Hur man förstår reflowprofilen för SMT

Hur man förstår reflowprofilen för SMT

Uppfinningen och förfiningen av ytmonteringstekniken (SMT) har bidragit till elektronikindustrins blomstring. Reflow är en av de viktigaste teknikerna inom SMT.
The reflowprofil I montering av kretskort ingår fyra stora block: förvärmning, blötläggning, reflow och kylning. Dessa kommer att presenteras i detalj i följande avsnitt.

Innehållsförteckning
    Lägg till en rubrik för att börja generera innehållsförteckningen

    Förvärmningszon

    I reflowprofilen avser förvärmningszonen vanligtvis det område där PCBA:ns temperatur stiger från rumstemperaturen till cirka 150-170 °C. I detta område bör temperaturen höjas långsamt (även kallad en engångstemperaturhöjning) för att underlätta mängd lödmassa och vattenångan kan förångas i tid för att undvika stänk och påverka den efterföljande lödkvaliteten, eftersom aktiveringstemperaturen för de flesta flussmedel ligger runt 150 °C.

    Elektroniska delar som har klistrats på kretskortet, särskilt stora delar som BGA- och IO-kontakter, bör också värmas upp långsamt för att förbereda sig för den efterföljande höga temperaturen. Om uppvärmningshastigheten i detta avsnitt är för snabb kommer de alltför stora skillnaderna mellan delarnas inre och yttre temperaturer och de olika materialens CTE att leda till att delarna deformeras, och fördelningen av koppar på kretskortet är ofta inte utformad på ett enhetligt sätt på grund av kretsens krav.

    förvärmningszon

    En för snabb uppvärmning försämrar också värmeupptagningsförmågan hos olika delar av kartongen, vilket leder till skillnader i värmespänningar, distorsion av kartongen och andra problem. Därför kontrolleras temperaturökningen i förvärmningszonen i reflowprofilen vanligen mellan 1,5 °C och 3 °C/sek, och vissa blyfria lödpastor ökar temperaturökningen till 5 °C/sek.

    Även om den snabba temperaturhöjningen hjälper flussmedlet att snabbt nå mjukgörningstemperaturen och gör att det sprids snabbt och täcker den största delen av lödfogen, gör den också att en del av aktivatorn införlivas i den faktiska legeringens vätska.

    Men om temperaturen stiger för snabbt kan det på grund av termisk stress orsaka mikrosprickor i keramiska kondensatorer, skevhet på grund av ojämn uppvärmning av kretskortet, håligheter eller skador på IC-chips, och lösningsmedlet i lödpastan kommer att förflyktigas, och det finns risk för att lödpastan kollapsar.

    En långsammare temperaturramp gör att mer lösningsmedel eller gas kan flyga ut, och den för också flussmedlet närmare lödfogen, vilket minskar risken för spridning och kollaps. Om temperaturen i reflowprofilen stiger för långsamt kommer dock lödpastan att överoxideras och flussmedlets aktivitet kommer att minska.

    Dessutom finns det flera negativa fenomen i reflowprofilen som är relaterade till uppvärmningshastigheten i förvärmningszonen.

    Kollaps

    I reflowprofilen sker detta huvudsakligen i pastasteget innan lödpastan smälter. Lödpastans viskositet minskar när temperaturen stiger, eftersom temperaturökningen får molekylerna i materialet att vibrera våldsammare på grund av värmen. Dessutom har lösningsmedlet inte hunnit avdunsta ordentligt på grund av den snabba temperaturökningen i reflowprofilen, vilket leder till minskad viskositet. 

    Temperaturökningen gör att lösningsmedlet förflyktigas.

    Korrekt uttryckt kommer temperaturökningen att få lösningsmedlet att förflyktiga sig och öka viskositeten, men lösningsmedlet förflyktigas är proportionellt mot tiden och temperaturen, det vill säga, givet en viss temperaturökning, ju längre tid desto mer förflyktigas lösningsmedlet. Därför kommer viskositeten hos lödpastan med långsam temperaturhöjning att vara högre än hos lödpastan med snabb temperaturhöjning, och lödpastan kommer att vara mindre benägen att kollapsa.

    Tennpärlor

    I reflowprofilen, när flödet snabbt förångas till gas, som snabbt kommer att flyga ut. Ibland kan tennet stänkas till det yttre bältet, och i de små chipkomponenterna under den lilla luckan kommer lödpastaen att separeras. Eftersom det inte finns någon svetskudde under bakre svetsdelar, som kan dra till sig smält lödpasta. I kombination med tyngden från delkroppens extrudering kommer den separerade smälta lödpastan att komma ut under delkroppen och bilda små tennpärlor på dess kant.

    Lödkulor

    Lödkulor

    I reflowprofilen, när temperaturen stiger för snabbt, kommer lösningsmedelsgasen snabbt att avdunsta från lödpastan och orsaka stänk av lödpastan. Genom att sänka uppvärmningshastigheten kan man effektivt kontrollera bildandet av lödkulor. Men för långsam uppvärmning leder också till överdriven oxidation och minskar flussmedlets aktivitet.

    Fenomenet med lampsifon

    Detta fenomen i reflowprofilen är att efter att lodet har blött ner stiftet, stiger lodet upp från lödfogsområdet längs stiftet, vilket gör att lödfogen har otillräckligt eller tomt lod. Den möjliga orsaken är att lödpastan är i smältningsstadiet och att temperaturen på komponentfötterna är högre än på kretskortets pad. 

    Den kan förbättras genom att öka temperaturen i botten av kretskortet eller förlänga den tid som lödpastan är nära smältpunkten. Det är bäst att uppnå temperaturbalans mellan komponentfötterna och lödplattan innan lodet fuktas. När lödet väl har fuktats på plattan är det svårt att ändra lödets form och det påverkas inte längre av temperaturhöjningshastigheten.

    Dålig vätning

    Förutom oxidation orsakas dålig vätning i reflowprofilen i allmänhet av överdriven oxidation av tennpulveret under Process för PCB-lödning, vilket kan förbättras genom att minska den överdrivna värme som absorberas av lödpastan under förvärmning.

    Den ideala reflowprofiltiden bör vara så kort som möjligt. Om det finns andra faktorer som förhindrar att uppvärmningstiden förkortas rekommenderas att man antar en linjär temperatur från rumstemperatur till lödpastans smältpunkt, så att risken för oxidation av tennpulver kan minskas under återflödet.

    tennpulver

    Huvud i kudden

    Huvudorsaken till falsk svetsning i reflowprofilen kan orsakas av fenomenet med sifon eller bristande vätning. När veken sifonfenomenet uppstår kommer det smälta lodet att flytta sig till den högre temperaturpositionen, vilket resulterar i falsk lödning. Om det är ett problem med icke-vätning, även känt som huvudet i kudden Detta fenomen beror på att BGA-lödkulan har sänkts ner i lodet, men har inte bildat en riktig intermetallisk förening (IMC) eller vätning. Detta problem kan vanligtvis lösas genom att minska oxidationen.

    Tomrum

    Huvudskälet är att lösningsmedlet eller fukten i flussmedlet snabbt oxideras och inte försvinner omedelbart innan lodet stelnar.

    Blötläggningszon

    blötläggningszon

    I reflowprofilen kallas detta område för endotermiskt område, och vissa kallar det för "område med konstant temperatur" eller "aktivt område", och temperaturen i detta område med nästan konstant temperatur hålls vanligen vid 150 ± 10 °C, medan temperaturen för den blyfria lödpastan hålls vid cirka 170 °C+/-10 °C. Uppstartstemperaturen ligger vanligen mellan 150 och 190 °C. Denna zon med reflowprofil är på väg att smälta lödpastan, och de flyktiga ämnena i lödpastan kommer att avlägsnas ytterligare. 

    Aktivatorn har aktiverats och avlägsnar effektivt oxiderna på lödytan. Huvudsyftet med denna reflowprofil är att göra olika storlekar och olika texturer. Komponenternas temperatur kan nå en jämn temperatur innan de går in i reflowzonen, så att skillnaden i temperatur på kretskortets yta △T ligger nära minimivärdet.

    Reflowprofilens form i denna temperaturzon är nära horisontell, och det är också ett fönster för att utvärdera reflowugnsprocessen. Att välja en ugn som kan upprätthålla en platt aktiv reflowprofil kommer att förbättra lödningseffekten, eftersom det inte är lätt på grund av tidsskillnaden som orsakas av de olika smälttiderna, det blir mindre problem med olika spänningar i delens båda ändar.

    Zonen med konstant temperatur ligger vanligtvis mellan den andra och tredje zonen i ugnen, och tiden hålls i ungefär 60-120 sekunder. Om tiden är för lång kommer kolofoniumet att förflyktigas i alltför hög grad, och problemet med överdriven oxidation av lödpastan kommer att uppstå, och aktivitets- och skyddsfunktionen kommer att gå förlorad under reflowlödning. Detta leder till att problem som virtuell svetsning, svärtade lödfogsrester och tråkiga lödfogar uppstår efter svetsningen.

    Om temperaturen i detta område stiger för snabbt kommer kolofoniumet (flussmedel) i lödpastan att expandera och snabbt förflyktiga. Under normala omständigheter bör kolofoniumet långsamt avgå från springan mellan lödpastan. När kolofoniumet förflyktigas för snabbt uppstår kvalitetsproblem som porositet, stekt tenn och tennpärlor.

    Reflow-zon

    Reflow-zon

    Reflowområdet är det område med den högsta temperaturen i reflowprofilen i hela sektionen, och det brukar kallas "tid ovanför vätskor". Under denna tid kommer tennet i lödet att "kemiskt reagera" med koppar (Cu) eller nickel (Ni) på plattan för att bilda en intermetallisk förening Cu5Sn6 eller Ni3Sn4. 

    Ta ytbehandlingen av OSP (Organic Protective Film) som exempel, när lödpastan smälter kommer den snabbt att blöta kopparskiktet, tennatomer och kopparatomer tränger in i varandra i gränssnittet och strukturen av den ursprungliga Sn-Cu-legeringen är en bra Cu6Sn5 intermetallisk förening (IMC), ett kritiskt skede i reflow-ugnen eftersom temperaturgradienterna över monteringen måste minimeras.

    IMC-tjockleken är acceptabel på 1-5 μm, men för tjock IMC är inte bra, och det rekommenderas i allmänhet att kontrollera den på 1-3 μm som det bästa. TAL måste hålla sig inom de parametrar som anges av lödpastatillverkaren. Produktens topptemperatur uppnås också i detta skede. Om tiden är för lång blir IMC tjockare och spröd, och det kopparbaserade golvet kan fortsätta att generera Cu3Sn dålig IMC. Plattan med ENIG-ytbehandling kommer att generera Ni3Sn4 IMC i det inledande skedet, men den kommer också att generera mycket lite Cu6Sn5-förening.

    Man måste se till att inte överskrida den maximala temperaturen och uppvärmningshastigheten för alla temperaturkänsliga komponenter på kretskortet. Till exempel har en typisk blyfri tantalkondensator en maximal temperatur på 260 °C under högst 10 sekunder. Helst bör alla lödfogar på monteringen nå samma topptemperatur vid samma tidpunkt och med samma hastighet för att säkerställa att alla delar upplever samma miljö i ugnen.

    Topptemperaturen för reflowprofilen beror vanligtvis på lödets smältpunktstemperatur och den temperatur som de monterade delarna tål. I allmänhet bör topptemperaturen vara cirka 25-30 °C högre än lödpastans normala smältpunkt för att lödningen ska kunna slutföras framgångsrikt. Om den är lägre än denna temperatur är det mycket troligt att den orsakar nackdelarna kallsvetsning och dålig vätning. Tiden för reflowområdet (TAL) rekommenderas i allmänhet vara mellan 30 och 60 sekunder, och några tillverkare kräver mer än 45 sekunder och mindre än 90 sekunder.

    Kylningszon

    Efter reflowzonen kyls produkten och stelnar lödfogarna, redo för efterföljande monteringsprocesser. Det är också viktigt att kontrollera kylningshastigheten.

    lödfogar

    Det anses allmänt att kylzonen i reflowprofilen ska kylas snabbt för att stelna lodet. Snabb kylning kan också ge en finare kristallstruktur, förbättra lödfogarnas hållfasthet, göra lödfogarna ljusa och ytan är kontinuerlig och meniskformad, men nackdelen är att det är lättare att bilda hål eftersom vissa gaser inte hinner fly.

    Tvärtom leder långsam kylning i reflowprofilen över smältpunkten lätt till överdriven generering av intermetalliska föreningar (IMC) och större kristallkorn, vilket minskar utmattningshållfastheten. Samtidigt som man påskyndar kylningshastigheten måste man vara uppmärksam på delarnas slagtålighet. 

    Den maximala kylningshastigheten i reflowprofilen som tillåts för en allmän kondensator är cirka 4 °C/sek. En för hög kylningshastighet kan orsaka spänningar och sprickor. Det kan också orsaka avskalning mellan plattan och kretskortet eller mellan plattan och lödfogen. I allmänhet är den rekommenderade kylhastigheten i reflowprofilen mellan 2 och 5 °C/s.

    VANLIGA FRÅGOR

    Reflowprofilen för kretskortsmontering omfattar fyra huvudblock: förvärmning, blötläggning, reflow och kylning.
    Förvärmningszonen avser vanligtvis det område där PCBA:ns temperatur stiger från rumstemperaturen till cirka 150-170 °C.

    Det anses allmänt att kylzonen i reflowprofilen ska kylas snabbt för att stelna lodet. Snabb kylning kan också ge en finare kristallstruktur, förbättra lödfogarnas hållfasthet, göra lödfogarna ljusa och ytan är kontinuerlig och meniskformad, men nackdelen är att det är lättare att bilda hål eftersom vissa gaser inte hinner fly.

    Relaterade inlägg

    PCB Impedance Board - Allt du behöver veta

    PCB Impedance Board - Allt du behöver veta

    PCB-impedanskort är ryggraden i högpresterande elektroniska system, där signalintegriteten är av yttersta vikt. Dessa specialiserade kretskort är minutiöst designade och tillverkade ...
    Hur man installerar ett motstånd på ett kretskort

    Hur installerar man ett motstånd på ett kretskort?

    Användningen av resistorer på ett kretskort (PCB) är en viktig aspekt av kretsdesign. Motstånd är en komponent som används för att begränsa ...
    Uppackning av SMT PCB-montering - Ytmonteringsteknik

    Uppackning av SMT PCB-montering - Ytmonteringsteknik

    Denna artikel förklarar vad som definierar SMT PCB-monteringsprocesser, maskiner, kostnadsstrukturer, fördelar jämfört med föregångare och urvalsstrategier för tillverkningspartners.
    Konventionell PCB-tillverkning vs. snabb prototypning av PCB - en detaljerad jämförelse

    Konventionell PCB-tillverkning vs. snabb prototypning av PCB - en detaljerad jämförelse

    I den ständigt föränderliga elektronikbranschen är skapandet av tryckta kretskort (PCB) en kritisk aspekt av produktutvecklingen. Oavsett om det gäller konsument...
    IBE Electronics möter dig på CES (Consumer Electronics Show) 2024

    IBE Electronics möter dig på CES (Consumer Electronics Show) 2024

    Som en av de globala ODM / OEM-tillverkarna med en masstillverkningsbas inbjuder IBE dig att besöka vår monter 2012&2014 och monter 2929 den januari ...
    Begär en offert

    Lämna en kommentar

    Din e-postadress kommer inte publiceras. Obligatoriska fält är märkta *

    sv_SESwedish
    Bläddra till toppen