Miten ymmärtää SMT:n reflow-profiilia?

Miten ymmärtää SMT:n reflow-profiilia?

Pintaliitostekniikan (SMT) keksiminen ja parantaminen ovat edistäneet elektroniikkateollisuuden kukoistusta. Reflow on yksi SMT:n tärkeimmistä tekniikoista.
The reflow-profiili piirilevyn kokoonpanossa on neljä pääkokonaisuutta: esilämmitys, liotus, uudelleenvalutus ja jäähdytys. Nämä esitellään yksityiskohtaisesti seuraavassa kappaleessa.

Sisällysluettelo
    Lisää otsikko sisällysluettelon luomisen aloittamiseksi.

    Esilämmitysalue

    Reflow-profiilissa esilämmitysalueella tarkoitetaan yleensä aluetta, jossa PCBA:n lämpötila nousee huoneenlämpötilasta noin 150~170°C. Tällä alueella lämpötilaa olisi nostettava hitaasti (tunnetaan myös nimellä kertalämmönnosto), jotta helpotetaan juotospastan määrä ja vesihöyry voidaan haihduttaa ajoissa, jotta vältetään roiskuminen ja myöhempi juottamisen laatuun vaikuttaminen, koska useimpien vuonien aktivoitumislämpötila on noin 150 °C.

    Piirilevylle liimatut elektroniset osat, erityisesti suuret osat, kuten BGA- ja IO-liitinosat, on myös lämmitettävä hitaasti, jotta ne voivat valmistautua seuraavaan korkeaan lämpötilaan. Jos lämmitysnopeus tässä osassa on liian nopea, osien sisäisten ja ulkoisten lämpötilojen liialliset erot ja eri materiaalien CTE aiheuttavat osien muodonmuutoksia, ja kuparin jakautumista piirilevylle ei useinkaan suunnitella tasaisesti piirin vaatimusten vuoksi.

    esilämmitysalue

    Liian nopea lämmitysnopeus heikentää myös levyn eri osien lämmöntalteenoton nopeutta, mikä johtaa lämpöjännityseroihin, levyn vääristymiseen ja muihin ongelmiin. Siksi lämpötilan nousunopeutta reflow-profiilin esilämmitysalueella valvotaan yleensä välillä 1,5 °C-3 °C/s, ja joillakin lyijyttömillä juotospastoilla lämpötilan nousunopeus on jopa 5 °C/s.

    Vaikka nopea lämpötilan nousu auttaa vuotajaa saavuttamaan pehmenemislämpötilan nopeasti ja mahdollistaa sen nopean leviämisen ja suurimman osan juotosliitoksen pinta-alasta, se mahdollistaa myös sen, että osa aktivaattorista pääsee sulautumaan varsinaisen metalliseoksen nesteeseen.

    Jos lämpötila nousee kuitenkin liian nopeasti lämpöjännityksen vaikutuksesta, se voi aiheuttaa keraamisissa kondensaattoreissa mikrohalkeamia, piirilevyn epätasaisen lämpenemisen aiheuttamaa vääntymistä, IC-sirujen tyhjiöitä tai vaurioita, ja juotospastan liuotin haihtuu ja juotospastan romahduksen vaara.

    Hitaampi lämpötilaramppi mahdollistaa suuremman liuottimen haihtumisen tai kaasun poistumisen, ja se myös tuo vuon lähemmäs juotosliitosta, mikä vähentää leviämisen ja romahtamisen mahdollisuutta. Jos lämpötila kuitenkin nousee reflow-profiilissa liian hitaasti, juotospasta hapettuu liikaa ja vuon aktiivisuus vähenee.

    Lisäksi reflow-profiilissa on useita haitallisia ilmiöitä, jotka liittyvät esilämmitysvyöhykkeen lämpenemisnopeuteen, seuraavasti

    Romahdus

    Reflow-profiilissa tämä tapahtuu pääasiassa pastavaiheessa ennen juotospastan sulamista. Juotospastan viskositeetti pienenee lämpötilan noustessa, koska lämpötilan nousu saa materiaalin molekyylit värähtelemään voimakkaammin lämmön vaikutuksesta. Lisäksi liuotin ei ehtinyt haihtua kunnolla lämpötilan nopean nousun vuoksi reflow-profiilissa, mikä johtaa viskositeetin laskuun. 

    lämpötilan nousu saa liuottimen haihtumaan.

    Oikeastaan lämpötilan nousu saa liuottimen haihtumaan ja lisää viskositeettia, mutta liuottimen haihtuminen on verrannollinen aikaan ja lämpötilaan, toisin sanoen tietyn lämpötilan nousun ollessa kyseessä, mitä pidempi aika, sitä enemmän liuotinta haihtuu. Siksi juotospastan viskositeetti, jossa lämpötila nousee hitaasti, on korkeampi kuin juotospastan viskositeetti, jossa lämpötila nousee nopeasti, ja juotospasta on vähemmän altis romahtamaan.

    Tinahelmet

    Reflow-profiilissa, kun vuo haihtuu nopeasti kaasuksi, joka karkaa nopeasti. Joskus tina korkea roiske ulkovyöhön, ja pienessä sirukomponenteissa pienen raon rungon alapuolella oleva pieni rako tuo esiin juotospastan erottamisen. Koska takahitsausosien alapuolella ei ole hitsaustyynyä, joka voi houkutella sulaa juotospastaa. Yhdessä osan rungon puristamisen painon kanssa erotettu sula juotospasta nousee osan rungon alta ja muodostaa pieniä tinahelmiä sen reunalle.

    Juotospallot

    Juotospallot

    Reflow-profiilissa, kun lämpötila nousee liian nopeasti, liuotinkaasu haihtuu nopeasti juotospastasta ja aiheuttaa juotospastan roiskumisen. Lämmitysnopeuden hidastaminen voi tehokkaasti hallita juotospallojen muodostumista. Liian hidas kuumentaminen johtaa kuitenkin myös liialliseen hapettumiseen ja vähentää juoksetteen aktiivisuutta.

    Lamppusifoni-ilmiö

    Tämä ilmiö reflow-profiilissa on se, että kun juote kostuttaa tapin, juote nousee juotosliitosalueelta tappia pitkin, joten juotosliitoksessa on riittämätön juote tai tyhjä juote. Mahdollinen syy on se, että juotospasta on sulamisvaiheessa ja komponenttijalkojen lämpötila on korkeampi kuin piirilevytyynyn lämpötila. 

    Sitä voidaan parantaa nostamalla lämpötilaa piirilevyn pohjassa tai pidentämällä aikaa, jonka juotospasta on lähellä sulamispistettä. On parasta saavuttaa lämpötilatasapaino komponentin jalkojen ja juotosalustan välillä ennen juotteen kostuttamista. Kun juote on kostutettu alustaan, juotteen muotoa on vaikea muuttaa, eikä lämpötilan nousunopeus enää vaikuta siihen.

    Huono kostutus

    Hapettumisen lisäksi huono kostutus reflow-profiilissa johtuu yleensä tinajauheen liiallisesta hapettumisesta tinajauheen hapettumisen aikana. PCB-juotosprosessi, jota voidaan parantaa vähentämällä juotospastan esilämmityksen aikana absorboimaa liiallista lämpöä.

    Ihanteellisen reflow-profiiliajan tulisi olla mahdollisimman lyhyt. Jos muut tekijät estävät lämmitysajan lyhentämisen, on suositeltavaa ottaa käyttöön lineaarinen lämpötila huoneenlämpötilasta juotospastan sulamispisteeseen, jotta tinajauheen hapettumisen mahdollisuutta voidaan vähentää uudelleenjuoksutuksen aikana.

    tinajauhe

    Pää tyynyssä

    Pääasiallinen syy vääriin hitsauksiin uudelleenjuoksutusprofiilissa voi johtua wick siphon -ilmiöstä tai kastumattomuudesta. Kun wick siphon -ilmiö ilmenee, sulanut juote siirtyy korkeampaan lämpötilaan, mikä johtaa väärään juottamiseen. Jos kyseessä on ei-kostutusongelma, joka tunnetaan myös nimellä pää tyynyssä Tämä ilmiö johtuu siitä, että BGA-juotospallo on upotettu juotteeseen, mutta se ei ole muodostanut todellista intermetallic compoundia (IMC) tai kostutusta. Tämä ongelma voidaan yleensä ratkaista vähentämällä hapettumista.

    Tyhjät tilat

    Tärkein syy on se, että juoksevassa aineessa oleva liuotin tai kosteus hapettuu nopeasti eikä pääse poistumaan välittömästi ennen juotoksen jähmettymistä.

    Liotusalue

    liotusalue

    Reflow-profiilissa tätä aluetta kutsutaan endotermiseksi alueeksi, ja jotkut kutsuvat sitä "vakiolämpötila-alueeksi" tai "aktiiviseksi alueeksi", ja tämän lähes vakiolämpötilan lämpötila pidetään yleensä 150 ± 10 ° C: n alueella, lyijytön juotospastan lämpötila pidetään noin 170 ° C +/-10 ° C: ssa. Ramp-up-lämpötila on yleensä 150-190 °C. Tämä reflow-profiilialue on juotospastan sulamisen kynnyksellä, ja juotospastassa olevat haihtuvat aineet poistetaan edelleen. 

    Aktivaattori on aktivoitunut ja poistaa tehokkaasti oksidit juotospinnalta. Tämän reflow-profiilin päätarkoitus on tehdä erikokoisia ja erimuotoisia juotoksia. Komponenttien lämpötila voi saavuttaa tasaisen lämpötilan ennen reflow-alueelle pääsyä, jotta levyn pintalämpötilaero △T on lähellä minimiarvoa.

    Reflow-profiilin muoto tällä lämpötila-alueella on lähes vaakasuora, ja se on myös ikkuna reflow-uunin prosessin arvioimiseksi. Valitsemalla uunin, joka voi ylläpitää tasaista aktiivista uudelleenjuoksutusprofiilia, parannetaan juotosvaikutusta, koska se ei ole helppoa erilaisten sulamisaikojen aiheuttaman aikaeron vuoksi, ja osan molemmissa päissä olevien erilaisten jännitysten ongelma on pienempi.

    Vakiolämpötilavyöhyke on yleensä uunin 2. ja 3. vyöhykkeen välissä, ja aikaa ylläpidetään noin 60-120 s. Jos aika on liian pitkä, kolofoni haihtuu liikaa, ja juotospastan liiallinen hapettuminen aiheuttaa ongelman, ja aktiivisuus ja suojaustoiminto menetetään uudelleenjuottamisen aikana. Tämän seurauksena hitsauksen jälkeen syntyy ongelmia, kuten virtuaalihitsaus, mustuneet juotosliitosjäämät ja tylsät juotosliitokset.

    Jos lämpötila tällä alueella nousee liian nopeasti, juotospastassa oleva kolofoni (flux) laajenee ja haihtuu nopeasti. Normaaliolosuhteissa kolofonin pitäisi hitaasti poistua juotospastan välisestä raosta. Kun kolofoni haihtuu liian nopeasti, syntyy laatuongelmia, kuten huokoisuutta, paistunutta tinaa ja tinahelmiä.

    Reflow-alue

    Reflow-alue

    Reflow-alue on alue, jonka reflow-profiilin lämpötila on korkein koko osassa, ja sitä kutsutaan yleensä "nesteiden yläpuolella olevaksi ajaksi". Tänä aikana juotteen sisältämä tina "reagoi kemiallisesti" tyynyn kuparin (Cu) tai nikkelin (Ni) kanssa muodostaen intermetallisen yhdisteen Cu5Sn6 tai Ni3Sn4. 

    Otetaan esimerkkinä OSP: n (orgaaninen suojakalvo) pintakäsittely, kun juotospasta sulaa, se kastelee nopeasti kuparikerroksen, tina-atomit ja kupariatomit tunkeutuvat toisiinsa rajapinnalla, ja alkuperäisen Sn-Cu-seoksen rakenne on hyvä Cu6Sn5-metallien välinen yhdiste (IMC), kriittinen vaihe reflow-uunissa, koska kokoonpanon lämpötilagradientit on minimoitava.

    IMC:n paksuus on hyväksyttävä 1-5μm, mutta liian paksu IMC ei ole hyvä, ja yleensä suositellaan, että se on 1-3μm. TAL:n on pysyttävä juotospastan valmistajan määrittelemien parametrien sisällä. Tässä vaiheessa saavutetaan myös tuotteen huippulämpötila. Jos aika on liian pitkä, IMC:stä tulee paksumpi ja hauras, ja kuparipohjainen lattia voi edelleen tuottaa Cu3Sn-pahaa IMC:tä. ENIG-pintakäsitelty levy tuottaa alkuvaiheessa Ni3Sn4 IMC:tä, mutta se tuottaa myös hyvin vähän Cu6Sn5-yhdistettä.

    On huolehdittava siitä, että piirilevyn lämpötilaherkkien komponenttien enimmäislämpötilaa ja lämmitysnopeutta ei ylitetä. Esimerkiksi tyypillisen lyijyttömän tantaalikondensaattorin maksimilämpötila on 260 °C enintään 10 sekunnin ajan. Ihannetapauksessa kaikkien kokoonpanon juotosliitosten tulisi saavuttaa sama huippulämpötila samaan aikaan ja samalla nopeudella, jotta varmistetaan, että kaikki osat kokevat saman ympäristön uunissa.

    Reflow-profiilin huippulämpötila riippuu yleensä juotteen sulamispistelämpötilasta ja lämpötilasta, jonka kootut osat kestävät. Yleensä huippulämpötilan on oltava noin 25~30 °C korkeampi kuin juotospastan normaali sulamispiste, jotta juotos saadaan onnistuneesti suoritettua. Jos se on tätä lämpötilaa alhaisempi, se aiheuttaa hyvin todennäköisesti kylmähitsauksen ja huonon kostutuksen haittoja. Reflow-alueen (TAL) ajan suositellaan yleensä olevan 30-60 sekuntia, ja muutamat valmistajat vaativat yli 45 sekuntia ja alle 90 sekuntia.

    Jäähdytysvyöhyke

    Reflow-alueen jälkeen tuote jäähtyy ja jähmettää juotosliitokset, jotka ovat valmiita myöhempiä kokoonpanoprosesseja varten. Jäähdytysnopeuden hallinta on myös kriittisen tärkeää.

    juotosliitokset

    Yleisesti uskotaan, että reflow-profiilin jäähdytysvyöhyke olisi jäähdytettävä nopeasti juotteen jähmettämiseksi. Nopea jäähdytys voi myös saada hienomman kiderakenteen, parantaa juotosliitosten lujuutta, tehdä juotosliitoksista kirkkaita ja pinta on jatkuva ja meniskin muotoinen, mutta haittapuolena on, että reikien muodostuminen on helpompaa, koska joillakin kaasuilla ei ole aikaa poistua.

    Päinvastoin, hidas jäähdytys sulamispisteen yläpuolella sulatusprofiilissa johtaa helposti metallien välisten yhdisteiden (IMC) ja suurempien kiderakeiden liialliseen muodostumiseen, mikä vähentää väsymislujuutta. Jäähdytysnopeutta nopeutettaessa on kiinnitettävä huomiota osien iskunkestävyyteen. 

    Yleisen kondensaattorin suurin sallittu jäähdytysnopeus reflow-profiilissa on noin 4 °C/s. Liian suuri jäähdytysnopeus aiheuttaa todennäköisesti jännityksiä ja halkeamia. Se voi myös aiheuttaa kuoriutumista tyynyn ja piirilevyn tai tyynyn ja juotosliitoksen välillä. Yleensä suositeltu jäähdytysnopeus reflow-profiilissa on 2-5 °C/s.

    FAQ

    Piirilevyjen kokoonpanon reflow-profiiliin kuuluu neljä suurta lohkoa: esilämmitys, liotus, reflow ja jäähdytys.
    Esilämmitysvyöhykkeellä tarkoitetaan yleensä aluetta, jossa PCBA:n lämpötila nousee huoneenlämpötilasta noin 150~170°C.

    Yleisesti uskotaan, että reflow-profiilin jäähdytysvyöhyke olisi jäähdytettävä nopeasti juotteen jähmettämiseksi. Nopea jäähdytys voi myös saada hienomman kiderakenteen, parantaa juotosliitosten lujuutta, tehdä juotosliitoksista kirkkaita ja pinta on jatkuva ja meniskin muotoinen, mutta haittapuolena on, että reikien muodostuminen on helpompaa, koska joillakin kaasuilla ei ole aikaa poistua.

    Aiheeseen liittyvät viestit

    PCB-impedanssilevy - kaikki mitä sinun tarvitsee tietää

    PCB-impedanssilevy - kaikki mitä sinun tarvitsee tietää

    PCB-impedanssilevyt ovat tehokkaiden elektronisten järjestelmien selkäranka, jossa signaalin eheys hallitsee ylivoimaisesti. Nämä erikoistuneet painetut piirilevyt on suunniteltu ja valmistettu huolellisesti ...
    Kuinka asentaa vastus painettuun piirilevyyn

    Miten asentaa vastus piirilevylle?

    Vastusten käyttö piirilevyllä (PCB) on tärkeä osa piirisuunnittelua. Vastus on komponentti, jota käytetään rajoittamaan ...
    SMT PCB-kokoonpanon purkaminen pakkauksesta - Pinta-asennustekniikka

    SMT PCB-kokoonpanon purkaminen pakkauksesta - Pinta-asennustekniikka

    Tässä artikkelissa selvitetään SMT-piirilevyjen kokoonpanoprosessien, koneiden, kustannusrakenteiden, edeltäjiin verrattuna saavutettujen etujen ja valmistuskumppaneiden valintastrategioiden määritelmiä.
    Perinteinen PCB-valmistus vs. Rapid Prototyping PCB - yksityiskohtainen vertailu

    Perinteinen PCB-valmistus vs. Rapid Prototyping PCB - yksityiskohtainen vertailu

    Elektroniikan jatkuvasti kehittyvässä maisemassa painettujen piirilevyjen (PCB) luominen on tärkeä osa tuotekehitystä. Olipa kyse sitten kuluttajille ...
    IBE Electronics tapaa sinut CES-messuilla (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics tapaa sinut CES-messuilla (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE on yksi globaaleista ODM / OEM-valmistajista, joilla on massatuotantopohja, ja IBE kutsuu sinut käymään osastollamme 2012 & 2014 ja osastollamme 2929 tammikuussa ...
    Pyydä tarjous

    Jätä kommentti

    Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *

    fiFinnish
    Vieritä alkuun