Hogyan lehet megérteni az SMT újraömlesztési profilját?

Hogyan lehet megérteni az SMT újraömlesztési profilját?

A felületszerelési technológia (SMT) feltalálása és tökéletesítése hozzájárult az elektronikai ipar virágzásához. A reflow az SMT egyik legfontosabb technológiája.

A reflow profil Az áramköri lapok összeszerelésének négy fő blokkja van: előmelegítés, áztatás, visszaáramoltatás és hűtés. Ezeket a következő részben részletesen bemutatjuk.

Tartalomjegyzék
    Adjon hozzá egy fejlécet a tartalomjegyzék létrehozásának megkezdéséhez.

    Előmelegítő zóna

    Az újraolvasztási profilban az előmelegítési zóna általában azt a területet jelenti, ahol a PCBA hőmérséklete a szobahőmérsékletről körülbelül 150~170°C-ra emelkedik. Ezen a területen a hőmérsékletet lassan kell emelni (más néven egyszeri hőmérséklet-emelkedés), hogy megkönnyítse a forraszpaszta mennyisége és a vízgőz időben elpárologhat, hogy elkerülhető legyen a fröccsenés és a későbbi forrasztás minőségének befolyásolása, mivel a legtöbb folyasztószer aktiválási hőmérséklete 150 °C körüli értékre esik.

    A NYÁK-ra ragasztott elektronikus alkatrészeket, különösen a nagyméretű alkatrészeket, mint például a BGA és az IO csatlakozó alkatrészek, szintén lassan kell felmelegíteni, hogy felkészüljenek a későbbi magas hőmérsékletre. Ha a fűtési sebesség ebben a szakaszban túl gyors, az alkatrészek belső és külső hőmérsékletének túlzott különbségei és a különböző anyagok CTE-je az alkatrészek deformálódását okozza, és a réz eloszlása a NYÁK-on gyakran nem egyenletesen van kialakítva az áramköri követelmények miatt.

    előmelegítő zóna

    A túl gyors fűtési sebesség rontja a lap különböző területeinek hőfelvételi sebességét is, ami hőfeszültség-különbségeket, a lap torzulását és egyéb problémákat eredményez. Ezért az újraforrasztási profil előmelegítési zónájában a hőmérséklet-emelkedési sebességet általában 1,5°C és 3°C/sec között szabályozzák, és egyes ólommentes forraszpaszták a hőmérséklet-emelkedési sebességet 5°C/sec-ra növelik.

    Although the rapid temperature rise helps the flux to reach the softening temperature quickly and allows it to spread quickly and cover the largest area of the solder joint, it also allows some of the activator to be incorporated into the liquid of the actual alloy.

    Ha azonban a hőmérséklet túl gyorsan emelkedik, a hőfeszültség hatása miatt a kerámia kondenzátorokban mikrorepedéseket, a NYÁK egyenetlen felmelegedése által okozott vetemedést, az IC chipek üregeit vagy károsodását okozhatja, és a forraszpaszta oldószere elpárolog, és a forraszpaszta összeomlásának veszélye.

    A lassabb hőmérséklet-emelkedés több oldószer elpárolgását vagy gáz távozását teszi lehetővé, és közelebb hozza a folyasztószert a forrasztási kötéshez, csökkentve ezzel a szétterjedés és összeomlás lehetőségét. Ha azonban az újraolvasztási profilban a hőmérséklet túl lassan emelkedik, a forraszpaszta túloxidálódik, és a folyasztószer aktivitása csökken.

    Ezen túlmenően az újraolvasztási profilban számos kedvezőtlen jelenség kapcsolódik az előmelegítő zóna felmelegedési sebességéhez, a következők szerint

    Összeomlás

    In reflow profile, this mainly occurs in the paste stage before the forraszpaszta melts. The viscosity of the solder paste will decrease as the temperature rising, because the increase of temperature makes the molecules in the material vibrate more violently due to heat. In addition, the solvent did not have time to evaporate properly due to the rapid increase of temperature in reflow profile, thus leading to the decrease of viscosity.

    a hőmérséklet-emelkedés hatására az oldószer elpárolog.

    Helyesen szólva, a hőmérséklet-emelkedés hatására az oldószer elpárolog, és növeli a viszkozitást, de az oldószer elpárolgása arányos az idővel és a hőmérséklettel, vagyis egy bizonyos hőmérséklet-emelkedés esetén minél hosszabb az idő, annál több oldószer párolog. Ezért a lassan emelkedő hőmérsékletű forraszpaszta viszkozitása magasabb lesz, mint a gyorsan emelkedő hőmérsékletű forraszpasztaé, és a forraszpaszta kevésbé hajlamos az összeomlásra.

    Ón gyöngyök

    Az újraáramlási profilban, amikor a fluxus gyorsan gázzá párolog, amely gyorsan elszökik. Néha az ón magas fröccsenés a külső övre, és a kis chip alkatrészek alatt a test a kis rés hozza ki a szétválasztása a forraszpaszta. Mivel nincs hegesztőbetét a hátsó hegesztési alkatrészek alatt, ami vonzhatja az olvadt forraszpasztát. Az alkatrésztest extrudálásának súlyával kombinálva a leválasztott olvadt forraszpaszta az alkatrész teste alól kijön, és kis óngyöngyöket képez a szélén.

    Forrasztó golyók

    Forrasztó golyók

    Az újraáramlási profilban, ha a hőmérséklet túl gyorsan emelkedik, az oldószeres gáz gyorsan elpárolog a forraszpasztából, és a forraszpaszta kifröccsenését okozza. A fűtési sebesség lelassításával hatékonyan szabályozható a forraszgolyók keletkezése. A túl lassú melegítés azonban túlzott oxidációhoz is vezet, és csökkenti a folyasztószer aktivitását.

    Lámpa szifon jelenség

    This phenomenon in reflow profile is that after the solder wets the pin, the solder climbs up from the solder joint area along the pin, so that the solder joint has insufficient solder or empty solder. The possible reason is that the solder paste is in the melting stage, and the temperature of the component feet is higher than that of the PCB pad.

    Javítható a hőmérséklet növelésével a NYÁK alján, vagy annak az időnek a meghosszabbításával, amíg a forraszpaszta az olvadáspont közelében van. A legjobb, ha az alkatrészlábak és a forrasztópad közötti hőmérsékleti egyensúlyt a forraszanyag nedvesítése előtt érjük el. Ha a forraszanyag már megnedvesedett a padon, a forraszanyag alakját nehéz megváltoztatni, és azt már nem befolyásolja a hőmérséklet-emelkedés mértéke.

    Rossz nedvesedés

    Az oxidáción kívül a rossz nedvesedést az újraolvasztási profilban általában az ónpor túlzott oxidációja okozza az alábbiak során PCB forrasztási folyamat, ami javítható a forraszpaszta által az előmelegítés során elnyelt túlzott hőmennyiség csökkentésével.

    Az ideális reflow profilidőnek a lehető legrövidebbnek kell lennie. Ha egyéb tényezők akadályozzák a fűtési idő lerövidítését, akkor ajánlott a szobahőmérséklettől a forraszpaszta olvadáspontjáig terjedő lineáris hőmérsékletet elfogadni, így csökkenthető az ónpor oxidációjának lehetősége az újraolvasztás során.

    ónpor

    Fej a párnában

    Az újraforrasztási profilban a hamis hegesztés fő oka a kanócszifon jelenség vagy a nem nedvesedés lehet. Amikor a kanócszifon jelenség bekövetkezik, az olvadt forraszanyag a magasabb hőmérsékletű pozícióba kerül, ami hamis forrasztást eredményez. Ha ez egy nem nedvesedési probléma, más néven a fej a párnában hatás, ez a jelenség az, hogy a BGA forraszgolyó belemerült a forraszanyagba, de nem alakult ki valódi intermetallikus vegyület (IMC) vagy nedvesedés. Ez a probléma általában megoldható az oxidáció csökkentésével.

    Ürességek

    Ennek fő oka, hogy a folyasztószerben lévő oldószer vagy nedvesség gyorsan oxidálódik, és nem távozik közvetlenül a forraszanyag megszilárdulása előtt.

    Áztatási zóna

    áztatózóna

    Az újraáramlási profilban ezt a területet endotermikus területnek nevezik, és egyesek "állandó hőmérsékletű területnek" vagy "aktív területnek" nevezik, és ennek a szinte állandó hőmérsékletnek a hőmérsékletét általában 150 ± 10 °C-os tartományban tartják, az ólommentes forraszpaszta hőmérsékletét körülbelül 170 °C +/-10 °C-on tartják. A felfutási hőmérséklet általában 150 és 190°C közé esik. Ez az újraolvasztási profilzóna a forraszpaszta megolvadásának előestéjén van, és a forraszpaszta illékony anyagai tovább távoznak. 

    Az aktivátor aktiválódott és hatékonyan eltávolítja a forrasztási felületen lévő oxidokat. Ennek az újraolvasztási profilnak a fő célja a különböző méretek és különböző textúrák előállítása. Az alkatrészek hőmérséklete az újraforrasztási zónába való belépés előtt elérheti az egyenletes hőmérsékletet, így a lapfelület hőmérsékletkülönbsége △T a minimális érték közelében van.

    Az újraolvasztási profil alakja ebben a hőmérsékleti zónában közel vízszintes, és ez egy ablak az újraolvasztási kemence folyamatának értékelésére is. Egy olyan kemence kiválasztása, amely képes egy lapos aktív visszaolvasztási profilt fenntartani, javítja a forrasztási hatást, mivel a különböző olvadási idők okozta időkülönbség miatt nem könnyű, kevesebb probléma lesz a különböző feszültségek az alkatrész két végén.

    Az állandó hőmérsékletű zóna általában a kemence 2. és 3. zónája között van, és az időt kb. 60-120s-ig tartják fenn. Ha az idő túl hosszú, a gyanta túlzottan elpárolog, és a forraszpaszta túlzott oxidációjának problémája keletkezik, és az aktivitás és a védelmi funkció elveszik az újraforrasztási forrasztás során. Ennek eredményeképpen a hegesztés után olyan problémák keletkeznek, mint a virtuális hegesztés, a megfeketedett forrasztási kötésmaradványok és a tompa forrasztási kötések.

    Ha a hőmérséklet ezen a területen túl gyorsan emelkedik, a forraszpasztában lévő gyanta (fluxus) kitágul és gyorsan elpárolog. Normál körülmények között a gyantának lassan kell távoznia a forraszpaszta közötti résből. Ha a gyanta túl gyorsan elpárolog , minőségi problémák, például porozitás, sült ón és óngyöngyök lépnek fel.

    Reflow zóna

    Reflow zóna

    Az újraolvasztási terület az a terület, ahol a legmagasabb az újraolvasztási profil hőmérséklete az egész szakaszon, és általában " folyadékok feletti időnek" nevezik. Ebben az időben a forraszanyagban lévő ón "kémiai reakcióba lép" a padon lévő rézzel (Cu) vagy nikkel (Ni), és Cu5Sn6 vagy Ni3Sn4 intermetallikus vegyületet képez.

    Vegyük például az OSP (szerves védőfilm) felületkezelését, amikor a forraszpaszta megolvad, gyorsan megnedvesíti a rézréteget, az ónatomok és a rézatomok behatolnak egymásba a határfelületen, és a kezdeti Sn-Cu ötvözet szerkezete jó Cu6Sn5 intermetallikus vegyület (IMC), kritikus szakasz az újraolvasztó kemencében, mivel a szerelvényen keresztüli hőmérséklet-gradienseket minimalizálni kell.

    The thickness of IMC is acceptable at 1-5μm, but too thick IMC is not good, and it is generally recommended to control it at 1-3μm as the best. TAL must remain within the parameters specified by the solder paste manufacturer. The peak temperature of the product is also reached at this stage. If the time is too long, the IMC will become thicker and brittle, and the copper-based floor may continue to generate Cu3Sn bad IMC. The board with ENIG surface treatment will generate Ni3Sn4 IMC at the initial stage, but it will also generate very little Cu6Sn5 compound.

    Ügyelni kell arra, hogy ne lépje túl a NYÁK-on lévő, hőmérsékletre érzékeny alkatrészek maximális hőmérsékletét és fűtési sebességét. Például egy tipikus ólommentes tantálkondenzátor maximális hőmérséklete 260 °C, legfeljebb 10 másodpercig. Ideális esetben a szerelvény összes forrasztási kötésének ugyanabban az időben és ugyanolyan sebességgel kell elérnie ugyanazt a csúcshőmérsékletet, hogy minden alkatrész ugyanazt a környezetet tapasztalja a kemencében.

    Az újraforrasztási profil csúcshőmérséklete általában a forraszanyag olvadáspontjának hőmérsékletétől és az összeszerelt alkatrészek által elviselhető hőmérséklettől függ. Általában a csúcshőmérsékletnek körülbelül 25~30°C-kal magasabbnak kell lennie, mint a forraszpaszta normál olvadáspontja a forrasztási művelet sikeres befejezéséhez. Ha ennél a hőmérsékletnél alacsonyabb, akkor nagy valószínűséggel a hideghegesztés és a rossz nedvesedés hátrányait okozhatja. Az újraforrasztási terület (TAL) ideje általában 30 és 60 s között ajánlott, és néhány gyártó 45 s-nál többet és 90-nél kevesebbet ír elő.

    Hűtési zóna

    Az újraolvasztási zóna után a termék lehűl és megszilárdítja a forrasztási kötéseket, készen áll a későbbi összeszerelési folyamatokra. A hűtési sebesség szabályozása szintén kritikus fontosságú.

    forrasztási illesztések

    Általánosan elfogadott nézet, hogy a forrasztási profil hűtési zónáját gyorsan kell lehűteni a forraszanyag megszilárdításához. A gyors hűtés finomabb kristályszerkezetet is eredményezhet, javíthatja a forraszkötések szilárdságát, fényessé teheti a forraszkötéseket, és a felület folyamatos és meniszkusz alakú, de hátránya, hogy könnyebben keletkeznek lyukak, mivel egyes gázoknak nincs idejük távozni.

    Ezzel szemben az olvadáspont feletti lassú hűtés az újraolvasztási profilban könnyen vezethet fémek közötti vegyületek (IMC) és nagyobb kristályszemcsék túlzott mértékű keletkezéséhez, ami csökkenti a fáradási szilárdságot. A hűtési sebesség gyorsítása során figyelmet kell fordítani az alkatrészek ütésállóságára. 

    Az általános kondenzátor által megengedett maximális hűtési sebesség a reflow profilban körülbelül 4°C/sec. A túlzott hűtési sebesség valószínűleg feszültséget és repedéseket okoz. Hámlást is okozhat a pad és a NYÁK között vagy a pad és a forrasztási kötés között. Általában az ajánlott hűtési sebesség az újraolvasztási profilban 2 és 5°C/s között van.

    GYIK

    Az áramköri lapok összeszerelésének reflow-profilja négy fő blokkból áll: előmelegítés, áztatás, reflow és hűtés.
    Az előmelegítési zóna általában azt a területet jelenti, ahol a PCBA hőmérséklete a szobahőmérsékletről körülbelül 150~170°C-ra emelkedik.

    Általánosan elfogadott nézet, hogy a forrasztási profil hűtési zónáját gyorsan kell lehűteni a forraszanyag megszilárdításához. A gyors hűtés finomabb kristályszerkezetet is eredményezhet, javíthatja a forraszkötések szilárdságát, fényessé teheti a forraszkötéseket, és a felület folyamatos és meniszkusz alakú, de hátránya, hogy könnyebben keletkeznek lyukak, mivel egyes gázoknak nincs idejük távozni.

    Kapcsolódó hozzászólások

    Understanding Dielectric Constant in PCBs: The Key to High-Performance Circuitry

    Understanding Dielectric Constant in PCBs: The Key to High-Performance Circuitry

    When it comes to designing high-performance printed circuit boards (PCBs), understanding the role of dielectric constant is paramount. Often referred to as relative permittivity (εr), ...
    Introduction to DIP Package : Understanding the Basics

    Introduction to DIP Package : Understanding the Basics

    DIP package (Dual Inline Package) is a type of electronic component packaging used for integrated circuits (ICs), such as microcontrollers, memory chips, and operational amplifiers, ...
    Introduction to Through Hole Technology

    Introduction to Through Hole Technology – THT in Electronics Assembly

    Through-Hole Technology is another type of component assembly technique. Its name comes from its working principle: the leads of the components pass through holes drilled ...
    How to use PCB copper foil in electronic manufacturing?

    How to use PCB copper foil in electronic manufacturing?

    PCB copper foil stands as the backbone of modern electronics, quietly but indispensably enabling the functionality of myriad devices. Comprising thin, flat sheets of copper, ...
    Exploring PCB annular ring : function, composition, and process

    Exploring PCB annular ring : function, composition, and process

    PCB annular rings are crucial for ensuring reliable solder joints, stable component mounting, and proper signal transmission or power delivery on the PCB. In this ...
    Ajánlatkérés

    Leave a Comment

    Az e-mail címet nem tesszük közzé. A kötelező mezőket * karakterrel jelöltük

    hu_HUHungarian
    Görgessen a tetejére