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
Тип пасты |
Рецептура (сплав) |
Размер платы |
Характеристика размера |
Наличие BGA/PGA |
Рекомендуемое число зон |
|---|---|---|---|---|---|
Свинцовая |
63/37 |
Маленькая |
До 100×100 мм |
Нет |
5–7 зон |
Свинцовая |
63/37 |
Средняя |
100×300 см² |
Есть |
7–9 зон |
Свинцовая |
62/36/2 |
Большая |
300–500 см² |
Есть |
9–12 зон |
Бессвинцовая |
SnBi |
Маленькая |
До 100×100 мм |
Нет |
7–9 зон |
Бессвинцовая |
SnBi |
Средняя |
100×300 см² |
Есть |
7–9 зон |
Бессвинцовая |
SnBi |
Большая |
300–500 см² |
Есть |
9–12 зон |
Бессвинцовая |
SAC305 |
Маленькая |
До 100×100 мм |
Нет |
8–10 зон |
Бессвинцовая |
SAC305 |
Средняя |
100×300 см² |
Есть |
9–12 зон |
Бессвинцовая |
SAC305 |
Большая |
500+ см² |
Есть |
10–12 зон |
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
Р.Е. Фрай, "Технология производства печатных плат".
ГОСТ Р 58882-2020 "Монтаж на печатных платах. Требования к качеству паяных соединений".
IPC-7095: Design and Assembly Process Implementation for BGAs.
IPC-A-610: Acceptability of Electronic Assemblies.
Handbook of Solder Technologies, Second Edition by Karl J. Puttlitz, Kenneth A. Snowdon.
zurabob
Вот это очень странное утверждение, перешли на пасту с серебром именно для уменьшения цены ошибки. Добавление серебра растягивает по температуре зону полужидкого состояния припоя, при этом уменьшается вероятность надгробного камня, лучше самоцентрируются компоненты, меньше влияние неравномерностей нагрева.
Как минимум на поверхностном натяжении держатся, только соблюдать рекомендации и паять тяжелые компоненты второй стороной. На стороне когда делали двусторонний монтаж тоже без клея всегда был.
Master_Georgy Автор
Что касается времени увеличения нахождения в текучей фазы и преимуществ этого – вы безукоризненно правы. Речь о том, что:
Серебряная паста банально дороже.
Больше доля стоимости смены в цене изделия. Поскольку время на участке оплавления увеличивается до 40%.
zurabob
Это точно не ИИ пишет (особенно это касается следующего коммента)?
При чем тут тогда "повышает цену ошибки, требуя большего контроля", если паста прощает ошибки и требует меньшего контроля термопрофиля, равномерности нагрева и трассировки.
Дороже она немного, а время вообще тут ни при чем, время определяется термопрофилем, а он не меняется. Пример: пасты SE48 – M955 и SS48 – M955 с серебром и без имеют один даташит с одним профилем, похожая SSA48-M955 имеет практически такой же термопрофиль с той же длительностью, разница же между "Over 200°C > 30sec." и "Over 200°C 30 ~ 40sec." пренебрежимо мала.
Master_Georgy Автор
Буквально, в рублях) Ну и в эмоциональном ресурсе – если спалить пайку на серебряной пасте, ора стоит намного больше.
zurabob
Если у вас в стоимости переделки плохо спаянной партии по вашей вине значима стоимость пасты, то наверно рабочие соответствующей квалификации еще и доплачивают за возможность прийти на работу. Не лучшая реклама фирмы.
Я привел не мнение, а PN паст известного производителя отличных паст с подробными даташитами, поделитесь альтернативными PN с даташитами пожалуйста. И кроме того, я не видел, чтобы производительность линии определялась скоростью прохождения печки, время такта определялось установщиком(ами), но тут не буду спорить, ваш опыт возможно иной.
Master_Georgy Автор
Монтаж у нас только для крупных заказчиков, главный профиль торговля)
Master_Georgy Автор
Тут у меня профили для MAX-904 и -925 соответственно, полученные в разное время с завода.
zurabob
А что это за производитель, не могу найти даташита или нормального описания? Находятся только сомнительные китайцы без сайтов и документации.
Master_Georgy Автор
Встречал мнение, что у KOKI просто применяемый флюс не позволяет удлинить профиль. Буду рад услышать альтернативное суждение.
Master_Georgy Автор
Собственно, задекларированное технологическое свойство пасты сохранять липкость, меняя фактор, обуславливающий адгезию, при оплавлении – это самое настоящее честное слово. Подбор режима оплавления при двусторонней пайке затруднен тем, что плата, находящаяся сверху, не иллюзорно препятствует конвекции. Проблему, закономерно, можно пытаться решить, растянув время в этой фазе, но не каждый флюс рассчитан на модификацию режима.