Reflow pečica Spajkanje

Reflow spajkanje je najpogostejši način pritrditve komponent za površinsko montažo na vezje, čeprav se lahko uporablja tudi za komponente s skoznjo luknjo, tako da luknje napolnite s spajkalno pasto in vstavite kable komponent skozi pasto.Ker je spajkanje z valovi lahko enostavnejše in cenejše, se reflow na splošno ne uporablja na ploščah s čistimi luknjami.Ko se uporablja na ploščah, ki vsebujejo mešanico komponent SMT in THT, reflow skozi luknje omogoča, da se korak spajkanja z valovi izloči iz postopka sestavljanja, kar lahko zmanjša stroške sestavljanja.

Cilj postopka reflow je taljenje spajke in segrevanje sosednjih površin, brez pregrevanja in poškodb električnih komponent.Pri običajnem postopku spajkanja z reflow spajkanjem običajno obstajajo štiri stopnje, imenovane "cone", od katerih ima vsaka poseben toplotni profil: predgretje, termično namakanje (pogosto skrajšano na samo namakanje), reflow in hlajenje.

 

Območje predgretja

Največji naklon je razmerje med temperaturo in časom, ki meri, kako hitro se spreminja temperatura na tiskanem vezju.Območje predgretja je pogosto najdaljše od območij in pogosto določa stopnjo stopnjevanja.Hitrost povečanja je običajno nekje med 1,0 °C in 3,0 °C na sekundo, pogosto pade med 2,0 °C in 3,0 °C (4 °F do 5 °F) na sekundo.Če hitrost preseže največji naklon, lahko pride do poškodb komponent zaradi toplotnega udara ali razpok.

Spajkalna pasta ima lahko tudi učinek brizganja.Odsek predgretja je kraj, kjer začne topilo v pasti izhlapevati, in če je stopnja dviga (ali raven temperature) prenizka, je izhlapevanje hlapnih snovi toka nepopolno.

 

Območje termičnega namakanja

Drugi odsek, termično namakanje, je običajno 60 do 120-sekundna izpostavljenost za odstranitev hlapnih snovi spajkalne paste in aktiviranje fluksov (glej fluks), kjer komponente fluksa začnejo oksidirati na vodnikih komponent in blazinicah.Previsoka temperatura lahko povzroči razprševanje spajk ali kroglice ter oksidacijo paste, pritrdilnih blazinic in zaključkov komponent.

Podobno se tokovi morda ne bodo popolnoma aktivirali, če je temperatura prenizka.Na koncu cone namakanja je zaželeno toplotno ravnovesje celotnega sklopa tik pred cono reflowa.Predlaga se profil namakanja, da se zmanjša delta T med komponentami različnih velikosti ali če je sklop PCB zelo velik.Priporočljiv je tudi profil namakanja, da se zmanjša praznjenje v paketih s površinskim nizom.

 

Reflow cona

Tretji del, cona reflowa, se imenuje tudi "čas nad reflowom" ali "čas nad likvidusom" (TAL) in je del procesa, kjer je dosežena najvišja temperatura.Pomemben dejavnik je najvišja temperatura, ki je najvišja dovoljena temperatura celotnega procesa.Običajna najvišja temperatura je 20–40 °C nad likvidusom. To mejo določa komponenta na sestavu z najnižjo toleranco za visoke temperature (komponenta, ki je najbolj dovzetna za toplotne poškodbe).Standardna smernica je, da se od najvišje temperature, ki jo lahko prenese najbolj ranljiva komponenta, odšteje 5 °C, da se doseže najvišja temperatura za postopek.Pomembno je spremljati temperaturo postopka, da ne preseže te meje.

Poleg tega lahko visoke temperature (nad 260 °C) povzročijo poškodbe notranjih matric komponent SMT in spodbujajo intermetalno rast.Nasprotno pa lahko temperatura, ki ni dovolj visoka, prepreči ustrezno prelivanje paste.

Čas nad likvidusom (TAL) ali čas nad reflowom meri, kako dolgo je spajka tekoča.Tok zmanjša površinsko napetost na stičišču kovin, da se doseže metalurška vezava, kar omogoča združevanje posameznih kroglic spajkalnega prahu.Če profilni čas presega proizvajalčevo specifikacijo, je lahko rezultat prezgodnja aktivacija ali poraba fluksa, ki učinkovito »suši« pasto pred nastankom spajkalnega spoja.Nezadostno razmerje med časom in temperaturo povzroči zmanjšanje čistilnega delovanja talila, kar ima za posledico slabo vlaženje, neustrezno odstranjevanje topila in talila ter morebitne okvarjene spajkalne spoje.

Strokovnjaki običajno priporočajo najkrajši možni TAL, vendar večina paste določa najmanjši TAL 30 sekund, čeprav se zdi, da ni jasnega razloga za ta določen čas.Ena od možnosti je, da obstajajo mesta na tiskanem vezju, ki niso izmerjena med profiliranjem, zato nastavitev najmanjšega dovoljenega časa na 30 sekund zmanjša možnosti, da se neizmerjeno območje ne prelije.Visok minimalni čas ponovnega polnjenja zagotavlja tudi varnostno mejo pred temperaturnimi spremembami v pečici.Idealno je, da čas vlaženja ostane pod 60 sekundami nad likvidusom.Dodaten čas nad likvidusom lahko povzroči čezmerno intermetalno rast, kar lahko privede do krhkosti spoja.Plošča in komponente se lahko poškodujejo tudi v daljšem časovnem obdobju preko likvidusa, večina komponent pa ima natančno določeno časovno omejitev, kako dolgo so lahko izpostavljene temperaturam nad določenim maksimumom.

Premalo časa nad likvidusom lahko ujame topila in talila ter ustvari možnost za hladne ali dolgočasne spoje ter praznine pri spajkanju.

 

Hladilno območje

Zadnja cona je hladilna cona za postopno hlajenje obdelane plošče in utrjevanje spajkalnih spojev.Pravilno hlajenje prepreči prekomerno tvorbo intermetalidov ali toplotni šok komponent.Običajne temperature v hladilnem območju se gibljejo med 30–100 °C (86–212 °F).Izbrana je hitra stopnja hlajenja, da se ustvari finozrnata struktura, ki je najbolj mehansko trdna.

[1] Za razliko od največje hitrosti povečevanja se stopnja zniževanja pogosto ne upošteva.Lahko se zgodi, da je stopnja rampe manj kritična nad določenimi temperaturami, vendar bi moral veljati največji dovoljeni naklon za katero koli komponento, ne glede na to, ali se komponenta segreva ali ohlaja.Običajno se priporoča hitrost hlajenja 4 °C/s.To je parameter, ki ga je treba upoštevati pri analizi rezultatov procesa.

Izraz "reflow" se uporablja za označevanje temperature, nad katero se bo trdna masa spajkalne zlitine zanesljivo stopila (v nasprotju z zgolj zmehčanjem).Če se ohladi pod to temperaturo, spajka ne bo tekla.Ko se nad njim ponovno segreje, bo spajka ponovno stekla - torej "ponovno teče".

Sodobne tehnike sestavljanja vezja, ki uporabljajo reflow spajkanje, ne omogočajo nujno, da spajka teče več kot enkrat.Zagotavljajo, da granulirana spajka, ki jo vsebuje spajkalna pasta, presega temperaturo ponovnega tečenja uporabljene spajke.

Toplotno profiliranje