EN
Razumevanje postopki ponovnega taljenja (reflow) je bistveno za vsakogar, ki se ukvarja z montažo površinsko montiranih komponent (SMT). Ali načrtujete tiskano vezje (PCB) prvič ali izboljšujete že obstoječo proizvodno linijo – postopki ponovnega taljenja določajo kakovost, zanesljivost in zmogljivost končnih plošč. Od nanosa lepilne paste do končnega ohladitve zahteva vsak korak natančnost in jasno razumevanje toplotnih dinamik.
Postopki ponovnega taljenja (reflow) so osnova sodobne SMT proizvodnje. V nasprotju z valovnim spajkanjem, ki je primerno za komponente z vstavljenimi kontakti (through-hole), so postopki ponovnega taljenja posebej zasnovani za površinsko montirane komponente (SMD), ki za zanesljive spajkane spoje potrebujejo nadzorovano toplotno obremenitev. Pravilno izveden postopek ponovnega taljenja zmanjša napake, izboljša enotnost spojev in omogoča visokozgostotne PCB konstrukcije, kot jih zahtevajo sodobni elektronski sistemi. Ta priročnik podrobno opisuje vsako ključno fazo, da lahko te tehnike uporabljate z zaupanjem.
Osnovne faze postopkov ponovnega taljenja
Nanašanje smolaste lepilne mase (solder paste) in namestitev komponent
Vsak uspešen izvedbeni cikel postopka taljenja s ponovnim taljenjem se začne z natančnim nanosom lepilnega pastoznega snopa. Nerjavnostna jeklena predloga se poravna nad nepokrito tiskano ploščico (PCB), lepilni pastozni snop pa se potiska skozi odprtine s pomočjo brisalne gume. Količina, sestava in enotnost nanosa lepilnega pastoznega snopa neposredno vplivata na učinkovitost nadaljnjih postopkov taljenja s ponovnim taljenjem. Prekmalo pastoznega snopa povzroča šibke spoje; preveč pastoznega snopa pa povzroča mostične napake, ki so drago popravljati.
Po nanosu pastoznega snopa stroj za izbiranje in namestitev (pick-and-place) z veliko hitrostjo in natančnostjo postavi površinsko montažne komponente na nanos lepilnega pastoznega snopa. Lepilna lastnost pastoznega snopa ohrani komponente na mestu, dokler ploščica ne vstopi v peč. Postopki taljenja s ponovnim taljenjem temeljijo na tej mehanski stabilnosti, da se zagotovi, da se komponente med segrevanjem ne premaknejo. Kakršna koli napačna poravnava na tej stopnji se ohrani – in se lahko celo poslabša – ko se lepilo stali in ponovno razteče.
Oblikovanje toplotnega profila pri postopkih taljenja s ponovnim taljenjem
Topski profil je najpomembnejša spremenljivka, ki določa procese taljenja s pripajanjem. Standardni profil sestoji iz štirih območij: predsegrevanja, izravnave temperature, taljenja in ohlajanja. Vsako območje nadzoruje hitrost naraščanja temperature, najvišjo temperaturo in čas, ko je temperatura nad točko taljenja. Slabo zasnovani profili so glavni vzrok napak, kot so prevrnjeni elementi (tombstoning), kroglice lepljivega materiala (solder balling) in hladni spoji v procesih taljenja s pripajanjem.
Med predsegrevanjem se temperatura plošče postopoma dviguje – običajno za 1 do 3 stopinje Celzija na sekundo – da se prepreči termični udarec občutljivim komponentam. Območje izravnave temperature stabilizira temperaturo po celotni plošči in zagotovi popolno aktivacijo fluksa pred najvišjim območjem taljenja. Pri procesih taljenja s pripajanjem z brezsvinčnimi zlitinami, kot je npr. SAC305, dosežejo najvišje temperature običajno med 235 in 250 stopinj Celzija. Ohranjanje teh natančnih pogojev loči zanesljive procese taljenja s pripajanjem od tistih, ki so nagnjeni k napakam.
Vrste peči in njihov vpliv na procese reflow lepljenja
Konvekcijske peči za reflow lepljenje
Konvekcijske peči za reflow lepljenje so industrijski standard za izvajanje procesov reflow lepljenja v večjem obsegu. Te peči uporabljajo segret zrak ali dušikov plin, ki se prisilno poganja skozi šobo, da se toplotna energija enakomerno prenese po površini tiskane vezje plošče (PCB). Peči z dušikovo atmosfero zmanjšujejo oksidacijo med procesi reflow lepljenja, kar je še posebej pomembno za komponente z majhnim razmikom in BGA-je, kjer je pregled spojev po sestavljanju težak. Večzonske konvekcijske peči omogočajo inženirjem fleksibilnost pri neodvisnem nastavljanju vsake cone, kar omogoča visoko optimizirane procese reflow lepljenja.
Metode reflow lepljenja z fazo pare in infrardečo svetlobo
Izparevalna reflow metoda je alternativni pristop znotraj širše družine postopkov reflow paširanja. Uporablja skrito toploto izparene tekočine za segrevanje tiskane ploščice (PCB), kar zagotavlja izjemno enakomerno porazdelitev temperature. Ta metoda je koristna pri postopkih reflow paširanja, ki vključujejo zapletene sestave z elementi različne toplotne mase, kjer konvekcijske peči morda ne morejo enakomerno segreti vseh območij. Infrardeča reflow metoda, čeprav starejša, se še vedno uporablja v nekaterih postopkih reflow paširanja za aplikacije, kjer je pomembna cena ali nizka proizvodnja, vendar zahteva natančno nadzorovanje selektivnih segrevalnih učinkov na različne materiale plošč.
Pogosti napaki in nadzor kakovosti pri postopkih reflow paširanja
Ugotavljanje in preprečevanje napak pri reflow paširanju
Preprečevanje napak je osrednje vprašanje pri postopkih taljenja srebrne lege. Pojav groba (tombstoning) – ko se komponenta pokončno postavi na eno ploščico – nastane, ko postopki taljenja srebrne lege povzročijo neenakomerna mokra sila na majhnih pasivnih komponentah. To je običajno posledica neuravnoteženih oblik ploščic ali neenakomernih nanašanj past. Napake tipa 'glava v blazinici' (head-in-pillow) pri paketih BGA nastanejo, kadar postopki taljenja srebrne lege ne dosežejo popolne koalescence srebrne lege zaradi upogibanja ali premajhne najvišje temperature. Preklici srebrne lege nastanejo zaradi prevelike količine paste v kombinaciji z postopki taljenja srebrne lege, ki taljeno srebrno lego potisne čez meje ploščic.
Avtomatizirana optična kontrola (AOI) in rentgenska kontrola sta standardna orodja za ocenjevanje izhoda postopkov lepljenja z refluksom. AOI preverja vidno geometrijo spojov in hitro zaznava površinske napake. Rentgenska kontrola je ključnega pomena za postopke lepljenja z refluksom, ki vključujejo paketke z mrežo površin, kjer so spoji skriti pod telesom komponente. Kombinacija obeh metod kontrole zagotavlja, da postopki lepljenja z refluksom izpolnjujejo kakovostne standarde, ki jih zahtevajo industrije, kot so avtomobilsko, medicinsko in vesoljsko-elektronsko proizvodnjo.
Strategije optimizacije procesa
Neprekinjeno izboljševanje procesov lepljenja z otočnim segrevanjem vključuje določanje toplotnega profila vsake nove konstrukcije ploščice pred polnimi serijami proizvodnje. Z uporabo profilnih ploščic, opremljenih s termočleni, inženirji izmerijo dejanske temperature na več mestih, da preverijo, ali se procesi lepljenja z otočnim segrevanjem ujemajo z nameravanim toplotnim profilom. Statistični nadzor procesov, uporabljen na podatkih o pregledu past in rezultatih avtomatskega optičnega pregleda (AOI), pomaga zaznati trende, preden postanejo težave z izkoristkom. Najbolj učinkoviti procesi lepljenja z otočnim segrevanjem so tisti, ki obravnavajo upravljanje toplotnega profila kot živo dokumentacijo, ki se posodobi ob vsaki spremembi konstrukcije ploščice, mešanice komponent ali specifikacije zlitine.
Pogosto zastavljena vprašanja
Kakšen je namen območja izravnave temperature (soak zone) v procesih lepljenja z otočnim segrevanjem?
Območje izravnave temperature v procesih taljenja s pretočnim segrevanjem opravlja dve glavni funkciji: izenači temperaturo po celotni plošči in aktivira tokilno sestavino v lepljeni smesi. Ustrezna aktivacija tokilne sestavine odstrani oksidacijo s površin kontaktov in priključkov komponent, kar omogoča čist nastanek lepljenih spojev, ko plošča vstopi v območje najvišje temperature taljenja. Preskakovanje ali skrajšanje območja izravnave temperature v procesih taljenja s pretočnim segrevanjem pogosto povzroči slabо mokrenje in povečano stopnjo votlin v končanih spojih.
Kako brezsvinčno lepljenje vpliva na procese taljenja s pretočnim segrevanjem?
Brezzlorni spajkalni zlitini zahtevajo višje vrhovne temperature v procesih spajkanja z reflowom v primerjavi s tradicionalnimi formulacijami s svinčem in kositerjem. To povzroča večjo toplotno obremenitev komponent in podlag PCB, kar naredi natančno oblikovanje toplotnega profila še bolj kritično. V procesih spajkanja z reflowom z brezzlornimi zlitinami je treba uravnotežiti dosego popolne tekočine z izogibanjem poškodb toplotno občutljivim napravam. Peči z dušikovo atmosfero se pogosteje uporabljajo v procesih spajkanja z reflowom z brezzlornimi zlitinami, da se prepreči oksidacija pri teh višjih temperaturah.
Ali je mogoče procese spajkanja z reflowom uporabiti za komponente s skozi ploščo vstavljenimi priključki?
Da, tehnika, imenovana invazivno ponovno taljenje ali pin-in-paste, omogoča, da procesi ponovnega taljenja zvarek spojijo določene komponente s prebojnimi vstavi skupaj z površinsko montiranimi deli v enem samem prehodu peči. Zvarek je natisnjen v prebojne luknje pred vstavljanjem komponent in procesi ponovnega taljenja nato stopijo zvarek, da se oblikuje spoj. Ta pristop deluje dobro za povezave in druge komponente s prebojnimi vstavi, katerih priključki lahko vzdržijo temperature ponovnega taljenja, s čimer se poenostavi proizvodnja in zmanjša potreba po ločenih operacijah valovnega zvarenja.