Page 45 - SHY2012

Basic HTML Version

6/2007
[ www.shy-hitsaus.net ]
43
sijoitetaan juotoskoneeseen. Fluksausase-
malla piirilevyille levitetään juottamisessa
tarvittava tasainen fluksikerros. Seuraavaksi
piirilevyt kuumennetaan ja fluksi saatetaan
haluttuun tilaan esikuumennusasemalla,
minkä jälkeen varsinainen juottaminen ta-
pahtuu juotosasemalla. Jäähdytysasemalla
tuotteita jäähdytetään hallitusti vaurioitu-
misriskin pienentämiseksi. Lopuksi juotetut
komponenttilevyt poistetaan juotoskoneesta
purkausasemalla.
Toinen tärkeä juottoprosessi massatuotan-
nossa on reflow-juotto. Se on käytetyin pro-
sessi silloin, kun piirilevyyn liitetään pintalii-
toskomponentteja (SMC, sur face mounted
component) - “jalat” eivät siis mene piirilevyn
läpi, jos niitä kyseisellä komponentilla yleen-
sä onkaan. Piirilevylle ladottujen komponent-
tien jalat tai johdinpinnat ovat ennen varsi-
naista juottoa juotepastapisaroiden päällä.
Reflow-juotossa (reflow soldering) liitokset
tehdään sulattamalla piirilevylle oikeisiin koh-
tiin aiemmin painettu, komponenttien jalko-
jen tai metallointien alla oleva juotepasta
jollakin sopivalla kuumennusmenetelmällä.
Uutta juotetta ei siis tuoda liitosalueelle
juottamisen aikana. Tällä perusteella ref-
low-juotoksi sanotaan nykyään kaikkia juo-
tosprosesseja, joissa juotteen annostelu ja
lämmön kohdistaminen liitoksiin tapahtuvat
eri aikoina. Juotepastan sulattava kuumen-
nus suoritetaan esimerkiksi kuuman kaasun,
infrapunasäteilyn tai lasersäteen avulla.
Kuvassa 6 nähdään sekä pintaliitoskonden-
saattoreita (vas.) että reikäasennuskonden-
saattoreita (oik.). Kuvassa 7 on puolestaan
tuote, jossa on erilaisia pintaliitoskomponent-
teja (SMC) piirilevyllä.
Hitsaaminen
elektroniikkateollisuudessa
Hitsaaminen on monen elektroniikkatuotteen
valmistuksessa täysin välttämätöntä. Erityi-
sesti matalan hitsausenergian prosessit ovat
laajasti käytössä. Matalan hitsausenergian
käyttöä puoltaa erityisesti se, että elektro-
niset laitteet ja komponentit ovat pieniä ja
lisäksi ne kestävät huonosti korkeita lämpö-
tiloja. Nämä lämmölle arat komponentit ovat
myös lähellä toisiaan.
Lämpötilarajoitteiden vuoksi perinteinen va-
lokaarihitsaus ei tule yleensä kysymykseen.
Sen sijaan pienen energiantuonnin laserhit-
saus, ultraäänihitsaus ja vastushitsaus ovat
elektroniikkateollisuuden usein käyttämiä
hitsausprosesseja.
Laserilla hitsataan erilaisia metalleja ja nykyi-
sin myös muovia elektroniikan pakkaamiseen
liittyvissä sovelluksissa. Laserhitsauksen
yleistymistä hillitsee laitteistojen suhteelli-
sen korkea hinta. Kilpailevana prosessina
on usein ultraäänihitsaus.
Ultraäänihitsauksella voidaan liittää esimer-
kiksi piisirulta lähtevät kultaiset johdinlan-
gat sirulla olevaan metalliseen alustaansa.
Samoin ultraäänihitsauksella ja myös pei-
lihitsauksella liitetään muovikotelon osia
elektroniikan ilmatiiviiksi pakkauksiksi. Ult-
raäänihitsaus soveltuu erityisen hyvin sel-
laisten kokoonpanojen liittämiseen, jotka
sisältävät herkkää elektroniikkaa. Tällaisista
mainittakoon vaikkapa modeemit. Samoin
ultraäänihitsausta sovelletaan nestemäistä
ainetta sisältävien tuotteiden kuten pariston
kuorien hitsaamiseen.
Elektroniikassa käytetään myös vastushit-
sausta ja kaaripurkaukseen perustuvia
menetelmiä muun muassa diodien ja kon-
densaattorien valmistuksessa [5]. Eri so-
velluksissa liitettävät materiaaliparit voivat
olla vaikkapa molybdeeni-sirkonikupari tai
nikkeli-tantaali.
TWI tutkii ja kehittää intensiivisesti FSW:n
soveltamista mikroliitoksiin [6]. Tutkimuslai-
tos onkin saanut jo aikaiseksi ultraohuiden
materiaalien hitsaamiseen soveltuvan pro-
sessin, μFSW:n (micro-friction stir welding).
Se soveltuu sekä päittäis- että limiliitoksiin.
Alumiini-alumiini ja alumiini-kupari -pistehit-
sien koko on pienimmillään noin 0.2 mm,
mutta TWI:n tavoitteena on puolittaa vielä
tämäkin läpimitta. Myös ultrapienet jatkuvat
hitsit ovat mahdollisia.
Edellä on esitelty muutamia hitsausprosesse-
ja ja niiden sovellutuskohteita elektroniikan
komponenttien ja erilaisten kokoonpanojen
valmistuksessa. Näiden lisäksi elektroniik-
kateollisuuden tuotteet sisältävät paljon
myös “makrorakenteita” kuten esimerkiksi
matkapuhelinten tukiasemien kaapit. Näi-
den ohutlevyistä valmistettavien kaappien
hitsaukset tehdään konepajaympäristössä
yleensä robottihitsauksena käyttäen MIG/
MAG-prosessia.
Yhteenveto
Erilaiset liittämismenetelmät kuuluvat elekt-
roniikkateollisuuden osaamisen ydinaluei-
siin. Elektroniikkatuotteen lukuisat liitokset
tehdään joko matalan lämpötilan juottamis-
prosesseilla tai pienen lämmöntuonnin an-
tavilla hitsausprosesseilla.
Keskeisten komponenttien kuten integroi-
tujen piirien (IC), vastusten ja kondensaat-
torien valmistuksessa käytetään usein hit-
sausta. Koska komponentit ovat pieniä ja
sisältävät lämmölle arkoja materiaaleja tai
rakenteita, hitsaus pitää suorittaa pienellä
lämmöntuonnilla. Eri sovelluksiin käytettä-
viä prosesseja ovat muun muassa ultraää-
nihitsaus, laserhitsaus ja vastushitsaus.
Lisäksi TWI on äskettäin kehittänyt FSW:stä
mikrohitsausprosessin (μFSW), jota voidaan
käyttää muun muassa elektroniikatuotteiden
valmistuksessa.
Valmiit elektroniikan komponentit liitetään
jaloistaan tai vastaavista metalloinneistaan
piirilevyn pinnan juotosalueille. Yleisimpiä
juottomenetelmiä ovat aaltojuotto ja reflow-
juotto. Näitä prosesseja käytettäessä piirile-
vyn ja sille ladottujen komponenttien välille
syntyy yhtaikaa suuri määrä juotosliitoksia.
Valmiin elektroniikkatuotteen luotettava toi-
minta edellyttää, että kaikki pienet juotos-
liitokset johtavat lävitseen sähköä tuotteen
elinkaaren ajan.
Kirjallisuutta
1. Itabashi, I.: “Gold use in electronics:
bonding wire”. The LBMA Precious Metals
Conference 2004, Shanghai, China, Procee-
dings pp. 77-80.
2. Fukuda, Y., Pecht, M.G., Fukuda, K., Fuku-
da, S.: “Lead-free soldering in the Japanese
electronics industry”. IEEE Transactions on
Components and Packaging Technologies,
Vol. 26, No. 3, Sept. 2003, pp. 616-624.
3. http://en.wikipedia.org/wiki/Wave_sol-
dering
4. http://en.wikipedia.org/wiki/Sur face_
mount
5. http://www.cit-hadley.com
6. http://www.eurekamagazine.co.uk/ar-
ticle/9918/Its-bond--ultra-thin-bond.aspx
Jouko Leinonen
Professori
Oulun yliopisto, Konetekniikan osasto
Kuva 7. Pintaliitoskomponentit piirilevyllä
[4].