ASSEMBLAGGIO
AUTOMATICO SMT
I processi di assemblaggio nel settore dell’elettronica
La tecnologia SMT (surface mount technology) riguarda il montaggio e la saldatura di tutti i componenti che vengono collocati sulla superficie del circuito stampato (PCB) senza quindi attraversarlo da un lato all’altro.
É quella che negli ultimi anni ha visto lo sviluppo più ampio perché, in generale, consente una maggiore miniaturizzazione e quindi la produzione di schede più complesse in dimensioni ridotte.
Inoltre permette di occupare in modo esteso entrambi i lati del PCB aumentando ulteriormente la possibilità di collocare componenti negli spazi disponibili.
Nella maggioranza dei casi e in quasi tutti i settori di destinazione i componenti a montaggio superficiale vengono assemblati seguendo un processo automatico, cioè svolto da macchinari, che permette di ottimizzare la produttività e la ripetibilità delle operazioni.
Il principio di base è quello di ottenere una deposizione della pasta saldante nelle posizioni in cui si andranno a collocare i componenti prima di collocarvi sopra i componenti e sottoporre quindi l’assemblato ad un ciclo termico di rifusione il cui la pasta, composta di leghe metalliche atomizzate e flussante si fonde saldando i componenti al circuito stampato.
Per sviluppare in modo corretto questo processo, idealmente semplice, è necessario avere cura di molti particolari importanti, agire in conformità agli standard e avere un processo validato e mantenuto sotto un costante controllo.
Le fasi dell’assemblaggio automatico SMT sono:
SERIGRAFIA
In questa fase la pasta saldante composta di lega metallica atomizzata e binder di flussante viene depositata sul PCB nelle posizioni in cui verranno poi collocati i componenti.
L’estrusione avviene attraverso una lamina serigrafica incisa al laser utilizzando i disegni costruttivi del PCB, i files Gerber, che permettono di riprodurre con grandissima precisione le piazzole del PCB sotto forma di aperture.
Utilizzando un serigrafo automatico, che è in grado di controllare la tensione e la centratura della lamina e la pressione di estrusione della racla, si ottiene la formazione di “mattoncini di pasta” estremamente precisi che sono requisito fondamentale per la riuscita di saldature conformi durante il ciclo termico.
Per ottimizzare i risultati della serigrafia e quindi della saldatura anche le lamine devono essere progettate e realizzate con opportuni accorgimenti di forma delle aperture e dello spessore del materiale per adattarsi al tipo di macchinari e materiali utilizzati, l‘azienda deve quindi formare del personale competente alla redazione delle specifiche costruttive da inviare a chi costruisce le lamine.
MONTAGGIO PICK&PLACE
In questa fase il PCB serigrafato è pronto per ricevere i componenti a montaggio superficiale.
Il montaggio dei componenti avviene con la pick&place che è un macchinario ad alta tecnologia progettato per prelevare (pick) i componenti necessari al progetto direttamente dalle confezioni e collocarli quindi sul PCB nelle posizioni desiderate (place).
Tramite delle teste robotizzate che si muovono su un piano di riferimento i componenti vengono prelevati dai loro nastri o dalle stecche e posizionati sul PCB secondo le coordinate xy inserite in fase di programmazione della macchina.
La programmazione viene effettuata da un operatore specializzato che assegna le coordinate e la rotazione ad ogni componente per ogni posizione prevista sul circuito stampato secondo i files di progettazione.
CICLO TERMICO DI RIFUSIONE IN FORNO
Una volta completato il passaggio in P&P le schede hanno tutti i componenti posizionati sopra la pasta saldante e si è quindi pronti per il processo termico di rifusione in forno.
La prima fase del ciclo termico è il pre-riscaldo che serve ad avvicinare gradualmente la scheda alla temperatura di fusione e ad attivare le sostanze chimiche che aiutano la disossidazione delle superfici e sono invece inerti a temperatura ambiente.
Dopo il pre-riscaldo inizia il vero e proprio processo di rifusione. Le leghe lead free fondono alla temperatura di circa 217°C e bisogna quindi assicurarsi che ogni componente raggiunga tale temperatura in modo che la lega passi allo stato liquido andando a “bagnare” tutte le superfici per poi solidificarsi nella fase di raffreddamento e formare il legame tra componente e circuito stampato.
Tutte e tre le fasi: pre-riscaldo, rifusione e raffreddamento sono fondamentali per la corretta formazione del giunto saldato e sono quindi regolate da una curva termica detta “profilo di saldatura” che deve essere studiato e impostato per ogni prodotto da un operatore specializzato nella brasatura.
ll coordinatore di brasatura è responsabile anche della scelta delle materie prime per la saldatura e dell’armonizzazione dell’intero processo.
CONTROLLO AOI
Al termine delle lavorazioni un prezioso alleato permette il controllo dell’intera scheda assemblata. E’ il sistema automatico di controllo ottico (AOI).
Una scheda elettronica è fatta di una grandissima quantità di componenti e, ancor più di connessioni saldate, anche molto piccole e può bastare un solo punto critico a pregiudicare il funzionamento di tutto l’insieme.
Il sistema AOI acquisisce immagini di ogni prodotto scattando molteplici fotografie con le sue 8 camere a varie risoluzioni. Le immagini acquisite sono poi elaborate da un software molto potente che le confronta con la libreria delle immagini corrette secondo gli standard IPC sia per quanto riguarda la qualità delle saldature, che per del posizionamento la polarità. In questo modo la macchina può segnalare se ci sono dei punti da verificare in qualche scheda del lotto processato.
La performance del programma viene verificata alla prima produzione da operatori qualificati che possono intervenire allargando o restringendo alcuni parametri dove la scheda presenti morfologie particolari.
La verifica delle schede segnalate durante la produzione viene eseguita da un operatore di saldatura qualificato e formato sugli standard IPC che ha il compito di valutare il difetto, riparare il prodotto ed eventualmente dare retro feedback per il miglioramento dei programmi di controllo inseriti.
Avere una linea di controllo ottico automatico non solo consente di tenere sotto controllo la qualità dei prodotti assemblati ma è anche un grandissimo aiuto per la tenuta sotto controllo dei processi. Se i dati vengono analizzati con continuità permette infatti di correggere con grande anticipo eventuali derive del processo evidenziando le tipologie di errore più ricorrenti promuovendo quindi il mantenimento di un processo stabile che tende a non produrre errori.
