Reflow-lodding er en prosess der en loddepasta (en klebrig blanding av loddepulver og flussmiddel) brukes til midlertidig å feste en eller flere elektriske komponenter til kontaktputene deres, hvoretter hele enheten utsettes for kontrollert varme, som smelter loddetinn. , som permanent forbinder skjøten.Oppvarming kan oppnås ved å føre enheten gjennom en reflow-ovn eller under en infrarød lampe eller ved å lodde individuelle skjøter med en varmluftblyant.
Reflow-lodding er den vanligste metoden for å feste overflatemonterte komponenter til et kretskort, selv om den også kan brukes for gjennomgående hullkomponenter ved å fylle hullene med loddepasta og sette komponentledningene gjennom pastaen.Fordi bølgelodding kan være enklere og billigere, brukes vanligvis ikke reflow på rene gjennomhullsplater.Når det brukes på brett som inneholder en blanding av SMT- og THT-komponenter, lar reflow gjennom hull at bølgeloddetrinnet elimineres fra monteringsprosessen, noe som potensielt reduserer monteringskostnadene.
Målet med reflow-prosessen er å smelte loddetinn og varme de tilstøtende overflatene, uten å overopphete og skade de elektriske komponentene.I den konvensjonelle reflow-loddeprosessen er det vanligvis fire trinn, kalt "soner", som hver har en distinkt termisk profil: forvarming, termisk bløtlegging (ofte forkortet til bare bløtlegging), reflow og avkjøling.
Forvarmingssone
Maksimal helning er et temperatur/tidsforhold som måler hvor raskt temperaturen på kretskortet endres.Forvarmingssonen er ofte den lengste av sonene og etablerer ofte rampehastigheten.Opprampingshastigheten er vanligvis et sted mellom 1,0 °C og 3,0 °C per sekund, og faller ofte mellom 2,0 °C og 3,0 °C (4 °F til 5 °F) per sekund.Hvis hastigheten overskrider maksimal helling, kan det oppstå skade på komponenter fra termisk sjokk eller sprekker.
Loddepasta kan også virke sprutende.Forvarmingsseksjonen er der løsningsmidlet i pastaen begynner å fordampe, og hvis stigningshastigheten (eller temperaturnivået) er for lav, er fordampningen av fluksflyktige stoffer ufullstendig.
Termisk bløtleggingssone
Den andre seksjonen, termisk bløtlegging, er typisk en eksponering på 60 til 120 sekunder for fjerning av flyktige stoffer i loddepasta og aktivering av fluksene (se fluks), hvor flukskomponentene begynner oksidereduksjon på komponentledninger og pads.For høy temperatur kan føre til loddesprut eller kuling samt oksidasjon av pastaen, festeputene og komponentavslutningene.
På samme måte kan det hende at fluksene ikke aktiveres helt hvis temperaturen er for lav.Ved enden av bløtleggingssonen ønskes en termisk likevekt av hele sammenstillingen like før reflow-sonen.En sugeprofil er foreslått for å redusere eventuell delta T mellom komponenter av varierende størrelse eller hvis PCB-enheten er veldig stor.En bløtleggingsprofil anbefales også for å redusere tomrom i pakker av type array.
Reflow sone
Den tredje seksjonen, reflow-sonen, blir også referert til som "time above reflow" eller "time above liquidus" (TAL), og er den delen av prosessen hvor maksimal temperatur nås.En viktig vurdering er topptemperatur, som er den maksimalt tillatte temperaturen for hele prosessen.En vanlig topptemperatur er 20–40 °C over liquidus. Denne grensen bestemmes av komponenten på enheten med lavest toleranse for høye temperaturer (komponenten som er mest utsatt for termisk skade).En standard retningslinje er å trekke 5 °C fra den maksimale temperaturen som den mest sårbare komponenten kan tåle for å komme frem til den maksimale temperaturen for prosessen.Det er viktig å overvåke prosesstemperaturen for å forhindre at den overskrider denne grensen.
I tillegg kan høye temperaturer (over 260 °C) forårsake skade på de indre formene til SMT-komponenter samt fremme intermetallisk vekst.Omvendt kan en temperatur som ikke er varm nok forhindre at pastaen flyter tilbake tilstrekkelig.
Tid over likvidus (TAL), eller tid over reflow, måler hvor lenge loddet er en væske.Fluksen reduserer overflatespenningen ved overgangen mellom metallene for å oppnå metallurgisk binding, slik at de individuelle loddepulverkulene kan kombineres.Hvis profiltiden overskrider produsentens spesifikasjoner, kan resultatet være for tidlig fluksaktivering eller forbruk, som effektivt "tørker" pastaen før dannelsen av loddeforbindelsen.Et utilstrekkelig forhold mellom tid og temperatur forårsaker en reduksjon i flussmidlets rensevirkning, noe som resulterer i dårlig fukting, utilstrekkelig fjerning av løsemiddel og flussmiddel, og muligens defekte loddeforbindelser.
Eksperter anbefaler vanligvis kortest mulig TAL, men de fleste pastaer spesifiserer et minimum TAL på 30 sekunder, selv om det ikke ser ut til å være noen klar grunn for den spesifikke tiden.En mulighet er at det er steder på kretskortet som ikke blir målt under profilering, og derfor reduseres sjansen for at et umålt område ikke flyter tilbake ved å sette den minste tillatte tiden til 30 sekunder.En høy minimumsreflowtid gir også en sikkerhetsmargin mot ovnstemperaturendringer.Fuktingstiden holder seg ideelt under 60 sekunder over liquidus.Ytterligere tid over liquidus kan forårsake overdreven intermetallisk vekst, noe som kan føre til skjøthet i leddene.Platen og komponenter kan også bli skadet i lengre tid over liquidus, og de fleste komponenter har en veldefinert tidsbegrensning for hvor lenge de kan utsettes for temperaturer over et gitt maksimum.
For kort tid over liquidus kan fange løsemidler og flussmiddel og skape potensiale for kalde eller matte skjøter samt loddehull.
Kjølesone
Den siste sonen er en kjølesone for gradvis å avkjøle det behandlede bordet og størkne loddeforbindelsene.Riktig kjøling hindrer overflødig intermetallisk dannelse eller termisk sjokk til komponentene.Typiske temperaturer i kjølesonen varierer fra 30–100 °C (86–212 °F).En rask kjølehastighet er valgt for å skape en finkornstruktur som er mest mekanisk forsvarlig.
[1] I motsetning til den maksimale opprampingshastigheten, ignoreres ofte nedtrappingshastigheten.Det kan være at rampehastigheten er mindre kritisk over visse temperaturer, men den maksimalt tillatte helningen for enhver komponent bør gjelde enten komponenten varmes opp eller kjøles ned.En kjølehastighet på 4°C/s er vanligvis foreslått.Det er en parameter å vurdere når man analyserer prosessresultater.
Begrepet "reflow" brukes for å referere til temperaturen over hvilken en fast masse av loddelegering er sikker på å smelte (i motsetning til bare å myke).Hvis den avkjøles under denne temperaturen, vil ikke loddetinn flyte.Oppvarmet over det en gang til, vil loddetinn flyte igjen - derav "re-flow".
Moderne kretsmonteringsteknikker som bruker reflow-lodding, lar ikke nødvendigvis loddet flyte mer enn én gang.De garanterer at det granulerte loddetinnet i loddepastaen overgår reflowtemperaturen til det involverte loddetinnet.
Termisk profilering
En grafisk representasjon av Process Window Index for en termisk profil.
I elektronikkindustrien brukes et statistisk mål, kjent som Process Window Index (PWI) for å kvantifisere robustheten til en termisk prosess.PWI hjelper til med å måle hvor godt en prosess "passer" inn i en brukerdefinert prosessgrense kjent som spesifikasjonsgrensen. Hver termisk profil er rangert etter hvordan den "passer" inn i et prosessvindu (spesifikasjonen eller toleransegrensen).
Sentrum av prosessvinduet er definert som null, og ytterkanten av prosessvinduet som 99%. En PWI større enn eller lik 100% indikerer at profilen ikke behandler produktet innenfor spesifikasjonen.En PWI på 99 % indikerer at profilen behandler produktet innenfor spesifikasjonen, men kjører på kanten av prosessvinduet.En PWI på 60 % indikerer at en profil bruker 60 % av prosessspesifikasjonen.Ved å bruke PWI-verdier kan produsenter bestemme hvor mye av prosessvinduet en bestemt termisk profil bruker.En lavere PWI-verdi indikerer en mer robust profil.
For maksimal effektivitet beregnes separate PWI-verdier for topp-, helnings-, reflow- og soak-prosesser for en termisk profil.For å unngå muligheten for at termisk sjokk påvirker utgangen, må den bratteste skråningen i den termiske profilen bestemmes og utjevnes.Produsenter bruker spesialbygd programvare for nøyaktig å bestemme og redusere brattheten i skråningen.I tillegg kalibrerer programvaren også automatisk PWI-verdiene for topp-, helnings-, reflow- og soak-prosessene.Ved å angi PWI-verdier kan ingeniører sikre at reflow-loddearbeidet ikke overopphetes eller avkjøles for raskt.
Innleggstid: Mar-01-2022