Cara memahami profil reflow SMT

Cara memahami profil reflow SMT

Penemuan dan penyempurnaan teknologi pemasangan permukaan (SMT) telah berkontribusi pada perkembangan industri elektronik. Reflow adalah salah satu teknologi terpenting dalam SMT.
The profil reflow perakitan papan sirkuit mencakup empat blok utama: pemanasan awal, rendam, aliran balik, dan pendinginan. Yang akan diperkenalkan secara rinci pada bagian berikut ini.

Daftar Isi
    Menambahkan tajuk untuk mulai membuat daftar isi

    Zona pra-panas

    Dalam profil reflow, zona pemanasan awal biasanya mengacu ke area di mana suhu PCBA naik dari suhu kamar sekitar 150~170°C. Di area ini, suhu harus dinaikkan secara perlahan (juga dikenal sebagai kenaikan suhu satu kali) untuk memfasilitasi jumlah pasta solder dan uap air dapat diuapkan pada waktunya untuk menghindari percikan dan memengaruhi kualitas penyolderan selanjutnya, karena suhu aktivasi sebagian besar fluks berada di sekitar 150°C.

    Komponen elektronik yang telah ditempelkan pada PCB, terutama komponen besar seperti komponen konektor BGA dan IO, juga harus dipanaskan secara perlahan untuk mempersiapkan suhu tinggi berikutnya. Jika laju pemanasan di bagian ini terlalu cepat, perbedaan yang berlebihan dari suhu internal dan eksternal komponen dan CTE dari bahan yang berbeda akan menyebabkan komponen berubah bentuk, dan distribusi tembaga pada PCB sering kali tidak dirancang secara seragam karena persyaratan sirkuit.

    zona pemanasan awal

    Laju pemanasan yang terlalu cepat juga akan memperburuk tingkat penyerapan panas pada area papan yang berbeda, sehingga mengakibatkan perbedaan tekanan termal, distorsi papan, dan masalah lainnya. Oleh karena itu, laju kenaikan suhu di zona pemanasan awal profil reflow biasanya dikontrol antara 1,5°C dan 3°C/detik, dan beberapa pasta solder bebas timbal meningkatkan laju kenaikan suhu hingga 5°C/detik.

    Meskipun kenaikan suhu yang cepat membantu fluks mencapai suhu pelunakan dengan cepat dan memungkinkannya menyebar dengan cepat dan menutupi area terbesar dari sambungan solder, hal ini juga memungkinkan sebagian aktivator dimasukkan ke dalam cairan paduan yang sebenarnya.

    Namun, jika suhu naik terlalu cepat, karena efek tekanan termal, hal itu dapat menyebabkan retakan mikro pada kapasitor keramik, kelengkungan yang disebabkan oleh pemanasan PCB yang tidak merata, lubang atau kerusakan pada chip IC, dan pelarut dalam pasta solder akan menguap, dan bahaya keruntuhan pasta solder.

    Kenaikan suhu yang lebih lambat memungkinkan lebih banyak penguapan pelarut atau gas yang keluar, dan juga membawa fluks lebih dekat ke sambungan solder, sehingga mengurangi kemungkinan menyebar dan runtuh. Namun, jika suhu dalam profil reflow naik terlalu lambat, pasta solder akan teroksidasi berlebihan dan aktivitas fluks akan berkurang.

    Selain itu, ada beberapa fenomena yang merugikan dalam profil reflow yang terkait dengan kecepatan pemanasan zona pemanasan awal, sebagai berikut

    Runtuh

    Dalam profil reflow, hal ini terutama terjadi pada tahap pasta sebelum pasta solder meleleh. Viskositas pasta solder akan berkurang seiring dengan kenaikan suhu, karena kenaikan suhu membuat molekul dalam material bergetar lebih keras karena panas. Selain itu, pelarut tidak memiliki waktu untuk menguap dengan baik karena peningkatan suhu yang cepat dalam profil reflow, sehingga menyebabkan penurunan viskositas. 

    kenaikan suhu akan membuat pelarut menguap

    Sebenarnya, kenaikan suhu akan membuat pelarut menguap, dan meningkatkan viskositas, tetapi pelarut menguap sebanding dengan waktu dan suhu, artinya, dengan kenaikan suhu tertentu, semakin lama waktu, semakin banyak pelarut yang menguap. Oleh karena itu, viskositas pasta solder dengan kenaikan suhu yang lambat akan lebih tinggi daripada pasta solder dengan kenaikan suhu yang cepat, dan pasta solder tidak mudah runtuh.

    Manik-manik timah

    Dalam profil reflow, ketika fluks dengan cepat menguap menjadi gas, yang akan keluar dengan cepat. Terkadang percikan timah yang tinggi ke sabuk luar, dan pada komponen chip kecil di bawah bodi celah kecil akan memunculkan pemisahan pasta solder. Karena tidak ada bantalan pengelasan di bawah bagian pengelasan belakang, yang dapat menarik pasta solder cair. Dikombinasikan dengan berat ekstrusi tubuh bagian, pasta solder cair yang terpisah akan muncul dari bawah tubuh bagian dan membentuk manik-manik timah kecil di tepinya.

    Bola solder

    Bola solder

    Dalam profil reflow, ketika suhu naik terlalu cepat, gas pelarut akan cepat menguap dari pasta solder dan menyebabkan percikan pasta solder. Memperlambat laju pemanasan dapat secara efektif mengontrol pembentukan bola solder. Tetapi pemanasan yang terlalu lambat juga akan menyebabkan oksidasi yang berlebihan dan mengurangi aktivitas fluks.

    Fenomena penyedotan lampu

    Fenomena dalam profil reflow ini adalah setelah solder membasahi pin, solder naik dari area sambungan solder di sepanjang pin, sehingga sambungan solder memiliki solder yang tidak mencukupi atau solder kosong. Alasan yang mungkin adalah bahwa pasta solder sedang dalam tahap peleburan, dan suhu kaki komponen lebih tinggi daripada suhu pad PCB. 

    Hal ini dapat ditingkatkan dengan meningkatkan suhu di bagian bawah PCB atau memperpanjang waktu pasta solder berada di dekat titik leleh. Yang terbaik adalah mencapai keseimbangan suhu antara kaki komponen dan bantalan solder sebelum solder dibasahi. Setelah solder dibasahi pada pad, bentuk solder sulit diubah, dan tidak lagi terpengaruh oleh laju kenaikan suhu.

    Pembasahan yang buruk

    Selain oksidasi, pembasahan yang buruk pada profil reflow umumnya disebabkan oleh oksidasi yang berlebihan pada serbuk timah selama Proses penyolderan PCByang dapat ditingkatkan dengan mengurangi panas berlebihan yang diserap oleh pasta solder selama pemanasan awal.

    Waktu profil reflow yang ideal harus sesingkat mungkin. Jika ada faktor lain yang mencegah waktu pemanasan dipersingkat, disarankan untuk menggunakan suhu linier dari suhu kamar ke titik leleh pasta solder, sehingga kemungkinan oksidasi bubuk timah dapat dikurangi selama reflow.

    bubuk timah

    Kepala di dalam bantal

    Penyebab utama pengelasan palsu pada profil reflow dapat disebabkan oleh fenomena penyedotan sumbu atau tidak membasahi. Ketika fenomena wick siphon terjadi, solder yang meleleh akan berpindah ke posisi suhu yang lebih tinggi, yang mengakibatkan penyolderan yang salah. Jika ini adalah masalah non-pembasahan, juga dikenal sebagai masalah kepala di bantal Efeknya, fenomena ini adalah bahwa bola solder BGA telah dibenamkan ke dalam solder, tetapi belum membentuk senyawa intermetalik (IMC) atau pembasahan yang sebenarnya. Masalah ini biasanya dapat diatasi dengan mengurangi oksidasi.

    Kekosongan

    Alasan utamanya yaitu, pelarut atau kelembapan dalam fluks secara cepat teroksidasi dan tidak segera keluar sebelum solder mengeras.

    Zona rendam

    zona rendam

    Dalam profil reflow, area ini disebut area endotermik, dan beberapa orang menyebutnya "area suhu konstan" atau "area aktif", dan suhu suhu yang hampir konstan ini biasanya dipertahankan pada area 150 ± 10 ° C, suhu pasta solder bebas timbal dipertahankan sekitar 170 ° C +/- 10 ° C. Suhu ramp-up biasanya berada di antara 150 dan 190 ° C. Zona profil reflow ini berada pada saat pasta solder meleleh, dan volatil dalam pasta solder akan dihilangkan lebih lanjut. 

    Aktivator sudah diaktifkan dan secara efektif menghilangkan oksida pada permukaan solder. Tujuan utama dari profil reflow ini adalah untuk membuat ukuran yang berbeda dan tekstur yang berbeda. Suhu komponen dapat mencapai suhu yang konsisten sebelum memasuki zona reflow, sehingga perbedaan suhu permukaan papan △T mendekati nilai minimum.

    Bentuk profil reflow di zona suhu ini mendekati horizontal, dan ini juga merupakan jendela untuk mengevaluasi proses tungku reflow. Memilih tungku yang dapat mempertahankan profil reflow aktif yang rata akan meningkatkan efek penyolderan, karena tidak mudah karena perbedaan waktu yang disebabkan oleh waktu leleh yang berbeda, akan ada lebih sedikit masalah tekanan yang berbeda di kedua ujung bagian.

    Zona suhu konstan biasanya berada di antara zona ke-2 dan ke-3 tungku, dan waktu dipertahankan sekitar 60-120-an. Jika waktunya terlalu lama, damar akan menguap secara berlebihan, dan masalah oksidasi berlebihan pada pasta solder akan terjadi, dan aktivitas serta fungsi perlindungan akan hilang selama penyolderan reflow. Akibatnya, masalah seperti pengelasan virtual, residu sambungan solder yang menghitam, dan sambungan solder kusam disebabkan setelah pengelasan.

    Jika suhu di area ini naik terlalu cepat, rosin (fluks) dalam pasta solder akan memuai dan menguap dengan cepat. Dalam keadaan normal, damar akan secara perlahan-lahan keluar dari celah di antara pasta solder. Ketika rosin menguap terlalu cepat, masalah kualitas seperti porositas, timah goreng, dan manik-manik timah akan terjadi.

    Zona aliran ulang

    Zona aliran ulang

    Area reflow adalah area dengan suhu profil reflow tertinggi di seluruh bagian, dan biasanya disebut "waktu di atas cairan". Pada waktu ini, timah dalam solder akan "bereaksi secara kimiawi" dengan tembaga (Cu) atau nikel (Ni) pada pad untuk membentuk senyawa intermetalik Cu5Sn6 atau Ni3Sn4. 

    Ambil contoh perlakuan permukaan OSP (Organic Protective Film), ketika pasta solder meleleh, ia akan dengan cepat membasahi lapisan tembaga, atom timah dan atom tembaga menembus satu sama lain pada antarmuka, dan struktur paduan Sn-Cu awal adalah senyawa intermetalik (IMC) Cu6Sn5 (IMC) yang baik, tahap kritis di dalam oven reflow, karena gradien suhu di seluruh rakitan harus diminimalkan.

    Ketebalan IMC dapat diterima pada 1-5μm, tetapi IMC yang terlalu tebal tidak baik, dan umumnya direkomendasikan untuk mengontrolnya pada 1-3μm sebagai yang terbaik. TAL harus tetap berada dalam parameter yang ditentukan oleh produsen pasta solder. Suhu puncak produk juga tercapai pada tahap ini. Jika waktunya terlalu lama, IMC akan menjadi lebih tebal dan rapuh, dan lantai berbahan dasar tembaga dapat terus menghasilkan IMC Cu3Sn yang buruk. Papan dengan perlakuan permukaan ENIG akan menghasilkan IMC Ni3Sn4 pada tahap awal, tetapi juga akan menghasilkan senyawa Cu6Sn5 yang sangat sedikit.

    Harus berhati-hati agar tidak melebihi suhu maksimum dan kemampuan laju pemanasan dari setiap komponen yang sensitif terhadap suhu pada PCB. Sebagai contoh, kapasitor tantalum bebas timbal yang umum memiliki suhu maksimum 260°C selama maksimum 10 detik. Idealnya, semua sambungan solder pada rakitan harus mencapai suhu puncak yang sama pada waktu yang sama dan dengan kecepatan yang sama untuk memastikan bahwa semua bagian mengalami lingkungan yang sama di dalam tungku.

    Suhu puncak profil reflow biasanya bergantung pada suhu titik leleh solder dan suhu yang dapat ditahan oleh komponen yang dirakit. Umumnya, suhu puncak harus sekitar 25 ~ 30 ° C lebih tinggi dari titik leleh normal pasta solder agar berhasil menyelesaikan operasi penyolderan. Jika lebih rendah dari suhu ini, kemungkinan besar akan menyebabkan kerugian pengelasan dingin dan pembasahan yang buruk. Waktu area reflow (TAL) umumnya direkomendasikan antara 30-an dan 60-an, dan beberapa produsen akan membutuhkan lebih dari 45-an dan kurang dari 90-an.

    Zona pendinginan

    Setelah zona reflow, produk mendinginkan dan memantapkan sambungan solder, siap untuk proses perakitan berikutnya. Mengontrol laju pendinginan juga sangat penting.

    sambungan solder

    Secara umum diyakini bahwa zona pendinginan profil reflow harus didinginkan dengan cepat untuk memantapkan solder. Pendinginan yang cepat juga dapat memperoleh struktur kristal yang lebih halus, meningkatkan kekuatan sambungan solder, membuat sambungan solder cerah, dan permukaannya kontinu serta berbentuk meniskus, tetapi kerugiannya adalah lebih mudah untuk membentuk lubang karena beberapa gas tidak memiliki waktu untuk keluar.

    Sebaliknya, pendinginan yang lambat dalam profil reflow di atas titik leleh akan dengan mudah menyebabkan pembentukan senyawa intermetalik (IMC) yang berlebihan dan butiran kristal yang lebih besar, yang akan mengurangi kekuatan fatik. Saat mempercepat laju pendinginan, perhatian harus diberikan pada ketahanan benturan komponen. 

    Laju pendinginan maksimum dalam profil reflow yang diizinkan oleh kapasitor umum adalah sekitar 4°C/detik. Laju pendinginan yang berlebihan cenderung menyebabkan stres dan retakan. Hal ini juga dapat menyebabkan pengelupasan antara pad dan PCB atau antara pad dan sambungan solder. Umumnya, laju pendinginan yang disarankan dalam profil reflow adalah antara 2 dan 5 ° C/detik.

    PERTANYAAN YANG SERING DIAJUKAN

    Profil reflow perakitan papan sirkuit mencakup empat blok utama: pemanasan awal, perendaman, reflow, dan pendinginan.
    Zona pemanasan awal biasanya mengacu ke area di mana suhu PCBA naik dari suhu kamar sekitar 150~170°C.

    Secara umum diyakini bahwa zona pendinginan profil reflow harus didinginkan dengan cepat untuk memantapkan solder. Pendinginan yang cepat juga dapat memperoleh struktur kristal yang lebih halus, meningkatkan kekuatan sambungan solder, membuat sambungan solder cerah, dan permukaannya kontinu serta berbentuk meniskus, tetapi kerugiannya adalah lebih mudah untuk membentuk lubang karena beberapa gas tidak memiliki waktu untuk keluar.

    Posting Terkait

    Papan Impedansi PCB - Semua yang Perlu Anda Ketahui

    Papan Impedansi PCB - Semua yang Perlu Anda Ketahui

    Papan impedansi PCB adalah tulang punggung sistem elektronik berkinerja tinggi, di mana integritas sinyal menjadi yang tertinggi. Papan sirkuit tercetak khusus ini dirancang dan dibuat dengan cermat ...
    Cara memasang resistor pada papan sirkuit tercetak

    Bagaimana cara memasang resistor pada papan sirkuit tercetak?

    Penerapan resistor pada Papan Sirkuit Cetak (PCB) merupakan aspek penting dalam desain sirkuit. Resistor adalah komponen yang digunakan untuk membatasi ...
    Membongkar Perakitan PCB SMT - Teknologi Pemasangan Permukaan

    Membongkar Perakitan PCB SMT - Teknologi Pemasangan Permukaan

    Artikel ini mengungkap apa yang mendefinisikan proses perakitan PCB SMT, mesin, struktur biaya, keunggulan dibandingkan pendahulunya, dan strategi pemilihan mitra manufaktur.
    Manufaktur PCB Konvensional vs PCB Prototipe Cepat - Perbandingan Mendetail

    Manufaktur PCB Konvensional vs PCB Prototipe Cepat - Perbandingan Mendetail

    Dalam lanskap elektronik yang terus berkembang, pembuatan papan sirkuit tercetak (PCB) merupakan aspek penting dalam pengembangan produk. Baik itu untuk konsumen ...
    IBE Electronics Menemui Anda di CES (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics Menemui Anda di CES (Consumer Electronics Show) 2024

    Sebagai salah satu produsen ODM / OEM global dengan basis manufaktur massal, IBE mengundang Anda untuk mengunjungi Booth 2012 & 2014 dan Booth 2929 kami pada tanggal ...
    Minta Penawaran

    Tinggalkan Komentar

    Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

    id_IDIndonesian
    Gulir ke Atas