Reflow pećnica Lemljenje

Reflow lemljenje najčešći je način pričvršćivanja komponenti za površinsku montažu na tiskanu ploču, iako se također može koristiti za komponente s rupama ispunjavanjem rupa pastom za lemljenje i umetanjem vodiča komponente kroz pastu.Budući da valovito lemljenje može biti jednostavnije i jeftinije, reflow se općenito ne koristi na čistim pločama s rupama.Kada se koristi na pločama koje sadrže mješavinu SMT i THT komponenti, reflow kroz rupe omogućuje eliminaciju koraka valovitog lemljenja iz procesa sklapanja, potencijalno smanjujući troškove sklapanja.

Cilj procesa reflow je rastaliti lem i zagrijati susjedne površine, bez pregrijavanja i oštećenja električnih komponenti.U konvencionalnom procesu lemljenja reflow obično postoje četiri faze, nazvane "zone", od kojih svaka ima poseban toplinski profil: predgrijavanje, toplinsko namakanje (često skraćeno na samo namakanje), reflow i hlađenje.

 

Zona predgrijavanja

Maksimalni nagib je odnos temperatura/vrijeme koji mjeri koliko se brzo mijenja temperatura na tiskanoj pločici.Zona predgrijanja često je najduža od svih zona i često određuje brzinu povećanja.Brzina povećanja obično je negdje između 1,0 °C i 3,0 °C po sekundi, često pada između 2,0 °C i 3,0 °C (4 °F do 5 °F) po sekundi.Ako brzina premašuje maksimalni nagib, može doći do oštećenja komponenti uslijed toplinskog udara ili pucanja.

Lemna pasta također može imati učinak prskanja.Dio predgrijavanja je mjesto gdje otapalo u pasti počinje isparavati, a ako je brzina porasta (ili razina temperature) preniska, isparavanje hlapljivih tvari fluksa je nepotpuno.

 

Zona termalnog namakanja

Drugi odjeljak, toplinsko namakanje, obično je izloženost od 60 do 120 sekundi za uklanjanje hlapljivih tvari paste za lemljenje i aktivaciju fluksa (vidi fluks), gdje komponente fluksa započinju oksidaciju na izvodima komponenti i jastučićima.Previsoka temperatura može dovesti do prskanja lema ili kuglica, kao i do oksidacije paste, jastučića za pričvršćivanje i završetaka komponenti.

Slično, fluksevi se možda neće u potpunosti aktivirati ako je temperatura preniska.Na kraju zone namakanja poželjna je toplinska ravnoteža cijelog sklopa neposredno prije zone reflowa.Predlaže se profil namakanja kako bi se smanjila svaka delta T između komponenti različitih veličina ili ako je PCB sklop vrlo velik.Također se preporučuje profil za natapanje kako bi se smanjilo stvaranje praznina u paketima s površinskim nizom.

 

Reflow zona

Treći dio, zona reflowa, također se naziva "vrijeme iznad reflowa" ili "vrijeme iznad likvidusa" (TAL), i dio je procesa u kojem se postiže maksimalna temperatura.Važno je razmotriti vršnu temperaturu, što je najveća dopuštena temperatura cijelog procesa.Uobičajena vršna temperatura je 20–40 °C iznad likvidusa. Ovu granicu određuje komponenta na sklopu s najnižom tolerancijom na visoke temperature (komponenta koja je najosjetljivija na toplinska oštećenja).Standardna smjernica je oduzimanje 5 °C od maksimalne temperature koju najosjetljivija komponenta može podnijeti kako bi se postigla maksimalna temperatura za proces.Važno je pratiti temperaturu procesa kako ne bi prekoračila ovu granicu.

Dodatno, visoke temperature (iznad 260 °C) mogu uzrokovati oštećenje unutarnjih kalupa SMT komponenti, kao i potaknuti rast intermetala.Suprotno tome, temperatura koja nije dovoljno visoka može spriječiti da se pasta pravilno pretoči.

Vrijeme iznad likvidusa (TAL), ili vrijeme iznad reflowa, mjeri koliko dugo je lem tekućina.Tok smanjuje površinsku napetost na spoju metala kako bi se postiglo metalurško spajanje, dopuštajući pojedinačnim kuglicama praha za lemljenje da se kombiniraju.Ako vrijeme profila premašuje specifikacije proizvođača, rezultat može biti prerano aktiviranje ili potrošnja fluksa, učinkovito "sušenje" paste prije formiranja lemljenog spoja.Nedovoljan odnos vrijeme/temperatura uzrokuje smanjenje djelovanja topitelja na čišćenje, što rezultira slabim vlaženjem, neadekvatnim uklanjanjem otapala i topitelja i mogućim oštećenjem lemljenih spojeva.

Stručnjaci obično preporučuju najkraći mogući TAL, međutim, većina pasta navodi minimalni TAL od 30 sekundi, iako se čini da nema jasnog razloga za to određeno vrijeme.Jedna je mogućnost da postoje mjesta na PCB-u koja nisu izmjerena tijekom profiliranja, pa stoga postavljanje minimalnog dopuštenog vremena na 30 sekundi smanjuje šanse da se neizmjereno područje ne pretače.Visoko minimalno vrijeme reflowa također pruža marginu sigurnosti protiv promjena temperature pećnice.Idealno vrijeme vlaženja ostaje ispod 60 sekundi iznad likvidusa.Dodatno vrijeme iznad likvidusa može uzrokovati pretjerani intermetalni rast, što može dovesti do lomljivosti spojeva.Ploča i komponente također se mogu oštetiti dulje vrijeme tijekom likvidusa, a većina komponenti ima dobro definirano vremensko ograničenje koliko dugo mogu biti izložene temperaturama iznad zadanog maksimuma.

Premalo vremena iznad likvidusa može zarobiti otapala i fluks i stvoriti potencijal za hladne ili tupe spojeve, kao i praznine za lemljenje.

 

Zona hlađenja

Posljednja zona je zona hlađenja za postupno hlađenje obrađene ploče i učvršćivanje lemljenih spojeva.Pravilno hlađenje sprječava prekomjerno stvaranje intermetala ili toplinski udar komponenti.Uobičajene temperature u zoni hlađenja kreću se od 30–100 °C (86–212 °F).Odabrana je velika brzina hlađenja kako bi se stvorila fino zrnasta struktura koja je mehanički najzdravija.

[1] Za razliku od maksimalne stope pojačanja, stopa smanjivanja često se zanemaruje.Može se dogoditi da je stopa povećanja manje kritična iznad određenih temperatura, međutim, najveći dopušteni nagib za bilo koju komponentu trebao bi se primjenjivati ​​bez obzira na to zagrijava li se komponenta ili hladi.Obično se predlaže brzina hlađenja od 4°C/s.To je parametar koji treba uzeti u obzir pri analizi rezultata procesa.

Izraz "reflow" se koristi za označavanje temperature iznad koje će se kruta masa legure za lem sigurno rastopiti (za razliku od pukog omekšavanja).Ako se ohladi ispod ove temperature, lem neće teći.Zagrijan iznad njega još jednom, lem će ponovno teći—otuda "ponovno tečenje".

Suvremene tehnike sklapanja strujnih krugova koje koriste reflow lemljenje ne dopuštaju nužno da lem teče više puta.Oni jamče da granulirani lem sadržan u pasti za lemljenje premašuje temperaturu ponovnog točenja lema koji je uključen.

Toplinsko profiliranje