Apakah profil aliran semula untuk pateri Sn63Pb37 dalam ketuhar aliran semula udara panas?

Jika anda bekerja dalam pembuatan elektronik, anda pasti pernah mendengar tentang pateri Sn63Pb37—aka plumbum timah eutektik, yang boleh dipercayai lama yang masih menjadi pilihan untuk banyak kerja ketuhar aliran semula udara panas, walaupun dengan semua alternatif tanpa plumbum di luar sana. Sebagai seseorang yang menjual ketuhar aliran semula udara panas setiap hari, saya akan ditanya soalan ini tanpa henti: Apakahbetulprofil aliran semula untuk Sn63Pb37 dalam ketuhar aliran semula udara panas? Ramai lelaki yang saya bincangkan sama ada menggunakan profil generik dari reka bentuk PCB lama atau mengubahnya sehingga mereka berakhir dengan sendi sejuk, batu nisan, atau komponen terbakar. Mari kita pecahkan perkara ini seperti kita sedang bermain-main di atas ketuhar panas selepas seharian di talian SMT—tiada jargon mewah, hanya bahan sebenar yang boleh diambil tindakan yang berkesan untuk ratusan pelanggan kami.

Mula-mula, mari kita luruskan satu perkara: Sn63Pb37 adalah eutektik, bermakna ia cair padasuhu tepat tunggal—356°F (180°C). Tiada fasa separa cair di sini, itulah sebabnya ia telah menjadi kuda kerja selama beberapa dekad. Titik lebur tunggal itu tidak boleh dirundingkan untuk profil, kerana jika anda tidak memanaskan papan hanya cukup untuk mencapai suhu itu, pateri anda tidak akan basah dengan betul, dan jika anda memanaskannya terlalu cepat, anda akan merosakkan bahagian pelekap permukaan yang kecil (seperti perintang 0201 atau cip QFP) yang tidak dapat mengendalikan lonjakan suhu secara tiba-tiba.

Kini, ketuhar aliran semula udara panas ialah bintang di sini—jenis ketuhar yang berbeza (seperti ketuhar aliran semula udara panas enam zon kami daripada julat di /reflow-soldering/6-zone-reflow-soldering/hw-r612-six-zone-reflow-soldering.html) akan mengubah cara profil anda berfungsi. Sebagai contoh, ketuhar perolakan dengan kawalan zon yang tepat (itu milik kami) adalah lebih mudah untuk memaku profil ini daripada persediaan aliran semula yang lama dan lapuk dengan pemanasan tidak sekata. Saya sentiasa memberitahu pelanggan baharu bahawa keseragaman udara panas ketuhar adalah separuh daripada pertempuran—jika satu zon 20°F lebih panas daripada yang lain, profil anda akan menjadi sampah tidak kira betapa sempurnanya nombor itu.

Mari kita lihat profil langkah demi langkah, cara saya menerangkannya kepada juruteknik perkhidmatan kami apabila mereka melatih pengendali barisan pembuatan baharu. Setiap profil mempunyai empat fasa utama, dan Sn63Pb37 tidak kemas tentang perkara ini seperti sesetengah pemateri tanpa plumbum.

1. Fasa Prapanas (jumlah 2 hingga 3 minit)
   Ini adalah bahagian yang ramai orang melangkau atau tergesa-gesa, dan di situlah kesilapan bermula. Matlamat di sini adalah untuk memanaskan keseluruhan PCB dan komponen secara beransur-ansur dari suhu bilik sehingga sekitar 150°C (302°F) hingga 170°C (338°F) selama 2 hingga 3 minit. kenapa? Mula-mula, anda mengaktifkan fluks pateri—jika anda membuang haba pada bahagian sejuk, fluks akan terbakar sebelum ia boleh membersihkan pad dan bola pateri, yang membawa kepada pembasahan yang lemah. Kedua, anda menghalang kejutan haba kepada komponen. Saya pernah meminta pelanggan menguji ketuhar baharu dengan menghidupkan prapanas ke maksima dalam 30 saat, dan mereka mempunyai garisan penutup 0402 yang retak di bahagian tengah. Jangan buat begitu.

Kadar tanjakan di sini adalah penting—kekalkan ia di bawah 2°C sesaat, dan jangan sekali-kali melebihi 3°C sesaat. Kawalan zon ketuhar kami menjadikannya sangat mudah kerana anda boleh mendail dalam setiap zon prapanas secara bebas. Jika anda menggunakan jenis jentera pembuatan SMT yang lain, cuma pastikan anda menguji kadar tanjakan dengan termokopel yang diletakkan pada bahagian yang paling sukar untuk dipanaskan pada papan anda (biasanya IC besar atau penyambung berat)—itulah helah yang saya pelajari daripada jurutera SMT lama, dan ia menyelamatkan begitu banyak talian daripada masa henti.

2. Fasa Rendam (jumlah 1 hingga 2 minit)
   Tunggu, bukankah panaskan dan rendam sama? Tidak—panaskan membuat anda rapat, rendam menahan anda di sana. Fasa ini ialah apabila anda mengekalkan papan pada suhu 150–170°C (302–338°F) selama 60 hingga 120 saat. kenapa? Ia membenarkan semua lembapan keluar dari komponen (penting untuk perkara seperti IC plastik yang boleh meletus jika kelembapan dipanaskan terlalu cepat) dan memastikan setiap bahagian papan berada pada suhu yang sama. Jika sesetengah pad adalah 160°C dan yang lain adalah 140°C apabila anda mencapai puncak aliran semula, anda akan mendapat sambungan pateri yang tidak rata.

Ramai pengendali baharu berpendapat mereka boleh melangkau rendam untuk mempercepatkan pengeluaran, tetapi saya telah melihat bahawa kos kerja semula lebih tinggi daripada menjimatkan. Seorang pelanggan saya cuba memotong masa rendam daripada 90 saat kepada 30 saat untuk mencapai kitaran 10% lebih pantas, dan akhirnya 15% papan memerlukan kerja semula kerana fluks tidak diaktifkan dengan betul. Berpegang pada 1–2 minit di sini—ketuhar aliran semula udara panas berjalan dengan cekap, jadi menambah masa itu adalah berbaloi.

3. Fasa Puncak Aliran Semula (cukup, tidak terlalu banyak)
   Ini ialah bahagian buat-atau-pecah untuk Sn63Pb37. Ingat, ia adalah eutektik, jadi suhu puncak mestilahcumadi atas takat lebur 180°C (356°F). Titik manisnya ialah 183–188°C (361–370°F). Itu bukan kesilapan menaip—hanya 5–10 darjah di atas takat lebur. Jika anda pergi lebih tinggi daripada 190°C (374°F), anda mula memanaskan fluks yang melampau, yang meninggalkan sisa yang konduktif atau menghakis dari semasa ke semasa, dan anda berisiko merosakkan komponen seperti LED atau kapasitor kecil.

Tahan puncak selama 10 hingga 30 saat sahaja. Lebih lama daripada itu, dan anda akan menghadapi masalah: sambungan pateri mungkin menjadi rapuh, dan komponen (terutamanya yang mempunyai selongsong plastik) boleh merosot. Zon puncak ketuhar aliran udara panas enam zon kami ditentukur untuk mencapai julat tepat itu secara konsisten, tiada titik panas, itulah sebabnya ramai pelanggan beralih kepada kami daripada ketuhar lama yang tidak dapat melakukannya. Jika anda menggunakan ketuhar tahap permulaan yang lebih kecil, cuma pastikan anda memantau puncak dengan termokopel—jangan percaya paparan terbina dalam ketuhar, kerana itu boleh dimatikan sebanyak 10–15 darjah.

4. Fasa Cool Down (perlahan lebih baik)
   Kebanyakan orang melupakan fasa ini, tetapi ia sama pentingnya. Anda perlu menyejukkan papan secara beransur-ansur ke suhu bilik, atau sekurang-kurangnya di bawah 100°C (212°F), selama 1 hingga 2 minit. Penyejukan perlahan menghalang tekanan haba pada papan dan komponen, dan ia membolehkan pateri membentuk sambungan yang seragam dan kuat. Jika anda meletupkan papan dengan udara sejuk sejurus selepas aliran semula, anda akan mendapat pateri sejuk cepat yang lebih rapuh dan mudah pecah. Banyak ketuhar aliran semula udara panas (termasuk talian kami di /reflow-soldering/6-zone-reflow-soldering/hot-air-reflow-oven.html) telah mendedikasikan zon sejuk atas sebab yang tepat ini—tiada kerja tambahan diperlukan, hanya tetapkan dan lupakannya.

Tunggu, mari kita bincangkan tentang pembolehubah yang mengubah profil ini—kerana tiada dua papan yang betul-betul sama. Jika anda mempunyai papan dengan banyak satah tanah atau tembaga berat, anda perlu melaraskan fasa prapanas untuk memberi kawasan tebal itu lebih banyak masa untuk dipanaskan. Jika anda menggunakan bahagian kecil seperti 0201s atau 01005s, anda mungkin mahu menurunkan suhu puncak sedikit dan memendekkan masa penahanan puncak untuk mengelakkan batu nisan. Batu nisan berlaku apabila satu hujung perintang dipanaskan lebih cepat daripada yang lain, jadi ia ditarik ke atas seperti batu nisan—perlahan, pemanasan sekata adalah pertahanan terbaik anda terhadapnya, itulah sebabnya prestasi ketuhar aliran semula udara panas yang baik penting.

Saya juga ditanya sepanjang masa tentang vsn (kelajuan bolong) atau tetapan aliran udara. Untuk Sn63Pb37, anda tidak memerlukan aliran udara tinggi yang gila—pelanggan kami biasanya menjalankan aliran udara zon pada 50–70% untuk prapanas dan rendam, dan sehingga 80% untuk zon puncak untuk memastikan haba diagihkan secara sama rata. Aliran udara yang terlalu tinggi boleh meniup komponen kecil dari papan, dan terlalu rendah bermakna pemanasan tidak sekata. Ia adalah keseimbangan, dan di situlah ketuhar yang dibina dengan baik membuat semua perbezaan.

Mari kita pecahkan juga mitos biasa: sesetengah lelaki berfikir kerana Sn63Pb37 ialah pateri yang lebih lama, anda boleh menggunakan mana-mana profil untuknya. Tidak—kami telah menguji ini dengan pelanggan beberapa bulan lalu yang menggunakan profil bebas plumbum (yang memuncak pada 217°C, jauh lebih tinggi) untuk Sn63Pb37. Mereka membakar 20% daripada IC talian mereka dalam satu hari. Jangan campurkan profil bebas plumbum dan eutektik—ia adalah untuk pateri yang berbeza, dan ia akan menyebabkan sakit kepala.

Petua pro lain: sentiasa sahkan profil anda dengan termokopel. Lekatkannya pada bahagian bawah papan (di bawah komponen yang besar, yang paling sukar untuk dipanaskan) dan jejak suhu melalui setiap fasa. Saya menyimpan termokopel ganti dalam trak saya semasa pelanggan menguji ketuhar kami, kerana banyak pengendali peringkat permulaan tidak menyedari bacaan suhu dalaman ketuhar tidak sama dengan suhu sebenar papan. Keseragaman ketuhar aliran udara panas tidak boleh dirundingkan di sini—jika ketuhar anda mempunyai titik panas, profil anda tidak berguna tidak kira nombor yang anda gunakan.

Pada penghujung hari, matlamat profil aliran semula Sn63Pb37 adalah mudah: aktifkan fluks, panaskan papan secara sekata hingga tepat di atas takat lebur pateri, tahan cukup lama untuk mendapatkan pembasahan yang baik, kemudian sejukkannya perlahan-lahan. Ia bukan sains roket, tetapi ia cukup spesifik bahawa pemotongan sudut akan memakan masa dan wang anda.

Jika anda sedang berusaha untuk menaik taraf ketuhar aliran semula udara panas anda untuk mendapatkan profil yang konsisten seperti ini, atau jika anda memerlukan bantuan mendail dalam profil untuk papan tertentu, pasukan kami sedia membantu. Kami membina jentera pembuatan untuk pemilihan mikro dan meletakkan serta pematerian aliran semula yang ditentukur untuk pemanasan sekata dan pelarasan profil yang mudah, supaya anda boleh berhenti berurusan dengan kerja semula dan mula menghantar papan yang bagus tepat pada masanya. Jangan teragak-agak untuk menghubungi anda jika anda mempunyai soalan—kami bukan sahaja menjual ketuhar, kami membantu anda membuat produk yang lebih baik.

Rujukan
IPC-A-610H: Kebolehterimaan Perhimpunan Elektronik
IPC J-STD-001H: Keperluan untuk Pemasangan Elektrik dan Elektronik yang dipateri
Pemprosesan Haba dalam Pembuatan Elektronik: Panduan Praktikal, Edisi Ke-2, Elsevier