Запрос Цитировать

Запись: A Comprehensive Guide To Nitrogen In Reflow Soldering

Главная / Блог

Исчерпывающее руководство по использованию азота при пайке оплавлением

"http

Проблема окисления при пайке оплавлением

В современном производстве электроники процесс пайки оплавлением является основой для сборки компонентов по технологии поверхностного монтажа (SMT) на печатной плате (PCB). Этот сложный метод включает в себя нанесение паяльной пасты на печатную плату, тщательное размещение компонентов, а затем нагрев всей сборки в печи для пайки. Под воздействием тепла припой расплавляется, создавая постоянные и надежные электрические соединения. Хотя этот процесс незаменим, он сталкивается с серьезной и повсеместной проблемой: окислением.

Когда сборка нагревается в присутствии окружающего воздуха, кислород, содержащийся в атмосфере, вступает в реакцию с расплавленным припоем и металлическими поверхностями площадок печатной платы и выводов компонентов. Эта химическая реакция, известная как окисление, образует тонкий слой оксидов металлов, который может сильно ухудшить качество пайки. Этот оксидный слой действует как барьер, не позволяя припою должным образом "смачивать" поверхности, с которыми он должен соединиться. Это может привести к целому ряду серьезных дефектов, включая слабые или неполные соединения, отслаивание припоя и образование пустот внутри паяного соединения. [Источник: AIM Solder]. Такие проблемы не только приводят к плохой электропроводности, но и значительно снижают долговременную надежность и долговечность электронного устройства.

Чтобы справиться с этими проблемами, производители прибегли к высокоэффективному решению: введению азота в печь доводки. Азот - инертный газ, то есть он не вступает в реакцию с другими элементами даже при высоких температурах. Заполнение камеры печи высокочистым азотом резко снижает концентрацию кислорода, создавая инертную атмосферу, которая защищает сборку от окисления на критических этапах нагрева и охлаждения. В результате получается гораздо более чистый и эффективный процесс пайки, который дает улучшенное качество паяного соединения, превосходное смачивание и значительное сокращение дефектов. Это в конечном итоге повышает производительность и срок службы конечного продукта [Источник: Epec Engineered Technologies].

Как азотный экран предотвращает окисление

Внутри печь для расплавленияСочетание высоких температур и окружающего воздуха создает идеальный шторм для окисления. Кислород агрессивно реагирует с открытыми металлическими поверхностями паяльной пасты, выводами компонентов и площадками печатных плат, образуя тонкий слой металлических оксидов. Эта оксидная пленка действует как неподатливый барьер, препятствуя образованию прочного, надежного металлургического соединения между припоем и компонентом.

Чтобы противостоять этому, в камере печи создается инертная атмосфера путем закачивания чистого азота, который эффективно вытесняет кислород. Будучи практически нереактивным газом, азот образует защитный экран вокруг сборки. Снижая уровень кислорода до 10-20 частей на миллион (PPM), этот экран практически полностью исключает возможность окисления [Источник: AIM Solder]. Такая среда особенно важна для современных процессов бессвинцовой пайки, которые требуют более высоких температур и поэтому гораздо больше подвержены быстрому окислению.

Основными преимуществами этого азотного экрана являются значительно улучшенное смачивание припоя и заметное уменьшение образования пустот.

  • Улучшенная смачиваемость припоя: В бескислородной среде поверхностное натяжение расплавленного припоя естественным образом снижается. Это позволяет ему более эффективно растекаться и распределяться по металлическим поверхностям площадок и выводов в процессе, известном как смачивание. Без оксидной пленки, блокирующей соединение, припой достигает прямого, чистого соединения с основными металлами. В результате получаются более прочные, надежные соединения с превосходным формированием галтели, создающие более надежное механическое и электрическое соединение [Источник: Air Products].
  • Уменьшение образования пустот: Пустоты - это небольшие пузырьки газа или паров флюса, которые задерживаются в паяном соединении при его застывании. Эти дефекты могут нарушить механическую прочность соединения и его способность проводить тепло и электричество. Хотя образованию пустот может способствовать множество факторов, наличие оксидов является основным виновником, поскольку они могут встраиваться в жидкий припой во время пайки. Азотная атмосфера сводит к минимуму образование этих оксидов, что приводит к заметному уменьшению пустот. Это особенно полезно для сложных компонентов, таких как массивы шариковых решеток (BGA). [Источник: Indium Corporation]. Предотвращая эти распространенные дефекты, производители могут значительно повысить общую надежность и качество своих узлов, что является одной из ключевых причин. Почему азот необходим для лучшей пайки.

Внедрение процесса азотной доводки

Переход на азотную среду в процессе пайки оплавлением - это стратегическое решение, которое повышает качество паяных соединений, особенно для сложных, высокоплотных и бессвинцовых сборок. Для получения максимальных преимуществ этот переход требует внесения специальных изменений в оборудование, рабочий процесс и параметры процесса.

Основные параметры оборудования и настройки

Прежде всего, ваша печь для дожига должна быть азотоустойчивой. Эти специализированные печи имеют герметичные камеры, предотвращающие попадание окружающего воздуха, и оснащены специальными портами для подачи азота и контроля внутренней атмосферы. Сам азот может подаваться двумя основными способами:

  • Генераторы азота: Эти системы всасывают окружающий воздух и отделяют азот, обеспечивая его непрерывную подачу по требованию. Они представляют собой экономически эффективное и долгосрочное решение для постоянных производственных потребностей.
  • Жидкий азот наливом: Для крупносерийного производства жидкий азот, хранящийся в больших криогенных резервуарах, является источником газа очень высокой чистоты, хотя и требует логистического планирования для регулярного пополнения запасов.

Незаменимым компонентом любой установки для азотной доводки является встроенный анализатор кислорода. Этот датчик непрерывно измеряет концентрацию кислорода внутри печи, обычно в частях на миллион (PPM), предоставляя данные в режиме реального времени, что позволяет точно контролировать инертную атмосферу.

Инертизация и продувка печи для растапливания

Суть процесса заключается в "инертизации" - вытеснении богатого кислородом воздуха внутри камеры доводки азотом. Это достигается с помощью процесса продувки:

  1. Первоначальное очищение: При запуске печи подается большой поток азота, чтобы быстро вымыть окружающий воздух и снизить уровень кислорода до желаемого заданного значения.
  2. Обслуживание процессов: После достижения целевого уровня кислорода скорость потока снижается до нижнего поддерживающего уровня. Этот постоянный поток достаточен для компенсации небольших утечек и введения новых ПХД, обеспечивая стабильный уровень PPM на протяжении всего производственного цикла.

Для процесс азотной доводкиЦелевая концентрация кислорода обычно устанавливается в диапазоне от 10 до 1 000 PPM. Идеальный уровень зависит от конкретного применения: более чувствительные компоненты и конструкции с мелким шагом выигрывают от более низких уровней кислорода.

Настройка профиля доводки для азота

Азот имеет более высокую эффективность теплопередачи по сравнению с обычным воздухом. Это означает, что профиль дожига, разработанный для воздушной среды, не подойдет для азотной атмосферы. При переходе на азот очень важно изменить профиль печи.

Многие производители обнаруживают, что могут достичь таких же или лучших результатов при более низких заданных значениях температуры. Улучшенная теплопередача означает, что печатная плата и ее компоненты быстрее и равномернее достигают заданной температуры. Это позволяет снизить пиковую температуру или сократить время пребывания над уровнем жидкости (TAL), что помогает уменьшить тепловую нагрузку на термочувствительные компоненты. Разработка нового температурный профиль для доводки это важнейший шаг для предотвращения перегрева и полного использования преимуществ азотной среды.

Лучшие операционные практики

  • Баланс чистоты и потребления: Стремление к более низкому уровню PPM кислорода обеспечивает превосходные условия для пайки, но требует более высокого расхода азота, что увеличивает эксплуатационные расходы. Очень важно определить оптимальный уровень PPM для вашего применения, который обеспечит высококачественные результаты без чрезмерных затрат. потребление азота.
  • Следите за уровнем кислорода: Постоянно отслеживайте показания датчика O2, чтобы обеспечить стабильность процесса. Любые колебания могут указывать на утечки в уплотнениях печи или недостаточный расход азота.
  • Регулярно проводите техническое обслуживание: Убедитесь, что дверцы печи и отверстия конвейера должным образом герметизированы, чтобы предотвратить потерю азота и проникновение кислорода. Регулярно обслуживание печи для расплавления имеет решающее значение для поддержания целостности инертной атмосферы и обеспечения воспроизводимости процесса.

Доказанные преимущества азота в производстве

Использование азотной атмосферы в процессах пайки - это мощная инвестиция в качество продукции, эффективность производства и долгосрочную надежность. Вытесняя кислород и предотвращая окисление на критически важных высокотемпературных этапах пайки, азотная атмосфера обеспечивает пайка и пайки волной, азот обеспечивает множество ощутимых преимуществ, которые были продемонстрированы на производственных линиях по всему миру.

Значительное сокращение числа дефектов

В стандартной воздушной атмосфере высокие температуры пайки вызывают быстрое окисление припоя, выводов компонентов и площадок печатной платы. Это окисление препятствует надлежащему смачиванию и является основной причиной распространенных дефектов пайки. Тематические исследования показали, что использование азотной среды позволяет снизить общее количество дефектов до 90%, а образование окалины при пайке волной может быть снижено до 95%. [Источник: Air Products]. Это напрямую приводит к уменьшению количества повторных обработок, снижению отходов материала и значительному увеличению выхода продукции при первом проходе.

К специфическим дефектам, которые уменьшаются благодаря азотной атмосфере, относятся:

  • Паяльные соединения: Благодаря улучшенной смачиваемости припой попадает точно на целевые площадки, а не образует непредусмотренные соединения между близко расположенными компонентами. Это критически важное преимущество для современных плат высокой плотности.
  • Недостаточное заполнение отверстий: При пайке волной инертная атмосфера позволяет расплавленному припою эффективнее проникать в сквозные отверстия с гальваническим покрытием, создавая более прочные и надежные соединения для компонентов со сквозными отверстиями.
  • Соединения холодной пайкой: Предотвращая образование оксидов, которые могут застрять в соединении, азот обеспечивает превосходное интерметаллическое соединение. Это устраняет хрупкость, связанную с холодные суставы и повышает долговечность.

Повышенная целостность и надежность паяных соединений

Наиболее значительным долгосрочным преимуществом использования азота является создание более прочных и долговечных паяных соединений. Чистые, свободные от окислов поверхности способствуют отличному смачиванию, в результате чего соединения становятся механически прочными и визуально более совершенными - часто выглядят более блестящими и гладкими. Такая повышенная прочность крайне важна в отраслях, где надежность является не просто характеристикой, а требованием.

Например, в автомобильной электронике компоненты постоянно подвергаются сильным вибрациям и экстремальным перепадам температур. Паяное соединение, сформированное в атмосфере азота, лучше выдерживает эти нагрузки в течение всего срока службы изделия, предотвращая преждевременный выход из строя таких критически важных систем, как блоки управления двигателем (ECU) и датчики подушек безопасности. Аналогичным образом, в аэрокосмической промышленности и производстве медицинского оборудования повышенная надежность, обеспечиваемая пайка азотом является ключевым фактором в соблюдении строгих стандартов безопасности и производительности [Источник: Electronics Cooling].

Расширение технологического окна и экономия средств

Азотная среда делает процесс пайки более щадящим, тем самым расширяя рабочее окно процесса. Поскольку паяемость значительно повышается, производители часто могут использовать более мягкие, малоактивные неочищаемые флюсы. Это снижает необходимость в очистке после сборки, что экономит время и деньги, а также минимизирует риск того, что остатки флюса со временем вызовут коррозию. Кроме того, улучшенная эффективность теплопередачи в атмосфере азота позволяет снизить пиковые температуры дожига, уменьшая тепловую нагрузку на чувствительные компоненты и саму печатную плату.

Несмотря на первоначальные затраты, связанные с внедрением азотной системы, долгосрочная отдача от инвестиций неоспорима. Снижение расхода припоя (за счет уменьшения количества окалины), уменьшение количества дефектов, требующих повторной обработки, потенциальное исключение этапов очистки и повышение надежности продукции - все это способствует значительной экономии средств и укреплению конкурентных позиций на рынке электроники с высокими ставками.

Источники

“`

Copyright © 2024 Shenzhen Chuxin Electronic Equipment Co., Ltd 粤ICP备09167204号

Прокрутить к верху