Reflow peć Lemljenje

Reflow lemljenje je najčešći način pričvršćivanja komponenti za površinsku montažu na ploču, iako se može koristiti i za komponente kroz rupe popunjavanjem rupa pastom za lemljenje i umetanjem vodova komponenti kroz pastu.Budući da lemljenje valovima može biti jednostavnije i jeftinije, reflow se općenito ne koristi na čistim pločama kroz rupe.Kada se koristi na pločama koje sadrže mešavinu SMT i THT komponenti, reflow kroz rupu omogućava da se korak talasnog lemljenja eliminiše iz procesa montaže, potencijalno smanjujući troškove montaže.

Cilj procesa reflow je rastopiti lem i zagrijati susjedne površine, bez pregrijavanja i oštećenja električnih komponenti.U konvencionalnom procesu lemljenja reflow, obično postoje četiri faze, koje se nazivaju "zone", od kojih svaka ima poseban termički profil: predgrijavanje, termičko namakanje (često skraćeno na samo namakanje), reflow i hlađenje.

 

Zona predgrevanja

Maksimalni nagib je odnos temperatura/vreme koji mjeri koliko se brzo mijenja temperatura na štampanoj ploči.Zona predgrijavanja je često najduža zona i često uspostavlja brzinu kretanja.Brzina povećanja je obično negde između 1,0 °C i 3,0 °C u sekundi, često pada između 2,0 °C i 3,0 °C (4 °F do 5 °F) u sekundi.Ako brzina premašuje maksimalni nagib, može doći do oštećenja komponenti od termičkog udara ili pucanja.

Lemna pasta takođe može imati efekat prskanja.Odjeljak za predgrijavanje je mjesto gdje rastvarač u pasti počinje da isparava, a ako je brzina porasta (ili nivo temperature) preniska, isparavanje isparljivih fluksnih tvari je nepotpuno.

 

Termalna zona namakanja

Druga sekcija, termalno namakanje, je tipično izlaganje od 60 do 120 sekundi za uklanjanje isparljivih lemnih pasta i aktivaciju fluksa (vidi fluks), gdje komponente fluksa započinju oksidaciju na komponentnim vodovima i jastučićima.Previsoka temperatura može dovesti do prskanja lema ili kuglica, kao i do oksidacije paste, jastučića za pričvršćivanje i završetaka komponenti.

Slično, fluksovi se možda neće u potpunosti aktivirati ako je temperatura preniska.Na kraju zone namakanja poželjna je termička ravnoteža cijelog sklopa neposredno prije zone reflow.Predlaže se profil namakanja kako bi se smanjila svaka delta T između komponenti različitih veličina ili ako je sklop PCB-a vrlo velik.Također se preporučuje profil za namakanje kako bi se smanjilo pražnjenje u pakiranjima tipa area array.

 

Reflow zona

Treći dio, zona povratnog toka, također se naziva “vrijeme iznad reflow” ili “vrijeme iznad likvidusa” (TAL), i dio je procesa u kojem se postiže maksimalna temperatura.Važno je uzeti u obzir vršnu temperaturu, koja je maksimalno dozvoljena temperatura cijelog procesa.Uobičajena vršna temperatura je 20–40 °C iznad likvidusa. Ovu granicu određuje komponenta na sklopu sa najnižom tolerancijom na visoke temperature (komponenta koja je najosjetljivija na termičko oštećenje).Standardna smjernica je oduzimanje 5 °C od maksimalne temperature koju najranjivija komponenta može izdržati da bi se postigla maksimalna temperatura za proces.Važno je pratiti temperaturu procesa kako ne bi prekoračila ovu granicu.

Osim toga, visoke temperature (iznad 260 °C) mogu uzrokovati oštećenje unutrašnjih matrica SMT komponenti, kao i potaknuti rast intermetala.Suprotno tome, temperatura koja nije dovoljno vruća može spriječiti da se pasta adekvatno povrati.

Vrijeme iznad likvidusa (TAL), ili vrijeme iznad povratnog toka, mjeri koliko dugo je lem tečnost.Tok smanjuje površinsku napetost na spoju metala kako bi se postiglo metalurško spajanje, omogućavajući spajanje pojedinačnih kuglica praha lemljenja.Ako vrijeme profila premašuje specifikaciju proizvođača, rezultat može biti prerano aktiviranje fluksa ili potrošnja, što efektivno „suši“ pastu prije formiranja lemnog spoja.Nedovoljan odnos vrijeme/temperatura uzrokuje smanjenje djelovanja fluksa za čišćenje, što rezultira slabim vlaženjem, neadekvatnim uklanjanjem rastvarača i fluksa i mogućim defektnim lemnim spojevima.

Stručnjaci obično preporučuju najkraći mogući TAL, međutim, većina pasta navodi minimalni TAL od 30 sekundi, iako se čini da nema jasnog razloga za to određeno vrijeme.Jedna od mogućnosti je da postoje mjesta na PCB-u koja se ne mjere tokom profiliranja, pa stoga postavljanje minimalnog dozvoljenog vremena na 30 sekundi smanjuje šanse da se neizmjereno područje ne reflow.Visoko minimalno vrijeme prelijevanja također pruža marginu sigurnosti od promjena temperature pećnice.Vrijeme vlaženja idealno ostaje ispod 60 sekundi iznad likvidusa.Dodatno vrijeme iznad likvidusa može uzrokovati prekomjeran intermetalni rast, što može dovesti do krhkosti zgloba.Ploča i komponente se takođe mogu oštetiti tokom dužeg vremena tokom likvidusa, a većina komponenti ima dobro definisano vremensko ograničenje koliko dugo mogu biti izložene temperaturama preko datog maksimuma.

Premalo vremena iznad likvidusa može zarobiti rastvarače i fluks i stvoriti potencijal za hladne ili tupe spojeve, kao i šupljine od lemljenja.

 

Zona hlađenja

Posljednja zona je zona hlađenja za postepeno hlađenje obrađene ploče i učvršćivanje lemnih spojeva.Pravilno hlađenje sprječava prekomjerno formiranje intermetala ili termički udar na komponente.Tipične temperature u zoni hlađenja su u rasponu od 30–100 °C (86–212 °F).Brza brzina hlađenja je odabrana kako bi se stvorila finozrnasta struktura koja je mehanički najispravnija.

[1] Za razliku od maksimalne brzine povećanja, stopa smanjenja se često zanemaruje.Može se desiti da je brzina rampe manje kritična iznad određenih temperatura, međutim, maksimalni dozvoljeni nagib za bilo koju komponentu treba da važi bez obzira da li se komponenta zagrijava ili hladi.Obično se predlaže brzina hlađenja od 4°C/s.To je parametar koji treba uzeti u obzir prilikom analize rezultata procesa.

Termin "reflow" se koristi za označavanje temperature iznad koje će se čvrsta masa legure za lem sigurno otopiti (za razliku od toga da će samo omekšati).Ako se ohladi ispod ove temperature, lem neće teći.Zagrejan iznad njega još jednom, lem će ponovo teći - otuda "ponovno teći".

Moderne tehnike sklapanja kola koje koriste lemljenje povratnim tokom ne dopuštaju nužno da lem teče više od jednom.Oni jamče da granulirani lem sadržan u pasti za lemljenje premašuje temperaturu povratnog toka uključenog lema.

Termičko profilisanje