Možete učiniti lemne spojeve na tiskanim pločicama čvrstim i pouzdanim koristeći odgovarajuće profile temperature reflow pećnice. Dobra kontrola temperature pomaže vam spriječiti uobičajene probleme pri lemljenju. Ako profil pravilno postavite, imate manje rizika.
Oko 30% problema pri lemljenju u elektronici se događaju zbog pogrešnih temperaturnih profila ili loših materijala.
Ovaj članak nudi jednostavne savjete koji će vam pomoći da održite čvrste i pouzdane lemne spojeve.
Ključne poruke
Odaberi ispravan profil temperature pećnice za reflow za izradu čvrstih lemnih spojeva.
Pratite koliko brzo se pećnica zagrijava i hladi kako biste smanjili stres i spriječili probleme.
Često provjeravajte pećnicu kako biste održali pravu temperaturu i izbjegli pogreške.
Koristite temperaturni profil koji odgovara vašoj tiskanoj pločici i pasti za lemljenje za najbolje rezultate.
Pazite na svaku temperaturnu zonu u pećnici kako biste bolje lemiti i imati manje problema.
Utjecaj na kvalitetu lemljenja
Zašto je profiliranje važno
Postavljanje pravog profila temperature pećnice za reflow pomaže vam postići dobre lemne spojeve. Termičko profiliranje sprječava uobičajene probleme i poboljšava rad elektronike. Morate pratiti koliko brzo temperatura raste, koliko dugo traje zagrijavanje i koliko brzo se pločica hladi. Ova pažljiva metoda ravnomjerno zagrijava tiskanu pločicu i smanjuje toplinski stres.
Korištenje ispravnog profila zaustavljanja problemi sa lemljenjem.
Dobra kontrola temperature čini elektroniku pouzdanijom.
Kontrolom pojačavanja temperature, odležavanja i hlađenja postiže se ravnomjerno zagrijavanje.
Manji toplinski stres znači manje oštećenih dijelova.
Ako Profil temperature pećnice za reflow Ako je temperatura pregrijavanja previsoka ili preniska, možete imati mnogo problema. U donjoj tablici navedeni su uobičajeni nedostaci pri lemljenju, njihovi uzroci i načini ispravljanja:
Kvar pri lemljenju | Uzrok | Predloženo djelovanje |
|---|---|---|
Puknuti SMD kondenzator | Stopa grijanja postavljena previsoko; vlaga se širi unutar komponente | Čuvati u ormaru za vlagu, predpeći, smanjiti brzinu zagrijavanja |
Termalna komponenta oštećena | Neispravan profil temperature tijekom reflow-a | Provjerite vršnu temperaturu i vrijeme iznad likusa. |
Lemi kuglice oko SMD-ova | Stopa grijanja je previsoka; prskanje fluksa | Smanjite brzinu zagrijavanja na najviše 2 °C/s |
Grapeći | Previše topline tijekom predgrijavanja i natapanja; fluks je iscrpljen | Smanjite vrijeme/temperaturu tijekom predgrijavanja i natapanja |
Glavom u jastuku (HIP) | Prekomjerna toplina tijekom predgrijavanja i natapanja; oksidirane veze | Smanjite vrijeme/temperaturu, koristite dušik ili pastu za lemljenje veće aktivnosti. |
Niska temperatura refluksa | Nedovoljna temperatura tijekom reflow-a | Povećajte temperaturu i/ili vrijeme u fazi reflow. |
Puknuti lemni spoj | Loša lemljivost, loša pasta, neispravna brzina hlađenja | Provjerite lemljivost, kvalitetu paste i uskladite profil s podacima iz tehničke specifikacije. |
Nedovoljno vlačenje kalaja | Zagađenje, loša pasta, loš profil | Provjerite stanje PCB-a/komponenti, pastu i profil |
Nema stvaranja međumetalnih spojeva | Loša lemljivost, loša pasta, pogrešan profil, nekompatibilni materijali | Provjerite lemljivost, kvalitetu paste, uskladite profil s podacima iz podatkovnog lista. |
Savjet: Uvijek postavite profil temperature reflow pećnice za svoju tiskanu pločicu i pastu za lemljenje. Ovaj korak pomaže izbjeći većinu problema pri lemljenju.
Pouzdanost lemnih spojeva
Želite da lemni spojevi ostanu čvrsti dugo vremena. Profil temperature pećnice za reflow utječe na to koliko je svaki spoj čvrst i pouzdan. Korištenje pogrešnog profila može uzrokovati probleme s termičkim ciklusima. Ti problemi čine lemne spojeve slabima i skraćuju im vijek trajanja. Termički stres nastaje kada se materijali šire različitim brzinama. To može uzrokovati pukotine i otkaze.
Loše profiliranje temperature uzrokuje probleme termičkog cikliranja.
Ako profili ne odgovaraju materijalima, termički napon i deformacija rastu.
Intermetalni spojevi i promjene u kalaju mogu oslabiti spojeve.
Stope neuspjeha rastu kada ne kontrolirate temperaturni profil.
“Ova studija ispituje kako lemni spojevi izdrže tijekom vremena. Loši profili reflow-a mogu uzrokovati oštećenja i učiniti lemne spojeve manje pouzdanima.“
Morate postaviti profil za svaki PCB. Broj slojeva, debljina bakra i raspored komponenti utječu na kretanje topline. Ako ne provjerite profil prije izrade većeg broja ploča, riskirate hladne lemne spojeve, osobito ispod BGA komponenti. Možete spriječiti gubitke u proizvodnji provjerom toplinske provodljivosti, vrsta komponenti i gustoće rasporeda.
Tablica u nastavku prikazuje što svaka temperaturna zona u peći za taljenje lemljenja radi kako bi se stvorili čvrsti lemni spojevi:
Zona | Funkcija |
|---|---|
Zona predgrijavanja | Postupno podiže temperaturu kako bi spriječio toplinski šok; najbolja brzina je 1–3 °C u sekundi. |
Zona natapanja | Održava temperaturu konstantnom kako bi aktivirao fluks i osigurao ravnomjernu temperaturu po cijeloj ploči. |
Zona refluksa | Dostiže vršnu temperaturu (235 °C–250 °C) za otapanje paste za lemljenje i stvaranje čvrstih veza. |
Zona hlađenja | Brzo snižava temperaturu za stvrdnjavanje lemnih spojeva; kontrolirana brzina hlađenja iznosi 2–4 °C u sekundi. |
Napomena: Pajkanje zavara možete učiniti pouzdanijim provjerom profila temperature pećnice za reflow prije masovne proizvodnje.
Temperaturne zone reflow pećnice
Možete poboljšati lemljenje ako poznajete svaku zonu pećnice. Svaka zona obavlja važan zadatak. Ako pogrešno postavite profil temperature taljne pećnice, možete dobiti probleme poput oksidacije ili praznina. Ponekad spojevi ne završe ispravno. Morate uskladiti profil temperature s vašom tiskanom pločom i pastom za lemljenje.
Predgrijavanje zone
Zona predgrijavanja je prvi korak. Ova zona polako zagrijava vaš tiskani pločasti sklop. Pomaže spriječiti toplinski šok i pokrenuti rad fluksa. Ako zagrijavate prebrzo, otapalo fluksa isparava prebrzo. To može uzrokovati da kalaj ne prianja dobro. Možete vidjeti neujednačene kalajne spojeve.
Ovdje je tablica koja prikazuje najbolju temperaturu i vrijeme predgrijavanja za olovno-slobodni lem:
Vrsta lemljenja | Raspon temperatura za prethodno zagrijavanje | Trajanje predgrijavanja |
|---|---|---|
Bez olova | 60 do 120 sekundi | |
Olovni | Ne primjenjivo | Ne primjenjivo |
Zagrijavajte po 1 °C do 3 °C u sekundi.
Držite vrijeme predgrijavanja između 60 i 120 sekundi.
Neka fluks djeluje i ukloni vlagu.
Savjet: Ako zagrijavate prebrzo, gubite magnetski protok i dobivate loše lemne spojeve.
Zona natapanja
Slijedi zona namakanja. Ova zona održava temperaturu konstantnom. Flux završava djelovanje i čisti metal. Cijeli PCB dobiva istu temperaturu. Ako je preskočite ili ne postavite ispravno, možete dobiti kuglice kalaja ili prskanje.
Ovdje je tablica koja prikazuje temperaturu taljenja bezolovnog kalaja:
Vrsta lemljenja | Raspon temperatura namakanja |
|---|---|
Bez olova | 150±10°C |
Olovni | Ne primjenjivo |
Držite toplinu na 150°C do 180°C od 60 do 120 sekundi.
Uklonite vlagu i druge tvari iz paste za lemljenje.
Zaustavite probleme poput kovanica i prskanja.
Napomena: Ako ne postavite zonu natapanja ispravno, možete dobiti praznine ili loše vlaženje. Morate promijeniti vrijeme natapanja i temperaturu kako bi fluks djelovao i očistio metal.
Zona refluksa
Zona taljenja je nakon namakanja. Ovdje se kalaj otopi i stvori čvrste spojeve. Morate postići pravu vršnu temperaturu i zadržati je kratko vrijeme. Ako je temperatura preniska, spojevi su hladni. Ako je previsoka ili traje predugo, spojevi postaju krhki i dijelovi se mogu slomiti.
Ovdje je tablica koja prikazuje najbolju radnu temperaturu za kalaj s olovom i bezolovni kalaj:
Vrsta lemljenja | Talačka temperatura (°C) | Preporučena vršna temperatura (°C) | Posljedice prekoračenja temperature |
|---|---|---|---|
Na bazi olova (Sn63/Pb37) | ~183 | 205–220 | Previše intermetalnih, krhkih spojeva, pregrijavanje |
Bez olova (SAC305) | ~217–221 | 235–250 | Djelomično oštećenje, previše intermetalida, delaminacija |
Držite toplinu iznad točke topljenja (217–245 °C) 30 do 90 sekundi.
Napravite intermetalne slojeve i dovršite lemni spoj.
Nemojte predugo ostajati iznad točke topljenja, inače možete oštetiti dijelove.
Upozorenje: Premalo zagrijavanje znači loše vlaženje. Previše ili predugo zagrijavanje čini spojeve krhkim i može pregrijati dijelove.
Zona hlađenja
Zona hlađenja je posljednja. Ova zona očvršćuje lemne spojeve. Morate hladiti pravom brzinom kako biste spriječili pukotine i deformacije. Ako hladite prebrzo, dolazi do toplinskog šoka. Ako hladite presporo, spojevi postaju krhki.
Evo tablice koja prikazuje najbolju brzinu hlađenja:
Stopa hlađenja | Učinak na lemne spojeve |
|---|---|
Najbolja brzina za zaustavljanje problema | |
Prebrzo | Može uzrokovati toplinski šok |
Prespor | Čini zglobove krhkim |
Hladite brzinom od 2°C do 4°C u sekundi.
Zaustavite toplinski šok i zaštitite dijelove.
Pobrinite se da se lemni spojevi očvrsnu na pravi način.
Savjet: Dobro hlađenje nakon reflow-a je vrlo važno. Time sprječavate pukotine, delaminaciju i dodatni posao održavajući sustav hlađenja u dobrom stanju.
Morate uskladiti svoj Profil temperature pećnice za reflow na vaš PCB i pastu za lemljenje. Različite ploče i paste zahtijevaju različita podešavanja. Bolje lemljenje i manje problema postižete provjerom i podešavanjem svake zone.
Uobičajeni nedostaci lemljenja
Hladni spojevi
Hladni spojevi izgledaju beživotno i hrapavo. Lako pucaju pod opterećenjem. Ako ne primijenite dovoljno topline, kalaj se ne otapa u potpunosti. To čini spoj slabim. Sporo zagrijavanje u zonama predgrijavanja ili natapanja može uzrokovati hladne spojeve. Čak i mali pad temperature, poput 5 °C, može imati veliki utjecaj.
Niska temperatura ili kratko vrijeme znači da se kalaj ne tali.
Visoka temperatura može oštetiti dijelove, stoga je kontrola važna.
Često kalibrirajte svoju opremu kako biste održali pravu temperaturu.
Savjet: Provjerite profil temperature reflow pećnice prije nego što počnete. Dobra kontrola pomaže pri protoku kalaja i stvara čvrste spojeve.
Lemni čvorići
Solder balling je pojava malih kuglica kalaja koje se formiraju u blizini komponenti. To se događa ako zagrijavate prebrzo ili ako temperatura nije ravnomjerna. Brzo zagrijavanje može zarobiti stvari u kaloju za lemljenje.. Ako je vrijeme predgrijavanja prekratko ili je temperatura preniska, lem se možda neće dobro zalijepiti.
Greška u temperaturnom profilu | Opis |
|---|---|
Neadekvatan profil refluksa | Nedovoljno vremena za predgrijavanje ili niske temperature može spriječiti spajanje kalaja, uzrokujući stvaranje kuglica. |
Brzo zagrijavanje uzrokuje neravnomjerno zagrijavanje i može saviti tiskani pločasti sklop.
Rastvarači se brzo isparavaju i stvaraju kvržice kalaja.
Zatvorene čestice u pasti također uzrokuju stvaranje grudica.
Napomena: Kontrolirajte brzinu zagrijavanja Za sprječavanje stvaranja kvržica kalaja. Čak i male promjene temperature mogu uzrokovati više nedostataka.
Premošćivanje
Mostovi nastaju kada kalaj spoji padove koji ne bi smjeli dodirivati. Kalaj se širi i povezuje dva mjesta. To je uzrokovano neujednačenim zagrijavanjem i visokom temperaturom na vrhu. Ako se jedan pad zagrije brže, kalaj se pomakne i formira mostove. Brze promjene ili neujednačena temperatura narušavaju površinsku napetost i uzrokuju prekomjerno širenje kalaja.
Vrsta problema | Opis |
|---|---|
Asimetrično grijanje | Lemna pasta na padovima se topi u različito vrijeme, pa se lem pomiče. |
Visoka vršna temperatura | Zagrijavanje iznad 245 °C za olovnu kalajnu spravu je previše tekuće i uzrokuje mostove. |
Neravnomjerno zagrijavanje narušava površinski napon i širi lem.
Visoka temperatura čini kalaj previše tekućim.
Upotrijebite dobar dizajn šablone i pokušajte s reflowom dušikom kako biste spriječili premošćivanje.
Tombstoning
Tombstoning je pojava kada se jedan kraj male komponente podigne. To uzrokuje da komponenta stoji uspravno. Događa se kada se pločice zagrijavaju različitim brzinama. Ako se na jednoj pločici kalaj prvi otopi, ona podiže komponentu. Brzo zagrijavanje u zoni predgrijavanja pogoršava situaciju. Tombstoning možete spriječiti polaganim zagrijavanjem i duljim održavanjem temperature blizu točke topljenja.
Pažljivo predgrijavanje pomaže spriječiti tombstoning.
Upozorenje: Samo 5 °C razlike između podloga može uzrokovati tombstoning. Zadržite zagrijavanje ravnomjernim.
Poništavanje
Praznine znače da se unutar lemnih spojeva stvaraju prazna mjesta. Ta slaba mjesta čine spojeve manje čvrstim. Neravnomjerno zagrijavanje ili nedovoljno dugo natapanje zarobljuju plin u kalaju. Ako ne kontrolirate temperaturu, nastaje više praznina. Male promjene temperature mogu uzrokovati više nedostataka.
Loša zona natapanja zadržava plin.
Neravnomjerno zagrijavanje stvara praznine.
Promijenite vrijeme natapanja i temperaturu za bolje spojeve.
Savjet: Pratite svoj temperaturni profil. Čak i male promjene mogu značajno utjecati na kvalitetu lemljenja.
Optimizacija profila
Postavljanje i kalibracija
Možete postići dobre rezultate ako pravilno postavite peć za reflow. Prvo, Čistiti pećnicu svaki tjedan ili nakon velikih poslova. To uklanja fluktuacije i štiti vaše ploče. Redovito provjeravajte dijelove za grijanje kako biste osigurali ravnomjerno zagrijavanje. Kalibrirajte senzore jednom mjesečno za točna očitanja. Provjerite sustav transportnih traka kako vaše ploče ne bi bile oštećene. Dobar protok zraka je važan, stoga pazite na odzračivanje i ventilacijske otvore.
Evo jednostavne kontrolne liste za postavljanje i kalibraciju vaše peći:
Polako podižite temperaturu u zoni rampe za 1–3 °C u sekundi.
Održavajte zonu natapanja stabilnom za ravnomjernu toplinu, pokrivajući polovicu pećnice.
Postignite najvišu temperaturu u zoni reflow-a i držite ploču iznad reflow-a 45–90 sekundi.
Kontrolirajte zonu hlađenja brzinom od otprilike 4 °C u sekundi.
Savjet: Ako izrađujete mnogo ploča, Provjeravajte profil temperature vaše pećnice za reflow svaki tjedan.. Za sitne poslove provjeravajte ga jednom mjesečno ili nakon velikih promjena.
Razmatranja o PCB-u i pasti
Morate prilagoditi postavke pećnice PCB-u i pastu za lemljenje. Različite vrste leme zahtijevaju različito zagrijavanje odozgo. Kalaj bez olova najbolje radi na 235–250 °C.. Olovni kalaj zahtijeva 210–230 °C. Fluks u pasti za kalaj počinje djelovati pri otprilike 100 °C. Pokušajte dosegnuti vrijeme iznad likvidusa (TAL) u roku od tri minute, osobito kod pasta koje se ne čiste. Ako prekoračite to vrijeme, fluks možda neće dobro djelovati.
Vrsta lemljenja | Vrhunski temperaturni raspon (°C) |
|---|---|
Bez olova | 235 – 250 |
Olovni | 210 – 230 |
Zona natapanja obično je na 150 °C.
Zona taljenja treba doseći oko 245 °C za olovno-slobodni lem.
Nemojte dopustiti da temperatura poraste prebrzo, primjerice na 95 °C, inače ćete dobiti neujednačeno zagrijavanje.
Savjeti za održavanje
Redovito održavanje osigurava ispravan rad vaše peći i sprječava probleme poput pucanja dijelova, izobličenja i delaminacije. Očistite peć i filter za fluks kako biste spriječili nakupljanje ostataka. Provjerite ventilatore i propelere kako bi zrak pravilno cirkulirao. Pregledajte grijače i termoparove radi ispravnog očitavanja temperature. Prilagodite postupak za različite materijale kako biste smanjili termičku štetu. Provjerite ispravan rad zona hlađenja kako biste spriječili termički šok i osigurali čvrste lemne spojeve.
Praksa održavanja | Zašto je važno |
|---|---|
Redovito čišćenje | Zaustavlja nakupljanje ostataka i sprječava pucanje ili delaminaciju |
Pregled kritičnih komponenti | Smanjuje rizik od izobličenja i neuspjeha |
Čišćenje sustava za filtraciju fluksa | Sprječava kontaminaciju i opasnost od požara |
Provjera grijača i termoparova | Osigurava točna očitanja temperature |
Održavanje zona hlađenja | Sprječava toplinski šok i osigurava čvrste lemne spojeve |
Napomena: Dobro održavanje i pravi Profil temperature pećnice za reflow pomaže vam izbjeći skupe nedostatke i održati vaše ploče pouzdanima.
Možete ojačati lemne spojeve kontrolom svake temperaturne zone u peći za reflow. Morate provjeriti i postaviti profil za svoju tiskanu pločicu i pastu za lemljenje. Kalibrirajte peć često kako biste održali ravnomjernu temperaturu. Istraživanja pokazuju ove važne točke:
Ključni zaključak | Opis |
|---|---|
Morate upravljati svim četirima temperaturnim zonama za čvrste lemne spojeve. | |
Usklađivanje profila temperature | Provjerite da profil temperature odgovara vašem dizajnu tiskane pločice kako biste spriječili nedostatke poput tombstoninga ili mostenja. |
Redovita kalibracija pećnice | Kalibriranje pećnice često sprječava pregrijavanje i neujednačeno zagrijavanje koje može oštetiti dijelove. |
Postupno zagrijavanje i hlađenje | Zagrijavanje i hlađenje polako smanjuju toplinski stres i produžuju vijek trajanja zglobova. |
Metode ispitivanja | Koristite različite testove kako biste provjerili ostaju li lemni spojevi čvrsti u različitim uvjetima. |
Koristite ove savjete kako biste svaki put dobili dobre, besprijekorne lemne spojeve. Ako želite još bolje rezultate, isprobajte nove načine testiranja i podešavanja svojih profila.
Često postavljana pitanja
Što se događa ako preskočite kalibraciju pećnice za reflow?
Rizikujete neujednačeno zagrijavanje i loše lemne spojeve. Kalibracija održava peć točnom. Preskakanje ovog koraka može uzrokovati nedostatke poput mostova ili hladnih spojeva. Uvijek provjerite peć prije početka nove serije.
Kako znate je li vaš profil temperature ispravan?
Možete koristiti termalni profiler za praćenje temperatura na svojoj tiskanoj pločici. Dobri profili pokazuju ravnomjerno zagrijavanje i ispravne vršne temperature. Ako vidite nedostatke ili mutne spojeve, prilagodite svoje postavke.
Možete li koristiti isti profil za sve paste za lemljenje?
Ne, ne biste trebali. Svaka pasta za lemljenje ima svoj točka topljenja i vlastite zahtjeve. Uvijek provjerite tehnički list proizvođača. Korištenje pogrešnog profila može uzrokovati loše vlaženje ili nepotpuni reflow.
Zašto male promjene temperature uzrokuju nedostatke?
Čak i razlika od 5 °C može promijeniti način na koji se kalaj tali i teče. Male promjene mogu dovesti do šupljina, tombstoninga ili slabih spojeva. Morate održavati temperaturu stabilnom za najbolje rezultate.