق ترین تأثیر را بر مونتاژ PCB دارد. این آلیاژها در حدود 217-220 درجه سانتیگراد ذوب می شوند که به طور قابل توجهی بالاتر از نقطه یوتکتیک 183 درجه سانتیگراد لحیم کاری SnPb است. برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد اجزا یا اتصالات کم جریان مجدد، دمای اوج جریان مجدد 240 تا 250 درجه سانتیگراد، با تلورانس های سخت تر در مایع بالاتر از زمان (TAL) ضروری است.
دماهای بالاتر بر هر جنبه ای از فرآیند مونتاژ تأثیر می گذارد. انتخاب مولفه باید قطعاتی را که برای جریان مجدد بدون سرب رتبه بندی شده اند، اولویت بندی کند، زیرا برخی از دستگاه های قدیمی یا حساس به هزینه ممکن است در بارهای حرارتی بالا دچار آسیب داخلی، لایه برداری یا پاپ کورن شوند. مدیریت حرارتی در پشتهآپ بسیار مهم است: لایههای مس ضخیمتر یا راههای حرارتی ممکن است برای پخش یکنواخت گرما در طول جریان مجدد، بهویژه در طرحهای با قدرت بالا، مورد نیاز باشد. برعکس، مس بیش از حد میتواند به عنوان یک هیت سینک عمل کند و رسیدن به دمای اوج را سختتر میکند - که نیاز به تنظیمهایی در میزان سطح شیب دار و زمان خیساندن پروفیل جریان مجدد دارد.
عملکرد خمیر لحیم کاری یکی دیگر از ملاحظات کلیدی است. خمیرهای بدون سرب ویژگی های مرطوب کنندگی، فعالیت شار و رفتار اسلامپ متفاوتی دارند. آنها بیشتر مستعد اکسید شدن هستند و نیاز به نگهداری و جابجایی کنترل شده دارند. تخلیه در BGAs و QFNs یک نقص رایج است که به خروج گاز از شارها یا رطوبت محبوس شده در زیر قطعه مرتبط است، که با TAL طولانی تر در فرآیندهای بدون سرب تشدید می شود. طرح مونتاژ باید روش بازرسی و معیارهای پذیرش را برای تخلیه زمانی که اتصالات لحیم پنهان مخاطره آمیز هستند، تعریف کند.
چک های DFM باید پنجره های فرآیند بدون سرب را تأیید کنند. این شامل اعتبارسنجی طراحی شابلون خمیر لحیم کاری برای آزادسازی کافی، بررسی اندازه های لحیم برای حجم کافی لحیم کاری، و اطمینان از فاصله گرفتن در اطراف ورودی های حرارتی برای جلوگیری از جدا شدن لحیم از اتصالات است. برای طرحهایی با مس سنگین، برهمکنش بین جرم حرارتی و جریان مجدد بدون سرب آشکارتر میشود زیرا لایههای مس ضخیمتر میتوانند نقاط سرد موضعی ایجاد کنند. تکنیکهای متعادلسازی حرارتی، مانند سرقت مس یا تلوتلو از طریق قرار دادن، ممکن است در طول DFM بررسی شوند.
سازگاری و قابلیت اطمینان سطح فینیش
انتخاب روکش سطحی فقط مربوط به انطباق نیست. این به طور مستقیم بر قابلیت اطمینان اتصال لحیم کاری تحت شرایط بدون سرب تأثیر می گذارد. لایه نیکل ENIG به عنوان مانعی در برابر انتشار مس عمل می کند، اما ضخامت بیش از حد نیکل می تواند به رفتار بین فلزی شکننده و خطر شکستگی در چرخه حرارتی کمک کند. الزامات و شواهد ضخامت پایان باید در نقشه ساخت یا طرح کیفیت تعریف شود.
OSP متکی به یک لایه آلی نازک است که در طول جریان مجدد تبخیر می شود و مس تمیز را برای اتصال لحیم در معرض دید قرار می دهد. با این حال، اگر لایه OSP به دلیل رطوبت یا آلودگی پیش از موعد تخریب شود، میتواند بقایایی از خود بجای بگذارد که از خیس شدن جلوگیری میکند و منجر به باز شدن غیر مرطوب یا اتصالات ضعیف میشود. این امر به ویژه در محیط های با ترکیب بالا که تخته ها ممکن است برای مدت طولانی در صف بنشینند مشکل ساز است. مفروضات جابجایی و عمر کف باید قبل از رهاسازی تعریف شود.
پوشش های قلع و نقره ای غوطه ور چالش های خاص خود را ارائه می دهند. قلع می تواند با نقره در آلیاژ لحیم کاری بین فلزی تشکیل دهد، در حالی که نقره در معرض تیرگی ناشی از گوگرد است که مقاومت تماس را افزایش می دهد و لحیم کاری را کاهش می دهد. هر دو نیاز به بسته بندی دقیق و کنترل ماندگاری دارند. برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا مانند کنترلهای خودرو یا صنعتی، انتخاب پایان باید با روش مونتاژ، محیط عملیاتی، عمر مفید و معیارهای پذیرش مشتری توجیه شود.
پروتکلهای آزمایشی برای تأیید اعتبار این تعاملات تکامل یافتهاند. فراتر از آزمایش الکتریکی استاندارد، ممکن است برای شرایط سخت میدانی، سطح مقطع، چرخه حرارتی، تست تعصب رطوبت، یا تجزیه و تحلیل آزمایشگاهی مورد نیاز باشد. RFQ باید بیان کند که کدام آزمایش ها و سوابق مورد نیاز است نه اینکه آنها را به عنوان شواهد مطابقت پیش فرض تلقی کند.
تست، مستندسازی و کنترل زنجیره تامین
تأیید انطباق RoHS به بیش از یک آزمایش نیاز دارد. این نیاز به قابلیت ردیابی مواد، اعتبار سنجی تامین کننده و نظارت مداوم دارد. یک فایل خریدار ممکن است به اعلامیههای انطباق (DoC) برای ورقهها، پیشآبسازیها، فویلهای مسی، پوششهای سطحی، خمیرهای لحیم کاری، فلاکسها و مواد تمیزکننده نیاز داشته باشد. هنگامی که شواهد آزمایشگاهی مورد نیاز است، روش آزمایش پذیرفته شده باید توسط مشتری یا مالک انطباق مشخص شود.
غربالگری XRF اولین پاس غیر مخرب رایج برای بررسی مواد محدود است. اگر XRF بیش از حد بالقوه را نشان دهد، نمونه ها ممکن است نیاز به تایید آزمایشگاهی با استفاده از روش های شیمیایی مرطوب داشته باشند. سطح شواهد مورد نیاز باید با بازار، ریسک محصول و فایل انطباق خریدار مطابقت داشته باشد.
قابلیت ردیابی دستهای باید پانلها یا مجموعهها را به شماره تعداد مواد، اعلامیههای تامینکننده و سوابق تولید وصل کند وقتی خریدار به آن شواهد نیاز دارد. این امر به ویژه در هنگام برخورد با معافیت ها بسیار مهم است. هرگونه ساخت معافیت باید دارای یک طرح تفکیک و تأیید مستند باشد که متعلق به ذینفعان محصول و انطباق است.
اعتبار سنجی نهایی ممکن است در صورت درخواست شامل آزمایش عملکردی و بسته های اسناد انطباق باشد. اعلامیههای مواد، گزارشهای آزمایش، و سوابق مونتاژ، فایل بررسی دقیق مشتری را تحت مقررات قابل اجرا پشتیبانی میکنند. این اسناد برای دسترسی به بازار در مناطقی که کالاهای الکترونیکی را برای مواد محدود شده بازرسی می کنند ضروری است.
هزینه، بازده و دوام طولانی مدت
در حالی که انتقال اولیه به تولید بدون سرب هزینهها را به دلیل مصرف انرژی بیشتر، تغییرات مواد و بازده کمتر افزایش داد، فرآیندهای مطابق با RoHS اکنون در بسیاری از محیطهای PCB و PCBA بالغ شدهاند. این صنعت خمیرهای لحیم کاری، کوره های جریان مجدد و فرمولاسیون های شار را به طور خاص برای مونتاژ بدون سرب بهینه کرده است و شکاف عملکرد را با فرآیندهای SnPb کاهش می دهد.
پانل سازی و طراحی برای قابلیت ساخت (DFM) نقش بیشتری در حفظ کارایی دارد. به عنوان مثال، متعادل کردن توزیع مس در سراسر پانل از تاب برداشتن در هنگام جریان مجدد در دمای بالا جلوگیری می کند، که می تواند باعث ناهماهنگی و نقص لحیم شود. به طور مشابه، بهینهسازی طراحی شابلون خمیر لحیم کاری - با استفاده از شابلونهای پلهای یا تغییرات ضخامت موضعی - به تختههایی با فناوری ترکیبی کمک میکند که در آن مناطق مس سنگین به لحیم کاری بیشتری نیاز دارند در حالی که اجزای با گام ریز نیاز کمتری دارند. این تنظیمات توسط دادههای دنیای واقعی از دورههای تولید به دست میآیند، نه مدلهای نظری.
در طول بررسی طراحی، تیمها باید چالشهای مربوط به RoHS را با بررسی فایلهای Gerber برای سازگاری نهایی، بررسی برگههای داده اجزا برای رتبهبندی جریان مجدد بدون سرب، و در نظر گرفتن تنظیمات stackup برای مدیریت جرم حرارتی، پیشبینی کنند. با یکپارچهسازی زودهنگام این بررسیها، مشابه اصول DFM که در منابعی مانند مشکلات رایج DFM و نحوه اجتناب از آنها در طراحی PCB، نیاز به تغییرات در مراحل آخر کاهش مییابد.
در نهایت، انطباق RoHS مانعی برای نوآوری نیست، بلکه کاتالیزوری برای تولید PCB قوی تر و پایدارتر است. محدودیتهای موجود بر روی مواد خطرناک باعث پیشرفت در علم مواد، کنترل فرآیند و سختگیری تست شده است که به نفع محصولات الکترونیکی در سراسر بازارها است. برای خریداران Omini، نکته کلیدی این است که RoHS انتظارات، نیازهای شواهد و معیارهای پذیرش را قبل از نقل قول بیان کنند تا طرح تولید منعکس کننده دامنه انطباق واقعی باشد.
یادداشت های مهندسی Omini مرتبط
- مشکلات رایج DFM و نحوه اجتناب از آنها در طراحی PCB
- شکستهای رایج در PCB مس سنگین و نحوه اجتناب از آنها در مرحله طراحی
- عیبهای رایج PCB و نحوه شناسایی آنها
- فرایند تولید متفاوت بین PCB مس سنگین و PCB FR4
- راهنمای تست بردهای PCB: همه چیزهایی که باید بدانید