Kako preprečiti zvijanje tiskanega vezja med postopkom reflow spajkanja?

Uvod

V proizvodnem procesu elektronike SMT,reflow spajkanjeje kritičen korak, ki določa kakovost spajkalnih spojev PCB. Inženirji se običajno osredotočajo na natančnost tiskanja spajkalne paste,postavitev komponent, in zanesljivost sklepov. Vendar pa je upogibanje PCB ali zvijanje po reflow spajkanju prav tako pomembna težava, ki vpliva na izkoristek izdelka.

Torej, zakaj se PCB-ji med postopkom reflow spajkanja upognejo? Kako je mogoče zmanjšati tveganje za upogibanje PCB z optimizacijo procesa in izbiro opreme? Ta članek bo analiziral ta vprašanja na podlagi praktičnih proizvodnih izkušenj SMT in značilnostiNeoDen IN6 reflowPečica.

Zakaj se tiskana vezja upogibajo med postopkom reflow spajkanja?

1. Toplotna obremenitev, ki jo povzroča nedosledna toplotna ekspanzija PCB materialov

PCB-ji niso sestavljeni iz enega samega materiala, temveč so oblikovani s laminiranjem več različnih materialov, od katerih ima vsak svoje značilnosti toplotnega raztezanja. Ko se PCB med delovanjem hitro segrejereflowpečicaspajkanjeprocesu se različne plasti materiala razširijo do različnih stopenj. Če je proces segrevanja prehiter ali če obstaja znatna temperaturna razlika med zgornjo in spodnjo površino tiskanega vezja, se bo verjetno pojavila notranja napetost.

Če teh napetosti ni mogoče pravočasno sprostiti, se lahko pojavijo naslednji pojavi:

• Izboklina na sredini tiskanega vezja.
• Ukrivljenost na robovih deske.
• Celotno upogibanje PCB.

Zato upogibanje tiskanega vezja ni nujno težava s kakovostjo samega tiskanega vezja, lahko je tudi povezano s toplotnim upravljanjem med postopkom spajkanja s ponovnim pretapljanjem.

Za tovarne SMT je eden od ključev za zmanjšanje tveganja zvijanja tiskanih vezij vzpostavitev stabilnega in enakomernega profila temperature ponovnega polnjenja.

Kako profil temperature reflow vpliva na upogibanje PCB?

Reflow spajkanjeni le stvar segrevanja tiskanega vezja do tališča spajkalne paste, temveč gre za stalen postopek toplotne obdelave.

Celoten profil reflow običajno vključuje:

1. Stopnja predgretja
2. Faza namakanja
3. Stopnja reflowa
4. Stopnja hlajenja

Parametri vsake stopnje vplivajo na toplotno obremenitev tiskanega vezja.

1. Prehitro predgretje poveča nevarnost toplotnega šoka tiskanega vezja

Glavni namen stopnje predgretja je postopno zvišanje temperature tiskanega vezja, s čimer:

• Aktiviranje toka.
• Postopno izenačevanje temperature na vseh področjih tiskanega vezja.
• Zmanjšanje stresa zaradi nenadnih temperaturnih sprememb.

Če je hitrost segrevanja prehitra, se lahko površina tiskanega vezja hitro segreje, medtem ko notranja temperatura ostaja nizka.

Ta temperaturni gradient lahko povzroči:

• Nekonsistentne stopnje širitve na različnih področjih tiskanega vezja.
• Dodaten stres, ustvarjen znotraj materiala.
• Povečana verjetnost deformacije.

Zato se inženirji med odpravljanjem napak v procesu SMT ne smejo osredotočati samo na najvišje temperature, ampak morajo biti pozorni tudi na celoten proces spreminjanja temperature.

TheNeoDen IN6podpira nastavljive temperaturne parametre, kar uporabnikom omogoča prilagoditev nastavitev območij na podlagi različnih spajkalnih past in značilnosti PCB, s čimer pomaga vzpostaviti stabilnejši profil reflowa.

2. Previsoke temperature med fazo reflowa povečajo tveganje zvijanja PCB

Faza reflowa mora doseči tališče spajkalne paste, da zagotovi zanesljive spajkalne spoje, vendar lahko previsoke temperature povzročijo:

• Povečano toplotno raztezanje materiala PCB.
• Večja toplotna obremenitev komponent.
• Ožje spajkalno okence.

To še posebej velja za:

• Tanki PCB-ji.
• PCB z velikimi površinami bakra.
• PCB-ji s komponentami z visoko{0}}gostoto.

Previsoke temperature lahko občutno povečajo tveganje zvitosti PCB.

Temperaturno območje NeoDen IN6 sega od sobne temperature do 300 stopinj, kar izpolnjuje zahteve običajnih postopkov spajkanja brez svinca. Uporabniki lahko nastavijo dejanske parametre spajkanja na podlagi priporočenih krivulj, ki jih zagotovijo njihovi dobavitelji spajkalne paste.

3. Prehitro ohlajanje lahko povzroči preostalo napetost

Veliko proizvodnega osebja se pri prilagajanju parametrov reflow spajkanja bolj osredotoča na fazo ogrevanja, medtem ko zanemarja proces hlajenja.

Pravzaprav faza ohlajanja vpliva tudi na ravnost PCB.

Ko se tiskano vezje hitro ohladi z visokih temperatur na sobno temperaturo, se različni materiali krčijo z različnimi stopnjami, kar ustvarja notranjo napetost.

Če je postopek hlajenja prehiter:

• PCB je nagnjen k deformacijam.
• Notranja napetost v spajkah se poveča.
• Dolgoročna-zanesljivost se zmanjša.

Zato celovit in zanesljiv postopek spajkanja s ponovnim prelivanjem zahteva pozornost na naslednje dejavnike:

• Stopnja ogrevanja.
• Zadrži čas.
• Najvišja temperatura.
• Postopek hlajenja.

Kateri drugi dejavniki poleg temperaturnega profila lahko povzročijo zvijanje PCB?

1. Načrt PCB in strukturni dejavniki

čepravreflow spajkanjeje ključnega pomena za nadzor termičnega procesa, lastna zasnova tiskanega vezja vpliva tudi na tveganje zvijanja.

Pogosti dejavniki vplivanja vključujejo:

• Debelina PCB:Tanjši PCB-ji imajo manjšo togost in so bolj nagnjeni k zvijanju v okoljih z visoko-temperaturo.
• Neenakomerna porazdelitev bakra:Če je površina bakra na eni strani tiskanega vezja bistveno večja kot na drugi strani, lahko med segrevanjem pride do različnih stopenj toplotnega raztezanja.
• Neenakomerna postavitev komponent:Koncentracija velikih komponent na določenem območju tiskanega vezja lahko povzroči lokalne razlike v toplotni zmogljivosti.

Zato je treba pri dejanski proizvodnji SMT skupaj optimizirati zasnovo tiskanega vezja, lastnosti materiala in parametre reflow spajkanja.

Kako NeoDen IN6 s svojo tehnično zasnovo zmanjšuje tveganje upogibanja PCB?

Zmanjšanje tveganja zvijanja tiskanega vezja med postopkom reflow spajkanja ni zgolj stvar znižanja temperature; raje zahteva opremo s stabilnejšimi zmožnostmi upravljanja toplote.

1. Popolna zasnova konvekcije vročega-zraka za izboljšanje enakomernosti segrevanja PCB

Ključni vzrok za zvijanje tiskanega vezja med ponovnim spajkanjem je temperaturna razlika med različnimi deli plošče.

Na primer:

• Velike površine bakrene folije absorbirajo toploto počasneje.
• Velike površine komponent IC imajo večjo toplotno zmogljivost.
• Majhna področja komponent se segrejejo hitreje.

Če je porazdelitev toplote znotraj opreme neenakomerna, so lahko različne lokacije na istem tiskanem vezju pri različnih temperaturah, kar povzroča toplotno obremenitev.

NeoDen IN6 uporablja metodo ogrevanja s polno vročo{1}}zračno konvekcijo, ki uporablja kroženje vročega zraka za enakomeren prenos toplote na površino PCB.

V primerjavi s tradicionalnimi metodami, ki se zanašajo na sevanje iz enega vira toplote, konvekcija vročega-zraka zmanjša lokalne temperaturne razlike, kar ima za posledico bolj gladek dvig temperature za PCB.

Glede naSpecifikacije izdelka NeoDen IN6je bočna temperaturna razlika znotraj opreme manjša od 2 stopinj, kar pomaga zagotoviti doslednejše rezultate toplotne obdelave tiskanega vezja.

Pri PCB-jih, ki vsebujejo komponente z visoko-gostoto ali zapletene strukture bakrene plasti, lahko ta enotna zmogljivost segrevanja učinkovito zmanjša tveganje za upogibanje zaradi lokalnih temperaturnih nihanj.

2. 6 Več-zasnova z več conami za bolj gladko temperaturno rampo

TheNeoDen IN6ima 6-consko zasnovo. Z usklajenim nadzorom zgornje in spodnje temperaturne cone pomaga zgornji in spodnji površini tiskanega vezja bolj enakomerno absorbirati toploto. To je še posebej pomembno za zmanjšanje zvitosti PCB.

Z več-conskim nadzorom lahko inženirji prilagajajo parametre ogrevanja za različne stopnje na podlagi značilnosti tiskanega vezja, s čimer zagotovijo bolj gladko temperaturno rampo tiskanega vezja.

3. Natančen nadzor temperature za zmanjšanje toplotne obremenitve, ki jo povzročajo temperaturna nihanja

Med proizvodnim procesom SMT temperaturna stabilnost neposredno vpliva na stanje toplotne napetosti PCB.

Če pride do znatnih temperaturnih nihanj v opremi za spajkanje z reflowom:

• PCB je lahko izpostavljen ponavljajočim se temperaturnim spremembam;
• Različne plasti materiala se lahko širijo in krčijo z nedoslednimi hitrostmi;
• Notranja zaostala napetost se lahko poveča.

NeoDen IN6 je opremljen z visoko-občutljivimi temperaturnimi senzorji in inteligentnim sistemom za nadzor temperature, ki pomaga opremi vzdrževati nastavljeno temperaturo bolj stabilno.

V skladu s specifikacijami izdelka NeoDen IN6 dosega natančnost nadzora temperature ±0,2 stopinje, pri čemer je odstopanje porazdelitve temperature nadzorovano znotraj ±1 stopinje.

notriRaziskave in razvoj ter malo{0}}serijska proizvodnjaokoljih stabilen nadzor temperature pomaga inženirjem vzpostaviti zanesljivejše profile reflowa, kar zmanjša težave z zvijanjem tiskanega vezja, ki jih povzročajo nihanja v procesu.

4. Spremljanje-temperaturne krivulje v realnem času za večji nadzor nad postopkom spajkanja PCB

Številne težave z upogibanjem tiskanega vezja ne povzročajo okvare opreme, temveč parametri prelivanja, ki niso bili optimizirani za določeno tiskano vezje.

Na primer:

Z enakimi nastavitvami temperature:

• Tanki in debeli PCB-ji kažejo različne dejanske temperaturne spremembe.
• PCB z različnimi gostotami komponent različno absorbirajo toploto.
• Optimalne krivulje se razlikujejo glede na uporabljeno spajkalno pasto.

Zato morajo inženirji meriti dejanske temperature, da razumejo-temperaturne spremembe tiskanega vezja v realnem času.

NeoDen IN6 podpira povezave temperaturnih senzorjev in lahko zajame temperaturne profile z dejanskim testiranjem PCB, kar uporabnikom pomaga optimizirati parametre spajkanja.

5. Nastavljiva hitrost tekočega traku za izboljšanje prilagodljivosti procesa za različne PCB-je

Različni PCB-ji imajo različne zahteve po toploti.

Na primer:

• Tanki PCB-ji:Izogibati se je treba hitremu segrevanju;
• Debeli PCB:Zagotoviti je treba zadosten prenos toplote.

The NeoDen IN6podpira prilagajanje hitrosti tekočega traku v območju 5–30 cm/min, kar uporabnikom omogoča prilagajanje časa zadrževanja tiskanega vezja v vsakem temperaturnem območju glede na dimenzije, debelino in vrsto spajkalne paste.

Zaradi te prilagodljivosti je IN6 primeren ne le za-aplikacije posameznega izdelka, ampak tudi zaRaziskave in razvoj, malo{0}}serijska proizvodnjain scenariji, ki zahtevajo hitro preklapljanje med več modeli PCB.

Kako je mogoče z optimizacijo procesa SMT dodatno zmanjšati upogib PCB?

Čeprav je zmogljivost opreme za reflow spajkanje ključnega pomena, je za zmanjšanje tveganja upogibanja PCB še vedno potrebna kombinacija opreme in optimizacija postopka.

1. Prilagodite parametre pečice za reflow na podlagi značilnosti PCB

Različni PCB-ji morajo uporabljati različne temperaturne profile; en niz parametrov se ne sme uporabljati za vse izdelke.

Inženirji morajo upoštevati:

• Debelina PCB.
• Vrsta plošče.
• Porazdelitev bakra po površini.
• Gostota komponent.
• Specifikacije spajkalne paste.

Pri določanju začetnih parametrov upoštevajte priporočene temperaturne profile, ki jih je zagotovil dobavitelj spajkalne paste.

TheNavodila za uporabo NeoDen IN6priporoča nastavitev temperaturnih parametrov reflow spajkanja na podlagi podatkov, ki jih zagotovi dobavitelj spajkalne paste, da zagotovite, da postopek spajkanja izpolnjuje zahteve materiala.

2. Izmerite temperature na dejanskem tiskanem vezju, namesto da se zanašate samo na prikazano temperaturo opreme

Temperatura, ki jo prikaže oprema, ne predstavlja v celoti dejanske temperature tiskanega vezja.

Bolj zanesljiva metoda je:

1. Namestite termočlene na kritična mesta na PCB.
2. Pridobite dejanski profil temperature.
3. Analizirajte temperaturne razlike na različnih območjih.
4. Prilagodite parametre območja.

Ta pristop pomaga preprečiti izpostavljanje tiskanega vezja dodatni toplotni obremenitvi, ki jo povzročajo netočne nastavitve parametrov.

NeoDen IN6: Pomoč podjetjem pri vzpostavitvi stabilnega procesa spajkanja s ponovnim prelivanjem PCB

Pri skupinah za raziskave in razvoj elektronike, majhnih tovarnah EMS in novoustanovljenih strojnih podjetjih deformacija tiskanega vezja ne vpliva samo na videz izdelka, ampak lahko vpliva tudi na zanesljivost spajkalnega spoja in poznejše sestavljanje.

NeoDen IN6 pomaga uporabnikom vzpostaviti bolj stabilen in ponovljiv postopek spajkanja tiskanega vezja.

Poleg tega ima IN6 kompaktno namizno zasnovo z merami 1020 × 507 × 350 mm in težo približno 49 kg, zaradi česar je idealen zaLaboratoriji za raziskave in razvoj, majhne{0}}serijske proizvodne linije, in SMT delovna okolja z omejenim prostorom.

Zaključek

Upogibanje PCB medpostopek reflow spajkanjaje v bistvu rezultat skupnih učinkov lastnosti materiala, temperaturnih sprememb in toplotne obremenitve.

Z natančnim nadzorom temperature in stabilnim termičnim kroženjem jeNeoDen IN6 zagotavlja prilagodljivo in zanesljivo rešitev za spajkanje s ponovnim prelivanjem za razvoj prototipov PCB in malo{0}}serijsko proizvodnjo.

Če iščete namizni spajkalni stroj za reflow spajkanje, ki lahko izboljša stabilnost pri spajkanju PCB in zmanjša tveganje zvijanja pri reflowu,se obrnite na ekipo NeoDen, da pridobite podrobne specifikacije za priporočila za postopek IN6 in SMT, prilagojena vašim izdelkom.