Puteți reduce stresul termic în procesul de lipire selectivă cu undă prin utilizarea preîncălzirii, controlului temperaturii și încălzirii selective.
-
Preîncălzirea încălzește lent placa PCB. Acest lucru oprește șocul termic și ajută la prevenirea fisurării sau ridicării pieselor.
-
Dacă săriți peste preîncălzire, puteți întâmpina probleme precum umplerea insuficientă a găurilor sau ridicarea pieselor, deoarece temperatura nu este constantă.
-
Un control bun al temperaturii asigură că placa se încălzește suficient înainte de valul de lipire.. Acest lucru contribuie la realizarea unor îmbinări mai bune prin lipire și reduce riscul de defectare a pieselor.
Principalele concluzii
-
Încălziți lent placa PCB între 100 °C și 150 °C. Acest lucru ajută la prevenirea șocului termic. De asemenea, împiedică crăparea sau ridicarea pieselor.
-
Ceas setări val de lipit cum ar fi temperatura, înălțimea valurilor și timpul de staționare. Acest lucru asigură îmbinări solide prin lipire. De asemenea, ajută la prevenirea deteriorării.
-
Folosiți bariere termice și alegeți cu atenție fluxul. Astfel, piesele sensibile vor fi protejate. De asemenea, fluxul va curge mai bine.
-
Verificați procesul de lipire în timp real cu ajutorul senzorilor și camerelor. Acest lucru ajută la identificarea timpurie a problemelor. De asemenea, menține calitatea la un nivel ridicat.
-
Proiectați-vă PCB-ul cu reliefuri termice și cupru echilibrat. Acest lucru distribuie căldura uniform. Ajută la prevenirea deformării sau a punctelor fierbinți.
Noțiuni de bază privind stresul termic
Cauze
Stresul termic apare atunci când componentele de pe placa de circuit imprimat se măresc sau se micșorează la viteze diferite. Fiecare material, cum ar fi cipul, lipitura și cuprul, își modifică dimensiunea în mod diferit. Acest lucru se datorează faptului că fiecare are o coeficient diferit de dilatare termică (CTE). Când încălziți placa, aceste diferențe provoacă tensiuni în punctele de contact dintre materiale. Cele mai mari tensiuni apar între cip și lipitură. Încălzirea și răcirea repetată a plăcii agravează tensiunile. După mai multe cicluri, pot apărea fisuri în punctul de contact dintre cip și lipitură. Dacă alegeți o lipitură cu un CTE apropiat de cel al cipului, puteți reduce tensiunile și prelungi durata de viață a plăcii.
Lipirea selectivă cu undă vă permite să controlați unde se duce căldura. Aceasta nu încălzește întreaga placă ca lipirea tradițională cu valuri. În schimb, aceasta încălzește numai punctele care necesită lipire. Acest lucru menține restul plăcii mai rece. De asemenea, protejează componente precum conectorii și circuitele integrate. Prin faptul că nu scufundați întreaga placă în lipitură fierbinte, reduceți căldura de pe placă. Acest lucru ajută la menținerea în siguranță a componentelor SMT.
Efecte
Stresul termic poate cauza multe probleme pentru îmbinările și piesele sudate. Iată câteva efecte comune:
-
Îmbinările sudate se pot fisura, în special în locul în care sudura întâlnește cipul.
-
Straturile de compuși intermetalici (IMC) din lipitură pot deveni mai groase și mai fragile, ceea ce slăbește îmbinările.
-
Îmbinările sudate nu rezistă atât de mult când placa se încălzește și se răcește des.
-
Dispozitivele electronice se pot defecta și aproximativ 70% din aceste defecțiuni provin din probleme de ambalare și asamblare, adesea din cauza defectelor termice ale îmbinărilor sudate.
-
Îmbinările de lipire mai mici și lipirile fără plumb pot agrava aceste probleme, accelerând creșterea IMC.
Sfat: Puteți spori fiabilitatea plăcii dvs. urmărind ciclurile de temperatură și alegând materiale cu valori CTE similare.
Factori cheie
Profilul temperaturii
Este important să urmăriți profilul temperaturii în timpul lipirii selective cu undă. Acest lucru ajută la menținerea siguranței PCB-ului și a componentelor sale. Preîncălzirea plăcii între 100 °C și 150 °C timp de 60 până la 120 de secunde este util. Reduce șocul termic și face fluxul să funcționeze. Acest pas pregătește placa pentru lipire. De asemenea, se asigură că fluxul poate curăța oxizii. Dacă încălziți placa încet, la 1-3 °C pe secundă, evitați schimbările rapide în temperatură. Schimbările rapide pot provoca stres termic.
Iată un tabel cu cele mai bune setări ale profilului de temperatură:
|
Parametrul profilului de temperatură |
Interval recomandat / Descriere |
|---|---|
|
Temperatura de preîncălzire |
100 °C până la 150 °C |
|
Temperatura băii de lipit |
250 °C până la 300 °C |
|
Rata de răcire |
2–4 °C pe secundă |
|
Mediul azotat |
250 °C–270 °C pentru îmbinări fără goluri |
|
Monitorizarea temperaturii |
Utilizați termocupluri sau senzori IR |
|
Calibrarea echipamentelor |
Calibrare periodică |
Notă: Răcirea plăcii la 2–4 °C pe secundă împiedică îndoirea PCB-ului. De asemenea, menține îmbinările sudate rezistente.
Timpul de staționare
Timp de repaus este durata de timp în care placa intră în contact cu valul de lipit. Trebuie să urmăriți cu atenție acest timp. Dacă placa rămâne prea mult timp în lipit, poate deteriora părțile sensibile. Se pot produce fenomene precum ridicarea firului de legătură, deteriorarea matriței sau topirea plasticului. Timpii de staționare mai lungi înseamnă mai multă căldură, ceea ce crește stresul termic. Utilizați cea mai scăzută temperatură care vă permite să lipiți în doar câteva secunde. Astfel, timpul de staționare rămâne scurt. Lăsarea plăcii să se răcească între îmbinări împiedică acumularea căldurii.
-
Un timp de staționare prea lung înseamnă un risc mai mare de deteriorare.
-
Un timp de staționare prea scurt înseamnă îmbinări slabe ale lipiturii.
-
Trebuie să găsiți perioada potrivită pentru consiliul dumneavoastră.
Sensibilitatea componentelor
Unele piese sunt mai sensibile la căldură decât altele. Verificați întotdeauna specificațiile fiecărei piese înainte de a le lipi. Modificați viteza de lipire și temperatura echipamentului pentru piesele cele mai sensibile. Dacă temperatura este prea ridicată, îmbinările lipite pot deveni fragile sau placa se poate crăpa. Dacă temperatura este prea scăzută, lipitura poate să nu curgă bine. Acest lucru poate duce la îmbinări slabe. Control bun al temperaturii și o muncă atentă ajută la prevenirea formării de punți de lipit și a altor probleme. Astfel, stresul termic este menținut la un nivel cât mai scăzut posibil.
Minimizarea stresului termic
Preîncălzire
Puteți reduce stresul termic încălzind lent placa PCB. Încălziți placa înainte ca aceasta să intre în contact cu valul de lipit. Acest lucru ajută fluxul să curățe metalul și îmbunătățește curgerea lipitului. Preîncălzirea previne, de asemenea, șocul termic, care poate sparge piese sau deteriora îmbinările lipite. Pentru rezultate optime, mențineți temperatura de preîncălzire între 105 °C și 145 °C. Mențineți placa la această temperatură suficient timp pentru ca fluxul să acționeze, dar nu atât de mult încât să se ardă.
Sfat: Preîncălzirea ajută fluxul să funcționeze și încălzește placa în mod uniform. Acest lucru menține piesele sensibile mai sigure în timpul lipirii.
Controlul valului de lipire
Trebuie să controlați valul de lipire pentru a menține stresul termic la un nivel scăzut. Modificați înălțimea valului, timpul de contact și temperatura de lipire pentru placa dvs. Utilizați senzori și verificați frecvent pentru a menține aceste setări constante. Tabelul de mai jos prezintă cele mai bune intervale pentru fiecare setare:
|
Parametru |
Interval/valoare recomandată |
Scopul/Efectul asupra stresului termic și calității lipirii |
|---|---|---|
|
Înălțimea valului |
8–12 mm |
Asigurați-vă că plăcuțele ating lipitura, dar nu stropesc; o poziție prea joasă înseamnă circuite deschise, iar una prea înaltă înseamnă stropire și punte. |
|
Timp de contact |
2 secunde (componente mici), 4 secunde (componente mari cu orificiu traversant) |
Oferă suficient timp pentru lipire fără prea multă căldură, echilibrând umezirea și stresul termic. |
|
Rata de răcire |
3–6 °C/s |
Răcirea rapidă, dar constantă, oprește stresul termic și fisurile; o răcire prea rapidă provoacă stres, iar una prea lentă slăbește îmbinările. |
|
Temperatura de preîncălzire |
105–145 °C |
Activează fluxul și oprește șocul termic; o valoare prea mică înseamnă că fluxul nu funcționează, o valoare prea mare arde fluxul și provoacă oxidarea. |
|
Temperatura de lipire |
Fără plumb: 250–270 °C; Cu plumb: 230–250 °C |
Se potrivește cu punctul de topire al lipiturii, astfel încât piesele să nu se deterioreze. |
|
Viteza conveiorului |
0,8–1,5 m/min (variază în funcție de complexitatea PCB-ului) |
Controlează durata de expunere a plăcii la valul de lipit; o expunere prea rapidă duce la îmbinări reci, iar una prea lentă duce la supraîncălzire și schimbarea culorii. |
-
Utilizați lipit cu un coeficient de dilatare termică apropiat de cel al plăcii.
-
Setați temperatura și timpul de lipire pentru a opri supraîncălzirea.
-
Alegeți o viteză de răcire lentă și constantă pentru a preveni apariția fisurilor.
-
Modificați toate setările pentru placa și echipamentul dvs.
-
Utilizați azot pentru a opri oxidarea și a îmbunătăți lipirea.
Notă: Pentru plăcile multistrat, utilizați reliefuri termice rotative și mențineți-le la cel puțin 0,4 mm. Acest lucru ajută la reducerea tensiunii pe axa Z și împiedică îndoirea plăcii.
Bariere termice
Barierele termice protejează părțile sensibile de căldura excesivă. Puteți utiliza scuturi din aluminiu sau ceramică pentru a bloca căldura. Capacele sau capacele temporare rețin căldura până când placa este gata. Aceste metode ajută toate piesele să se încălzească la aceeași viteză, ceea ce reduce stresul termic.
-
Scuturile și barierele protejează părțile delicate împotriva căldurii.
-
Acestea ajută placa să se încălzească mai uniform.
-
Evitați încălzirea rapidă sau inegală, care poate provoca fisuri sau îmbinări slabe.
Alerta: Verificați întotdeauna dacă barierele termice se potrivesc bine și nu blochează valul de lipit să ajungă la plăcuțe.
Selectarea fluxului
Alegerea fluxului potrivit este importantă pentru reducerea stresului termic. Alegeți un flux cu nivelul de activitate potrivit pentru temperatura dvs. Verificați conținutul de solide, deoarece acesta afectează modul în care fluxul funcționează la căldură. Asigurați-vă că fluxul este compatibil cu placa și componentele dvs. pentru a preveni deteriorarea.
-
Alegeți fluxul în funcție de nivelul de activitate pentru o activare bună.
-
Verificați conținutul de solide pentru o bună performanță la căldură.
-
Asigurați-vă că fluxul este compatibil cu placa și componentele dvs.
Sfat: Preîncălzirea ajută fluxul să funcționeze mai bine, reduce șocul termic și ajută la lipirea lipiturii. Acest pas asigură îmbinări puternice și fiabile.
Controlul proceselor
Monitorizare
Este important să urmăriți procesul de lipire selectivă cu undă în timp ce acesta se desfășoară. Mașinile moderne utilizează instrumente speciale pentru a verifica temperatura, înălțimea undei și fluxul de azot. Aceste instrumente vă ajută să identificați problemele înainte ca acestea să afecteze plăcile. Când primiți feedback imediat, puteți modifica rapid setările. Astfel, procesul rămâne stabil și ușor de repetat.
Iată un tabel cu unele dintre cele mai bune sisteme de monitorizare și funcțiile acestora:
|
Sistem de monitorizare a temperaturii |
Descriere |
Contribuție la fiabilitatea procesului |
|---|---|---|
|
Pirometru optic |
Măsoară temperatura reală a PCB-ului și utilizează controlul în buclă închisă |
Oferă citiri exacte ale temperaturii și feedback pentru o calitate constantă a lipirii |
|
Monitorizarea digitală a fluxului de azot |
Verifică presiunea și debitul azotului pentru a menține nivelul și temperatura constantă a vasului de lipit. |
Menține condițiile vasului de lipit stabile și repetabile, mai bine decât sondele vechi |
|
Calea azotului supraîncălzit |
Încălzește azotul din interiorul vasului de lipit și de-a lungul traseului de lipit |
Oprește schimbările de temperatură în valul de lipire, făcând procesul mai stabil |
|
Monitorizarea înălțimii valurilor |
Utilizează verificări rezistive și feedback în buclă închisă pentru a menține înălțimea valului în limita ±0,005 inchi. |
Necesar pentru lipirea pieselor mici, apropiate între ele, cu precizie ridicată |
|
Controlul temperaturii PID |
Controlează temperatura crestei valului de lipire între 0 și 400 °C cu tehnologie servomotor cu buclă închisă |
Oferă un control precis și repetabil al temperaturii și poziționarea în timpul lipirii |
|
Sistem de vizualizare pentru lipire |
Urmărește și înregistrează procesul de lipire în timp real |
Ajută la urmărirea procesului și la verificarea calității imediat |
|
Preîncălzire partea superioară |
Menține placa caldă în timpul lipirii, potrivit pentru plăci grele |
Asigură o distribuție mai bună a căldurii și ajută la lipirea lipiciului, oferind rezultate constante. |
Puteți utiliza, de asemenea, camere și alarme care funcționează în timp real. Aceste instrumente vă ajută să identificați rapid problemele și să mențineți buna funcționare a sistemului.
Validare
Trebuie să verificați procesul pentru a respecta normele de calitate și a vă asigura că îmbinările sudate sunt rezistente. Validarea înseamnă verificarea fiecărei etape, de la materiale până la setările mașinii. Începeți prin a crea un diagramă a fluxului procesului și căutați posibile defecțiuni. Testați procesul atât la setările minime, cât și la cele maxime pentru temperatură, flux și viteza transportorului. Astfel veți vedea dacă procesul funcționează în toate situațiile.
|
Procedura recomandată / Considerații |
|
|---|---|
|
Variabile de proces |
Urmăriți și notați tipul de lipit, tipul și utilizarea fluxului, temperaturile băii și zonei, înălțimea valului și viteza transportorului. |
|
Analiza fluxului de procese |
Începeți cu un diagramă a fluxului procesului (PFD) și o analiză a efectelor modului de defectare a procesului (pFMEA) pentru a identifica riscurile cheie. |
|
Studii de validare |
Testați setările procesului la limitele maxime (cum ar fi temperaturi scăzute/ridicate, cantități de flux, viteze ale lanțului) pentru a verifica calitatea. |
|
Metode de inspecție |
Utilizați verificări vizuale și scanări cu raze X pentru a verifica, dar nu doar pentru validare. |
|
Monitorizare continuă |
Înregistrați întotdeauna setările procesului și comparați-le cu cele bune pentru un control mai bun. |
|
Dimensiunea eșantionului și criteriile |
Folosiți experiența sau metodele matematice; verificați mai întâi probele cu ochiul liber și testați funcționalitatea tuturor. |
|
Calificarea operatorului |
Asigurați-vă că operatorii sunt instruiți, certificați și verificați din punct de vedere al calității, ca parte a procesului de validare. |
|
Etapele de calificare |
Utilizați calificarea instalării (IQ), calificarea operațională (OQ) și calificarea performanței (PQ). |
Sfat: Urmărirea și verificarea continuă a procesului vă ajută să identificați problemele din timp. Astfel, procesul rămâne eficient, iar produsele sunt sigure.
Proiectare PCB
Sfaturi pentru aspect
Puteți îmbunătăți rezistența PCB-ului la căldură prin crearea de zone termice. Aceste zone ajută placa să se încălzească lent și uniform. Utilizați canale de răcire termică în planurile de alimentare pentru a îndepărta căldura din punctele fierbinți. Acest lucru împiedică placa să se încălzească prea mult. Așezați piesele cu necesități termice diferite în zone separate. Acest lucru protejează piesele sensibile de căldura excesivă. Rulați modelarea stresului termic încă din faza incipientă a proiectării. Acest lucru vă ajută să identificați și să remediați punctele critice înainte de a construi placa.
Iată câteva strategii de amenajare care vă pot ajuta să gestionați căldura:
-
Adăugați releefuri termice pentru a conecta plăcuțele la plane pentru un flux termic mai bun.
-
Echilibrează cuprul pe placă pentru a opri deformarea și răsucirea.
-
Folosiți turnări de cupru și furturi pentru a distribui căldura uniform.
-
Verificați proiectul cu ajutorul instrumentelor de simulare pentru a identifica eventualele probleme termice.
Sfat: Utilizare palete sau dispozitive de fixare în timpul lipirii pentru a susține placa și a opri deformarea.
Alegerea componentelor
Alegeți piese care pot suporta căldura lipire selectivă cu undă. Majoritatea pieselor fără plumb trebuie să ia 250 °C până la 260 °C. Verificați întotdeauna temperatura maximă pe care o poate suporta fiecare componentă, în special în cazul condensatoarelor electrolitice și microcontrolerelor. Utilizați profilare termică instrumente pentru a seta temperatura potrivită pentru piesele cele mai sensibile. Alegeți grosimea plăcii și greutatea cuprului în funcție de necesitățile dvs. de încălzire. Plăcile mai groase pot necesita temperaturi de preîncălzire mai ridicate pentru o încălzire uniformă.
-
Alegeți piese cu toleranță ridicată la căldură.
-
Așezați piesele sensibile departe de zonele cele mai fierbinți.
-
Programarea mișcării duzei de lipit pentru a limita căldura pe părțile delicate.
-
Utilizați fluxul și preîncălzirea în funcție de necesitățile fiecărei piese.
Greșeli frecvente
Mulți proiectanți fac greșeli care pot deteriora placa în timpul lipirii. Evitați aceste erori frecvente:
-
Nu se realizează profilarea termică, ceea ce duce la încălzire și răcire inegale.
-
Alegerea materialelor PCB cu proprietăți termice slabe sau rate de expansiune nepotrivite.
-
Așezarea pieselor prea aproape una de alta, ceea ce duce la acumularea căldurii și la apariția punctelor fierbinți.
-
Utilizarea unor dimensiuni incorecte ale orificiilor pentru piesele cu orificii traversante, ceea ce duce la îmbinări slabe prin lipire.
-
Setare temperaturi sau durate de lipire prea ridicate sau prea scăzute, ceea ce provoacă deteriorarea plăcuțelor sau îmbinări reci.
Puteți preveni aceste probleme prin efectuarea de simulări termice, utilizarea profilurilor de încălzire adecvate și menținerea echipamentelor în stare bună.
Puteți obține o lipire selectivă bună cu undă urmărind îndeaproape procesul și proiectând bine PCB-ul. Utilizați monitorizarea în timp real pentru a identifica rapid problemele. Păstrați înălțimea valurilor, fluxul și temperatura în intervalul corect. Acest lucru ajută la evitarea greșelilor și face ca îmbinările sudate să fie rezistente. Preîncălzirea plăcii ajută la protejarea pieselor. Utilizarea azotului și setarea corectă a vitezei transportorului contribuie, de asemenea, la o mai bună lipire a lipiturii. Urmăriți valorile importante și modificați rapid setările dacă observați o problemă.
Dacă urmați aceste sfaturi, veți face mai puține greșeli., economisi energie, iar plăcile dvs. vor dura mai mult.
ÎNTREBĂRI FRECVENTE
Care este cea mai bună metodă de prevenire a șocului termic în timpul lipirii selective cu undă?
Ar trebui să preîncălziți PCB-ul încet. Acest lucru ajută placa și componentele să se încălzească împreună. Preîncălzirea previne apariția fisurilor sau ridicarea padurilor din cauza schimbărilor rapide de temperatură.
Cum alegeți fluxul potrivit pentru lipirea selectivă cu undă?
Alegeți un flux compatibil cu temperatura de lipire și placa dvs. Verificați nivelul de activitate și conținutul de solide. Fluxul potrivit facilitează curgerea lipirii și reduce stresul termic asupra pieselor sensibile.
De ce este important timpul de staționare în lipirea selectivă cu undă?
Timpul de staționare înseamnă cât timp placa dvs. atinge valul de lipit. Un timp prea lung generează prea multă căldură și poate deteriora componentele. Un timp prea scurt duce la îmbinări slabe. Trebuie să găsiți timpul optim pentru placa dvs.
Se poate utiliza lipirea selectivă cu undă pentru toate tipurile de PCB?
Puteți utiliza lipire selectivă cu undă pentru majoritatea plăcilor cu orificii și mixte. Plăcile foarte compacte sau sensibile la căldură necesită o atenție specială. Verificați întotdeauna specificațiile pieselor și efectuați mai întâi profilarea termică.