Sådan forstår du reflowprofilen for SMT

Sådan forstår du reflowprofilen for SMT

Opfindelsen og forfinelsen af overflademonteringsteknologien (SMT) har bidraget til elektronikindustriens fremgang. Reflow er en af de vigtigste teknologier inden for SMT.
The reflow-profil af printplademontage omfatter fire store blokke: forvarmning, gennemstrømning, reflow og afkøling. Disse vil blive introduceret i detaljer i den følgende passage.

Indholdsfortegnelse
    Tilføj en overskrift for at begynde at generere indholdsfortegnelsen

    Forvarmningszone

    I reflowprofilen henviser forvarmningszonen normalt til det område, hvor PCBA'ens temperatur stiger fra stuetemperaturen til ca. 150-170 °C. I dette område skal temperaturen hæves langsomt (også kendt som en engangstemperaturforhøjelse) for at lette mængden af loddepasta og vanddampen kan fordampe i tide, så man undgår stænk og påvirker den efterfølgende loddekvalitet, fordi aktiveringstemperaturen for de fleste flusmidler ligger omkring 150 °C.

    Elektroniske dele, der er blevet klistret på PCB'et, især store dele som BGA- og IO-stikdele, skal også opvarmes langsomt for at forberede sig på den efterfølgende høje temperatur. Hvis opvarmningshastigheden i dette afsnit er for hurtig, vil de for store forskelle i delene mellem indre og ydre temperaturer og de forskellige materialers CTE medføre, at delene deformeres, og fordelingen af kobber på PCB'et er ofte ikke ensartet udformet på grund af kredsløbskrav.

    forvarme-zone

    En for hurtig opvarmningshastighed vil også forringe varmeabsorptionshastigheden i forskellige områder af pladen, hvilket resulterer i forskelle i termisk stress, forvrængning af pladen og andre problemer. Derfor styres temperaturstigningshastigheden i forvarmningszonen i reflowprofilen normalt mellem 1,5 °C og 3 °C/sek., og nogle blyfri loddepastaer øger temperaturstigningshastigheden til 5 °C/sek.

    Selv om den hurtige temperaturstigning hjælper flusmidlet til hurtigt at nå blødgøringstemperaturen og gør det muligt for det at sprede sig hurtigt og dække det største område af loddeforbindelsen, gør det også, at noget af aktivatoren kan blive indarbejdet i væsken i den egentlige legering.

    Men hvis temperaturen stiger for hurtigt, kan det på grund af effekten af termisk stress forårsage mikrorevner i keramiske kondensatorer, forvridning forårsaget af ujævn opvarmning af PCB'et, hulrum eller skader på IC-chips, og opløsningsmidlet i loddepastaen vil fordampe, og der er fare for, at loddepastaen kollapser.

    En langsommere temperaturrampe giver mulighed for, at mere opløsningsmiddelfordampning eller gas kan slippe ud, og det bringer også fluxen tættere på loddefugen, hvilket reducerer muligheden for spredning og sammenfald. Hvis temperaturen i reflowprofilen stiger for langsomt, vil loddepastaen imidlertid blive overoxideret, og fluxens aktivitet vil blive reduceret.

    Desuden er der flere negative fænomener i reflowprofilen relateret til opvarmningshastigheden i forvarmningszonen, som følger

    Kollaps

    I reflowprofilen sker dette hovedsageligt i pastafasen, før loddepastaen smelter. Viskositeten af loddepastaen vil falde med stigende temperatur, fordi temperaturstigningen får molekylerne i materialet til at vibrere mere voldsomt på grund af varmen. Desuden har opløsningsmidlet ikke nået at fordampe ordentligt på grund af den hurtige temperaturstigning i reflowprofilen, hvilket fører til et fald i viskositeten. 

    temperaturstigningen vil få opløsningsmidlet til at fordampe

    Korrekt talt vil temperaturstigningen få opløsningsmidlet til at fordampe og øge viskositeten, men opløsningsmidlets forflygtigelse er proportional med tiden og temperaturen, dvs. at jo længere tid der går, jo mere opløsningsmiddel fordamper, jo længere tid. Derfor vil viskositeten af loddepastaen med langsom temperaturstigning være højere end den for loddepastaen med hurtig temperaturstigning, og loddepastaen vil være mindre tilbøjelig til at kollapse.

    Tin perler

    I reflowprofilen, når fluxen hurtigt fordamper til gas, som hurtigt vil slippe ud. Nogle gange vil tinet høj stænk til det ydre bælte, og i de små chipkomponenter under kroppen af det lille mellemrum vil loddepastaen blive adskilt. Fordi der ikke er nogen svejseplade under bagsvejse dele, som kan tiltrække smeltet loddepasta. Kombineret med vægten af delens ekstrudering vil den adskilte smeltede loddepasta komme ud under delens krop og danne små tinperler på dens kant.

    Loddekugler

    Loddekugler

    Når temperaturen stiger for hurtigt i reflowprofilen, vil opløsningsmidlet hurtigt fordampe fra loddepastaen og forårsage stænk af loddepastaen. Ved at sænke opvarmningshastigheden kan man effektivt kontrollere dannelsen af loddekugler. Men for langsom opvarmning vil også føre til overdreven oxidation og reducere fluxens aktivitet.

    Fænomenet "lampesifon".

    Dette fænomen i reflowprofilen er, at efter at loddet har vædet stiften, stiger loddet op fra loddefugeområdet langs stiften, således at loddefugen har utilstrækkeligt lod eller tomt lod. Den mulige årsag er, at loddepastaen er i smeltefasen, og at temperaturen på komponentens fødder er højere end på printpladen. 

    Det kan forbedres ved at øge temperaturen i bunden af printpladen eller forlænge den tid, loddepastaen er tæt på smeltepunktet. Det er bedst at opnå temperaturbalance mellem komponentfødderne og loddepladen, før loddet bliver vædet. Når loddet først er blevet vædet på pladen, er det vanskeligt at ændre loddets form, og det påvirkes ikke længere af temperaturstigningshastigheden.

    Dårlig befugtning

    Ud over oxidation skyldes dårlig vådhed i reflowprofilen generelt overdreven oxidation af tinpulveret under PCB-lodningsproces, som kan forbedres ved at reducere den overdrevne varme, der absorberes af loddepastaen under forvarmningen.

    Den ideelle reflowprofiltid bør være så kort som muligt. Hvis der er andre faktorer, der forhindrer, at opvarmningstiden kan forkortes, anbefales det at anvende en lineær temperatur fra stuetemperatur til loddepastaens smeltepunkt, så muligheden for oxidation af tinpulveret kan reduceres under reflowet.

    tinpulver

    Hoved i køjen

    Hovedårsagen til falsk svejsning i reflowprofilen kan være forårsaget af fænomenet "wick siphon" eller manglende vådhed. Når væge-siphon-fænomenet opstår, vil det smeltede loddeplast bevæge sig til den højere temperaturposition, hvilket resulterer i falsk lodning. Hvis det er et problem med ikke-vådhed, også kendt som hoved i puden Dette fænomen skyldes, at BGA-loddekuglen er blevet nedsænket i loddet, men ikke har dannet en ægte intermetallisk forbindelse (IMC) eller vådhed. Dette problem kan normalt løses ved at reducere oxidationen.

    Tomrum

    Hovedårsagen er, at opløsningsmidlet eller fugten i flusmidet hurtigt oxideres og ikke slipper ud umiddelbart før loddet størkner.

    Iblødsætningszone

    blødgøringszone

    I reflowprofilen kaldes dette område for endotermisk område, og nogle kalder det "område med konstant temperatur" eller "aktivt område", og temperaturen i dette område med næsten konstant temperatur holdes normalt på 150 ± 10 °C, mens temperaturen for blyfri loddepasta holdes på ca. 170 °C+/-10 °C. Opstartstemperaturen falder normalt mellem 150 og 190 °C. Denne zone med reflowprofil er på tærsklen til loddepastaens smeltning, og de flygtige stoffer i loddepastaen vil blive yderligere fjernet. 

    Aktivatoren er blevet aktiveret og fjerner effektivt oxiderne på loddeoverfladen. Hovedformålet med denne reflowprofil er at lave forskellige størrelser og forskellige teksturer. Komponenternes temperatur kan nå en ensartet temperatur, inden de kommer ind i reflowzonen, så forskellen i printpladens overfladetemperatur △T er tæt på minimumsværdien.

    Reflowprofilens form i dette temperaturområde er tæt på vandret, og det er også et vindue til evaluering af reflowovnsprocessen. Valg af en ovn, der kan opretholde en flad aktiv reflowprofil, vil forbedre loddeeffekten, fordi det ikke er let på grund af tidsforskellen forårsaget af de forskellige smeltetider, der vil være mindre problem med forskellige spændinger i begge ender af emnet.

    Zonen med konstant temperatur ligger normalt mellem ovnens 2. og 3. zone, og tiden holdes i ca. 60-120 sekunder. Hvis tiden er for lang, vil kolofoniumet fordampe for meget, og problemet med overdreven oxidation af loddepastaen vil opstå, og aktiviteten og beskyttelsesfunktionen vil gå tabt under reflowlodning. Som følge heraf opstår der problemer som f.eks. virtuel svejsning, sorte loddefuge-rester og kedelige loddefuger efter svejsning.

    Hvis temperaturen i dette område stiger for hurtigt, vil kolofoniumet (flusmidlet) i loddepastaen udvide sig og hurtigt fordampe. Under normale omstændigheder bør kolofoniummet langsomt slippe ud af mellemrummet mellem loddepastaen. Når kolofoniummet for hurtigt fordamper, opstår der kvalitetsproblemer som porøsitet, brændt tin og tinperler.

    Reflow-zone

    Reflow-zone

    Reflowområdet er det område med den højeste reflowprofiltemperatur i hele sektionen, og det kaldes normalt "tid over væsker". På dette tidspunkt vil tinet i loddet "kemisk reagere" med kobberet (Cu) eller nikkelet (Ni) på puden og danne en intermetallisk forbindelse Cu5Sn6 eller Ni3Sn4. 

    Tag overfladebehandlingen af OSP (Organic Protective Film) som et eksempel, når loddepastaen smelter, vil den hurtigt våde kobberlaget, tinatomer og kobberatomer trænger ind i hinanden på grænsefladen, og strukturen af den oprindelige Sn-Cu-legering er en god Cu6Sn5 intermetallisk forbindelse (IMC), en kritisk fase i reflow-ovnen, da temperaturgradienter på tværs af samlingen skal minimeres.

    Tykkelsen af IMC er acceptabel på 1-5 μm, men for tyk IMC er ikke godt, og det anbefales generelt at kontrollere den på 1-3 μm som det bedste. TAL skal holde sig inden for de parametre, der er angivet af loddepastaproducenten. Produktets maksimale temperatur nås også på dette stadium. Hvis tiden er for lang, vil IMC'en blive tykkere og sprød, og det kobberbaserede gulv kan fortsætte med at generere Cu3Sn dårlig IMC. Pladen med ENIG-overfladebehandling vil generere Ni3Sn4 IMC i den indledende fase, men den vil også generere meget lidt Cu6Sn5-forbindelse.

    Man skal være opmærksom på ikke at overskride den maksimale temperatur og opvarmningshastighed for enhver temperaturfølsom komponent på PCB'et. F.eks. har en typisk blyfri tantalkondensator en maksimal temperatur på 260 °C i højst 10 sekunder. Ideelt set bør alle loddeforbindelser på samlingen nå den samme maksimale temperatur på samme tid og med samme hastighed for at sikre, at alle dele oplever det samme miljø i ovnen.

    Toptemperaturen for reflowprofilen afhænger normalt af loddens smeltepunktstemperatur og den temperatur, som de samlede dele kan tåle. Generelt skal spidstemperaturen være ca. 25-30 °C højere end loddepastaens normale smeltepunkt for at kunne fuldføre lodningen med succes. Hvis den er lavere end denne temperatur, er der stor sandsynlighed for at forårsage ulemperne koldsvejsning og dårlig vådhed. Tiden for reflowområdet (TAL) anbefales generelt at være mellem 30 og 60 sekunder, og nogle få producenter kræver mere end 45 sekunder og mindre end 90 sekunder.

    Kølezone

    Efter reflow-zonen afkøles produktet og størkner loddeforbindelserne, så de er klar til de efterfølgende samlingsprocesser. Det er også vigtigt at kontrollere afkølingshastigheden.

    loddeforbindelser

    Man mener generelt, at kølezonen i reflowprofilen skal afkøles hurtigt for at størkne loddet. Hurtig afkøling kan også opnå en finere krystalstruktur, forbedre loddeforbindelsernes styrke, gøre loddeforbindelserne lyse, og overfladen er kontinuerlig og meniskformet, men ulempen er, at det er lettere at danne huller, fordi nogle gasser ikke har tid til at slippe ud.

    Tværtimod vil langsom afkøling i reflowprofilen over smeltepunktet let føre til overdreven dannelse af intermetalliske forbindelser (IMC) og større krystalkorn, hvilket vil reducere udmattelsesstyrken. Når afkølingshastigheden accelereres, skal der lægges vægt på delernes slagfasthed. 

    Den maksimale afkølingshastighed i reflowprofilen, der er tilladt for en almindelig kondensator, er ca. 4 °C/sek. Overdreven afkølingshastighed vil sandsynligvis forårsage spændinger og revner. Det kan også forårsage afskalning mellem puden og PCB'et eller mellem puden og loddeforbindelsen. Generelt er den anbefalede afkølingshastighed i reflowprofilen mellem 2 og 5 °C/s.

    OFTE STILLEDE SPØRGSMÅL

    Reflow-profilen for printplademontage omfatter fire hovedblokke: forvarmning, blødgøring, reflow og afkøling.
    Forvarmningszonen henviser normalt til det område, hvor PCBA'ens temperatur stiger fra stuetemperaturen til ca. 150-170 °C.

    Man mener generelt, at kølezonen i reflowprofilen skal afkøles hurtigt for at størkne loddet. Hurtig afkøling kan også opnå en finere krystalstruktur, forbedre loddeforbindelsernes styrke, gøre loddeforbindelserne lyse, og overfladen er kontinuerlig og meniskformet, men ulempen er, at det er lettere at danne huller, fordi nogle gasser ikke har tid til at slippe ud.

    Relaterede indlæg

    PCB Impedance Board - Alt hvad du behøver at vide

    PCB Impedance Board - Alt hvad du behøver at vide

    PCB-impedansplader er rygraden i højtydende elektroniske systemer, hvor signalintegriteten er altafgørende. Disse specialiserede printkort er omhyggeligt designet og fremstillet ...
    Sådan installerer du en modstand på et printkort

    Hvordan installerer man en modstand på et printkort?

    Anvendelsen af modstande på et Printed Circuit Board (PCB) er et vigtigt aspekt af kredsløbsdesign. Modstand er en komponent, der bruges til at begrænse ...
    Udpakning af SMT PCB-montage - overflademonteringsteknologi

    Udpakning af SMT PCB-montage - overflademonteringsteknologi

    Denne artikel afmystificerer, hvad der definerer SMT PCB-montageprocesser, maskiner, omkostningsstrukturer, fordele i forhold til forgængere og udvælgelsesstrategier for produktionspartnere.
    Konventionel PCB-fremstilling vs. Rapid Prototyping PCB - en detaljeret sammenligning

    Konventionel PCB-fremstilling vs. Rapid Prototyping PCB - en detaljeret sammenligning

    I det evigt udviklende landskab af elektronik er skabelsen af printkort (PCB) et kritisk aspekt af produktudviklingen. Uanset om det er til forbruger ...
    IBE Electronics møder dig på CES (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics møder dig på CES (Consumer Electronics Show) 2024

    Som en af de globale ODM/OEM-producenter med en masseproduktionsbase inviterer IBE dig til at besøge vores stand 2012&2014 og stand 2929 den ...
    Anmodning om et tilbud

    Efterlad en kommentar

    Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *

    da_DKDanish
    Rul til toppen