Hoe het reflow-profiel van SMT te begrijpen

Hoe het reflow-profiel van SMT te begrijpen

De uitvinding en verfijning van de surface mount technology (SMT) hebben bijgedragen tot de bloei van de elektronica-industrie. Reflow is een van de belangrijkste technologieën in SMT.

De reflow profiel van de assemblage van printplaten omvat vier grote blokken: voorverwarmen, weken, reflow en koelen. Deze worden in de volgende passage in detail toegelicht.

Inhoudsopgave
    Voeg een kop toe om te beginnen met het genereren van de inhoudsopgave

    Voorverwarmzone

    In het reflow-profiel verwijst de voorverwarmingszone gewoonlijk naar het gebied waar de temperatuur van de PCBA stijgt van kamertemperatuur tot ongeveer 150~170°C. In dit gebied moet de temperatuur langzaam worden verhoogd (ook bekend als een eenmalige temperatuurstijging) om de hoeveelheid soldeerpasta en de waterdamp kan tijdig worden vervluchtigd om spatten en aantasting van de latere soldeerkwaliteit te voorkomen, want de activeringstemperatuur van de meeste fluxen ligt rond de 150°C.

    Elektronische onderdelen die op de printplaat zijn geplakt, vooral grote onderdelen zoals BGA- en IO-connectordelen, moeten ook langzaam worden opgewarmd ter voorbereiding op de daaropvolgende hoge temperatuur. Als de verwarmingssnelheid in deze sectie te snel is, zullen de excessieve verschillen tussen de interne en externe temperaturen van de onderdelen en de CTE van verschillende materialen ertoe leiden dat onderdelen vervormen, en de verdeling van koper op de printplaat is vaak niet uniform ontworpen vanwege de eisen van het circuit.

    voorverwarmingszone

    Een te snelle opwarmingssnelheid zal ook de warmteabsorptie van verschillende delen van de printplaat verslechteren, wat zal leiden tot thermische spanningsverschillen, vervorming van de printplaat en andere problemen. Daarom wordt de temperatuurstijgsnelheid in de voorverwarmingszone van het reflow-profiel gewoonlijk geregeld tussen 1,5°C en 3°C/sec, en sommige loodvrije soldeerpasta's verhogen de temperatuurstijgsnelheid tot 5°C/sec.

    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 soldeerverbinding, it also allows some of the activator to be incorporated into the liquid of the actual alloy.

    Als de temperatuur echter te snel stijgt, kan dit door het effect van thermische spanning leiden tot microscheurtjes in keramische condensatoren, kromtrekken door ongelijkmatige verwarming van de printplaat, holten of schade aan IC-chips, en het oplosmiddel in de soldeerpasta zal vervliegen, en het gevaar van instorting van de soldeerpasta.

    Een langzamere temperatuurstijging laat meer vervluchtiging van oplosmiddelen of gas ontsnappen, en brengt ook de flux dichter bij de soldeerverbinding, waardoor de kans op spreiding en inzakken afneemt. Als de temperatuur in het reflow-profiel echter te langzaam stijgt, wordt de soldeerpasta overgeoxideerd en vermindert de activiteit van het vloeimiddel.

    Bovendien zijn er verschillende ongunstige verschijnselen in het reflow-profiel die verband houden met de opwarmingssnelheid van de voorverwarmingszone, namelijk

    Instorten

    In reflow profile, this mainly occurs in the paste stage before the soldeerpasta 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.

    de temperatuurstijging zal het oplosmiddel doen vervluchtigen...

    Correct gesproken, zal de temperatuurstijging het oplosmiddel doen vervluchtigen, en de viscositeit verhogen, maar het vervluchtigen van het oplosmiddel is evenredig met de tijd en de temperatuur, dat wil zeggen, gegeven een bepaalde temperatuurstijging, hoe langer de tijd, hoe meer het oplosmiddel vervluchtigt. Daarom zal de viscositeit van de soldeerpasta met langzame temperatuurstijging hoger zijn dan die van de soldeerpasta met snelle temperatuurstijging, en de soldeerpasta zal minder snel instorten.

    Tinnen kralen

    In reflow profiel, wanneer de flux snel vervluchtigt in gas, die snel zal ontsnappen. Soms de tin hoge spatten naar de buitenste riem, en in de kleine chip componenten onder het lichaam van de kleine kloof zal brengen de scheiding van de soldeerpasta. Omdat er geen lassen pad onder terug lassen delen, die kan aantrekken gesmolten soldeerpasta. Gecombineerd met het gewicht van de extrusie van het deellichaam, zal de gescheiden gesmolten soldeerdeeg van onder het lichaam van het deel te voorschijn komen en kleine tinparels op zijn rand vormen.

    Soldeerballen

    Soldeerballen

    In het reflow-profiel zal, wanneer de temperatuur te snel stijgt, het solventgas snel uit de soldeerpasta verdampen en spatten van de soldeerpasta veroorzaken. Het vertragen van de verwarmingssnelheid kan de vorming van soldeerballen effectief beheersen. Maar te langzaam verwarmen zal ook leiden tot overmatige oxidatie en de activiteit van de flux verminderen.

    Lamp hevel fenomeen

    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.

    Het kan worden verbeterd door de temperatuur aan de onderkant van de printplaat te verhogen of de tijd te verlengen dat de soldeerpasta in de buurt van het smeltpunt is. Het beste is om de temperatuurbalans tussen de componentvoeten en het soldeerpad te bereiken voordat het soldeer wordt bevochtigd. Zodra het soldeer op het pad is bevochtigd, is de vorm van het soldeer moeilijk te veranderen en wordt het niet meer beïnvloed door de snelheid van de temperatuurstijging.

    Slechte bevochtiging

    Naast oxidatie wordt slechte bevochtiging in het reflow-profiel meestal veroorzaakt door overmatige oxidatie van tinpoeder tijdens PCB-soldeerprocesdie kan worden verbeterd door de overmatige warmte die de soldeerpasta tijdens de voorverwarming absorbeert, te verminderen.

    De ideale tijd voor het reflow-profiel moet zo kort mogelijk zijn. Indien er andere factoren zijn die een verkorting van de verwarmingstijd verhinderen, verdient het aanbeveling een lineaire temperatuur van kamertemperatuur tot het smeltpunt van de soldeerpasta aan te houden, zodat de mogelijkheid van tinpoederoxidatie tijdens de reflow kan worden beperkt.

    tinpoeder

    Hoofd-in-kussen

    De belangrijkste oorzaak van vals lassen in het reflow-profiel kan worden veroorzaakt door een heveleffect of niet-bevochtiging. Wanneer het heveleffect optreedt, zal het gesmolten soldeer zich naar de hogere temperatuurpositie verplaatsen, wat resulteert in vals solderen. Als het een niet-bevochtigingsprobleem is, ook bekend als het hoofd in kussen effect is dat de BGA-soldeerbal in het soldeer is ondergedompeld, maar geen echte intermetallische verbinding (IMC) of bevochtiging heeft gevormd. Dit probleem kan meestal worden opgelost door de oxidatie te verminderen.

    Leegstand

    De belangrijkste reden is dat het oplosmiddel of vocht in de flux snel wordt geoxideerd en niet onmiddellijk ontsnapt voordat het soldeer stolt.

    Weekzone

    weekzone

    In het reflow-profiel wordt dit gebied endotherm gebied genoemd, en sommigen noemen het "gebied met constante temperatuur" of "actief gebied", en de temperatuur van dit bijna constante gebied wordt gewoonlijk gehandhaafd op 150 ± 10°C, de temperatuur van de loodvrije soldeerpasta wordt gehandhaafd op ongeveer 170°C+/-10°C. De ramp-up temperatuur ligt gewoonlijk tussen 150 en 190°C. Deze zone van het reflow-profiel staat aan de vooravond van het smelten van de soldeerpasta, en de vluchtige stoffen in de soldeerpasta worden verder verwijderd. 

    De activator is geactiveerd en verwijdert effectief de oxiden op het soldeeroppervlak. Het belangrijkste doel van dit reflow-profiel is het maken van verschillende maten en verschillende texturen. De temperatuur van de componenten kan een consistente temperatuur bereiken voordat zij de reflow-zone ingaan, zodat het temperatuurverschil van het printplaatoppervlak △T dicht bij de minimumwaarde ligt.

    De vorm van het reflow-profiel in deze temperatuurzone ligt dicht bij horizontaal, en het is ook een venster voor de evaluatie van het reflow-ovenproces. Door een oven te kiezen die een vlak actief reflow-profiel kan handhaven, zal het soldeereffect verbeteren, omdat het niet gemakkelijk is door het tijdsverschil veroorzaakt door de verschillende smelttijden, zal er minder probleem zijn van verschillende spanningen aan beide uiteinden van het onderdeel.

    De zone met constante temperatuur ligt gewoonlijk tussen de 2e en 3e zone van de oven, en de tijd wordt ongeveer 60-120s aangehouden. Als de tijd te lang is, zal de colofonium overmatig vervluchtigd worden, en zal het probleem van overmatige oxidatie van de soldeerpasta worden veroorzaakt, en de activiteit en beschermingsfunctie zullen verloren gaan tijdens het reflow solderen. Als gevolg daarvan worden na het lassen problemen veroorzaakt zoals virtueel lassen, zwart geworden soldeerlasresten en doffe soldeerverbindingen.

    Als de temperatuur in dit gebied te snel stijgt, zal de hars (flux) in de soldeerpasta uitzetten en snel vervliegen. Onder normale omstandigheden zou de colofonium langzaam moeten ontsnappen uit de ruimte tussen de soldeerpasta. Wanneer de colofonium te snel vervliegt, ontstaan kwaliteitsproblemen zoals porositeit, gebakken tin en tinparels.

    Terugvloei zone

    Terugvloei zone

    Het reflowgebied is het gebied met de hoogste reflowprofieltemperatuur in de hele sectie, en wordt gewoonlijk "tijd boven vloeistoffen" genoemd. Op dat moment zal het tin in het soldeer "chemisch reageren" met het koper (Cu) of nikkel (Ni) op het pad om een intermetallische verbinding Cu5Sn6 of Ni3Sn4 te vormen.

    Neem de oppervlaktebehandeling van OSP (Organic Protective Film) als voorbeeld, wanneer de soldeerpasta smelt, zal het snel de koperlaag nat maken, tinatomen en koperatomen dringen elkaar binnen op het grensvlak, en de structuur van de initiële Sn-Cu legering is een goede Cu6Sn5 intermetallische verbinding (IMC), een kritieke fase binnen de reflow oven, aangezien de temperatuurgradiënten over de assemblage geminimaliseerd moeten worden.

    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.

    Er moet op worden gelet dat de maximale temperatuur en verwarmingssnelheid van een temperatuurgevoelige component op de printplaat niet wordt overschreden. Zo heeft een typische loodvrije tantaalcondensator een maximale temperatuur van 260°C gedurende maximaal 10 seconden. Idealiter bereiken alle soldeerverbindingen op de assemblage dezelfde piektemperatuur op hetzelfde moment en aan dezelfde snelheid om ervoor te zorgen dat alle onderdelen dezelfde omgeving in de oven ervaren.

    De piektemperatuur van het reflow-profiel hangt gewoonlijk af van de smeltpunttemperatuur van het soldeer en de temperatuur die de geassembleerde onderdelen kunnen verdragen. In het algemeen moet de piektemperatuur ongeveer 25~30°C hoger zijn dan het normale smeltpunt van de soldeerpasta om de soldeerbewerking met succes te voltooien. Als hij lager is dan deze temperatuur, is de kans groot dat hij de nadelen van koud lassen en slechte bevochtiging veroorzaakt. De reflow area (TAL) tijd wordt over het algemeen aanbevolen tussen 30s en 60s, en enkele fabrikanten eisen meer dan 45s en minder dan 90s.

    Koelzone

    Na de reflowzone koelt het product af en stolt de soldeerverbinding, klaar voor de volgende assemblageprocessen. Ook de beheersing van de koelsnelheid is van cruciaal belang.

    soldeerverbindingen

    Algemeen wordt aangenomen dat de koelzone van het reflow-profiel snel moet worden gekoeld om het soldeer te stollen. Snelle afkoeling kan ook een fijnere kristalstructuur verkrijgen, de sterkte van de soldeerverbindingen verbeteren, de soldeerverbindingen helder maken, en het oppervlak is continu en meniscusvormig, maar het nadeel is dat er gemakkelijker gaten ontstaan omdat sommige gassen geen tijd hebben om te ontsnappen.

    Langzame afkoeling in het reflow-profiel boven het smeltpunt zal daarentegen gemakkelijk leiden tot overmatige vorming van intermetallische verbindingen (IMC) en grotere kristalkorrels, waardoor de vermoeiingssterkte zal verminderen. Bij het versnellen van de afkoelsnelheid moet aandacht worden besteed aan de slagvastheid van de onderdelen. 

    De maximale afkoelsnelheid in het reflow-profiel die voor een algemene condensator is toegestaan, is ongeveer 4°C/sec. Een te hoge afkoelsnelheid kan spanningen en scheuren veroorzaken. Het kan ook afschilfering veroorzaken tussen het pad en de printplaat of tussen het pad en de soldeerverbinding. In het algemeen ligt de aanbevolen koelsnelheid in het reflow-profiel tussen 2 en 5°C/s.

    FAQ

    Het reflow-profiel van printplaatassemblage omvat vier hoofdblokken: voorverwarmen, weken, reflow en afkoelen.
    De voorverwarmingszone verwijst gewoonlijk naar het gebied waar de temperatuur van de PCBA stijgt van kamertemperatuur tot ongeveer 150~170°C.

    Algemeen wordt aangenomen dat de koelzone van het reflow-profiel snel moet worden gekoeld om het soldeer te stollen. Snelle afkoeling kan ook een fijnere kristalstructuur verkrijgen, de sterkte van de soldeerverbindingen verbeteren, de soldeerverbindingen helder maken, en het oppervlak is continu en meniscusvormig, maar het nadeel is dat er gemakkelijker gaten ontstaan omdat sommige gassen geen tijd hebben om te ontsnappen.

    Gerelateerde berichten

    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 ...
    Een offerte aanvragen

    Laat een reactie achter

    Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

    nl_NLDutch
    Scroll naar boven