"`html

Az oxidáció kihívása a reflow forrasztás során

A modern elektronikai gyártásban a reflow forrasztási folyamat alapvető fontosságú a felületszerelési technológiával (SMT) készült alkatrészek nyomtatott áramköri lapra (PCB) történő szereléséhez. Ez a bonyolult módszer magában foglalja a forraszpaszta felhordását a NYÁK-ra, az alkatrészek gondos elhelyezését, majd az egész szerelvény felmelegítését egy reflow-kemencében. A hő megolvasztja a forraszanyagot, tartós és megbízható elektromos kapcsolatokat hozva létre. Bár ez a folyamat nélkülözhetetlen, egy jelentős és mindenütt jelenlévő kihívással kell szembenéznie: az oxidációval.

Amikor a szerelvényt a környezeti levegő jelenlétében melegítik, a légkörben lévő oxigén reakcióba lép az olvadt forraszanyaggal és a NYÁK-alaplapok és alkatrészvezetékek fémfelületeivel. Ez az oxidációnak nevezett kémiai reakció egy vékony fémoxid-réteget képez, amely súlyosan ronthatja a forrasztás minőségét. Ez az oxidréteg akadályt képez, megakadályozva, hogy a forraszanyag megfelelően "nedvesítse" a felületeket, amelyekhez kötődnie kell. Ez számos súlyos hibához vezethet, beleértve a gyenge vagy hiányos kötéseket, a forraszanyag-tömörödést és az üregek kialakulását a forrasztási kapcsolaton belül. [Forrás: AIM Solder]. Ezek a problémák nemcsak rossz elektromos vezetőképességet eredményeznek, hanem jelentősen csökkentik az elektronikus eszköz hosszú távú megbízhatóságát és tartósságát is.

E kihívások leküzdésére a gyártók egy rendkívül hatékony megoldáshoz fordultak: nitrogén bevezetése az újraolvasztókemencébe. A nitrogén inert gáz, ami azt jelenti, hogy még magas hőmérsékleten sem lép könnyen reakcióba más elemekkel. Azzal, hogy a sütő kamráját nagy tisztaságú nitrogénnel árasztják el, az oxigénkoncentráció drasztikusan lecsökken, és olyan inert légkör jön létre, amely megvédi a szerelvényt az oxidációtól a kritikus fűtési és hűtési fázisok során. Az eredmény egy sokkal tisztább és hatékonyabb forrasztási folyamat, amely a következő eredményeket hozza jobb forrasztási kötésminőség, kiváló nedvesedés és a hibák drámai csökkenése. Ez végső soron növeli a végtermék teljesítményét és élettartamát. [Forrás: Epec Engineered Technologies].

Hogyan akadályozza meg a nitrogénpajzs az oxidációt?

Egy reflow kemence, a magas hőmérséklet és a környezeti levegő kombinációja tökéletes vihart teremt az oxidációhoz. Az oxigén agresszív reakcióba lép a forraszpaszta, az alkatrészvezetékek és a NYÁK-lapok szabadon lévő fémfelületeivel, és finom fémoxid-réteget képez. Ez az oxidréteg makacs gátként hat, és akadályozza az erős, megbízható metallurgiai kötés kialakulását a forraszanyag és az alkatrész között.

Ennek ellensúlyozására inert atmoszférát hoznak létre úgy, hogy tiszta nitrogént pumpálnak a sütőtérbe, ami hatékonyan kiszorítja az oxigént. Mivel a nitrogén nagyrészt nem reaktív gáz, védőpajzsot képez a szerelvény körül. Azáltal, hogy az oxigénszintet 10-20 ppm-re csökkenti, ez a pajzs szinte teljesen kiküszöböli az oxidáció lehetőségét. [Forrás: AIM Solder]. Ez a környezet különösen fontos a modern ólommentes forrasztási eljárásokhoz, amelyek magasabb hőmérsékletet igényelnek, és ezért sokkal érzékenyebbek a gyors oxidációra.

A nitrogénpajzs elsődleges előnye a jelentősen jobb forraszanyag-nedvesítés és a hézagképződés jelentős csökkenése.

• Fokozott forraszanyag nedvesítés: Oxigénmentes környezetben az olvadt forraszanyag felületi feszültsége természetesen alacsonyabb. Ez lehetővé teszi, hogy a nedvesítésnek nevezett folyamat során hatékonyabban folyjon és terjedjen a pads és a vezetékek fémfelületein. A kapcsolatot elzáró oxidfilm nélkül a forraszanyag közvetlen, tiszta kötést hoz létre az alapfémekkel. Ez erősebb, megbízhatóbb kötéseket eredményez, kiváló hézagképződéssel, ami szilárdabb mechanikai és elektromos kapcsolatot hoz létre. [Forrás: Air Products].
• Csökkentett ürességképződés: Az üregek olyan kis gázbuborékok vagy fluxusgőzök, amelyek a forrasztási kötés megszilárdulásakor csapdába esnek. Ezek a tökéletlenségek veszélyeztethetik a kötés mechanikai szilárdságát, valamint a hő- és elektromosságvezetési képességét. Bár számos tényező hozzájárulhat az üregképződéshez, az oxidok jelenléte a fő bűnös, mivel az újraolvasztás során a folyékony forraszanyagba hajtogatódnak. A nitrogén atmoszféra minimalizálja ezeknek az oxidoknak a keletkezését, ami a hézagképződés mérhető csökkenéséhez vezet. Ez különösen előnyös az olyan összetett alkatrészeknél, mint a golyósrácsos elrendezések (BGA). [Forrás: Indium Corporation]. Ezeknek a gyakori hibáknak a megelőzésével a gyártók jelentősen javíthatják a szerelvények általános megbízhatóságát és minőségét, ami az egyik fő oka annak, hogy a gyártók nem tudják a hibákat elkerülni. miért van szükség nitrogénre a jobb forrasztáshoz.

A nitrogén újraáramoltatási folyamat végrehajtása

A nitrogénes környezetre való áttérés az újraforrasztási forrasztási folyamatban olyan stratégiai döntés, amely javítja a forrasztási kötés minőségét, különösen az összetett, nagy sűrűségű és ólommentes szerelvények esetében. Ez az átállás az előnyök maximalizálása érdekében a berendezések, a munkafolyamatok és a folyamatparaméterek speciális beállításait igényli.

Főbb berendezések és beállítási szempontok

Az első és legfontosabb, hogy a reflow-kemencének nitrogénnel működőnek kell lennie. Ezeket a speciális kemencéket zárt kamrákkal tervezték, hogy megakadályozzák a környezeti levegő bejutását, és külön nyílásokat tartalmaznak a nitrogén bevezetésére és a belső légkör ellenőrzésére. Maga a nitrogén kétféle módon juttatható be:

• Nitrogén generátorok: Ezek a rendszerek a környezeti levegőt szívják be és szétválasztják a nitrogént, folyamatos, igény szerinti ellátást biztosítva. Költséghatékony, hosszú távú megoldást jelentenek a folyamatos termelési igények kielégítésére.
• Ömlesztett folyékony nitrogén: A nagy volumenű gyártáshoz a nagy kriogén tartályokban tárolt folyékony nitrogén nagyon nagy tisztaságú gázforrást kínál, bár logisztikai tervezést igényel a rendszeres utántöltés.

A nitrogénes újraolvasztási beállítások nélkülözhetetlen eleme a beépített oxigénelemző. Ez az érzékelő folyamatosan méri az oxigénkoncentrációt a kemencében, jellemzően milliomodrészben (PPM), és valós idejű adatokat szolgáltat, amelyek lehetővé teszik az inert atmoszféra pontos szabályozását.

A reflow kemencének inertizálása és tisztítása

Az eljárás lényege az "inertizálás" - az újraolvasztókamrában lévő oxigénben gazdag levegő nitrogénnel történő kiszorítása. Ez egy tisztítási folyamat révén valósul meg:

1. Kezdeti tisztogatás: A sütő indításakor nagy mennyiségű nitrogént vezetnek be, hogy gyorsan kiürítsék a környezeti levegőt, és az oxigénszintet a kívánt beállítási pontra csökkentsék.
2. Folyamat karbantartás: A célzott oxigénszint elérése után az áramlási sebességet alacsonyabb fenntartási szintre csökkentik. Ez az egyenletes áramlás elegendő a kisebb szivárgások és az új PCB-k bevezetésének kompenzálására, biztosítva, hogy a PPM-szint stabil maradjon az egész gyártási folyamat során.

Egy nitrogén reflow eljárás, a cél oxigénkoncentrációt általában 10 és 1000 PPM között állítják be. Az ideális szint az adott alkalmazástól függ, az érzékenyebb alkatrészek és a finomabb osztású konstrukciók számára előnyös az alacsonyabb oxigénszint.

A reflow-profil beállítása nitrogénhez

A nitrogénnek nagyobb a hőátadási hatásfoka a normál levegőhöz képest. Ez azt jelenti, hogy a légi környezethez kifejlesztett reflow-profil nem lesz megfelelő nitrogén atmoszférában. Ha nitrogénre vált, kritikus fontosságú, hogy a sütő profilját újra profilozza.

Sok gyártó úgy találja, hogy alacsonyabb hőmérsékleti beállítási értékekkel is ugyanolyan vagy jobb eredményeket érhet el. A fokozott hőátadás azt jelenti, hogy a NYÁK és alkatrészei gyorsabban és egyenletesebben érik el a célhőmérsékletet. Ez alacsonyabb csúcshőmérsékletet vagy rövidebb liquidus feletti időt (TAL) tesz lehetővé, ami segít csökkenteni a hőérzékeny alkatrészek hőterhelését. Egy új reflow hőmérséklet profil döntő fontosságú lépés a túlmelegedés megelőzése és a nitrogén környezet előnyeinek teljes kihasználása érdekében.

Legjobb működési gyakorlatok

• Egyensúly Tisztaság és fogyasztás: Az alacsonyabb oxigén PPM-szintre való törekvés kiváló forrasztási környezetet biztosít, de nagyobb nitrogénáramlási sebességet igényel, ami növeli az üzemeltetési költségeket. Alapvető fontosságú, hogy meghatározzuk az Ön alkalmazásához optimális PPM-szintet, amely kiváló minőségű eredményeket biztosít túlzott oxigénszint nélkül. nitrogénfogyasztás.
• Oxigénszintek ellenőrzése: Folyamatosan nyomon követheti az O2-érzékelő leolvasott értékeit, hogy biztosítsa a következetes és stabil folyamatot. Bármilyen ingadozás a sütő tömítéseinek szivárgására vagy nem megfelelő nitrogénáramlásra utalhat.
• Rendszeres karbantartás: Gondoskodjon arról, hogy a sütőajtók és a szállítószalagok nyílásai megfelelően zárva legyenek a nitrogénveszteség és az oxigén bejutásának megakadályozása érdekében. Rendszeres a reflow-kemence karbantartása kritikus fontosságú az inert atmoszféra integritásának fenntartása és a folyamat megismételhetőségének biztosítása szempontjából.

A nitrogén bizonyított előnyei a gyártásban

A nitrogén atmoszféra alkalmazása a forrasztási folyamatokban erőteljes befektetés a termékminőség, a gyártási hatékonyság és a hosszú távú megbízhatóság érdekében. Az oxigén kiszorításával és az oxidáció megakadályozásával a kritikus magas hőmérsékletű fázisokban mind a reflow és a hullámforrasztás során a nitrogén számos kézzelfogható előnnyel jár, amelyeket világszerte bizonyítottak a gyártósorokon.

Drasztikusan csökkentett hibaarány

Normál légkörben a magas forrasztási hőmérséklet a forraszanyag, az alkatrészvezetékek és a NYÁK-lapkák gyors oxidációját okozza. Ez az oxidáció gátolja a megfelelő nedvesedést, és a gyakori forrasztási hibák elsődleges oka. Esettanulmányok kimutatták, hogy a nitrogénes környezet bevezetése akár 90%-vel is csökkentheti az általános hibaarányt, míg a hullámforrasztásnál a korpa keletkezése akár 95%-vel is csökkenthető. [Forrás: Air Products]. Ez közvetlenül kevesebb utómunkát, kevesebb anyaghulladékot és lényegesen magasabb első lépéses hozamot eredményez.

A nitrogén atmoszféra által enyhített konkrét hibák közé tartoznak:

• Forrasztási áthidalás: A jobb nedvesítésnek köszönhetően a forraszanyag pontosan a célpontokra folyik, ahelyett, hogy nem szándékos kapcsolatokat képezne a szorosan egymáshoz közeli alkatrészek között. Ez kritikus előny a modern, nagy sűrűségű lapok esetében.
• Elégtelen lyukfeltöltés: A hullámforrasztás során az inert atmoszféra lehetővé teszi, hogy az olvadt forraszanyag hatékonyabban áramoljon be az átmenő lyukakba, így erősebb és megbízhatóbb kapcsolatokat hoz létre az átmenő lyukú alkatrészeknél.
• Hidegforrasztó kötések: A nitrogén a kötésben megrekedő oxidok kialakulásának megakadályozásával kiváló fémek közötti kötést biztosít. Ez kiküszöböli a törékenységet, amely a következőkkel kapcsolatos hideg ízületek és javítja a hosszú távú tartósságot.

Fokozott forrasztási kötés integritás és megbízhatóság

A nitrogén használatának legjelentősebb hosszú távú előnye az erősebb, tartósabb forrasztási kötések létrehozása. A tiszta, oxidmentes felületek elősegítik a kiváló nedvesedést, ami mechanikailag robusztus és vizuálisan is kiváló - gyakran fényesebbnek és simábbnak tűnő - kötéseket eredményez. Ez a fokozott integritás létfontosságú az olyan iparágakban, ahol a megbízhatóság nem csak egy tulajdonság, hanem követelmény.

Az autóelektronikában például az alkatrészek folyamatosan erős rezgéseknek és szélsőséges hőmérséklet-ingadozásoknak vannak kitéve. A nitrogén atmoszférában kialakított forrasztási kötés jobban ellenáll ezeknek a terheléseknek a termék élettartama alatt, és megakadályozza a kritikus rendszerek, például a motorvezérlő egységek (ECU-k) és a légzsákérzékelők idő előtti meghibásodását. Hasonlóképpen, a repülőgépiparban és az orvostechnikai eszközökben a jobb megbízhatóságot biztosító nitrogén forrasztás kulcsfontosságú tényező a szigorú biztonsági és teljesítménynormák betartásában [Forrás: Electronics Cooling].

Szélesebb folyamatablak és nagyobb költségmegtakarítás

A nitrogénes környezet elnézőbbé teszi a forrasztási folyamatot, ezáltal szélesítve a működési folyamat ablakát. Mivel a forraszthatóság jelentősen javul, a gyártók gyakran használhatnak enyhébb, alacsony aktivitású, tisztítás nélküli folyasztószereket. Ez csökkenti az összeszerelés utáni tisztítás szükségességét, időt és pénzt takarít meg, és minimalizálja az idővel korróziót okozó folyasztószer-maradványok kockázatát. Továbbá, a nitrogén atmoszférában a jobb hőátadási hatékonyság alacsonyabb újraolvasztási csúcshőmérsékleteket tesz lehetővé, csökkentve ezzel az érzékeny alkatrészekre és magára a NYÁK-ra ható hőterhelést.

Bár a nitrogénrendszer bevezetése kezdeti költségekkel jár, a befektetés hosszú távú megtérülése tagadhatatlan. A csökkentett forraszanyag-fogyasztás (a kevesebb korpa miatt), a kevesebb utómunkát igénylő hiba, a tisztítási lépések lehetséges kiküszöbölése és a termék megbízhatóságának növelése mind-mind jelentős költségmegtakarítást és erősebb versenyhelyzetet eredményez a nagy tétekkel járó elektronikai piacon.

Források

• Air Products - Elektronikai összeszerelés: Nitrogénnel történő forrasztás
• Air Products - Forrasztás az elektronikai összeszereléshez
• AIM Solder - A nitrogén inert atmoszféra előnyei forrasztási alkalmazásokban
• AIM Solder - A nitrogén atmoszféra előnyei a reflow forrasztáshoz
• Chuxin SMT - Mélyebb merülés a reflow forrasztási folyamatba
• Chuxin SMT - A reflow-kemencék napi karbantartási és tisztítási folyamata útmutatója
• Chuxin SMT - Hogyan működik a reflow-kemence?
• Chuxin SMT - Nitrogén reflow vs. Air Reflow: A titkok feltárása
• Chuxin SMT - Nitrogén rendszerek a reflow kemencékben: előnyök a forraszanyagok minőségéhez
• Chuxin SMT - Nitrogénfelhasználás a reflow-kemencében: Mennyi szükséges?
• Chuxin SMT - Hogyan állítsuk be a reflow sütő hőmérsékletprofilját a jobb forrasztáshoz?
• Chuxin SMT - Hideg illesztések megoldása a reflow forrasztás során: Szakértői tippek
• Chuxin SMT - Miért van szükség nitrogénre a jobb forrasztás érdekében a reflow-kemencében?
• Elektronikai hűtés - A nitrogén használata a reflow forrasztásban
• Epec Engineered Technologies - Mi a célja a nitrogén használatának a reflow forrasztásban?
• Indium Corporation - A nitrogén kihasználása a BGA forrasztáshoz

“`