Spájkovanie pretavením je proces, pri ktorom sa spájkovacia pasta (lepkavá zmes práškovej spájky a taviva) používa na dočasné pripevnenie jedného alebo viacerých elektrických komponentov k ich kontaktným plôškam, po ktorom je celá zostava vystavená riadenému teplu, ktoré roztaví spájku. , trvalo spájajúce spoj.Zahrievanie sa môže uskutočniť prechodom zostavy cez pretavovaciu pec alebo pod infračervenou lampou alebo spájkovaním jednotlivých spojov teplovzdušnou ceruzkou.
Spájkovanie pretavením je najbežnejšou metódou pripevňovania komponentov na povrchovú montáž na dosku plošných spojov, hoci sa dá použiť aj pre komponenty s priechodnými otvormi, a to vyplnením otvorov spájkovacou pastou a vložením vodičov komponentov cez pastu.Pretože vlnové spájkovanie môže byť jednoduchšie a lacnejšie, pretavenie sa vo všeobecnosti nepoužíva na doskách s čistými priechodnými otvormi.Pri použití na doskách obsahujúcich kombináciu komponentov SMT a THT umožňuje pretavenie cez dieru elimináciu kroku spájkovania vlnou z procesu montáže, čo potenciálne znižuje náklady na montáž.
Cieľom procesu pretavenia je roztaviť spájku a zahriať priľahlé povrchy bez prehriatia a poškodenia elektrických komponentov.V bežnom procese spájkovania pretavením sú zvyčajne štyri stupne, nazývané "zóny", pričom každá má odlišný tepelný profil: predhrievanie, tepelné namáčanie (často skrátené na namáčanie), pretavenie a chladenie.
Predhrievacia zóna
Maximálny sklon je vzťah medzi teplotou a časom, ktorý meria, ako rýchlo sa mení teplota na doske plošných spojov.Predhrievacia zóna je často najdlhšia zo zón a často určuje rýchlosť stúpania.Rýchlosť nábehu je zvyčajne niekde medzi 1,0 °C a 3,0 °C za sekundu, často klesá medzi 2,0 °C a 3,0 °C (4 °F až 5 °F) za sekundu.Ak rýchlosť prekročí maximálny sklon, môže dôjsť k poškodeniu komponentov tepelným šokom alebo prasknutím.
Spájkovacia pasta môže mať tiež rozstrekovaný efekt.Predhrievacia časť je miesto, kde sa rozpúšťadlo v paste začína vyparovať, a ak je rýchlosť stúpania (alebo úroveň teploty) príliš nízka, odparovanie prchavých látok taviva nie je úplné.
Termálna zóna
Druhá sekcia, tepelné nasávanie, je typicky 60 až 120 sekundová expozícia na odstránenie prchavých látok spájkovacej pasty a aktiváciu tavív (pozri tavidlo), kde zložky taviva začínajú oxidovať na vývodoch komponentov a podložkách.Príliš vysoká teplota môže viesť k rozstrekovaniu alebo zhlukovaniu spájky, ako aj k oxidácii pasty, upevňovacích podložiek a koncoviek komponentov.
Podobne sa tavivá nemusia plne aktivovať, ak je teplota príliš nízka.Na konci prehrievacej zóny je požadovaná tepelná rovnováha celej zostavy tesne pred reflow zónou.Odporúča sa namáčací profil na zníženie akéhokoľvek delta T medzi komponentmi rôznych veľkostí alebo ak je zostava PCB veľmi veľká.Odporúča sa aj namáčací profil, aby sa zmenšilo vyprázdňovanie v balíkoch typu area array.
Reflow zóna
Tretia časť, zóna pretavenia, sa tiež označuje ako „čas nad pretavením“ alebo „čas nad likvidom“ (TAL) a je časťou procesu, kde sa dosiahne maximálna teplota.Dôležitým hľadiskom je špičková teplota, čo je maximálna povolená teplota celého procesu.Bežná špičková teplota je 20–40 °C nad likvidom. Táto hranica je určená komponentom na zostave s najnižšou toleranciou voči vysokým teplotám (komponent najviac náchylný na tepelné poškodenie).Štandardným usmernením je odpočítať 5 °C od maximálnej teploty, ktorú znesie najzraniteľnejšia zložka, aby sa dosiahla maximálna teplota pre proces.Je dôležité monitorovať procesnú teplotu, aby neprekročila tento limit.
Okrem toho môžu vysoké teploty (nad 260 °C) spôsobiť poškodenie vnútorných matríc komponentov SMT, ako aj podporiť intermetalický rast.Naopak, teplota, ktorá nie je dostatočne horúca, môže zabrániť adekvátnemu pretečeniu pasty.
Čas nad kvapalinou (TAL) alebo čas nad pretavením meria, ako dlho je spájka kvapalinou.Tavidlo znižuje povrchové napätie v mieste spojenia kovov, aby sa dosiahlo metalurgické spojenie, čo umožňuje spojenie jednotlivých guľôčok spájkovacieho prášku.Ak čas profilu presiahne špecifikáciu výrobcu, výsledkom môže byť predčasná aktivácia alebo spotreba taviva, čo účinne „vysuší“ pastu pred vytvorením spájkovaného spoja.Nedostatočný vzťah medzi časom a teplotou spôsobuje zníženie čistiaceho účinku taviva, čo má za následok zlé zmáčanie, nedostatočné odstránenie rozpúšťadla a taviva a prípadne chybné spájkované spoje.
Odborníci zvyčajne odporúčajú najkratšiu možnú hodnotu TAL, väčšina pást však špecifikuje minimálnu hodnotu TAL 30 sekúnd, aj keď sa zdá, že neexistuje jasný dôvod pre tento konkrétny čas.Jednou z možností je, že na DPS sú miesta, ktoré sa pri profilovaní nemerajú, a preto nastavenie minimálneho povoleného času na 30 sekúnd znižuje pravdepodobnosť, že sa nemeraná oblasť nepretečie.Vysoký minimálny čas pretavenia tiež poskytuje bezpečnostnú rezervu proti zmenám teploty pece.Čas zvlhčovania ideálne zostáva pod 60 sekúnd nad liquidus.Ďalší čas nad likvidom môže spôsobiť nadmerný intermetalický rast, ktorý môže viesť ku krehkosti kĺbov.Doska a komponenty sa môžu poškodiť aj pri dlhšom čase v dôsledku likvidu a väčšina komponentov má dobre definovaný časový limit, ako dlho môžu byť vystavené teplotám nad daným maximom.
Príliš krátky čas nad likvidom môže zachytiť rozpúšťadlá a tavivo a vytvoriť potenciál pre studené alebo matné spoje, ako aj medzery v spájke.
Chladiaca zóna
Poslednou zónou je chladiaca zóna na postupné ochladzovanie spracovanej dosky a stuhnutie spájkovaných spojov.Správne chladenie zabraňuje nadmernej intermetalickej tvorbe alebo tepelným šokom komponentov.Typické teploty v chladiacej zóne sa pohybujú od 30 – 100 °C (86 – 212 °F).Rýchla rýchlosť ochladzovania je zvolená tak, aby sa vytvorila jemnozrnná štruktúra, ktorá je mechanicky najbezpečnejšia.
[1] Na rozdiel od maximálnej rýchlosti nábehu sa rýchlosť nábehu často ignoruje.Môže sa stať, že rýchlosť stúpania je nad určitými teplotami menej kritická, avšak maximálny povolený sklon pre ktorýkoľvek komponent by mal platiť bez ohľadu na to, či sa komponent zahrieva alebo ochladzuje.Bežne sa odporúča rýchlosť chladenia 4 °C/s.Je to parameter, ktorý treba zvážiť pri analýze výsledkov procesu.
Termín "pretavenie" sa používa na označenie teploty, nad ktorou sa tuhá hmota spájkovacej zliatiny určite roztopí (na rozdiel od toho, že iba zmäkne).Ak sa ochladí pod túto teplotu, spájka nebude tiecť.Spájka, ktorá sa nad ňou ešte raz zahreje, opäť potečie – teda „znovu tok“.
Moderné techniky zostavovania obvodov, ktoré používajú spájkovanie pretavením, nemusia nevyhnutne umožniť, aby spájka tiekla viac ako raz.Zaručujú, že granulovaná spájka obsiahnutá v spájkovacej paste prekročí teplotu spätného toku použitej spájky.
Tepelné profilovanie
Grafické znázornenie indexu procesného okna pre tepelný profil.
V priemysle výroby elektroniky sa na kvantifikáciu robustnosti tepelného procesu používa štatistické meranie známe ako index procesného okna (PWI).PWI pomáha merať, ako dobre proces „zapadá“ do užívateľom definovaného limitu procesu známeho ako limit špecifikácie. Každý tepelný profil je zoradený podľa toho, ako „zapadá“ do procesného okna (limit špecifikácie alebo tolerancie).
Stred procesného okna je definovaný ako nula a krajný okraj procesného okna ako 99 %. PWI väčšie alebo rovné 100 % znamená, že profil nespracováva produkt v rámci špecifikácie.PWI 99 % znamená, že profil spracováva produkt v rámci špecifikácie, ale prebieha na okraji procesného okna.PWI 60 % znamená, že profil využíva 60 % špecifikácie procesu.Pomocou hodnôt PWI môžu výrobcovia určiť, koľko z procesného okna využíva konkrétny tepelný profil.Nižšia hodnota PWI naznačuje robustnejší profil.
Pre maximálnu účinnosť sa vypočítavajú samostatné hodnoty PWI pre procesy vrcholov, strmosti, pretavenia a prehrievania tepelného profilu.Aby sa predišlo možnosti tepelného šoku ovplyvňujúceho výkon, musí sa určiť a vyrovnať najstrmší sklon v tepelnom profile.Výrobcovia používajú softvér na mieru na presné určenie a zníženie strmosti svahu.Softvér navyše automaticky prekalibruje hodnoty PWI pre procesy píku, sklonu, pretavenia a namáčania.Nastavením hodnôt PWI môžu inžinieri zabezpečiť, aby sa spájkovacie práce pretavením neprehriali alebo príliš rýchlo nevychladli.
Čas odoslania: Mar-01-2022