Återflödeslödning är en process där en lödpasta (en klibbig blandning av pulverlod och flussmedel) används för att tillfälligt fästa en eller flera elektriska komponenter på deras kontaktdynor, varefter hela enheten utsätts för kontrollerad värme, vilket smälter lodet , permanent förbindning av fogen.Uppvärmning kan åstadkommas genom att föra enheten genom en återflödesugn eller under en infraröd lampa eller genom att löda enskilda fogar med en varmluftspenna.
Återflödeslödning är den vanligaste metoden för att fästa ytmonterade komponenter på ett kretskort, även om den också kan användas för genomgående hålkomponenter genom att fylla hålen med lödpasta och föra in komponentledningarna genom pastan.Eftersom våglödning kan vara enklare och billigare, används inte reflow vanligtvis på rena genomgående hålskivor.När de används på kort som innehåller en blandning av SMT- och THT-komponenter, gör det att genomströmning av hålet kan elimineras våglödningssteget från monteringsprocessen, vilket potentiellt minskar monteringskostnaderna.
Målet med återflödesprocessen är att smälta lodet och värma de angränsande ytorna, utan att överhetta och skada de elektriska komponenterna.I den konventionella återflödeslödningsprocessen finns det vanligtvis fyra steg, kallade "zoner", var och en med en distinkt termisk profil: förvärmning, termisk blötläggning (ofta förkortad till bara blötläggning), återflöde och kylning.
Förvärmningszon
Maximal lutning är ett temperatur/tidsförhållande som mäter hur snabbt temperaturen på kretskortet ändras.Förvärmningszonen är ofta den längsta av zonerna och fastställer ofta ramphastigheten.Upprampningshastigheten är vanligtvis någonstans mellan 1,0 °C och 3,0 °C per sekund, ofta mellan 2,0 °C och 3,0 °C (4 °F till 5 °F) per sekund.Om hastigheten överskrider den maximala lutningen kan skador på komponenter uppstå från termisk stöt eller sprickbildning.
Lödpasta kan också ha en stänkeffekt.Förvärmningssektionen är där lösningsmedlet i pastan börjar avdunsta, och om stighastigheten (eller temperaturnivån) är för låg är avdunstning av flyktiga flussmedel ofullständig.
Termisk blötläggningszon
Den andra sektionen, termisk blötläggning, är typiskt en 60 till 120 sekunder lång exponering för avlägsnande av flyktiga ämnen i lödpasta och aktivering av flussmedel (se flussmedel), där flussmedelskomponenterna börjar oxidera reduktion på komponentledningar och kuddar.För hög temperatur kan leda till lödstänk eller kulning samt oxidation av pastan, fästkuddarna och komponentavslutningarna.
På samma sätt kanske flöden inte aktiveras helt om temperaturen är för låg.Vid slutet av blötläggningszonen önskas en termisk jämvikt för hela aggregatet precis före återflödeszonen.En blötläggningsprofil föreslås för att minska eventuellt delta T mellan komponenter av varierande storlekar eller om kretskortet är mycket stort.En blötläggningsprofil rekommenderas också för att minska tomrum i förpackningar av area array-typ.
Återflödeszon
Den tredje sektionen, återflödeszonen, kallas också för "tid över återflöde" eller "tid över likvidus" (TAL), och är den del av processen där den maximala temperaturen uppnås.En viktig faktor är topptemperaturen, som är den högsta tillåtna temperaturen för hela processen.En vanlig topptemperatur är 20–40 °C över likvidus. Denna gräns bestäms av den komponent på aggregatet som har lägst tolerans för höga temperaturer (den komponent som är mest mottaglig för termiska skador).En standardriktlinje är att subtrahera 5 °C från den maximala temperatur som den mest sårbara komponenten kan upprätthålla för att nå den maximala temperaturen för processen.Det är viktigt att övervaka processtemperaturen så att den inte överskrider denna gräns.
Dessutom kan höga temperaturer (över 260 °C) orsaka skador på de inre formarna i SMT-komponenter samt främja intermetallisk tillväxt.Omvänt kan en temperatur som inte är tillräckligt varm hindra pastan från att återflöda ordentligt.
Tid över likvidus (TAL), eller tid över återflöde, mäter hur länge lodet är en vätska.Flussmedlet minskar ytspänningen vid metallernas sammanfogning för att åstadkomma metallurgisk bindning, vilket gör att de individuella lödpulverkulorna kan kombineras.Om profiltiden överskrider tillverkarens specifikation, kan resultatet bli för tidig flödesaktivering eller konsumtion, vilket effektivt "torkar" pastan innan lödfogen bildas.Ett otillräckligt förhållande mellan tid och temperatur orsakar en minskning av flussmedlets rengöringsverkan, vilket resulterar i dålig vätning, otillräckligt avlägsnande av lösningsmedlet och flussmedlet och möjligen defekta lödfogar.
Experter rekommenderar vanligtvis kortast möjliga TAL, men de flesta pastor anger ett minimum TAL på 30 sekunder, även om det inte verkar finnas någon tydlig anledning till den specifika tiden.En möjlighet är att det finns ställen på kretskortet som inte mäts under profilering, och därför minskar en inställning av den minsta tillåtna tiden till 30 sekunder risken för att ett omätt område inte ska flyta om.En hög minsta återflödestid ger också en säkerhetsmarginal mot ugnstemperaturförändringar.Vätningstiden håller sig helst under 60 sekunder över liquidus.Ytterligare tid över liquidus kan orsaka överdriven intermetallisk tillväxt, vilket kan leda till sprödhet i lederna.Kortet och komponenterna kan också skadas vid längre tider över liquidus, och de flesta komponenter har en väldefinierad tidsgräns för hur länge de får utsättas för temperaturer över ett givet maximum.
För kort tid ovanför liquidus kan fånga in lösningsmedel och flussmedel och skapa risk för kalla eller slöa fogar samt lödhåligheter.
Kylzon
Den sista zonen är en kylzon för att gradvis kyla det bearbetade kortet och stelna lödfogarna.Korrekt kylning förhindrar överskott av intermetallisk bildning eller termisk chock på komponenterna.Typiska temperaturer i kylzonen sträcker sig från 30–100 °C (86–212 °F).En snabb kylningshastighet väljs för att skapa en finkornig struktur som är mest mekaniskt sund.
[1] Till skillnad från den maximala upprampningshastigheten ignoreras ofta nedrampningshastigheten.Det kan vara så att ramphastigheten är mindre kritisk över vissa temperaturer, dock bör den maximalt tillåtna lutningen för någon komponent gälla oavsett om komponenten värms upp eller kyls ner.En kylhastighet på 4°C/s föreslås vanligtvis.Det är en parameter att ta hänsyn till när man analyserar processresultat.
Termen "återflöde" används för att hänvisa till den temperatur över vilken en fast massa av lödlegering säkert kommer att smälta (i motsats till att bara mjukna).Om det kyls under denna temperatur kommer lodet inte att flyta.När lodet värms upp igen, kommer lodet att flyta igen - därav "återflyta".
Moderna kretsmonteringstekniker som använder återflödeslödning tillåter inte nödvändigtvis att lodet flödar mer än en gång.De garanterar att det granulerade lodet som finns i lödpastan överstiger återflödestemperaturen för det inblandade lodet.
Termisk profilering
En grafisk representation av Process Window Index för en termisk profil.
Inom elektroniktillverkningsindustrin används ett statistiskt mått, känt som Process Window Index (PWI) för att kvantifiera robustheten hos en termisk process.PWI hjälper till att mäta hur väl en process "passar" in i en användardefinierad processgräns känd som Specification Limit. Varje termisk profil rangordnas efter hur den "passar" i ett processfönster (specifikationen eller toleransgränsen).
Processfönstrets mitt definieras som noll, och ytterkanten av processfönstret är 99 %. En PWI större än eller lika med 100 % indikerar att profilen inte behandlar produkten inom specifikationen.En PWI på 99 % indikerar att profilen bearbetar produkten inom specifikationen, men körs i kanten av processfönstret.En PWI på 60 % indikerar att en profil använder 60 % av processspecifikationen.Genom att använda PWI-värden kan tillverkare bestämma hur mycket av processfönstret en viss termisk profil använder.Ett lägre PWI-värde indikerar en mer robust profil.
För maximal effektivitet beräknas separata PWI-värden för topp-, lutning-, återflödes- och blötläggningsprocesser för en termisk profil.För att undvika risken för termisk stöt som påverkar uteffekten, måste den brantaste lutningen i den termiska profilen bestämmas och utjämnas.Tillverkare använder specialbyggd programvara för att exakt bestämma och minska lutningens branthet.Dessutom omkalibrerar programvaran också automatiskt PWI-värdena för topp-, lutning-, återflödes- och blötläggningsprocesser.Genom att ställa in PWI-värden kan ingenjörer säkerställa att återflödeslödningsarbetet inte överhettas eller svalnar för snabbt.
Posttid: 2022-01-01