O Reflow fazy gazowej technologię, Na przestrzeni lat, duże aplikacje PCB napotykały na znaczne wyzwania związane z procesem lutowania. Jedną z największych trudności, na jakie napotykają projektanci i producenci PCB, jest wysoka temperatura spawania PCB. Takie temperatury mogą uszkodzić strukturę płyty lub różne komponenty.
W tym obszernym przewodniku mówimy wszystko, co musisz wiedzieć o reflow fazie parowej.
1. Co to jest refluks fazy gazowej?
Vapor phase reflow odnosi się do zaawansowanej technologii lutowania PCB, który wykorzystuje obojętną ciecz z wysoką temperaturą wrzenia. Technologia ta, w ostatnich latach, zyskał ogromną popularność wśród dużych zespołów PCB.
Do lutowania elementów elektronicznych na płytach PCB producenci zazwyczaj potrzebują wysokich temperatur. Jest to skomplikowany proces, który stał się jeszcze bardziej wymagający, ponieważ komponenty elektroniczne stają się coraz mniejsze.
Lutowanie rozpływowe w fazie gazowej zapewnia, że płyta PCB i jej elementy nie są narażone na działanie temperatur wyższych niż konieczne. Z tego powodu, części nie przegrzewają się. Ten proces lutowania zapewnia idealne zwilżenie detali. Ponadto cały proces lutowania odbywa się w atmosferze obojętnej. W efekcie końcowym, montażyści PCB otrzymują najwyższe możliwe wyniki lutowania PCB.
Zautomatyzowane maszyny lutownicze są normą w reflow fazie parowej.
2. Dlaczego warto stosować rozpływ fazy gazowej?
Przepływ fazy gazowej szybko zastępuje inne technologie lutowania na rynku. Jest wiele powodów tego rozwoju. W tym rozdziale przyjrzymy się dwóm z nich.
2.1 Problemy związane ze spawaniem
Zdecydowana większość producentów decyduje się obecnie na bezołowiowe podstawy lutownicze. Bazy te wymagają od producentów stosowania jeszcze wyższych temperatur, aby skutecznie stopić lut. W rezultacie, ryzyko uszkodzenia jednostek elektronicznych z powodu przegrzania jest wyższe.
Technologia rozpływu fazy lotnej pomaga przeciwdziałać temu problemowi, praktycznie eliminując wahania temperatury, topografię i układ płyty.
2.2 Elementy obwodów drukowanych PCB
Obwody PCB wymagają części o różnych masach, co sprawia, że proces lutowania jest skomplikowany. Dzieje się tak dlatego, że ciepło, które przechowują te komponenty różni się znacząco w zależności od ich grup. W rezultacie mamy do czynienia z nierównomierną dystrybucją ciepła, co może prowadzić do wypaczenia płytek PCB. Aby ograniczyć te problemy, montażyści i projektanci PCB decydują się na rozpływ w fazie gazowej.
Napowietrzanie w fazie gazowej pozwala uniknąć problemów wynikających ze zróżnicowania elementów PCB.
3. Zasada działania rozpływu fazy lotnej
Aby zrozumieć zasadę działania rozpływu fazy lotnej, musimy zwrócić uwagę na trzy różne rzeczy:
Regulacja ciepła
Regulacja poziomu
Tworzenie pustki
Regulacja ciepła
Regulacja ciepła polega na tym, że inżynierowie PCB regulują gradienty temperatury w urządzeniach do naparowywania fazowego. Dokonują tego poprzez regulację mocy, która jest dostarczana do elementów grzewczych urządzenia. Ponieważ do grzałek dociera więcej mocy, wytwarzana jest większa ilość pary. Oznacza to większy transfer ciepła do zespołu PCB, nawet jeśli temperatura wrzenia cieczy pozostaje taka sama.
Jak już wcześniej wspomnieliśmy, napawanie w fazie parowej odbywa się w atmosferze całkowicie pozbawionej tlenu. Taka atmosfera zmniejsza prawdopodobieństwo tworzenia się tlenków. Poprawia również zwilżanie.
Generacja i obecność pary jest zwykle nieco opóźniona Dlatego nie tworzono złożonych krzywych temperatury Aby sprostać temu wyzwaniu, producenci tworzą maszyny o fazie miękkiej (VP)
Ustaw poziomo
Jedną z największych zalet maszyny SVP jest to, że pozwalają kontrolować natychmiastowy gradient temperatury Podczas procesu SVP temperatura płyty drukowanej rośnie wraz z jej głębokością w warstwie pary
Aby osiągnąć idealne rozgrzewanie płyty PCB, utrzymuj ją na określonej głębokości Zwróć uwagę, że wraz ze wzrostem środka płyta przesuwa się do temperatury linii ciekłej monterzy i projektanci mogą tworzyć każdą krzywą cieplną, jaką chcą Dzięki automatycznemu wybieraniu i kontrolowaniu czasu spawania
Po zakończeniu spawania maszyna VP przesuwa płytkę drukowaną z głębokości warstwy pary do granicy pary Tutaj płyta cieplna obniża temperaturę Następnie można wyjąć płytę drukowaną z pary, aby ją ochłodzić
Zazwyczaj proces SVP nie wymaga żadnych dodatkowych mechanizmów, aby zapobiec przegrzaniu Dzieje się tak, ponieważ punkt wrzenia płynu ogranicza temperaturę szczytową PCB
Odstęp w kształcie
Przepływ powietrza nieuchronnie tworzy dziurę Odstępy mogą uszkodzić lub zmniejszyć przewodność cieplną połączeń lutowanych i przewodność przewodzącą
Jak inżynierowie mogą zmniejszyć pustkę Jednym z efektywnych sposobów jest usunięcie tych szczelin za pomocą programu kontroli próżni Jeśli zmniejszysz ciśnienie płynu, jego temperatura wrzenia spada i na odwrót Próżnica może wydłużyć czas ponad linią fazy ciekłej o około 30 sekund, zmniejszyć istniejące odstępy i zapobiec tworzeniu nowych przerw Oczywiście, gdy połączenia lutowane są płynne, należy zmniejszyć liczbę szczelin
Nałożyć zawiesinę na płytę PCB przed procesem refluksu fazy gazowej
4. Skład powrotu fazy parowej
Proces recyrkulacji oparty jest na trzech kamerach Te pomieszczenia stworzyły warunki niezbędne do pomyślnego zespołu spawanego Będziemy omówić te trzy warstwy
4.1 Podstawowa warstwa płynu
Podstawowa warstwa płynna jest substancją chemiczną, która zapewnia parę potrzebną do spawania Bez papierosów, spawanie nie występuje Podczas wybierania idealnego płynu podstawowego projektanci i związki montażowe uwzględniają wiele czynników, w tym liczbę osób
Temperatura wrzenia płynu
wpływ płynu na środowisko
Para jest bardzo korozyjna
Należy pamiętać, że w temperaturze wrzenia płynu będzie zanurzona płyta PCB Dlatego potrzebujesz predefiniowanej wartości temperatury wrzenia płynu bazowego Oczywiście można nadal kontrolować ciśnienie w pomieszczeniach fazy parowej lub wybrać pracę z klamrami pod ciśnieniem atmosferycznym
Upewnij się, że używasz właściwych składników chemicznych i nie niszcz składników z powodu zbyt wysokiej temperatury Upewnij się też, że temperatura nie będzie zbyt niska, by stopić lutownię
Co również ważne, wytwarza się niereaktywną parę W ten sposób brak utleniania może powodować uszkodzone połączenia
4.2 Warstwa parowa
Chociaż jedynym celem płynu podstawowego jest zapewnienie niezbędnej pary, prawdziwa rola występuje w warstwie pary Ponieważ parę należy wytwarzać w gotującej się płynie, utrzymuje się na stałe działa w ten sam sposób jak para płynna Nawet wtedy, gdy zmienia się temperatura komponentu ogrzewania Oczywiście ilość pary może wzrosnąć ze względu na wahania temperatury komponentu ogrzewania ale temperatura pary się nie zmienia
Ogólnie rzecz biorąc, wrzące ciecze mają ledwo zauważalne zmiany, co czyni je dobrymi termostatami. Para z wrzącej cieczy jest dużo gęstsza niż powietrze, więc pozostaje tuż nad cieczą zamiast uciekać lub unosić się z powierzchni cieczy. Wilgoć wypiera wszelkie materiały gazowe tworząc czystą warstwę, która jest idealna do lutowania.
4.3. Strefa podgrzewania
Podgrzewanie wstępne występuje obecnie w zdecydowanej większości zastosowań lutowniczych. Głównym celem jest zapobieganie różnym wadom lutowniczym. Podgrzewanie wstępne pomaga również zapewnić połączenia, które są bardziej sprzyjające i solidne.
W procesie reflow w fazie parowej, podgrzewanie wstępne odbywa się poprzez zawieszenie płyty nad warstwą pary na określony czas. W ten sposób można wystarczająco podgrzać pastę lutowniczą i elementy PCB.
Metody podgrzewania różnią się w zależności od urządzenia. Niektóre urządzenia mają wtórne fazy par, gdzie pary są niższe niż w warstwie wiodącej. Inne urządzenia zależą od wstępnego podgrzewania IR lub temperatury powietrza nad warstwą par, aby podgrzać element w przygotowaniu do lutowania.
5. Konwekcyjny piec rozpływowy i rozpływ w fazie gazowej
Wraz z rozwojem technologii, proces rozpływu nadal żyje własnym życiem. Zmiany w procesie rozpływu wynikają z rosnącego zapotrzebowania na większą dokładność. Tolerancje również uległy zaostrzeniu. Oznacza to, że monterzy i projektanci PCB muszą zrobić wszystko, aby uniknąć kosztownych błędów i uszkodzeń.
W ostatnich latach, dwie wiodące technologie lutowania stały się coraz bardziej popularne wśród producentów. Są to konwekcyjne lutowanie rozpływowe i parowe lutowanie rozpływowe. W tej części porównujemy te dwie technologie, aby łatwiej było Ci zdecydować, które podejście będzie dla Ciebie najlepsze.
Metoda pieca konwekcyjnego
Metoda konwekcyjna ma generalnie cztery główne fazy cieplne:
Faza podgrzewania (preheat)
Faza wygrzewania termicznego
Faza rozpływu
Faza chłodzenia
Każda faza tworzy obszar wewnątrz pieca, a płyta PCB przechodzi przez każde miejsce na przenośniku taśmowym. Piec konwekcyjny posiada różne strefy recyrkulacji, co pozwala na lepszą kontrolę procesu.
Ponieważ proces pieca konwekcyjnego jest częścią całego procesu montażu, można osiągnąć większą przepustowość, integrując go z systemami SMT i automatyzując. Używany przenośnik taśmowy jest niezbędny do przenoszenia płytek PCB z jednego etapu do następnego w ramach systemu. Można udoskonalić cały proces rozpływu, regulując jedynie prędkość przenośnika taśmowego. Oznacza to, że nie trzeba manipulować ciepłem w różnych strefach.
Jednym z wyzwań, jakie mogą napotkać monterzy PCB podczas rozpływu w piecu konwekcyjnym, jest niewystarczające zwilżenie płyt PCB. Dzieje się tak zwłaszcza w przypadku gęstej populacji komponentów na płytce.
Piec rozpływowy z konwekcją powietrza
Metoda fazy lotnej
Niezależnie od pasty lutowniczej, której używasz, ostatecznie będziesz musiał skonfigurować zarówno proces rozpływu, jak i lut. Celem jest zmniejszenie pustych przestrzeni i zapewnienie wystarczającego zwilżenia. Dlatego należy ocenić proces jako całość, zamiast patrzeć na każdy element osobno.
Ogólnie rzecz biorąc, proces rozpływu fazy gazowej wymaga większych inwestycji niż inne rozwiązania. Rozwiązania te obejmują proces rozpływu w piecu konwekcyjnym. Inwestycja ta obejmuje to, co wydaje się na początku na system oraz płyny, w które trzeba będzie zainwestować podczas eksploatacji.
W procesie rozpływu w fazie parowej, używa się płynów fluorowych Perfluoropolyether Fluorinated Fluids lub Golden. Stabilność termiczna tych płynów sprawia, że są one odpowiednie do rozpływu PCB. Płyny te mają również szeroki zakres temperatur pracy, co jest doskonałe dla procesu rozpływu w fazie parowej.
Proces reflow w procesie parowym polega na podgrzewaniu złoceń. Celem jest zapewnienie niezbędnej temperatury do zwilżenia płytki drukowanej. Proces ten jest szczególnie doskonały dla płytek drukowanych o szerokim zakresie rozmiarów układów scalonych. Dzieje się tak dlatego, że wahania temperatury pomiędzy komponentami o różnej masie termicznej są minimalne.
Ogrzewanie na podczerwień
Oprócz metod rozpływu w piecu konwekcyjnym i rozpływu w fazie parowej, istnieje jeszcze trzecia technologia rozpływu: ogrzewanie w podczerwieni (IR). Producenci często używają lutowania IR do podłoży z komponentami na powierzchni. Proces obejmuje transport substratów przez maszynę, która zawiera serię elementów grzewczych. Elementy te znajdują się zazwyczaj nad i pod substratami przemieszczającymi się przez komory grzewcze.
Lutowanie IR jest dość popularne wśród montażystów i projektantów PCB. Dzieje się tak dlatego, że podejście to jest nieskazitelne i przyjazne dla środowiska. Lutowanie w podczerwieni jest również bezkontaktowe i łatwo jest kontrolować moc grzewczą.
Piec lutowniczy na podczerwień
6. Zalety i wady refluksu fazy lotnej
Dzięki swoim licznym zaletom, technologia vapor phase reflow ma wielu zwolenników wśród montażystów i projektantów PCB. Jednak technologia ta ma również swoje wady. Przyjrzyjmy się niektórym zaletom i wadom reflow w fazie gazowej i jak sprawdzić, czy jest to idealne rozwiązanie dla Twoich potrzeb.
Płytka drukowana po procesie reflow w fazie gazowej
6.1 Zalety rozpływu fazy gazowej
Doskonała kontrola temperatury
Jedną z głównych korzyści płynących z zastosowania technologii napływu fazy gazowej jest to, że zapewnia ona doskonałą kontrolę temperatury. Przy ciśnieniu atmosferycznym, temperatura pary jest taka sama jak temperatura wrzącej cieczy. Oznacza to, że wahania temperatury są minimalne. W przeciwieństwie do tego, co dzieje się w innych procesach rozpływu, takich jak piec konwekcyjny i ogrzewanie podczerwienią. W przypadku zwiększenia temperatury, szybkość wytwarzania pary również wzrośnie, ale nie będzie zmiany pogody.
Wykonuj równomierne nagrzewanie
Kolejną znaczącą zaletą tej technologii jest jednolite ogrzewanie. Czynniki takie jak rozmiar, kształt, kolor czy geometria elementów PCB nie mają wpływu na proces vapor phase reflow. VPR wystawia każdą część każdego elementu na działanie dokładnie takiej samej temperatury. To sprawia, że proces napływu fazy gazowej jest idealny do napływu płyt wielowarstwowych i dużych płyt. VPR jest również idealny dla płyt z elementami o różnej wielkości oraz płyt z gęstą populacją.
Wyższy współczynnik przenikania ciepła
Proces reflow w fazie parowej polega na tym, że wymaga niższej temperatury, aby zapewnić idealny lut. Większość metod reflow potrzebuje do 35°C dodatkowego ciepła dla idealnego lutowania. Ale VPR potrzebuje tylko 5 do 10°C ponad temperaturę topnienia pasty lutowniczej, aby wykonać to samo zadanie. Wynika to z wyższego współczynnika przekazywania ciepła w procesie VPR.
Doskonała zwilżalność
Proces rozpływu w fazie gazowej oferuje również atmosferę bez tlenu. Z tego powodu uzyskuje się doskonałą zwilżalność bez dodatkowych kosztów. Zużycie energii jest znacznie niższe niż w przypadku procesu napływu z pieca konwekcyjnego.
Dzięki izolacji w VPR następuje minimalne wydzielanie ciepła do otoczenia, co oznacza, że nie jest potrzebna dodatkowa klimatyzacja.
oszczędność miejsca
Piece z fazą gazową mają również tendencję do bycia bardziej kompaktowymi niż piece konwekcyjne. Jest to znaczna zaleta, jeśli oszczędność miejsca jest jedną z Twoich trosk.
Bardziej przyjazny dla środowiska
Proces rozpływu fazy gazowej jest również jednym z najczystszych i najbezpieczniejszych. Początkowo wiele starszych maszyn do rozpływu używało freonu, który może być lotny. Obecne maszyny VPR nie potrzebują lotnych związków organicznych do działania. Fluorek jest bezwładny, nietoksyczny, nieżrący, niepalący i niezanieczyszczalny które często wyparowują całkowicie z płyty drukowanej i nie pozostawiają żadnych pozostałości Dzięki temu VPR jest jednym z najbardziej ekologicznych procesów recyrkulacji
6.2 Brak refluksu fazy gazowej
Główną wadą procesu zwrotnego fazy gazowej jest to, że potrzebuje więcej ręcznej manipulacji niż inne alternatywne procesy W związku z tym proces VPR jest bardziej odpowiedni do produkcji masowej, która może wpłynąć na potencjalne możliwości produkcyjne
Istnieją oczywiście systemy fazy gazowej odpowiednie do produkcji na dużą skalę, ale często kosztują więcej niż większość pieców konwekcyjnych Inną wadą tej technologii jest to, że może być ona bardziej czasochłonna niż inne rozwiązania
6.3 Wybierz odpowiednią technologię w zależności od potrzeb
Więc jaką metodę powrotu powinniśmy wybrać To zależy od wielu czynników między innymi
-Zaprojektowanie
Określony projekt płyty PCB i zawartość komponentu określają, którą metodę zwrotu należy użyć Na przykład, jeśli panel ma gęste właściwości, metoda fazy refluksu jest bardziej odpowiednia dla pasowników ze względu na atmosferę bezwładności
Przewiń się
Jak już sugerowaliśmy, niektóre rozwiązania VPR są przeznaczone tylko dla masowych procesów recyrkulacji Konstrukcja pieca konwekcyjnego umożliwia automatyzację linii produkcyjnej SMT i zapewnia bezproblemową produktywność
Warto zauważyć, że niektóre automatyczne systemy VPR umożliwiają większą automatyzację Ta jakość zapewnia większą produktywność i nadaje się doskonale do zastosowań na dużą skalę Należy pamiętać, że ta technologia może wymagać dużych inwestycji
Fan Wai
Jak duży jest zasięg płyty PCB Czasami zamierzasz stworzyć wiele różnych paneli Jeśli używasz pieca konwekcyjnego, wiesz, że musisz zezwolić różnym obszarom na zresetowanie torów od czasu do czasu Z drugiej strony, wpływa to na czas przepływu
Do aplikacji
Co zamierzasz zrobić z PCB Jeśli PCB jest używane w aplikacjach o wysokiej wrażliwości, należy użyć protokołu VPR W przypadku zastosowań medycznych, kosmicznych lub medycznych należy wybrać proces recyrkulacji, który zapewnia najlepsze wyniki Większa spójność i mniejsze prawdopodobieństwo przegrzania składników w metodzie powietrza-powietrza zwrotnego
Proces spawania i montażu komponentów chipów na płycie PCB
7. Skład powrotu fazy parowej
Jak już wiesz, proces VPR zależy od trzech różnych warstw, które zapewniają idealny warunek dla najwyższego poziomu spawania Te trzy warstwy to podstawowe warstwy płynu, warstwy pary i strefy rozgrzewania
Jest to substancja chemiczna w podstawowej warstwie płynu, którą można ogrzewać, aby zapewnić parę do spawania Aby uzyskać zadowalające wyniki, najlepiej wybrać odpowiednią jakość płynu Przedstawiliśmy niektóre z tych właściwości
Warstwa parowa przetwarza rzeczywisty proces spawania Zaletą warstwy pary jest brak fluktuacji temperatury Oznacza to, że nie trzeba się martwić o przegrzanie składników
Warstwa podgrzewania pomaga uniknąć wad spoiny Podczas umieszczania wskaźnika PCB bezpośrednio nad warstwą pary występuje rzeczywiste rozgrzewanie Należy pamiętać, że w zależności od używanej maszyny dostępnych jest wiele technologii podgrzewania
Przepływ powietrza powoduje wysoką jakość połączeń spawanych
Podsumowując liczbę osób
W dzisiejszym świecie najlepsza jakość jest niezbędna, a technologia recyrkulacji powietrza okazała się rewolucyjna Ten proces jest wykonalną alternatywą dla innych popularnych technologii spawania
Wprowadzenie płynu perfluoropolieterowego w szczególności uczyniło proces VPR efektywnym. Projektanci i montażyści PCB, którzy decydują się na rozwiązania VPR, mogą oczekiwać wielu korzyści. Obejmują one lepsze zwilżanie lutu, niższe temperatury szczytowe i atmosferę wolną od tlenu. W efekcie końcowym, VPR daje najwyższej jakości wyniki lutowania.
Jeśli jesteś na rynku usług rozpływowych, dobrym pomysłem jest współpraca z najlepszymi w branży. Możemy pochwalić się zespołem wysoce kompetentnych inżynierów PCB, którzy mogą zapewnić niezawodne usługi w najbliższym czasie. Skontaktuj się z nami już dziś.