Az ólommentes hullámforrasztási profil elsajátítása: A Comprehensive Guide: A Comprehensive Guide

Az ólommentes forrasztásra való áttérés: ólom: Hajtómotorok és kihívások

A hagyományos ón-ólomforrasztásról az ólommentes alternatívákra való áttérés az elmúlt évtizedek egyik legjelentősebb változását jelenti az elektronikai gyártóiparban. Ez az átállás nem pusztán az anyagok megváltoztatását jelentette, hanem a teljes forrasztási folyamat alapvető átalakítását, amelyet kritikus környezetvédelmi és egészségügyi szempontok vezéreltek.

Szabályozási ösztönzők: Az ólommentes világra való törekvés

Az ólommentes forrasztásra való globális áttérés elsődleges katalizátora az ólom egészségügyi kockázatainak növekvő tudatosítása volt. Ha az elektronikai hulladékot helytelenül dobják ki, az ólom a talajba és a talajvízbe kerülhet, ami komoly veszélyt jelent az ökoszisztémákra és az emberi egészségre. [Forrás: EPA].

Erre válaszul az Európai Unió 2006-ban bevezette a veszélyes anyagok korlátozásáról szóló irányelvet (RoHS). Ez a mérföldkőnek számító jogszabály hat veszélyes anyag, köztük az ólom használatát korlátozta a különböző típusú elektronikus és elektromos berendezések gyártása során. A RoHS-irányelv gyakorlatilag előírta, hogy az EU-ban értékesített termékek többségét ólommentes eljárásokra kell átállítani, ami a globális ellátási láncban is éreztette hatását. [Forrás: ScienceDirect]. Sok más ország is követte hasonló szabályozásokkal, megszilárdítva az ólommentes forrasztást, mint új ipari szabványt.

Alapvető különbségek és kihívások

Az ón-ólomról az ólommentes forrasztásra való áttérés számos technikai kihívást jelentett, amelyek az új ötvözetek eltérő metallurgiai tulajdonságaiból adódtak.

Magasabb olvadási hőmérséklet: A hagyományos ón-ólom forraszanyag (jellemzően Sn63/Pb37) olvadáspontja 183 °C körül van. Ezzel szemben az elterjedt ólommentes ötvözetek, például az ón-ezüst-réz (SAC) olvadáspontja magasabb, gyakran 217°C és 227°C között van. [Forrás: AIM Solder]. Ez jelentős kiigazítást igényel a forrasztási folyamatban, különösen a PCB reflow hőmérsékleti profil. Az egész szerelvényt magasabb hőmérsékletnek kell kitenni, ami növelheti az érzékeny alkatrészekre és magára az áramköri lapra ható hőterhelést.
Nedvesítés és forraszthatóság: Az ólom kiváló nedvesítőszer, ami azt jelenti, hogy könnyen folyik és kötődik a felületekhez. Az ólommentes forraszanyagok általában rosszabb nedvesedési tulajdonságokkal rendelkeznek, ami megnehezíti az erős, megbízható forrasztási kötések létrehozását. Ez agresszívebb folyasztószerek és néha inert nitrogén atmoszféra használatát teszi szükségessé az újraolvasztás során az oxidáció megelőzése és a forraszthatóság javítása érdekében. [Forrás: chuxin-smt.com].
Folyamatszabályozás: Az ólommentes forrasztás folyamatablakai sokkal szűkebbek, mint az ón-ólom eljárásoké. A forraszanyag olvadáspontja és az alkatrészek maximálisan elviselhető hőmérséklete közötti különbség kisebb, ami sokkal szigorúbb folyamatszabályozást igényel. Pontos reflow kemence hőmérséklet profilozása kritikus fontosságú az olyan hibák elkerülése érdekében, mint a hideg kötések vagy az alkatrészek károsodása.
Megbízhatósági aggályok: A korai ólommentes ötvözetek aggályokat vetettek fel a hosszú távú megbízhatósággal kapcsolatban. Az olyan problémákat, mint az "ónbajuszok" - apró, hajszerű kristályos szerkezetek, amelyek az ónfelületekből kinőhetnek és rövidzárlatokat okozhatnak - kiterjedt kutatással és ötvözetfejlesztéssel kellett kezelni. [Forrás: NASA]. A modern ólommentes ötvözetek és az optimalizált eljárások nagyrészt leküzdötték ezeket a kezdeti akadályokat, de még mindig gondos kezelést igényelnek.

Ezen igények kielégítése érdekében sok gyártó úgy találta, hogy új berendezésekbe kell befektetnie, például egy külön erre a célra szolgáló ólommentes reflow kemence, amelyet úgy terveztek, hogy magasabb hőmérsékletet is elbírjon, és biztosítsa a sikeres ólommentes összeszereléshez szükséges pontos ellenőrzést.

A hullámforrasztási folyamat négy zónájának megértése

A hullámforrasztási folyamat egy aprólékosan összehangolt folyamat, amely négy alapvető zónára oszlik. Mindegyik szakasznak külön célja van, és együttesen biztosítják az erős, megbízható és hibamentes forrasztási kötések kialakulását a nyomtatott áramköri lapon (PCB). Ezeknek a zónáknak a megértése alapvető fontosságú a folyamat elsajátításához és a kiváló minőségű eredmények eléréséhez.

1. Fluxus alkalmazása

Az első döntő lépés a fluxus felhordása. Mielőtt a NYÁK a magas hőmérsékletű fázisokba kerülne, egy fluxusozó állomáson halad át, ahol egy vékony, egyenletes folyékony fluxusréteget visznek fel a NYÁK aljára. Ez történhet olyan módszerekkel, mint a permetezés, a habosítás vagy a fúvócsövezés. A fluxus elsődleges célja, hogy megtisztítsa az alkatrészvezetékek és a NYÁK-lapkák fémfelületeit, eltávolítva a keletkezett oxidokat. [Forrás: Electrolube]. Ezen felületek dezoxidálásával a fluxus biztosítja, hogy az olvadt forraszanyag megfelelően "nedvesítse" a fémet, erős intermetallikus kötést hozva létre. Ezenkívül megvédi a felületeket az újraoxidálódástól, ahogy a lap a forrasztási hullám felé halad. Többet megtudhat ebből a hullámforrasztási folyósítószer kiválasztási útmutató.

2. Előmelegítés

Közvetlenül a fluxusozás után a NYÁK-szerelvény az előmelegítő zónába kerül. Itt a lapot fokozatosan felmelegítik egy meghatározott, egyenletes hőmérsékletre, jellemzően 100°C és 130°C közé. Ez a szakasz három kritikus funkciót tölt be:

Hősokk megelőzés: Lassan emeli a szerelvény hőmérsékletét, hogy megakadályozza a hő sokkhatást, amikor az olvadt forraszanyaggal érintkezik, ami egyébként károsítaná a NYÁK hordozót és annak alkatrészeit. [Forrás: PCB Technologies].
Fluxus aktiválás: A hő aktiválja a fluxus kémiai összetevőit, fokozva annak tisztító és oxidációmentesítő képességét.
Oldószer elpárolgása: Elpárologtatja a fluxusban lévő illékony oldószereket, így biztosítva, hogy a tényleges forrasztási fázisban nem lép fel gázképződés, ami olyan hibákhoz vezethet, mint a forraszgolyók vagy üregek.

3. A forrasztóhullám

Ez a szíve a hullámforrasztási folyamat. A nyomtatott áramköri lap egy olvadt forraszanyaggal teli edény fölé kerül, ahol egy vagy két hullámot pumpálnak felfelé, hogy érintkezésbe kerüljön a lap aljával. A forraszthullám nedvesíti az alkatrészvezetékeket és a csatlakozóelemeket, kapilláris hatás révén kitölti a galvanizált átmenő lyukakat, így jönnek létre az elektromos és mechanikai kötések. [Forrás: Epec Engineered Technologies]. Az olyan kulcsfontosságú paraméterek, mint a szállítószalag sebessége, a forrasztási hőmérséklet (jellemzően 250-265 °C) és a hullámmagasság pontosan szabályozhatók. A tartózkodási idő - az az időtartam, amíg a lap érintkezik a forraszanyaggal - kritikus; elég hosszúnak kell lennie a megfelelő nedvesedéshez, de elég rövidnek ahhoz, hogy elkerülje az alkatrészek károsodását és az olyan hibákat, mint a forraszanyag áthidalása.

4. Hűtés

Az utolsó szakasz a hűtés. A forrasztási hullám elhagyása után a NYÁK-szerelvényt szabályozott sebességgel hűtik. A cél a forrasztási kötések megfelelő megszilárdítása a finomszemcsés fémszerkezet elérése érdekében, ami a kötés maximális szilárdságát eredményezi. A hűtési sebesség nem lehet túl gyors, mivel ez hőfeszültséget okozhat és megrepedhetnek az újonnan kialakított kötések, és nem lehet túl lassú sem, mivel ez törékeny kötésekhez vezethet. [Forrás: Surface Mount Process]. Gyakran a kényszerített levegő és a természetes konvekció kombinációját használják a lap biztonságos kezelési hőmérsékletre történő visszahozására, a forrasztási folyamat befejezésére és a szerelvény előkészítésére a következő gyártási lépésre.

A kulcsfontosságú paraméterek optimalizálása a hullámforrasztási kiválósághoz

A hibátlan forrasztási kötés elérése nagy volumenű gyártási környezetben a stabil, megismételhető és optimalizált hullámforrasztási folyamaton múlik. A hullámforrasztó gép kulcsfontosságú paramétereinek finomhangolása kulcsfontosságú az olyan hibák minimalizálásához, mint a forrasztóanyag áthidalása, a lyukak elégtelen kitöltése és a hősokk. Ez az útmutató gyakorlati megközelítést nyújt a robusztus gyártási folyamathoz szükséges legkritikusabb változók optimalizálásához.

Előmelegítési beállítások

Az előmelegítési szakasz elsődleges célja a nyomtatott áramköri lap (PCB) szerelvény hőmérsékletének fokozatos emelése, hogy a fluxus aktiválódjon, és megelőzze a hősokkot, mielőtt az érintkezne az olvadt forraszhullámmal. A nem megfelelő előmelegítés különböző hibákhoz vezethet. Ha a hőmérséklet túl alacsony, a folyasztószer nem aktiválódik megfelelően, ami rossz forrasztást eredményez. Ha túl magas, vagy a felfutás túl gyors, az érzékeny alkatrészek károsodhatnak. A legtöbb alkalmazásnál a NYÁK tetejének 100°C és 130°C közötti hőmérsékletet kell elérnie közvetlenül a forrasztási hullámba való belépés előtt. [Forrás: Epec Engineered Technologies]. Ez a hőmérsékleti gradiens minimalizálja a delta értéket a lap és a forraszanyag között, így biztosítva a minőségi forrasztási kötést.

Forrasztási edény hőmérséklete

Az edényben lévő olvadt forraszanyag hőmérséklete közvetlenül befolyásolja annak folyékonyságát és az erős intermetallikus kötések kialakításának képességét. A megfelelő hőmérséklet a felhasznált forraszanyag típusától függ.

Ólommentes forraszanyagok: Az olyan ötvözetek, mint az SAC305 (ón-ezüst-réz) általában 260°C és 280°C közötti edényhőmérsékletet igényelnek.
Ólomtartalmú forraszanyagok: Az ón-ólomforrasztások (pl. Sn63Pb37) alacsonyabb hőmérsékleten, általában 240°C és 250°C között jól működnek.

A túl magas hőmérséklet beállítása károsíthatja a nyomtatott áramkört és annak alkatrészeit, és túlzott salakképződéshez vezethet. Ezzel szemben a túl alacsony hőmérséklet rossz forraszanyag-áramlást eredményez, ami olyan hibákhoz vezet, mint a forraszanyag áthidalása és a lyukak hiányos áthatolása. [Forrás: AIM Solder].

Szállító sebesség és szög

A szállítószalag-rendszer végigszállítja a NYÁK-szerelvényt a teljes folyamaton, és sebessége határozza meg a forraszhullámmal való érintkezési időt. A a szállítószalag sebessége az egyik legkritikusabb beállítás.

Túl lassú: A túlzott érintkezési idő az alkatrészek túlmelegedéséhez vezethet, és elősegítheti a réz oldódását a lapról a forraszanyagba.
Túl gyors: Az elégtelen érintkezési idő megakadályozza, hogy a forraszanyag megfelelően nedvesítse a betéteket és kitöltse az átmenő lyukakat, ami gyenge vagy hiányos kötéseket eredményez.

A tipikus szállítószalag sebessége 1,0 és 2,5 méter per perc (3 és 8 láb per perc) között mozog. [Forrás: PCB Technologies]. Ez a sebesség közvetlenül kapcsolódik az érintkezési időhöz. A szállítószalagot is ferdén állítják be, általában 5 és 7 fok között. Ez a szög lehetővé teszi, hogy az olvadt forraszanyag lefolyjon az alkatrészek hátulról, ami elengedhetetlen a forrasztóhidak megelőzése a szomszédos csapok között [Forrás: Epec Engineered Technologies].

Érintkezési idő és forrasztási hullámmagasság

Az érintkezési időt, vagyis azt az időtartamot, amíg a NYÁK érintkezik a forraszhullámmal, a szállítószalag sebessége és a forraszhullám érintkezési felületének hossza határozza meg. Az ideális érintkezési idő általában 2-4 másodperc között van. Ez az időtartam általában elegendő ahhoz, hogy a forraszanyag felmelegítse az alkatrészvezetékeket, megnedvesítse a fémfelületeket, és feláramoljon a galvanizált átmenő lyukakon keresztül. A a forraszhullám magassága úgy kell beállítani, hogy következetesen érintse a nyomtatott áramköri lap alját anélkül, hogy a felső oldalt elárasztaná. Egy általános ökölszabály szerint a hullámmagasságot úgy kell beállítani, hogy a lap vastagságának körülbelül a felét-kétharmadát nedvesítse. [Forrás: NASA]. A megfelelő hullámmagasság biztosítja az egyenletes érintkezést, és alapvető fontosságú a kiváló minőségű forrasztási kötések eléréséhez az egész szerelvényen. E beállítások rendszeres ellenőrzése és kalibrálása elengedhetetlen a stabil és megismételhető hullámforrasztási folyamat.

Az ólommentes hullámforrasztás hőprofiljának elsajátítása

Az ólommentes hullámforrasztási folyamat elsajátításához pontos hőprofilra van szükség a hibák megelőzése és az erős, megbízható forrasztási kötések biztosítása érdekében. Az olyan ólommentes ötvözetek, mint a SAC305 magasabb olvadási hőmérséklete miatt a folyamatablak lényegesen szűkebb, mint a hagyományos ón-ólomforrasztók esetében. A tökéletes profil eléréséhez három kritikus szakasz optimalizálása szükséges: az előmelegítés, a forraszhullám érintkezése és a hűtés.

Az ólommentes hullámforrasztási profil legfontosabb szakaszai

Előmelegítés: Ez vitathatatlanul a legkritikusabb szakasz. Az előmelegítés elsődleges célja a fluxuskémia aktiválása a fémfelületek tisztítására, valamint a nyomtatott áramköri lapot (PCB) és annak alkatrészeit érő hősokk minimalizálása. [Forrás: Assembly Magazine]. A szabályozott hőmérséklet-emelkedés elengedhetetlen. Az ólommentes forrasztásnál a tipikus felfutási sebesség 1-2°C másodpercenként, ami a lap felső oldalának hőmérsékletét 100°C és 150°C közé emeli. Az elégtelen előmelegítés ahhoz vezethet, hogy a folyasztószer nem aktiválódik, míg a túlzott hő hatására a folyasztószer még a forrasztási hullám elérése előtt lebomlik, ami olyan hibákhoz vezethet, mint a forraszgolyók és a hídképződés. Ha mélyebb betekintést szeretne nyerni a folyamatba, tekintse meg a következő oldalunkat lépésről-lépésre útmutató a hullámforrasztáshoz.
Forrasztási hullám érintkező: Ebben a szakaszban a NYÁK érintkezik az olvadt forraszanyaggal. Az általános ólommentes ötvözetek (mint például a SAC ötvözetek) forrasztótégelyének hőmérsékletét általában 255°C és 270°C között tartják. [Forrás: SMTnet]. Az érintkezési idő vagy tartózkodási idő szintén döntő fontosságú, és általában 2-4 másodpercig tart. Ennek az időtartamnak elég hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy lehetővé tegye a teljes nedvesedést és a lyukak megfelelő kitöltését az átmenő furatú alkatrészeknél, de elég rövidnek kell lennie ahhoz, hogy megakadályozza a lap és az alkatrészek hőkárosodását. A helytelen hullámbeállítások gyakran okozzák az olyan hibákat, mint például a forrasztási áthidalás és elégtelen forrasztás.
Hűtés: A forrasztási hullámból való kilépés után a NYÁK-ot ellenőrzött módon kell lehűteni. A túl gyors hűtés hőfeszültséget okozhat és törékeny kötéseket hozhat létre, míg a túl lassú hűtés nagyméretű, gyenge fémközi vegyületek (IMC) kialakulásához vezethet. Az ajánlott hűtési sebesség általában 5°C alatt van másodpercenként a finom szemcsés forraszanyag-szerkezet biztosítása érdekében, ami mechanikailag robusztus kötést eredményez. [Forrás: Mirtec].

Folyamatérvényesítés ellenőrzőlista

Ahhoz, hogy a hullámforrasztási folyamat folyamatosan kiváló minőségű eredményeket produkáljon, elengedhetetlen a rendszeres validálás. Használja ezt az ellenőrző listát kiindulási pontként:

Profilellenőrzés: Használjon termikus profilozót a NYÁK hőmérsékletének rendszeres feltérképezésére a teljes folyamat során. Ellenőrizze, hogy a felfutási sebességek, az előmelegítési hőmérsékletek, a csúcshőmérséklet és a hűtési sebességek mind a specifikáción belül vannak-e.
Fluxus alkalmazása: Ellenőrizze, hogy a megfelelő mennyiségű fluxus egyenletesen kerül-e fel a táblára. Ellenőrizze az eltömődött fúvókákat vagy a nem egyenletes szórásképet.
Forrasztótégely-elemzés: Rendszeresen vizsgálja meg a forraszanyagot az edényben a szennyeződések, különösen a réz által okozott szennyeződések tekintetében, amelyek befolyásolhatják a forraszanyag folyékonyságát és a kötés minőségét.
Szállítósebesség: Biztosítsa, hogy a szállítószalag sebessége egyenletes és pontos legyen, mivel ez közvetlenül befolyásolja az előmelegítés expozícióját és a forraszanyaggal való érintkezési időt.
Hullámdinamika: Ellenőrizze a forraszhullám magasságát és a folyási jellemzőket. Az instabil vagy egyenetlen hullám nem megfelelő illesztésekhez vagy felesleges forraszanyaghoz vezethet.
Szemrevételezés: Végezze el a lapok egy mintájának alapos forrasztás utáni ellenőrzését, hogy ellenőrizze az olyan gyakori hibákat, mint a hidak, kihagyások, jégcsapok és a rossz lyukkitöltés. A tendenciák azonosítása segíthet a következők meghatározásában gyakori berendezésekkel kapcsolatos problémák mielőtt hatással lennének a termelésre.

Modern innovációk a hullámforrasztási technológiában

A hullámforrasztás modern fejlesztései kulcsfontosságúak voltak az ólommentes ötvözetekkel kapcsolatos kihívások leküzdésében, mint például a magasabb technológiai hőmérséklet és a fokozott oxidáció. A két legjelentősebb újítás a nitrogén atmoszféra használata és a szelektív forrasztórendszerek kifejlesztése. Ezek a technológiák nemcsak a forrasztási kötések minőségét és megbízhatóságát javítják, hanem a folyamat általános hatékonyságát is növelik.

A nitrogén atmoszféra előnyei

A nitrogén-inert környezetben való működés jelentősen javítja az ólommentes hullámforrasztási folyamatot. Az oxigén az elsődleges katalizátor a korpa kialakulásához - az oxidált forraszanyag felhalmozódásához, amely hibákhoz és megnövekedett üzemeltetési költségekhez vezethet. Az oxigén nitrogénnel való helyettesítésével a korpa akár 90%-vel is csökkenthető, ami jelentős anyagmegtakarítást és kevesebb karbantartást eredményez. [Forrás: Epectec]. Ez a tiszta, oxigénszegény környezet javítja a forraszanyag nedvesedését is, így a forraszanyag hatékonyabban folyik, és erősebb, megbízhatóbb kötéseket hoz létre. Az eredmény egy szélesebb folyamatablak, jobb lyukkitöltés és a forrasztás utáni hibák, például a hídképződés és a jégcsapok csökkenése. A kiváló minőségű eredményekre törekvő gyártók számára a nitrogénrendszer kulcsfontosságú frissítést jelent.

Precizitás a szelektív forrasztórendszerekkel

Míg a hagyományos hullámforrasztás ideális az átmenőfuratos alkatrészek tömeggyártásához, a modern nyomtatott áramköri lapok (PCB) gyakran az átmenőfuratos és a felületre szerelhető technológiák (SMT) keverékét tartalmazzák. Ezeknél a vegyes technológiájú lapoknál a szelektív forrasztás páratlan pontosságot kínál. Ez az automatizált eljárás az egyes forrasztási pontokat célozza meg, megvédve a közeli érzékeny alkatrészeket a hőterheléstől. [Forrás: Routledge]. A hagyományos hullámforrasztással ellentétben, ahol a teljes lap áthalad a forrasztóhullámon, a szelektív forrasztás egy miniatürizált fúvókát használ, hogy az olvadt forrasztóanyagot meghatározott csapokra vagy területekre juttassa. Ez a célzott megközelítés elengedhetetlen a nagy sűrűségű lapok esetében, ahol az alkatrészek távolsága szűk. Ha többet szeretne megtudni arról, hogy ez hogyan hasonlítható össze más módszerekkel, tekintse meg a részletes bontást a következő cikkünkben hullám vs. szelektív forrasztási útmutató. Ez a módszer minimalizálja a termikus károsodás kockázatát, csökkenti a fluxusfogyasztást, és kiküszöböli a kézi javítások szükségességét, ezáltal növelve a minőséget és a termelékenységet.

A minőség alapja: A megfelelő forraszanyag és folyasztószer kiválasztása

A megfelelő forrasztóötvözet és folyasztószer kiválasztása az első kritikus lépés, amely közvetlenül meghatározza a forrasztási profil paramétereit. Ezek az anyagok együtt működnek, és kémiai és termikus tulajdonságaiknak tökéletesen össze kell hangolódniuk a hőfolyamatokkal, hogy erős, megbízható forrasztási kötéseket biztosítsanak.

Ólommentes forraszötvözetek és hőigényük

Az ólommentes forrasztásra való áttérés, amelyet olyan környezetvédelmi előírások, mint a RoHS vezéreltek, új kihívások elé állította a termikus profilalkotást. A legelterjedtebb ólommentes ötvözet, a SAC305 (96,5% ónból, 3,0% ezüstből és 0,5% rézből áll) olvadáspontja (liquidus) körülbelül 217-220°C. Ez lényegesen magasabb, mint a hagyományos ón-ólom (Sn63/Pb37) forraszanyagok 183°C-os olvadáspontja. [Forrás: AIM Solder].

Ez a magasabb olvadási hőmérséklet közvetlenül befolyásolja az újraolvadási profilt:

Előmelegítés és áztatás: A felfutási sebességet és az áztatási hőmérsékletet gondosan kell kezelni a fluxus aktiválásához és az alkatrészek és a NYÁK hősokkjának megelőzéséhez.
Csúcshőmérséklet: A profil csúcshőmérsékletének elég magasnak kell lennie ahhoz, hogy a forraszanyag teljesen megolvadjon és megfelelően folyjon. A SAC305 esetében ez jellemzően 235-255°C-os csúcshőmérsékletet jelent. [Forrás: Electronics Notes].
Time Above Liquidus (TAL): A szerelvénynek a forraszanyag olvadáspontja felett kellő ideig kell tartózkodnia a megfelelő nedvesedéshez és az intermetallikus vegyület (IMC) kialakulásához, általában 45 és 90 másodperc között.

Egy másik ötvözet, például egy bizmutot tartalmazó, alacsony hőmérsékletű ólommentes forraszanyag választása teljesen más, alacsonyabb hőmérsékletű profilt igényelne, hogy elkerülje a hőérzékeny alkatrészek károsodását. Ha mélyebben meg szeretné érteni, hogy ezek a paraméterek hogyan alkotnak egy teljes profilt, fedezze fel a útmutató a PCB reflow hőmérsékleti profiljának elsajátításához.

A fluxus szerepe a visszaáramlási profilban

A fluxus egy kémiai szer, amely a fémfelületek oxidoktól való megtisztításáért felelős, hogy elősegítse a forraszanyag nedvesedését. A fluxus "aktivitása" - az oxidok eltávolítására való képessége - hőmérsékletfüggő, és szinkronban kell lennie az újraforrasztási profillal.

No-Clean Flux: Ez az SMT-szerelésben leggyakrabban használt típus. Aktivátorai úgy vannak kialakítva, hogy az előmelegítés és az áztatás szakaszában működjenek. Ha a hőmérséklet túl alacsony, a fluxus nem aktiválódik megfelelően, ami rossz nedvesedést eredményez. Ha a hőmérséklet túl sokáig túl magas, az aktivátorok idő előtt leéghetnek, és oxidált felületeket hagynak maguk után, mielőtt a forraszanyag megolvadna. [Forrás: Indium Corporation]. A maradékot úgy tervezték, hogy jóindulatú legyen, és a táblán hagyható.
Vízben oldódó fluxus: Ez a fluxustípus agresszívebb, és kiváló oxideltávolítást biztosít, ami nagyon tiszta és megbízható forrasztási kötéseket eredményez. Maradékai azonban korrodáló hatásúak, és forrasztás után teljesen le kell mosni őket ionmentesített vízzel. A profilnak biztosítania kell, hogy a folyasztószer hatékonyan aktiválódjon anélkül, hogy olyan agresszív lenne, hogy károsítaná az alkatrészeket.

A legjobb anyagok kiválasztása az Ön alkalmazásához

Az optimális ötvözet- és fluxuskombináció kiválasztása több tényezőtől függ:

Komponensérzékenység: A NYÁK leghőérzékenyebb alkatrésze határozza meg a maximálisan megengedett csúcshőmérsékletet, ami alacsony hőmérsékletű forrasztóötvözet használatát kényszerítheti ki.
A termék megbízhatósága: Az olyan nagy megbízhatóságú alkalmazásokhoz, mint a repülőgépipar vagy az orvostechnikai eszközök, gyakran speciális, hosszú távon bizonyított teljesítményű ötvözeteket írnak elő. Ezekben az esetekben gyakran használnak vízoldható folyasztóanyagokat, mivel a maradékok eltávolítása minimalizálja a hosszú távú elektrokémiai migráció vagy korrózió kockázatát. [Forrás: Kester].
PCB felületkezelés: A fluxusnak kompatibilisnek kell lennie a lap felületi felületével (pl. OSP, ENIG, ImAg) a hatékony nedvesítés biztosítása érdekében.
Termelési környezet: A használata nitrogén atmoszférájú sütő csökkentheti az oxidációt, lehetővé téve kevésbé agresszív fluxus használatát, valamint a stabilabb és megismételhetőbb eredmény érdekében szélesíti a folyamatablakot.

Végső soron a kiválasztott forraszpaszta (egy adott ötvözetpor és folyasztószer kombinációja) az alapja az egész forrasztási folyamatnak, és meghatározza azokat a hőtechnikai követelményeket, amelyeknek a reflow-kemencének meg kell felelnie.

Gyakori ólommentes forrasztási hibák hibaelhárítása

Az ólommentes ötvözetekkel való hibátlan forrasztási kötés elérése a hagyományos ón-ólom forrasztásnál szűkebb és pontosabb folyamatablakot igényel. Az ólommentes forraszanyagok magasabb hőmérséklete és eltérő nedvesedési jellemzői specifikus hibákhoz vezethetnek, ha a hőprofil nem tökéletesen optimalizált. Ha megérti e problémák kiváltó okait, célzottan módosíthatja az újraömlesztési vagy hullámforrasztási paramétereket a termékminőség és megbízhatóság javítása érdekében. A hőprofilok mélyebb megértéséhez tekintse meg a következő útmutatót a PCB reflow hőmérsékletprofiljának elsajátítása.

1. Forrasztás áthidalása

A forrasztás áthidalása akkor következik be, amikor a forraszanyag nem szándékos kapcsolatot képez két vagy több szomszédos vezeték között, rövidzárlatot létrehozva. Bár gyakran a forraszpaszta alkalmazásával függ össze, az újraforrasztási profil kritikus szerepet játszik mind a hiba előidézésében, mind annak megelőzésében.

Okok: A gyors előmelegítési fázis miatt a folyasztószer idő előtt aktiválódhat, és elveszítheti hatékonyságát, mielőtt a forraszanyag megolvadna. Ez lehetővé teszi, hogy a forraszanyag ellenőrizhetetlenül folyjon. Ezenkívül a helytelen csúcshőmérséklet vagy a gyors szállítósebesség megakadályozhatja, hogy a forraszanyag teljesen ráolvadjon a padjaira.
Megoldások:
- Állítsa be az előmelegítési/áztatási zónát: Lassítsa le a felfutási sebességet az előmelegítési szakaszban (általában 1-3°C másodpercenként), hogy a fluxus megfelelően aktiválódhasson és stabilizálódhassanak az alkatrészek. [Forrás: IPC].
- Optimalizálja a csúcshőmérsékletet: Győződjön meg arról, hogy a csúcshőmérséklet elég magas ahhoz, hogy az ötvözet elérje a teljes liquidust, de nem olyan magas, hogy a forraszanyag túlzottan szétterüljön.
- Profil érvényesítés: Rendszeresen ellenőrizze a hőprofilját, hogy az a forraszpaszta gyártójának előírásain belül maradjon. Tudjon meg többet arról, hogyan kell összekapcsolja a hőmérsékleti profilalkotást a hibamegoldásokkal. A hullámforrasztással kapcsolatos speciális kérdésekről lásd az alábbi útmutatónkat a forrasztás áthidalásának csökkentése.

2. Forrasztógolyók

A forraszgolyók olyan apró forraszgömbök, amelyek a forrasztási folyamat után a NYÁK felületén maradnak. Gyakran szétszóródnak az alkatrészek körül, és rövidzárlatot okozhatnak, ha elmozdulnak.

Okok: A hőprofillal kapcsolatos elsődleges ok a forraszpasztában vagy magában a NYÁK-ban megrekedt nedvesség vagy illékony anyagok. Ha az előmelegítési hőmérséklet túl alacsony vagy a felfutási sebesség túl agresszív, ezek az anyagok hevesen kiáramlanak az újraolvasztási fázis során, és a forraszanyagot szétfröcskölik a kötésből. [Forrás: AIM Solder].
Megoldások:
- Növelje az előmelegítési időt/hőmérsékletet: Hosszabbítsa meg az előmelegítési/áztatási zóna időtartamát vagy növelje a hőmérsékletet, hogy minden nedvesség és illékony anyag kíméletesen elpárologjon, mielőtt a forraszanyag elérné az olvadáspontját.
- Vezérlés Ramp Rate: A lassabb hőfok-emelkedés megfelelő időt biztosít az illékony anyagoknak a távozásra anélkül, hogy forraszanyag-fröccsenést okozna. A forraszpaszta szállítója által ajánlott profilra vonatkozó irányelvek betartása kulcsfontosságú.

3. Gyenge lyukkitöltés (hullámforrasztás)

Az átmenő lyukakkal és vegyes technológiájú lapoknál a rossz lyukkitöltés (vagy hiányos függőleges kitöltés) akkor fordul elő, amikor a forraszanyag nem tölti ki teljesen a galvanizált átmenő lyukat, ami gyenge vagy nyitott csatlakozást eredményez. Ez gyakori kihívás az ólommentes hullámforrasztásnál.

Okok: Ennek elsődleges oka a NYÁK teteje és a forrasztási hullám közötti jelentős hőmérsékletkülönbség. Ha a felső oldal túl hideg, a forraszanyag megszilárdul, mielőtt fel tudna szivárogni a furat hordóján keresztül. További okok lehetnek a nem megfelelő folyasztóanyag-felhordás, a helytelen szállítósebesség (tartózkodási idő) vagy a nem megfelelő hullámmagasság. [Forrás: Electronics Notes].
Megoldások:
- Optimalizálja az előmelegítést: Növelje a felső oldali előmelegítési hőmérsékletet, hogy csökkentse a hőeltolódást a lapon. A cél az, hogy a szerelési hőmérséklet a lehető legközelebb legyen a forraszanyag olvadáspontjához, közvetlenül a hullámmal való érintkezés előtt.
- A szállítószalag sebességének beállítása: A szállítószalag lelassítása növeli a lapnak a forrasztási hullámban töltött tartózkodási idejét, így több idő áll rendelkezésre a hőátadásra és a forraszanyagnak a lyukak megfelelő kitöltésére.
- Helyes hullámmagasság beállítása: Győződjön meg arról, hogy a forraszhullám optimális magasságban van, hogy elegendő nyomást gyakoroljon a forraszanyagra, hogy az átnyomódjon a lyukakon anélkül, hogy elárasztaná a lap felső oldalát. Részletes utasításokért olvassa el a következő útmutatót hogyan kell beállítani a forrasztási hullám magasságát.