Как понять профиль расплавления SMT

Как понять профиль расплавления SMT

Изобретение и совершенствование технологии поверхностного монтажа (SMT) способствовало процветанию электронной промышленности. Рефлоу - одна из самых важных технологий в SMT.
Сайт профиль расплавления сборки печатной платы включает в себя четыре основных блока: предварительный нагрев, замачивание, повторную заливку и охлаждение. О них будет подробно рассказано в следующем отрывке.

Оглавление
    Добавьте заголовок, чтобы начать генерировать оглавление

    Зона предварительного нагрева

    В профиле раздува зона предварительного нагрева обычно относится к области, где температура PCBA поднимается от комнатной температуры примерно до 150~170°C. В этой зоне температура должна подниматься медленно (также известна как однократный подъем температуры). В этой зоне температура должна повышаться медленно (также известное как однократное повышение температуры), чтобы облегчить обработку. количество паяльной пасты и водяной пар может быть своевременно улетучен, чтобы избежать разбрызгивания и влияния на последующее качество пайки, поскольку температура активации большинства флюсов падает около 150°C.

    Электронные детали, которые были наклеены на печатную плату, особенно крупные детали, такие как BGA и детали разъемов IO, также должны нагреваться медленно, чтобы подготовиться к последующей высокой температуре. Если скорость нагрева на этом участке будет слишком быстрой, чрезмерная разница внутренних и внешних температур деталей и CTE различных материалов приведет к деформации деталей, а распределение меди на печатной плате часто бывает неравномерным из-за требований схемы.

    зона предварительного нагрева

    Слишком высокая скорость нагрева также ухудшит скорость поглощения тепла различными участками платы, что приведет к разнице в тепловом напряжении, деформации платы и другим проблемам. Поэтому скорость повышения температуры в зоне предварительного нагрева профиля оплавления обычно контролируется в пределах от 1,5°C до 3°C/сек, а некоторые бессвинцовые паяльные пасты увеличивают скорость повышения температуры до 5°C/сек.

    Хотя быстрый подъем температуры помогает флюсу быстро достичь температуры размягчения и позволяет ему быстро распространиться и покрыть наибольшую площадь паяного соединения, он также позволяет части активатора попасть в жидкость настоящего сплава.

    Однако, если температура повышается слишком быстро, из-за воздействия теплового напряжения это может вызвать микротрещины в керамических конденсаторах, деформацию, вызванную неравномерным нагревом печатной платы, пустоты или повреждения микросхем ИС, а растворитель в паяльной пасте улетучивается, и возникает опасность разрушения паяльной пасты.

    Более медленное повышение температуры позволяет улетучиваться большему количеству растворителя или газа, а также приближает флюс к паяному соединению, уменьшая возможность растекания и схлопывания. Однако, если температура в профиле оплавления повышается слишком медленно, паяльная паста будет перекислена, и активность флюса снизится.

    Кроме того, существует несколько негативных явлений, связанных со скоростью прогрева зоны предварительного нагрева, а именно

    Коллапс

    В профиле оплавления это происходит в основном на стадии пасты до расплавления паяльной пасты. Вязкость паяльной пасты будет уменьшаться по мере повышения температуры, поскольку повышение температуры заставляет молекулы материала сильнее колебаться под воздействием тепла. Кроме того, растворитель не успевает испариться должным образом из-за быстрого повышения температуры в профиле оплавления, что приводит к снижению вязкости. 

    повышение температуры приведет к улетучиванию растворителя

    Правильно говоря, повышение температуры приводит к улетучиванию растворителя и увеличению вязкости, но улетучивание растворителя пропорционально времени и температуре, то есть при определенном повышении температуры, чем дольше время, тем больше улетучивается растворителя. Поэтому вязкость паяльной пасты при медленном повышении температуры будет выше, чем вязкость паяльной пасты при быстром повышении температуры, и паяльная паста будет менее склонна к разрушению.

    Оловянные бусины

    В профиле оплавления, когда флюс быстро улетучивается в газ, который будет быстро выходить. Иногда олово высоко брызгает на внешний пояс, а в небольших чип-компонентах под корпусом небольшой зазор приведет к отделению паяльной пасты. Потому что нет сварочной площадки под задней сваркой деталей, которая может привлечь расплавленную паяльную пасту. В сочетании с весом выдавливания корпуса детали, отделившаяся расплавленная паяльная паста выйдет из-под корпуса детали и образует маленькие оловянные шарики на ее краю.

    Шарики припоя

    Шарики припоя

    В профиле оплавления, когда температура поднимается слишком быстро, газ-растворитель быстро испаряется из паяльной пасты и вызывает разбрызгивание паяльной пасты. Замедление скорости нагрева может эффективно контролировать образование шариков припоя. Но слишком медленный нагрев также приведет к чрезмерному окислению и снижению активности флюса.

    Явление сифона лампы

    Это явление в профиле оплавления заключается в том, что после того, как припой смачивает вывод, припой поднимается из области паяного шва вдоль вывода, так что в паяном шве остается недостаточное количество припоя или пустой припой. Возможная причина заключается в том, что паяльная паста находится на стадии плавления, а температура ножек компонентов выше, чем температура площадки печатной платы. 

    Его можно улучшить, увеличив температуру в нижней части печатной платы или продлив время нахождения паяльной пасты вблизи точки плавления. Лучше всего достичь температурного баланса между ножками компонентов и паяльной площадкой до смачивания припоем. После смачивания припоем площадки форму припоя трудно изменить, и на нее уже не влияет скорость повышения температуры.

    Плохая смачиваемость

    Помимо окисления, плохое смачивание в профиле оплавления обычно вызывается чрезмерным окислением оловянного порошка во время Процесс пайки печатной платычто может быть улучшено за счет снижения избыточного тепла, поглощаемого паяльной пастой во время предварительного нагрева.

    Идеальное время профиля оплавления должно быть как можно короче. Если существуют другие факторы, которые не позволяют сократить время нагрева, рекомендуется принять линейную температуру от комнатной температуры до температуры плавления паяльной пасты, чтобы снизить вероятность окисления оловянного порошка во время переплавки.

    оловянный порошок

    Голова в подушке

    Основная причина ложной сварки в профиле оплавления может быть вызвана явлением сифона фитиля или несмачиванием. Когда происходит явление сифона фитиля, расплавленный припой перемещается в положение с более высокой температурой, что приводит к ложной пайке. Если это проблема несмачивания, также известная как голова в подушке эффект, это явление заключается в том, что шарик припоя BGA был погружен в припой, но не сформировал истинное интерметаллическое соединение (IMC) или смачивание. Эту проблему обычно можно решить путем уменьшения окисления.

    Пустоты

    Основная причина заключается в том, что растворитель или влага во флюсе быстро окисляется и не успевает выйти непосредственно перед застыванием припоя.

    Зона замачивания

    soak-zone

    В профиле пайки эта область называется эндотермической областью, а некоторые называют ее "областью постоянной температуры" или "активной областью", и температура этой почти постоянной температуры обычно поддерживается в области 150 ± 10 °C, температура бессвинцовой паяльной пасты поддерживается на уровне около 170 °C+/-10 °C. Температура наращивания обычно находится в диапазоне от 150 до 190°C. Эта зона профиля оплавления находится накануне плавления паяльной пасты, и летучие вещества в паяльной пасте будут дополнительно удалены. 

    Активатор активирован и эффективно удаляет окислы на поверхности пайки. Основная цель этого профиля переплавки - изготовление плат различных размеров и различной текстуры. Температура компонентов может достигать постоянной температуры перед входом в зону дожигания, так что разница температур на поверхности платы △T близка к минимальному значению.

    Форма профиля оплавления в этой температурной зоне близка к горизонтальной, и это также является окном для оценки процесса работы печи оплавления. Выбор печи, которая может поддерживать плоский активный профиль плавления, улучшит эффект пайки, поскольку это не так просто из-за разницы во времени, вызванной разным временем плавления, будет меньше проблем с различными напряжениями на обоих концах детали.

    Зона постоянной температуры обычно находится между 2-й и 3-й зонами печи, а время поддерживается в течение примерно 60-120 с. Если время слишком долгое, канифоль будет чрезмерно улетучиваться, и возникнет проблема чрезмерного окисления паяльной пасты, а активность и защитная функция будут потеряны во время пайки оплавлением. В результате после сварки возникают такие проблемы, как виртуальная сварка, почерневшие остатки паяного соединения и тусклые паяные соединения.

    Если температура в этой области повышается слишком быстро, канифоль (флюс) в паяльной пасте расширяется и быстро улетучивается. При нормальных обстоятельствах канифоль должна медленно выходить из зазора между паяльной пастой. Если канифоль улетучивается слишком быстро, возникают такие проблемы качества, как пористость, поджаренное олово и оловянные шарики.

    Зона доводки

    Зона доводки

    Зона оплавления - это область с самой высокой температурой профиля оплавления на всем участке, и ее обычно называют "время над жидкостью". В это время олово в припое вступает в "химическую реакцию" с медью (Cu) или никелем (Ni) на площадке, образуя интерметаллическое соединение Cu5Sn6 или Ni3Sn4. 

    Возьмем в качестве примера обработку поверхности OSP (органической защитной пленки), когда паяльная паста расплавляется, она быстро смачивает медный слой, атомы олова и меди проникают друг в друга на границе раздела, и структура исходного сплава Sn-Cu представляет собой хорошее интерметаллическое соединение Cu6Sn5 (IMC), критический этап в печи оплавления, поскольку градиенты температуры по всей сборке должны быть сведены к минимуму.

    Толщина IMC приемлема на уровне 1-5 мкм, но слишком толстая IMC не является хорошей, и обычно рекомендуется контролировать ее на уровне 1-3 мкм как наилучшую. TAL должна оставаться в пределах параметров, указанных производителем паяльной пасты. На этом этапе также достигается пиковая температура изделия. Если время слишком велико, IMC станет более толстой и хрупкой, а пол на основе меди может продолжать генерировать Cu3Sn плохую IMC. Плата с поверхностной обработкой ENIG будет генерировать Ni3Sn4 IMC на начальной стадии, но она также будет генерировать очень мало соединения Cu6Sn5.

    Необходимо следить за тем, чтобы не превысить максимальную температуру и скорость нагрева любого термочувствительного компонента на печатной плате. Например, типичный бессвинцовый танталовый конденсатор имеет максимальную температуру 260°C в течение максимум 10 секунд. В идеале все паяные соединения в сборке должны достигать одинаковой пиковой температуры в одно и то же время и с одинаковой скоростью, чтобы гарантировать, что все детали испытывают одинаковые условия в печи.

    Пиковая температура профиля пайки обычно зависит от температуры точки плавления припоя и температуры, которую могут выдержать собранные детали. Как правило, пиковая температура должна быть примерно на 25~30°C выше, чем нормальная температура плавления паяльной пасты, чтобы успешно завершить операцию пайки. Если она ниже этой температуры, то велика вероятность возникновения таких недостатков, как холодная сварка и плохое смачивание. Время зоны расплавления (TAL) обычно рекомендуется в диапазоне от 30 до 60 с, а некоторые производители требуют более 45 с и менее 90 с.

    Зона охлаждения

    После зоны оплавления изделие охлаждается и затвердевают паяные соединения, готовые к последующим процессам сборки. Контроль скорости охлаждения также имеет решающее значение.

    паяные соединения

    Обычно считается, что зона охлаждения профиля оплавления должна охлаждаться быстро для затвердевания припоя. Быстрое охлаждение позволяет получить более мелкую кристаллическую структуру, повысить прочность паяных соединений, сделать паяные соединения яркими, а поверхность - непрерывной и менискообразной, но недостатком является то, что в ней легче образуются отверстия, поскольку некоторые газы не успевают выходить.

    Напротив, медленное охлаждение в профиле плавки выше температуры плавления легко приведет к чрезмерному образованию интерметаллических соединений (IMC) и более крупных кристаллических зерен, что снизит усталостную прочность. При ускорении скорости охлаждения необходимо обращать внимание на ударную прочность деталей. 

    Максимальная скорость охлаждения в профиле переплавки, допустимая для конденсатора общего назначения, составляет около 4°C/сек. Чрезмерная скорость охлаждения может вызвать напряжение и трещины. Это также может привести к отслоению между площадкой и печатной платой или между площадкой и паяным соединением. Как правило, рекомендуемая скорость охлаждения в профиле оплавления составляет от 2 до 5°C/с.

    ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

    Профиль дожигания при сборке печатных плат включает четыре основных блока: предварительный нагрев, выдержка, дожигание и охлаждение.
    Зона предварительного нагрева обычно относится к области, где температура PCBA повышается от комнатной температуры примерно до 150~170°C.

    Обычно считается, что зона охлаждения профиля оплавления должна охлаждаться быстро для затвердевания припоя. Быстрое охлаждение позволяет получить более мелкую кристаллическую структуру, повысить прочность паяных соединений, сделать паяные соединения яркими, а поверхность - непрерывной и менискообразной, но недостатком является то, что в ней легче образуются отверстия, поскольку некоторые газы не успевают выходить.

    Похожие посты

    Печатная плата импеданса - все, что вам нужно знать

    Печатная плата импеданса - все, что вам нужно знать

    Импедансные платы печатных плат являются основой высокопроизводительных электронных систем, в которых целостность сигнала имеет первостепенное значение. Эти специализированные печатные платы тщательно разрабатываются и изготавливаются ...
    Как установить резистор на печатную плату

    Как установить резистор на печатную плату?

    Применение резисторов на печатной плате (ПП) является важным аспектом проектирования схем. Резистор - это компонент, используемый для ограничения ...
    Распаковка SMT-сборки печатных плат - Технология поверхностного монтажа

    Распаковка SMT-сборки печатных плат - Технология поверхностного монтажа

    В этой статье рассказывается о том, что определяет процессы SMT-сборки печатных плат, оборудование, структуру затрат, преимущества перед предшественниками и стратегии выбора партнеров-производителей.
    Традиционное производство печатных плат и быстрое прототипирование печатных плат - подробное сравнение

    Традиционное производство печатных плат и быстрое прототипирование печатных плат - подробное сравнение

    В постоянно развивающемся мире электроники создание печатных плат (ПП) является одним из важнейших аспектов разработки продукции. Будь то потребительские ...
    IBE Electronics встретится с вами на выставке CES (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics встретится с вами на выставке CES (Consumer Electronics Show) 2024

    Как один из глобальных ODM/OEM производителей с массовой производственной базой, IBE приглашает вас посетить наш стенд 2012&2014 и стенд 2929 в январе ...
    Запрос Цитировать

    Оставить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    ru_RURussian
    Прокрутка к началу