Bagaimana untuk menyediakan profil aliran semula untuk pateri bebas plumbum dalam ketuhar aliran semula udara panas?

Sebagai pembekal ketuhar aliran semula udara panas, saya telah menghabiskan sedekad yang lalu bekerja dengan pasukan pembuatan elektronik yang berjuang untuk memaku profil aliran semula pateri tanpa plumbum. Saya telah melihat papan yang meletus, sendi yang retak dan masa henti pengeluaran yang membunuh sasaran suku tahunan—semuanya kerana seseorang melangkau langkah asas membina profil tanpa plumbum yang sah. Pematerian tanpa plumbum bukan sekadar menukar pes pateri dengan aloi SnAgCu (SAC); ia adalah tarian haba yang tepat yang perlu mengambil kira setiap pembolehubah dalam ketuhar anda, pemasangan anda dan bahagian anda. Hari ini, saya menarik balik tirai tentang cara kami bekerjasama dengan pelanggan kami untuk menyediakan profil bebas plumbum yang boleh dipercayai, dan mengapa kesilapan langkah kecil di sini lebih mahal daripada yang anda fikirkan.

Mula-mula, mari kita pertimbangkan sebab profil tanpa plumbum berbeza. Pateri plumbum timah tradisional cair pada ~183°C, jadi profil memaafkan, dengan kadar tanjakan yang perlahan dan suhu puncak yang rendah. Aloi SAC, piawaian global untuk elektronik bebas plumbum, mempunyai takat lebur ~217°C—kira-kira 34 darjah lebih tinggi daripada plumbum timah. Itu mungkin kedengaran kecil, tetapi ini adalah perubahan yang kritikal. Kadar tanjakan terlalu cepat, dan kejutan haba antara bilik 25°C dan 217°C akan menjadikan kapasitor seramik, perintang filem nipis, dan juga bungkusan IC yang halus retak. Suhu puncak terlalu tinggi, dan anda akan membakar fluks pateri, meninggalkan sambungan dengan pembasahan yang lemah, atau merendahkan lamina papan, meledingkan keseluruhan pemasangan. Malah jentera pembuatan terbaik untuk pemilihan dan peletakan mikro tidak dapat membetulkan pengaliran semula yang buruk—profil anda ialah tulang belakang sambungan pateri yang boleh dipercayai.

Sebelum anda menyentuh zon suhu ketuhar anda, anda perlu mengumpulkan data garis dasar. Ini adalah langkah yang dilangkau oleh banyak pasukan, dan di sinilah kebanyakan profil menjadi salah. Mula-mula, tarik BOM (bil bahan) anda dan semak semua spesifikasi bahagian anda. IC pengguna selalunya menyenaraikan suhu badan maksimum (biasanya 260°C untuk dedahan pendek, kadangkala lebih rendah untuk komponen kiraan pin tinggi), PCB tebal mungkin mempunyai suhu peralihan kaca (Tg) yang lebih rendah yang menghadkan suhu puncak, dan pasif 0201 atau 01005 jauh lebih sensitif kepada kejutan haba daripada komponen yang lebih besar seperti penyambung.

Seterusnya, anda perlu membina kenderaan ujian. Ia tidak semestinya papan pengeluaran penuh—kami mengesyorkan panel kecil yang merangkumi setiap komponen dalam BOM anda, daripada 01005s terkecil hingga BGA terbesar. Anda juga memerlukan persediaan termokopel: kami sentiasa memberitahu pelanggan untuk meletakkan sekurang-kurangnya empat termokopel, bukan hanya satu. Satu di bahagian bawah PCB (paling hampir dengan elemen pemanas ketuhar), satu di bahagian atas BGA yang besar, satu di pasif 0201, dan satu di tepi papan di mana suhu boleh menjadi tidak sekata. Lampirkannya dengan pes pateri suhu tinggi atau pita haba—gam boleh tanggal pertengahan larian dan merosakkan data anda.

Sebaik sahaja kenderaan ujian dan termokopel anda berfungsi, tiba masanya untuk mula menentukur ketuhar aliran semula udara panas anda. Ketuhar aliran semula 6 zon kami direka untuk kawalan maksimum, tetapi ketuhar baharu pun memerlukan penentukuran awal sebelum digunakan. Mula-mula, tutup semua pintu penghantar ketuhar dan jalankan kitaran kosong pada suhu puncak yang anda jangkakan, pastikan suhu setiap zon berada dalam lingkungan ±5°C daripada titik tetapan. Ketuhar udara panas bergantung pada aliran udara yang seragam, jadi sekatan daripada serpihan pengeluaran lepas boleh menyebabkan bintik-bintik sejuk—bersihkan elemen pemanas dan muncung udara ketuhar sekurang-kurangnya setiap 500 larian, atau selepas sebarang perubahan BOM yang besar. Untuk konteks, jentera pembuatan smt berkualiti tinggi seperti Sistem Pemterian Aliran Semula Enam Zon HW-R612 kami mempunyai kawalan aliran udara bebas bagi setiap zon, yang menjadikan penalaan profil bebas plumbum jauh lebih tepat berbanding ketuhar 2 zon lama dengan haba seragam.

Kini, teras profil: membahagikan kitaran aliran semula kepada empat fasa yang berbeza, masing-masing dengan peraturannya sendiri untuk pematerian tanpa plumbum. Mari kita pecahkan ini, langkah demi langkah, dengan nombor yang kami cadangkan untuk kebanyakan perhimpunan standard.

1. Fasa Prapanas (25°C hingga 150°C)
   Matlamat di sini adalah untuk menaikkan suhu PCB secara perlahan untuk mengaktifkan fluks pateri, tanpa komponen yang mengejutkan. Untuk bebas plumbum, kadar tanjakan dari suhu bilik hingga 150°C hendaklah 0.5°C hingga 1.5°C sesaat. Kadar yang lebih pantas di sini bermakna fluks boleh terbakar sebelum ia menjalankan tugasnya membersihkan plumbum dan pad komponen, yang membawa kepada sendi sejuk. Pengaktifan fluks biasanya berlaku antara 100°C dan 120°C, jadi fasa ini harus mengambil masa antara 60 dan 90 saat jumlah—cukup lama untuk mengaktifkan semua fluks, tetapi tidak terlalu lama sehingga anda membuang masa pengeluaran. Perhatikan data termokopel di sini: jika komponen kecil 01005 membaca 10°C lebih panas daripada BGA besar dalam fasa ini, anda perlu melaraskan aliran udara zon untuk mengimbangi suhu. Pasukan kami sering membantu pelanggan mengubah suai aliran udara pada ketuhar aliran semula mereka untuk membetulkan ketidakkonsistenan tempat panas ini semasa persediaan profil awal.

2. Fasa Rendam (150°C hingga 200°C)
   Ini adalah bahagian yang paling dipandang rendah dalam profil bebas plumbum, dan di mana banyak pengeluar mengambil jalan keluar. Tugas fasa rendam adalah untuk memegang PCB pada suhu yang konsisten tepat di bawah lebur pateri, supaya semua komponen mencapai keseimbangan terma. Untuk bebas plumbum, kami mengesyorkan agar tahan pada suhu 150°C hingga 200°C selama 60 hingga 120 saat. Peraturan utama di sini ialah suhu keseluruhan PCB hendaklah berbeza-beza tidak melebihi ±5°C semasa penahanan ini. Suhu yang tidak sekata bermakna sesetengah sambungan mula mengalir semula sebelum yang lain, membawa kepada penyambung pateri atau sambungan kering. Ini amat kritikal untuk papan dengan komponen besar dan kecil bercampur: BGA besar mengambil masa lebih lama untuk dipanaskan, jadi fasa rendam memberi mereka masa untuk memadankan seluruh papan. Apabila kami bekerja dengan pelanggan baharu, kami sering melaraskan zon tengah ketuhar (zon 2, 3 dan 4 pada model 6 zon kami) untuk memperhalusi suhu penahanan ini, dan bukannya menaikkan semua zon sekaligus.

   

3. Fasa Aliran Semula (200°C ke Suhu Puncak)
   Di sinilah pateri cair. Pes pateri tanpa plumbum mula cair pada ~217°C, jadi tanjakan dari rendam ke puncak harus perlahan dan terkawal. Kami mengesyorkan kadar tanjakan 0.5°C hingga 1°C sesaat di sini—kadar yang lebih pantas akan menyebabkan kejutan haba, seperti yang saya nyatakan sebelum ini. Suhu puncak tidak boleh dirunding untuk bebas plumbum: ia perlu 20°C hingga 40°C di atas takat lebur pateri, jadi antara 237°C dan 257°C. Jangan sekali-kali melebihi 260°C, walaupun untuk dedahan pendek (jumlah tidak melebihi 10 saat). Kami melihat ramai pelanggan baharu membuat kesilapan dengan menetapkan puncak terlalu tinggi untuk "memastikan pembasahan yang baik," tetapi itu membawa kepada kemerosotan fluks, lekapan papan dan juga penyingkiran IC. Untuk BGA dengan kiraan pin tinggi atau PCB tebal, kami akan melaraskan puncak ke hujung bawah julat ini, manakala untuk papan kecil dan nipis kami mungkin menggunakan had atas, selagi kami mengesahkan suhu badan komponen kekal dalam spesifikasi.

4. Fasa Menyejukkan (Puncak hingga 50°C)
   Sebaik sahaja pateri telah mengalir semula sepenuhnya, anda perlu menyejukkan papan secara perlahan-lahan untuk mengelakkan kejutan haba sekali lagi, dan untuk membentuk sambungan pateri yang kukuh dan seragam. Kadar penyejukan hendaklah 1°C hingga 3°C sesaat. Elakkan penyejukan pantas, yang boleh mencipta lapisan antara logam rapuh dalam sambungan pateri, yang membawa kepada kegagalan awal. Ketuhar kami telah mendedikasikan zon penyejukan dengan aliran udara terkawal, jadi kami boleh membantu pelanggan menala fasa ini agar sepadan dengan ketebalan papan mereka—papan yang lebih tebal memerlukan penyejukan yang lebih perlahan, papan fleksibel nipis boleh mengendalikan kadar yang lebih pantas sedikit tanpa kerosakan.

Sekarang, pemeriksaan akhir kritikal: pengesahan. Anda tidak boleh hanya menetapkan nombor ini dan jalankan. Setelah anda membina profil anda, jalankan papan ujian dan semak berbilang bacaan termokopel merentas keseluruhan pemasangan. Sahkan tiga metrik utama:

1. Jumlah masa melebihi 217°C: Ia hendaklah antara 30 dan 90 saat. Terlalu pendek, dan pateri tidak akan basah sepenuhnya; terlalu lama, dan anda akan merendahkan komponen.
2. Perubahan suhu merentas semua komponen: Tidak lebih daripada ±5°C pada mana-mana fasa. Jika termokopel anda pada penyambung membaca 10°C lebih panas daripada BGA, kembali dan laraskan aliran udara zon.
3. Suhu badan komponen: Jangan sekali-kali melebihi maksimum yang disenaraikan oleh pengeluar (biasanya 260°C untuk kebanyakan bahagian pemasangan permukaan).

Saya telah melihat pasukan membazirkan ratusan ribu dolar cuba membaiki sendi yang rosak selepas pengeluaran, hanya kerana mereka melangkau pengesahan. Sebaik sahaja anda mempunyai profil yang kukuh, anda perlu mengemas kininya setiap kali anda menukar BOM anda, menukar tampal pateri atau melaraskan kelajuan penghantar ketuhar anda—perubahan kecil menambah perbezaan haba yang besar.

Jika anda menyediakan profil tanpa plumbum buat kali pertama, atau profil semasa anda memberi anda kecacatan seperti penyambung atau sambungan sejuk, jangan rasa. Alat dan kepakaran yang betul membuat semua perbezaan. Sama ada anda memerlukan penalaan halus untuk ketuhar aliran semula udara panas anda yang sedia ada, atau sedang menaik taraf kepada sistem yang dibina untuk prestasi bebas plumbum yang konsisten, pasukan kami bersedia untuk membantu anda mendapatkan proses aliran semula anda dengan betul. Untuk peralatan SMT gred profesional yang direka untuk memenuhi permintaan ketat pematerian tanpa plumbum, berhubung dengan kami hari ini untuk membincangkan keperluan pengeluaran anda dan mencari penyelesaian yang tepat untuk talian anda.

Rujukan

1. IPC-A-610H: Kebolehterimaan Perhimpunan Elektronik, Persatuan Litar Bercetak Antarabangsa
2. Panduan Memateri Tanpa Plumbum, J-STD-001, Persatuan Litar Bercetak Antarabangsa
3. Asas Proses Pematerian Aliran Semula, Persatuan Teknologi Pelekap Permukaan (SMTA)
4. Aplikasi Tampal Pateri dan Pengoptimuman Aliran Semula, Buku Panduan Teknikal Bahan Elektronik Henkel