Kontrola AOI bezolovnatých pájených spojů

Datum: 20.06.2017

Kategorie: Kontrolní systémy

Optické systémy kontrolující osazené desky s plošnými spoji nebudou mít problémy s kontrolou přítomnosti, orientací, posunutím, atd. SMD. Je to samozřejmé, zde je vliv bezolovnaté pájky neprojeví. Bohužel vzhled pájených spojů bude jiný. Výrobci automatických optických systémů se museli s touto změnou vyrovnat. Rozhodovací proces AOI je odvislý od mnoha činitelů, které bylo nutné upravit pro novou technologii pájení.

Proč je optická kontrola bezolovnaté pájky obtížnější?

Existují dvě charakteristiky bezolovnaté pájky, které činí optickou kontrolu obtížnější:

Tvary spojů po přetavení jsou zpravidla nerovnoměrné.
Povrchy spojů mají sklon k mdlému, matnému vzhledu.

Důvody pro výše uvedené charakteristiky:

1. Rozptyl tvaru kužele pájky. Konečné tvary kužele závisí na několika proměnných, včetně návrhu pájecí plošky, podmínkách montážní linky, různých technologiích pokovování součástek, volbě tavidla a teplotě přetavení nebo teplotě v pájecí vlně. Jak se tudíž bezolovnatá pájka taví, povrchové napětí slitiny je silnější, než povrchové napětí Sn/Pb. Výsledkem je, že se obtížněji rozlévá na plochách. Její schopnost pájení, nebo smáčitelnost, závisí na její přitažlivosti k materiálům pájecí plošky, a pokovení vývodů SMD, což silně ovlivňuje tvar kužele.

2. Matné povrchy pájky. Eutektická pájka Sn/Pb má obecně odrazný povrch a vypadá hladká. Naopak bezolovnaté pájené spoje mají zpravidla mdlý nebo matný povrch, jenž vypadá hrubě (viz obrázek). Je tomu tak proto, že bezolovnatá pájka není eutektická slitina. Po přetavení její teplota neklesá ani rychle, ani stejnoměrně.

3. Odrazné charakteristiky povrchů pájky. Existuje vztah mezi povrchy pájky a jejich odraznými charakteristikami, jenž závisí na době, po kterou pájka tuhne. Povrch kužele pájky Sn/Pb je hladký a poměrně rovný, podmínky tuhnutí naznačují odrazný povrch. Bezolovnatá pájka občas vykazuje odrazný povrch, podobný povrchu pájky Sn/Pb, jenž se pouze mění na matný a neodrazný v závislosti na podmínkách teploty chladnutí. Jak bezolovnatá pájka tvrdne a stává se zcela neodraznou, jeví se jak matný, tak mírně zbarvená doběla.

Obr. 1 Povrch pájeného spoje s eutektickou pájkou Sn/Pb (a) je porovnáván s bezolovnatou pájkou (spodní obrázek). Hrubý povrch na spodním snímku vysvětluje obtížnost kontroly.

Obecně řečeno, bezolovnatá pájka má rozdíl teploty likvidu vůči teplotě pevného skupenství asi 10°C. Kvůli pomalému procesu chladnutí začíná kovová kompozice tuhnout nestejnoměrně, takže tekutý a tuhý stav koexistují, což je zdroj mdlého povrchu. Na druhé straně, u rychlých period chladnutí jsou povrchy srovnatelně hladší. Ať matný nebo lesklý a hladký povrch, daleko více závisí na podmínkách teploty chladnutí. Kromě toho se rozsah typů matného povrchu do značné míry mění.

Bezolovnatá pájka a automatická optická kontrola (AOI)

Pro automatizovaný systém optické kontroly pájky (AOI) se matný povrch bezolovnatého pájeného spoje může jevit bílý nebo se tvářit jako bílá maska, která zakrývá skutečný tvar kužele. Zde již záleží jakým způsobem AOI pracuje s informací získanou z kontrolované osazené desky s plošnými spoji. V nevýhodě je AOI, který má jednoduchý systém nasvícení a softwarově „pouze“ porovnává získaný obraz s obrazem uloženým v paměti PC. Zde se musí plně uplatnit kvalita vyhodnocovacích algoritmů. Naopak systémy jenž pracují s vícenásobným nasvícením jsou na tom lépe, na vyhodnocení mají více hardwarových prostředků a s kvalitním softwarem, nemají s bezolovnatým pájením problémy. Nejvýhodnějším řešením u AOI je pak přímá kontrola spojů. Spoj není porovnáván s žádným obrazem, ale je přímo „on-line“ měřen dle zadaných kritérií.