Koja je temperatura reflow lemljenja za bezolovni lem?
Ako ste ikada radili u proizvodnji elektronike - bilo da se radi o izradi pametnih telefona, automobilskih PCB-a ili potrošačkih nosivih uređaja - vjerovatno ste čuli termin "lemljenje povratnim tokom". A ako koristite lem bez olova (koji je sada obavezan u većini regiona, zahvaljujući propisima o zaštiti životne sredine kao što je RoHS), veliko pitanje koje svi postavljaju je: koja je prava temperatura lemljenja povratnim tokom? Kao dobavljač za reflow lemljenje koji je radio sa SMT timovima više od jedne decenije, vidio sam kako previše projekata ide u stranu zbog lošeg temperaturnog profila – ili prevruće i sagorijevate komponente, previše hladno i vaši spojevi su lomljivi. Hajde da ovo jednostavno razložimo, bez preopterećenja žargonom, samo pravi razgovor od nekoga ko je bio u gušti stvari sa mašinama za biranje i postavljanje i pećnicama za reflow svake sedmice.
Prvo, da razjasnimo osnove: lem bez olova nije kao stari olovni materijal koji se topio na ugodnih 183°C (361°F). Najčešća legura bez olova ovih dana je SAC305—kalaj, srebro, bakar—jer balansira snagu, pristupačnost i usklađenost. Njegova tačka topljenja je oko 217°C (423°F), tako da vaš profil povratnog toka mora dostići to, ali to nije tako lako kao samo pokretanje pećnice dok lem ne poteče. Morate napraviti profil s određenim fazama kako biste izbjegli ubijanje vaših ploča ili komponenti.
Prođimo kroz četiri ključne faze standardnog bezolovnog profila reflow. Prva faza je prethodno zagrevanje, obično 150°C do 200°C (302°F do 392°F) u trajanju od 60 do 120 sekundi. Ovo čini dvije velike stvari: isušuje bilo koji fluks na pasti za lemljenje (fluks je ta gnjecava stvar koja čisti metalne površine tako da se lem zalijepi) i ravnomjerno zagrijava ploču kako ne bi došlo do termičkog šoka. Termalni šok je kada se hladni PCB odjednom zagrije - bili biste šokirani koliko malih pukotina u PCB-ima ili mikropukotina u otpornicima čipa dolazi ako preskočite ovu fazu. Ako koristite manju postavku, kao što su pećnice za reflow s 3 zone za izradu prototipa, možda ćete morati podesiti vrijeme predgrijavanja jer se manje ploče zagrijavaju brže.
Druga faza je faza upijanja, koju mnogi novi momci preskaču ili žure. Ovdje držite temperaturu prethodnog zagrijavanja – obično 180°C do 200°C (356°F do 392°F) – još 60 do 90 sekundi. Ovdje je cilj dovesti sve komponente (velike i male) na istu temperaturu i osigurati da je fluks dovoljno aktivan da ukloni oksidaciju sa jastučića i kuglice za lemljenje. Ako ne natopite dovoljno, dobićete hladne zglobove—one tupe, zrnaste veze koje se vremenom lome, što je noćna mora za kvarove na terenu. Sjećam se klijenta koji je koristio jeftinu pećnicu s 3 zone i preskočio namakanje; morali su preraditi 30% svojih ploča. Tada smo preporučili nadogradnju na precizniju jedinicu, kao što jeHW-R10 Peć za lemljenje sa deset zona reflow za SMT montažu, koji ima posebne zone za savršeno natapanje noktiju.
Sljedeća je faza reflow, dio do kojeg svi brinu. Ovo je mjesto gdje je maksimalna temperatura od 245°C (473°F), zar ne? Čekaj, izdrži—nemoj dostići baš taj vrh u punoj snazi. Želite lagano povećanje do vrha, sa samo 10 do 15 sekundi iznad tačke topljenja SAC305 od 217°C. Zašto? Zato što komponente poput IC-a ne mogu dugo podnijeti super visoke topline. Većina standardnih SMT dijelova ima maksimalnu temperaturu od 260°C, tako da nikada ne želite preći preko toga. Vidim da previše novih inženjera postavlja svoj maksimum na 250°C jer „brzo obavlja posao“—ali tako ubijate BGA ili delikatne konektore. Ovdje je ključno pratiti temperaturu na cijeloj ploči, a ne samo na jednom mjestu. Ako se komponenta velike snage nalazi pored sićušnog 0201 čipa, njihove potrebe za toplinom će biti različite, tako da se o konzistentnosti pećnice s više zona ne može pregovarati. TheOprema za proizvodnju elektronskih štampanih pločastranica ima sjajan pregled kako broj zona utječe na preciznost profila, pa provjerite to ako tek počinjete.
Zatim postoji faza hlađenja, često zanemarena, ali veoma važna. Morate ohladiti ploču na sobnu temperaturu (ili najmanje 75°C/167°F) za 30 do 60 sekundi, i to mora biti ravnomjerno, sporo hlađenje, a ne iznenadni nalet hladnog zraka. Brzo hlađenje čini zrnca lema manja, što stvara jače i pouzdanije spojeve. Ako se presporo hladite, dobijate veća zrna koja su krhkija – za ništa, posebno u automobilskim ili medicinskim dijelovima koji podnose vibracije. Jednom sam radio sa klijentom iz aerospacea koji je prešao na našHW-R816Z Peć za reflow sa osam zona sa dvostrukim transporterom za SMTjer se njihova stara peć slabo hladila; smanjili su stopu otkaza zglobova za 40% preko noći. Dvostruki transporteri su također pobjeda ako koristite velike količine, jer možete raditi dvije ploče odjednom bez unakrsne kontaminacije.
Evo u čemu je stvar: ne postoji profil koji odgovara svima. To ovisi o veličini ploče, mješavini komponenti, pa čak i specifikacijama proizvođača paste za lemljenje. Neke paste za lemljenje zahtijevaju kraće vrijeme namakanja, druge zahtijevaju veći vrh. Zbog toga se o testiranju ne može pregovarati. Uvijek govorim klijentima da pokreću testnu ploču s termoparovima pričvršćenim na različitim mjestima – velikim komponentama, malim čipovima, rubovima PCB-a – kako bi bili sigurni da je svaka tačka unutar preporučenog raspona. Ako radite prototipove male količine, ne treba vam ogromna pećnica sa deset zona; kompaktCNC mašina za pravljenje čipova izaberite i postaviteuparen sa pećnicom za reflow sa 3 zone radi dobro. Za srednji volumen, jedinica sa 6 zona izMašine za proizvodnju za mikro branje i plasiranjelinija je savršena, jer balansira preciznost i brzinu bez kvara.
Čekaj, hajde da pričamo o uobičajenim greškama. Prvo, ne uzimajući u obzir temperaturnu osjetljivost komponente. Nešto poput LED-a može imati nižu maksimalnu temp od mikrokontrolera, tako da morate prilagoditi profil najslabijoj karici. Drugo, ignorisanje aktivnosti fluksa. Ako je vaša temperatura povratnog toka preniska, fluks se neće pravilno aktivirati, što dovodi do praznina. Praznine su mali mjehurići zraka u lemnim spojevima—oni slabe vezu, a u aplikacijama pod velikim stresom, to je tempirana bomba. Treće, prenatrpanost pećnice. Ako postavite daske preblizu jedna drugoj, vrući zrak cirkulira pogrešno, tako da će vaš profil biti nedosljedan. Uvijek ostavite razmak između ploča u pećnici i provjerite brzinu transportera u odnosu na temperaturu vaše zone.
Još jedan veliki: usklađenost. Većina regija sada zahtijeva lemljenje bez olova, tako da će sečenje uglova s profilom preniske temperature dovesti do toga da vaši proizvodi zaglave na carini ili da budu zabranjeni sa tržišta. Imao sam klijente koji su mi dolazili nakon loše serije jer su koristili profil za olovni lem na olovnim pločama - totalna katastrofa. Držite se SAC305 (ili SAC-Q ako vam je potrebna bolja otpornost na visoke temperature) i držite se temperaturnih raspona o kojima smo pričali.
Ako upravo postavljate svoju prvu liniju za reflow, nemojte štedjeti na opremi. Jeftina pećnica bez imena mogla bi vam uštedjeti novac unaprijed, ali troškovi prerade zbog loših spojeva i neuspjelih prototipova će ubiti vaš budžet. Ulaganje u pouzdanu reflow peć koja vam omogućava prilagođavanje profila vrijedi svaki peni. Pomogli smo desetinama malih radnji da pređu od izrade prototipa do potpune proizvodnje sa našim pećnicama, tako da znamo sve detalje usklađivanja prave mašine sa vašim potrebama.
Na kraju dana, temperatura lemljenja reflow za lem bez olova nije slučajan broj – to je balans topline, vremena i kontrole. Odredite pravi profil, koristite odgovarajuću pećnicu za vaš volumen i mješavinu komponenti i svaki put ćete dobiti jake, pouzdane spojeve za lemljenje. Ako se još uvijek češkate o tome koji profil radi za vaš konkretni projekt, ili želite nadograditi svoju postavku reflow kako biste prestali nositi se sa zajedničkim neuspjesima, javite nam se da razgovaramo o vašim potrebama. Mi nismo samo dobavljač – mi smo tim koji je zapravo u rovovima s vama, rješavajući profile i pomaže vam da odaberete pravu opremu kako bi vaše SMT linije funkcionisale glatko.
Reference
IPC-J-STD-020, "Klasifikacija osjetljivosti na vlagu/reflow za nehermetičke čvrste uređaje za površinsku montažu"
IPC-SM-817, "Zahtjevi za lemljene električne i elektronske sklopove"
Tehnički list SAC305 paste za lemljenje, Indium Corporation, 2022
ROHS 2.0 Direktiva 2011/65/EU, Evropski parlament, 2011.