Wymagania temperaturowe dla lutowania rozpływowego SMT

Lutowanie rozpływowe SMT jest unikalnym i ważnym procesem w przetwarzaniu łatek. Cztery główne strefy temperaturowe lutowania rozpływowego to strefa podgrzewania wstępnego, strefa stałej temperatury, strefa rozpływu i strefa chłodzenia. Każdy etap podgrzewania strefy temperaturowej ma swoje własne ważne znaczenie.

1. Etap strefy podgrzewania wstępnego

PCBA do obróbki łatkami osiąga temperaturę nagrzewania pieca reflow 150 stopni od temperatury wewnętrznej, a szybkość nagrzewania jest mniejsza niż 2 stopnie/s, co nazywa się etapem podgrzewania wstępnego. Celem etapu podgrzewania wstępnego jest odparowanie rozpuszczalnika o niższej temperaturze topnienia w paście lutowniczej. Główne składniki topnika w paście lutowniczej obejmują kalafonię, aktywatory, środki poprawiające lepkość i rozpuszczalniki. Rola rozpuszczalnika polega głównie na tym, że jest nośnikiem kalafonii i zapewnia czas przechowywania pasty lutowniczej. Podczas etapu podgrzewania wstępnego nadmiar rozpuszczalnika musi zostać odparowany, ale szybkość nagrzewania musi być kontrolowana. Zbyt wysoka szybkość nagrzewania spowoduje wpływ naprężeń cieplnych na komponenty, uszkadzając komponenty lub zmniejszając wydajność i żywotność komponentów. To drugie jest bardziej szkodliwe, ponieważ produkty zostały już dostarczone do klientów. Innym powodem jest to, że zbyt wysoka szybkość nagrzewania spowoduje zapadnięcie się pasty lutowniczej, co stwarza ryzyko zwarcia, a zbyt wysoka szybkość nagrzewania spowoduje zbyt szybkie odparowanie rozpuszczalnika, co może łatwo spowodować rozpryskiwanie się elementów metalowych i pojawienie się kulek cyny.

2. Etap strefy stałej temperatury

Cała płytka PCBA jest powoli podgrzewana do 170 stopni, aby płytka osiągnęła jednolitą temperaturę, co nazywa się etapem stałej temperatury (wygrzewania lub równowagi). Czas wynosi zwykle 70-120 s. Na tym etapie temperatura rośnie powoli. Ustawienie etapu stałej temperatury powinno odnosić się głównie do zaleceń dostawcy pasty lutowniczej i pojemności cieplnej płytki PCBA. Etap stałej temperatury ma trzy funkcje. Jedną z nich jest osiągnięcie przez całą płytkę PCBA jednolitej temperatury i zmniejszenie wpływu naprężeń cieplnych wchodzących w obszar reflow, a także innych wad spawania, takich jak wypaczenie elementów, zimne spawanie niektórych elementów o dużej objętości itp.; inną ważną funkcją jest to, że topnik w paście lutowniczej zaczyna ulegać aktywnej reakcji, zwiększając właściwości zwilżające powierzchni spoiny, dzięki czemu stopiony lut może dobrze zwilżyć powierzchnię spoiny; trzecią funkcją jest dalsze ulatnianie rozpuszczalnika w topniku. Ze względu na znaczenie etapu utrwalania cieplnego, czas i temperatura utrwalania cieplnego muszą być dobrze kontrolowane, nie tylko po to, aby zapewnić, że topnik może dobrze oczyścić powierzchnię lutowania, ale także po to, aby zapewnić, że topnik nie zostanie całkowicie zużyty przed osiągnięciem etapu reflow i może zostać aktywowany podczas etapu reflow. Aby zapobiec ponownemu utlenieniu.

3. Etap strefy powrotu

Płytka PCBA jest podgrzewana do strefy topienia w celu stopienia pasty lutowniczej. Płytka osiąga najwyższą temperaturę, zwykle 230 stopni -245 stopnia, która jest nazywana etapem reflow. Czas powyżej linii likwidus wynosi zwykle 30-60 sekund. Podczas etapu reflow temperatura nadal rośnie wzdłuż linii reflow, pasta lutownicza topi się i zachodzi reakcja zwilżania, a międzymetaliczna warstwa związku zaczyna się formować, ostatecznie osiągając szczytową temperaturę. Szczytowa temperatura w strefie reflow jest określana przez skład chemiczny pasty lutowniczej, charakterystykę komponentów i materiał PCB. Jeśli szczytowa temperatura w obszarze reflow jest zbyt wysoka, płytka drukowana może zostać spalona lub przypalona; jeśli szczytowa temperatura jest zbyt niska, połączenia lutowane będą miały szary i ziarnisty wygląd. Dlatego szczytowa temperatura w tej strefie temperaturowej powinna być wystarczająco wysoka, aby umożliwić pełne działanie topnika i zapewnić dobrą zwilżalność, ale nie powinna być wystarczająco wysoka, aby spowodować uszkodzenie, odbarwienie lub przypalenie komponentów lub płytek drukowanych. Obszar reflow powinien również wziąć pod uwagę, że rosnące nachylenie temperatury nie powinno narażać komponentów na szok termiczny. Czas reflow powinien być tak krótki, jak to możliwe, zapewniając jednocześnie dobre lutowanie komponentów. Ogólnie rzecz biorąc, 30-60s jest najlepszy. Nadmiernie długi czas reflow i wysoka temperatura uszkodzą komponenty, które są podatne na wpływ temperatury, a także spowodują, że warstwa związku międzymetalicznego IMC będzie zbyt gruba, co spowoduje, że połączenia lutowane będą bardzo kruche i zmniejszy się odporność zmęczeniowa połączeń lutowanych.

4. Etap strefy chłodzenia

Proces spadku temperatury nazywany jest etapem chłodzenia, a szybkość chłodzenia wynosi 3-5 stopni/s. Znaczenie fazy chłodzenia jest często pomijane. Dobry proces chłodzenia odgrywa również kluczową rolę w końcowym efekcie spoiny. Szybsze szybkości chłodzenia mogą udoskonalić mikrostrukturę połączeń lutowanych. Zmienić morfologię i rozkład związków międzymetalicznych oraz poprawić właściwości mechaniczne stopów lutowniczych. W przypadku lutowania bezołowiowego w rzeczywistej produkcji zwiększenie szybkości chłodzenia może zazwyczaj zmniejszyć wady i poprawić niezawodność bez negatywnego wpływu na komponenty. Jednak zbyt szybka szybkość chłodzenia również wpłynie na komponenty, powodując koncentrację naprężeń, powodując przedwczesne uszkodzenie połączeń lutowanych produktu podczas użytkowania. Dlatego lutowanie rozpływowe musi zapewniać dobrą krzywą chłodzenia.

Więcej na temat wiedzy Tecoo SMT:
Główna funkcja dodawania azotu (N2) podczas lutowania rozpływowego SMT