Công nghệ PCBA - SMT Reflow hàn nhiệt độ Đường thẳng và đường cong

Vì điểm chính của toàn bộ quá trình hàn hồi lưu là kiểm soát nhiệt độ và thời gian tại mỗi điểm trên PCBA, đường cong nhiệt độ là một công cụ quản lý quy trình quan trọng thường được sử dụng.

Về cơ bản, nếu chúng ta có thể tăng nhiệt độ của đầu hàn vượt quá nhiệt độ nóng chảy của nó (nhưng không quá nhiệt độ an toàn của sản phẩm) khi nhiệt độ không tăng quá nhanh (để tránh thiệt hại do sốc nhiệt) và duy trì thời gian thích hợp sau khi làm mát có kiểm soát (cung cấp nhiệt thích hợp). Chúng tôi có thể đáp ứng các yêu cầu hàn.

Trên thực tế, điều này rất khó thực hiện. Có ba vấn đề chính. Một là sản phẩm thực tế của chúng tôi có các thiết bị và dây khác nhau, có nghĩa là có sự khác biệt về nhiệt dung tại các điểm khác nhau trên PCBA.

Nó có thể đã vượt quá nhiệt độ an toàn và gây ra thiệt hại. Nhưng nếu chúng ta hạ nhiệt độ xuống điểm A để đáp ứng yêu cầu, thì có thể có một sự cố hàn lạnh khác tại điểm B.

Vấn đề thứ hai mà đường nhiệt độ phải đối mặt là trong hàn thực tế, trước tiên chúng ta phải xử lý các thành phần vô dụng trong dán để nó bay hơi hoàn toàn nhẹ nhàng. Quá trình bay hơi này có các yêu cầu khác nhau cho các loại kem hàn khác nhau.

Tuy nhiên, thời gian và nhiệt độ cần thiết để mỗi thành phần bay hơi là khác nhau do sự hiện diện của dung môi, chất ổn định, chất pha loãng và chất làm đặc trong dán hàn. Trong giới hạn của các điểm nóng và lạnh được mô tả ở trên, chúng ta có thể không thể đi qua một đường thẳng. Hoàn thành Trong trường hợp thiết kế sản phẩm không phức tạp (khoảng cách nhiệt dung nhỏ và cửa sổ an toàn lớn), chúng tôi có thể đáp ứng yêu cầu bằng cách làm chậm tốc độ sưởi ấm, nhưng thường mất khoảng 200 độ từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ đỉnh (công nghệ không chì cao hơn). Đây cũng là một vấn đề đối với người dùng cần sản xuất nhanh chóng.

Vấn đề thứ ba là thiết kế PCBA thường liên quan đến nhiều vật liệu thiết bị và bao bì khác nhau, trong khi các lò reflow mà chúng tôi đã sử dụng trước đây chủ yếu là công nghệ không khí nóng. Bản thân không khí không phải là một chất dẫn nhiệt tốt và việc truyền nhiệt của nó phải dựa vào đối lưu. Kiểm soát luồng không khí là một quá trình khó khăn, chưa kể đến việc phải kiểm soát độ chính xác của một khu vực nhỏ như đầu hàn SMT, gần như không thể thực hiện tốt. Kết hợp với tác động của việc bố trí các thành phần trên PCBA đối với luồng không khí, chúng tôi gặp khó khăn trong việc xử lý các mối quan hệ về nhiệt độ và thời gian tại các điểm riêng lẻ trên PCBA. Điều này dẫn đến chúng ta có một "đường cong" linh hoạt để thiết lập và điều chỉnh nếu chúng ta muốn giải quyết tất cả các vấn đề liên quan đến hàn (như bóng hàn, lỗ khí, hấp thụ thiếc, v.v.).

Đường cong nhiệt độ trở lại timg:

Nếu chúng ta muốn tránh các vấn đề tuyến tính nhiệt độ ở trên và có khả năng xử lý tốt hơn. Toàn bộ quá trình hàn reflow có thể được chia thành 5 bước. Ví dụ: 1. Nóng lên 2. Nhiệt độ không đổi; 3. Hàn; 4. Hàn; 5. Làm mát

Mục đích của bước đầu tiên là làm cho nhiệt độ tại mỗi điểm trên PCBA đi vào trạng thái hoạt động càng nhanh càng tốt mà không làm hỏng sản phẩm. Cái gọi là trạng thái làm việc là khi các thành phần của dán hàn không giúp hàn bắt đầu bay hơi.

Các vùng nhiệt độ ổn định đóng hai vai trò. Một là nhiệt độ không đổi, được thiết kế để cung cấp cho nhiệt độ tại điểm lạnh đủ thời gian để bắt kịp các điểm nóng. Tốc độ gia nhiệt chậm hơn khi nhiệt độ của mối hàn gần với nhiệt độ của không khí nóng. Chúng tôi sử dụng hiện tượng này để làm cho nhiệt độ của điểm lạnh dần dần tiếp cận nhiệt độ của điểm nóng. Mục đích của việc tiếp cận nhiệt độ của điểm nóng và điểm lạnh là giảm biên độ chênh lệch nhiệt độ đỉnh khi đi vào thông lượng và khu vực hàn để tạo điều kiện kiểm soát chất lượng của các điểm hàn và đảm bảo tính nhất quán. Chức năng thứ hai của vùng nhiệt độ ổn định là làm bay hơi các thành phần hóa học vô dụng trong dán hàn.

Quá trình hàn là khi các vật liệu hoạt động (thông lượng) trong dán đang hoạt động. Nhiệt độ và thời gian tại thời điểm này cung cấp các điều kiện kích hoạt cần thiết để làm sạch oxit.

Khi nhiệt độ đi vào khu vực hàn, nhiệt được cung cấp đủ để làm tan chảy các hạt kim loại của dán hàn. Thông thường, vật liệu được sử dụng cho các đầu hàn của thiết bị và miếng đệm PCB có điểm nóng chảy cao hơn so với dán, vì vậy nhiệt độ bắt đầu của khu vực này được xác định bởi các đặc tính của dán. Ví dụ, đối với dán hàn 63Sn37, nhiệt độ là 183 ° C. Sau khi nhiệt độ tăng trên nhiệt độ này, nhiệt độ phải tiếp tục tăng và duy trì đủ thời gian để làm ướt dán nóng chảy và IMC có thể hình thành giữa đầu hàn của thiết bị và miếng đệm PCB.

Vai trò của vùng làm mát cuối cùng là tốc độ làm mát có thể kiểm soát cấu trúc vi tinh thể bên trong các điểm hàn, ngoài việc đưa PCBA trở lại nhiệt độ phòng để tạo điều kiện cho các hoạt động tiếp theo. Điều này có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của các mối hàn.

Mối quan hệ giữa lỗi quá trình hàn reflow và đường cong:

Trong số năm quy trình hàn hồi lưu được đề cập ở trên, mỗi bộ phận có vai trò của nó và chế độ lỗi liên quan cũng khác nhau. Chìa khóa để đối phó với các vấn đề quy trình này nằm trong sự hiểu biết của họ và làm thế nào để đánh giá mối quan hệ giữa mô hình thất bại và quy trình.

Ví dụ, trong quá trình gia nhiệt đầu tiên, các lỗi do thiết lập không đúng cách có thể là các vấn đề như "vụ nổ khí", "quả bóng hàn do bắn thiếc" và "thiệt hại do sốc nhiệt vật liệu".

Các vấn đề gây ra bởi quá trình nhiệt độ không đổi có thể là "sụp đổ nhiệt", "cầu thiếc", "dư lượng cao", "bóng hàn", "độ ẩm kém", "lỗ khí", "bia mộ", v.v.

Các vấn đề liên quan đến quá trình hàn bao gồm "bóng hàn", "độ ẩm kém", "hàn kém", v.v.

Các vấn đề liên quan đến việc thiết lập quá trình hàn không đúng cách có thể là "ướt gói hàn", "hấp thụ", "co lại", "bóng hàn", "hình thành gói hàn IMC", "lộn xộn", "thiệt hại quá nóng", "hàn lạnh", "nóng chảy", "hòa tan đầu hàn", v.v.

Các vấn đề mà làm mát có thể gây ra thường ít hơn và nhẹ hơn. Tuy nhiên, nếu không được thiết lập đúng cách, nó cũng có thể ảnh hưởng đến tuổi thọ của mối hàn. Nếu bạn tham gia vào quá trình làm sạch SMT ngay lập tức, nó có thể gây ra sự xâm nhập của chất tẩy rửa và khó làm sạch.

Cần lưu ý rằng bốn quá trình đầu tiên là mạch lạc và có mối quan hệ với nhau. Do đó, chế độ thất bại không phải lúc nào cũng dễ phân biệt. Ví dụ, lỗi "tombstone" và "solder ball" thường yêu cầu điều chỉnh đầy đủ để giải quyết vấn đề hoàn toàn.