Подбор количества зон оплавления в конвейерной печи

В этой статье я обращаюсь к технологам, проектирующим линии поверхностного монтажа. Когда речь заходит о стадии оплавления, недостаточно просто установить максимальную температуру и рассчитать скорость конвейера по термопрофилю пасты. Примитивный подход может привести к дефектам, включая перегрев компонентов, непропай и прочие проблемы.

Несмотря на вариабельность данного вопроса в зависимости от конкретной платы, во многом подбор можно свести к понятному алгоритму. Рассмотрим факторы, влияющие на выбор количества зон оплавления, с конкретными цифрами и диапазонами.

Факторы, влияющие на выбор количества зон оплавления

Температура оплавления паяльной пасты

Хотя температурный профиль делится специалистами на 4–5 частей, это не означает, что достаточно 5 зон.

• Оловянно-свинцовая паста (SnPb63/37): 5–7 зон. Требует умеренного нагрева и хорошо контролируемого температурного профиля.

• Оловянно-свинцовая паста с 2% серебра: 6–8 зон. Серебро меняет температуру плавления и повышает цену ошибки, требуя большего контроля.

• Бессвинцовая висмутовая паста (SnBi): 7–9 зон. Требует плавного нагрева и точного контроля температуры, чтобы избежать дефектов.

• Паста SAC305 (SnAgCu): 8–10 зон. Требует точного контроля температурного профиля и более плавного нагрева.

Таблица выбора зон нагрева

BGA/PGA-компоненты

• Без BGA/PGA: 5–7 зон.

• BGA/PGA (до 256 выводов): 7–9 зон.

• BGA/PGA (большие размеры): 9–12 зон.

Примечание: Для крупных BGA или PGA может потребоваться увеличение зон предварительного нагрева для равномерного прогрева.

Размеры платы

• До 100 см²: 5–7 зон.

• 100–300 см²: 7–9 зон.

• 300–500 см²: 8–10 зон.

• Свыше 500 см²: 10–12 зон.

Примечание: Чем больше площадь, тем важнее минимизировать температурные градиенты.

Одно- или двухсторонний монтаж

Вы думали, здесь будет совет? А ваши компоненты крепятся на клею или на честном слове производителя пасты, что они удержатся? 🙂

Итог

Основываясь на рассмотренных факторах, необходимо оценить сложность пайки комплексно, чтобы определить оптимальное количество зон. Начните с базовых значений, соответствующих вашим условиям, и корректируйте их в процессе тестирования и оптимизации.

Например, если вы всегда работали с 63/37, а затем в связи с требованиями экспорта пришлось перейти на бессвинцовую пасту SAC305, простое масштабирование температуры может показаться очевидным решением. Однако слишком резкое увеличение температуры способно привести к появлению микротрещин в керамических конденсаторах, что в дальнейшем вызовет проблемы с их работоспособностью. Влага проникает через эти трещины, и конденсаторы начинают вести себя как резисторы, что может привести к сбоям в работе прибора.

На температурных кривых оплавления для 63/37 с 4 зонами плавление происходит относительно просто. Для более тугоплавких паст температура должна повышаться более плавно, а также добавляются дополнительные зоны контроля. При этом качественная паста требует аккуратного прогрева всей платы, чтобы флюс не сгорел раньше времени. Важно также грамотно организовать охлаждение: резкое снижение температуры может привести к растрескиванию компонентов, поэтому часто применяют поэтапное охлаждение с несколькими зонами.

Помимо указанных факторов, на техпроцесс могут повлиять нестандартные компоненты с особыми показателями площади, теплоемкости и теплопроводности, а также применяемые отраслевые стандарты.

Дополнительные рекомендации

• Обращайтесь к поставщикам оборудования и материалов. Они могут предоставить специализированную информацию и консультации.

• Участвуйте в семинарах и выставках. Это даст возможность ознакомиться с новыми технологиями и обменяться опытом.

• Не пренебрегайте тестированием. Рекомендованные значения являются отправной точкой. В каждом конкретном случае необходимо проводить тесты и оптимизацию.

Приведенные цифры помогут вам, однако помните, что каждый производственный процесс уникален.

Источники

1. Р.Е. Фрай, "Технология производства печатных плат".

2. ГОСТ Р 58882-2020 "Монтаж на печатных платах. Требования к качеству паяных соединений".

3. IPC-7095: Design and Assembly Process Implementation for BGAs.

4. IPC-A-610: Acceptability of Electronic Assemblies.

5. Handbook of Solder Technologies, Second Edition by Karl J. Puttlitz, Kenneth A. Snowdon.