При изготовлении и сборке печатных плат надежное качество пайки имеет решающее значение для производительности электронных устройств. Пайка оплавлением является одним из наиболее распространенных методов в современном процессе сборки печатных плат и является ключевым этапом в соединении компонентов поверхностного монтажа (SMC) с печатными платами (PCB). Этот процесс обычно выполняется в точно контролируемой печи оплавления, которая тщательно контролирует температурный профиль.
Этот блог поможет вам понять принципы пайки оплавлением., температурные зоны, преимущества, недостатки и основные меры предосторожности для обеспечения успешных паяных соединений при сборке печатных плат.
Что такое пайка оплавлением?
Пайка оплавлением — это процесс, используемый для пайки электронных компонентов, в основном в технологии поверхностного монтажа (SMT). Основной процесс заключается в помещении покрытой паяльной пастой печатной платы и компонентов поверхностного монтажа в печь оплавления, расплавлении паяльной пасты посредством нагрева, формировании паяного соединения, а затем охлаждении и затвердевании, чтобы осуществить пайку компонентов и печатной платы.
Принцип работы пайки оплавлением
Пайка оплавлением имеет очень простой рабочий принцип, который заключается в точном контроле температуры печи. В паяльной пасте содержится припойный порошок, который расплавляется при нагревании, а жидкий припой заполняет зазор между штырьками компонента и контактными площадками печатной платы, делая их электрически и механически соединенными. После того, как припой завершил это первоначальное соединение, припой остывает и затвердевает, образуя прочное паяное соединение, соединяющее компоненты с печатной платой.
Четыре температурные зоны пайки оплавлением
В паяльной печи, используемой при пайке оплавлением, процесс пайки содержит четыре различные температурные зоны, которые играют разные роли для обеспечения идеальной сборки печатной платы. Они включают зону предварительного нагрева, зону выдержки, зону оплавления и зону охлаждения. Давайте немного углубимся в то, что делает каждая зона!
Зона предварительного нагрева:
После того, как печатная плата попадает в паяльную печь, она сначала проходит через зону предварительного нагрева. Температура предварительного нагрева обычно составляет около 150 °C, и длится 60-90 секунд. На этом этапе печатные платы и компоненты поверхностного монтажа постепенно нагреваются. Зона предварительного нагрева помогает активировать флюс в паяльной пасте и избежать термического напряжения из-за чрезмерной разницы температур, предотвращая повреждение компонентов SMT или печатных плат из-за деформации.
Зона замачивания:
После завершения зоны предварительного нагрева следует зона выдержки. На этом этапе температура продолжает расти до 150-200 °C, а нагрев длится около 60-120 секунд. В это время флюс в паяльной пасте начнет активироваться, растворитель испарится, а порошок припоя постепенно подготовится к расплавлению и соединению с паяльной площадкой, но паяное соединение еще не полностью сформировано. Цель на этом этапе — обеспечить равномерный нагрев паяльной пасты и ее готовность к переходу в состояние плавления.
Зона оплавления:
Зона оплавления является наиболее критическим этапом в процессе пайки. На этом этапе температура печи повышается до точки плавления припоя (примерно 220-250 °C) и длится 20-40 секунд. Расплавленный припой течет к контактной площадке печатной платы и компонентам поверхностного монтажа, образуя паяные соединения, создавая прочное соединение между выводами компонента и контактной площадкой печатной платы.
Зона охлаждения:
После того, как паяльная паста расплавилась и образовала паяное соединение, печатная плата попадает в зону охлаждения. В это время температура падает до комнатной, печатная плата и паяные соединения охлаждаются и быстро затвердевают. Время охлаждения обычно составляет около 30-90 секунд. Этот процесс охлаждения необходимо тщательно контролировать, так как слишком высокая скорость охлаждения может привести к плохому качеству паяного соединения, а слишком медленное охлаждение может привести к чрезмерному росту зерна припоя, что повлияет на надежность соединений.
Хотя печь для оплавления имеет четыре температурные зоны и температура каждой зоны не одинакова, фактическая температура температурной зоны также определяется температурой плавления паяльной пасты, которая зависит от типа используемого припоя. Например, распространенные типы припоя включают свинцово-оловянный припой и бессвинцовый припой, где свинцово-оловянный припой имеет низкую температуру плавления, а бессвинцовый припой имеет относительно высокую температуру плавления. Поэтому при настройке профиля оплавления необходимо внимательно ознакомиться с таблицей технических данных, предоставленной поставщиком паяльной пасты, чтобы убедиться, что настройки температуры для зоны предварительного нагрева, зоны выдержки, зоны оплавления и зоны охлаждения соответствуют требованиям процесса пайки, чтобы гарантировать качество и надежность пайки.
Преимущества и недостатки оплавления паять
Пайка оплавлением имеет много преимуществ и широко используется в современном электронном производстве, но у нее также есть некоторые недостатки. Понимание плюсов и минусов пайки оплавлением помогает нам принимать обоснованные решения во время сборки печатных плат.
При правильном использовании пайка оплавлением позволяет получать высокопоследовательные и точные паяные соединения. Кроме того, она хорошо подходит для технологии поверхностного монтажа (SMT), где компоненты поверхностного монтажа стали стандартом в современном производстве электроники благодаря своим компактным размерам и простоте в обращении. В то же время процесс пайки оплавлением можно полностью автоматизировать с помощью такого оборудования, как машины Pick-and-Place, что делает процесс более быстрым и эффективным, чем ручная пайка.
Однако обеспечение надлежащей температуры пайки оплавлением и контроль теплового профиля — сложная и трудная задача. Неправильные температурные профили могут привести к плохим паяным соединениям или повреждению компонентов. Кроме того, некоторые компоненты поверхностного монтажа чувствительны к высоким температурам, и длительное воздействие печи оплавления может повредить эти компоненты.
Меры предосторожности
1. Правильный температурный профиль: Убедитесь, что температурный профиль пайки оплавлением соответствует паяльной пасте, сплавам припоя и используемым компонентам. Слишком высокая или слишком низкая температура пайки оплавлением может привести к плохим паяным соединениям.
2. Точная трафаретная печать: Точность трафаретной печати повлияет на количество паяльной пасты, нанесенной на контактную площадку печатной платы. Недостаточное или избыточное количество паяльной пасты приведет к дефектам паяных соединений.
3. Бессвинцовый припой: При использовании бессвинцового припоя температуры пайки оплавлением обычно выше. Убедитесь, что печь оплавления может выдерживать эти более высокие температуры.
4. Размещение компонентов: Правильное размещение компонентов поверхностного монтажа с использованием машины Pick-and-Place имеет решающее значение для сборки печатной платы. Неправильное размещение может привести к дефектам паяного соединения.
