Mi az ólommentes forrasztás reflow forrasztási hőmérséklete?

Ha valaha is dolgozott elektronikai gyártásban – akár okostelefonokat, autóipari nyomtatott áramköröket vagy fogyasztói hordható eszközöket épített –, akkor valószínűleg hallotta már az „újrafolyós forrasztás” kifejezést. És ha ólommentes forrasztóanyagot használ (ami a legtöbb régióban kötelező, köszönhetően a környezetvédelmi előírásoknak, például az RoHS-nek), mindenki felteszi a nagy kérdést: mi a megfelelő forrasztási hőmérséklet? Reflow forrasztási beszállítóként, aki több mint egy évtizede dolgozott SMT-csapatokkal, túl sok projektet láttam félrecsúszni a rossz hőmérsékleti profil miatt – vagy túl meleg és égnek az alkatrészek, túl hidegek és az illesztések törékenyek. Fogalmazzuk meg ezt egyszerűen, ne zsargon túlterheltség, csak egy valódi beszéd valakitől, aki hetente foglalkozik a szedő- és elhelyező gépekkel és a visszafolyó sütőkkel.

Először is tisztázzuk az alapokat: az ólommentes forrasztóanyag nem olyan, mint a régi ólmozott anyagok, amelyek kellemesen 183 °C-on (361 °F) olvadtak meg. Manapság a legelterjedtebb ólommentes ötvözet a SAC305 – ón, ezüst, réz –, mert egyensúlyban tartja az erőt, a megfizethetőséget és a megfelelőséget. Olvadáspontja 217°C (423°F) körül van, tehát a visszafolyó profilodnak ezt kell eltalálnia, de ez nem olyan egyszerű, mint a sütőt felforgatni, amíg a forrasztás ki nem folyik. Meg kell építeni egy profilt meghatározott szakaszokkal, hogy elkerülje a táblák vagy alkatrészek megölését.

Nézzük végig a szabványos ólommentes újrafolyó profil négy fő szakaszát. Az első szakasz előmelegítés, általában 150°C és 200°C között (302°F és 392°F között) 60-120 másodpercig. Ez két nagy dolgot tesz: kiszárítja a forrasztópasztán lévő folyasztószert (a folyasztószer az a piszkos anyag, amely megtisztítja a fémfelületeket, így a forrasztás megtapad), és egyenletesen felmelegíti a táblát, hogy ne érje hősokk. A hősokk az, amikor egy hideg PCB-t egyszerre felrobbant a hő – megdöbbenne, mennyi apró repedés a NYÁK-ban vagy a chip-ellenállások mikrorepedései keletkeznek, ha ezt a szakaszt kihagyjuk. Ha kisebb összeállítást használ, például a prototípus készítéséhez használt 3 zónás újrafolyó sütőket, akkor előfordulhat, hogy módosítania kell az előmelegítési időt, mert a kisebb táblák gyorsabban melegszenek fel.

A második szakasz az áztatási szakasz, amelyet sok új srác kihagy vagy rohan. Itt tartja az előmelegítési hőmérsékletet – általában 180–200 °C (356–392 °F) – további 60–90 másodpercig. Itt az a cél, hogy az összes (nagy és kicsi) alkatrészt ugyanarra a hőmérsékletre érjük el, és győződjön meg arról, hogy a fluxus elég aktív ahhoz, hogy eltávolítsa az oxidációt a betétről és a forrasztógolyóról. Ha nem áztatja be eléggé, hideg hézagokat kap – azokat a tompa, szemcsés kötéseket, amelyek idővel megszakadnak, ami rémálom a helyszíni hibák miatt. Emlékszem egy ügyfélre, aki olcsó 3 zónás sütőt használt, és kihagyta az áztatást; tábláik 30%-át kellett átdolgozniuk. Ekkor javasoltuk a frissítést egy pontosabb egységre, például aHW-R10 tízzónás reflow forrasztósütő SMT összeszereléshez, amelynek külön zónái vannak a köröm áztatási hőmérsékletének tökéletesre.

Következik a reflow szakasz, az a rész, ami mindenkit érdekel. Itt éri el a maximumot 245°C-on (473°F), igaz? Várj, várj – ne érd el teljes gőzzel pontosan azt a csúcsot. Enyhe rámpát szeretne elérni a csúcsig, mindössze 10-15 másodperccel a SAC305 217°C-os olvadáspontja felett. Miért? Mert az olyan alkatrészek, mint az IC-k, nem bírják sokáig a szuper magas hőt. A legtöbb szabványos SMT alkatrész 260°C-os maximális besorolással rendelkezik, így ezt soha nem akarja túllépni. Túl sok új mérnököt látok, akik 250°C-ra állítják a csúcsot, mert „gyorsan elvégzi a munkát” – de így megöli a BGA-kat vagy a kényes csatlakozókat. A kulcs itt az, hogy a hőmérsékletet az egész táblán figyeljük, nem csak egy helyen. Ha egy nagy teljesítményű alkatrész ül egy apró 0201-es chip mellett, annak hőigénye eltérő lesz, így a többzónás sütő nem alku tárgya a konzisztencia érdekében. AÁramköri elektronikus NYÁK-gyártó berendezésekoldalon található egy nagyszerű részletezés arról, hogy a zónák száma hogyan befolyásolja a profil pontosságát, ezért ellenőrizze ezt, ha csak most kezdi.

Aztán ott van a lehűlés szakasz, amelyet gyakran figyelmen kívül hagynak, de rendkívül fontos. Le kell hűteni a táblát szobahőmérsékletre (vagy legalább 75°C/167°F) 30-60 másodperc alatt, és egyenletes, lassú lehűlésnek kell lennie, nem pedig hirtelen hideg levegőnek. A gyors lehűtés kisebbé teszi a forrasztószemcséket, ami erősebb, megbízhatóbb kötéseket hoz létre. Ha túl lassan hűt, nagyobb szemcséket kap, amelyek törékenyebbek – semmire sem jó, különösen az autóipari vagy egészségügyi alkatrészeknél, amelyek rezgést vesznek igénybe. Egyszer dolgoztam egy repülőgép-ügyfelünkkel, aki átváltott a miénkhezHW-R816Z Nyolczónás, kettős szállítószalagos visszafolyó sütő SMT-hezmert a régi kemencéjük gyenge hűtésű volt; egyik napról a másikra 40%-kal csökkentették ízületi meghibásodásukat. A kettős szállítószalagok akkor is előnyösek, ha nagy mennyiséget futtat, mivel egyszerre két táblát készíthet keresztszennyeződés nélkül.

Nos, itt van a lényeg: nincs mindenki számára megfelelő profil. Ez függ a tábla méretétől, az összetevők keverékétől, és még a forrasztópaszta gyártójának specifikációitól is. Egyes forrasztópaszták rövidebb áztatási időt, mások magasabb csúcsot igényelnek. Ezért a tesztelés nem alku tárgya. Mindig azt mondom az ügyfeleknek, hogy futtassanak egy teszttáblát hőelemekkel különböző helyekre – nagy alkatrészekre, kis chipekre, PCB élekre –, hogy megbizonyosodjanak arról, hogy minden pont az ajánlott tartományon belül van. Ha kis volumenű prototípusokat készít, nincs szüksége óriási, tízzónás sütőre; egy kompaktForgácskészítő gép CNC pick and place3 zónás reflow sütővel párosítva jól működik. Közepes hangerőhöz egy 6 zónás egység aGyártó gépek mikroszedéshez és kihelyezéshezA vonal tökéletes, mert egyensúlyba hozza a pontosságot és a sebességet anélkül, hogy megtörné.

Várj, beszéljünk a gyakori hibákról. Először is, figyelmen kívül hagyva az alkatrészek hőmérséklet-érzékenységét. Valami, mint egy LED, alacsonyabb maximális hőmérsékletű lehet, mint egy mikrokontrollernek, ezért a profilt a leggyengébb láncszemhez kell állítani. Másodszor a fluxus tevékenység figyelmen kívül hagyása. Ha a visszafolyási hőmérséklet túl alacsony, a fluxus nem aktiválódik megfelelően, ami üregeket eredményez. Az üregek kis légbuborékok a forrasztási kötésekben – gyengítik a kapcsolatot, és nagy igénybevételnek kitett alkalmazásoknál ez egy időzített bomba. Harmadszor, a sütő túlzsúfoltsága. Ha túl közel helyezi el a táblákat egymáshoz, a forró levegő rosszul kering, így a profilja következetlen lesz. Mindig hagyjon helyet a sütőben a deszkák között, és ellenőrizze a szállítószalag sebességét a zóna hőmérsékletével.

Egy másik nagy: megfelelés. A legtöbb régióban jelenleg megkövetelik az ólommentes forrasztást, így a túl alacsony hőmérsékletű profilú sarkok levágása miatt termékei elakadnak a vámon, vagy kitiltják a piacokról. Voltak olyan ügyfeleim, akik egy rossz adag után jöttek hozzám, mert ólmozott forraszprofilt használtak ólmozott lapokon – teljes katasztrófa. Ragaszkodjon a SAC305-höz (vagy SAC-Q-hoz, ha jobb magas hőmérséklet-ellenállásra van szüksége), és ragaszkodjon a már említett hőmérséklet-tartományokhoz.

Ha még csak az első újrafolyó vezetéket állítja be, ne spóroljon a felszereléssel. Egy olcsó, név nélküli sütővel pénzt takaríthat meg előre, de a rossz illesztések és a meghibásodott prototípusok utómunkálatai megölik a költségvetést. A profilok testreszabását lehetővé tevő megbízható újrafolyó sütőbe való befektetés minden fillért megér. Több tucat kis üzletnek segítettünk a prototípus-készítéstől a teljes gyártásig a sütőinkkel, így tisztában vagyunk a megfelelő gép igényeinek megfelelő összeállításával.

Végső soron az ólommentes forrasztóanyag visszafolyó forrasztási hőmérséklete nem véletlen szám – ez a hő, az idő és a szabályozás egyensúlya. Állítsa be a megfelelő profilt, használja a megfelelő sütőt a térfogatának és az összetevők keverékének megfelelően, és minden alkalommal erős, megbízható forrasztási kötéseket kap. Ha még mindig azon töri a fejét, hogy melyik profil működik az Ön konkrét projektjénél, vagy frissíteni szeretné a reflow beállításait, hogy ne foglalkozzon az ízületi hibákkal, keressen fel minket, hogy megbeszéljük igényeit. Mi nem csak beszállítók vagyunk – mi vagyunk az a csapat, amely valójában a lövészárkokban van Önnel, hibaelhárítást végezve a profiloknál, és segít kiválasztani a megfelelő berendezést az SMT-vonalak zökkenőmentes működéséhez.

Hivatkozások

IPC-J-STD-020, "Nedvesség/visszafolyási érzékenységi osztályozás nem hermetikus szilárdtest felületre szerelhető eszközökhöz"
IPC-SM-817, "A forrasztott elektromos és elektronikus részegységekre vonatkozó követelmények"
SAC305 forrasztópaszta műszaki adatlapja, Indium Corporation, 2022
ROHS 2.0 2011/65/EU irányelv, Európai Parlament, 2011