Въведение
В съвременните производствени процеси за повърхностен монтаж с висока плътност, широкото приемане на безоловно запояване значително повиши температурния диапазон вътрепещи за претопяване, като пиковите температури обикновено достигат 240 до 250 градуса. При такива високи температури кислородът във въздуха реагира бурно с разтопения припой и медните подложки на печатната платка, причинявайки влошаване на омокряемостта на спойката. За да се сведе до минимум окислението до неговата физическа граница, въвеждането на азотна защитна атмосфера се превърна в основна мярка в производството на PCBA с висока точност. Въпреки това, простото въвеждане на азот не гарантира висококачествено запояване; само чрез прецизно контролиране на концентрацията на кислород във фурната до нивото на ppm (части на милион) може да се реализира напълно технологичната стойност на азотната атмосфера.
Механизъм на предизвикано от кислород увреждане на микроструктурата на спойката в среда с висока температура
Нагревателната зона и зоната за запояване в рамките напещ за претопяванеса зони с висок риск за окислителни реакции. Когато пастата за запояване върху печатната платка се разтопи при високи температури, активните съставки в маската за запояване върху повърхността на металния прах започват да се изпаряват, излагайки силно реактивната повърхност на разтопения метал. В този момент, ако концентрацията на остатъчен кислород във фурната е твърде висока, кислородните молекули незабавно ще реагират с метални елементи като калай и мед, образувайки плътен филм от калаен оксид (SnO или SnO₂) върху повърхността на спойката. Този оксиден филм с висока точка на топене значително увеличава повърхностното напрежение на разтопения припой, възпрепятствайки неговата дифузия и разпространение навън, което директно води до увеличаване на контактния ъгъл на спойките. На микроскопично ниво окислението също пречи на нормалния растеж на интерметалните съединения (IMC) между медните подложки и калаената сплав, което ги кара да станат груби и прекъснати. Когато завършеният PCBA е подложен на термичен стрес или механични вибрации по време на последваща работа, тези микроскопични интерфейси - които са станали крехки поради окисляване - са силно предразположени към напукване под напрежение, което води до спорадични повреди на електрическия контакт.
Прагове на нива на PPM за концентрация на кислород въз основа на различни пакети устройства
Прецизният контрол на концентрацията на кислород изисква установяване на диференцирани прагови стойности въз основа на физическите характеристики на платката и вида на пакета на устройството. Сляпото преследване на изключително ниски концентрации на кислород води до експоненциално увеличение на разходите за потребление на азот; следователно трябва да се установи научно обоснован прозорец на процеса. За стандартни 0402 и 0603 повърхностно монтирани резистори и кондензаторни компоненти, както и QFP устройства с фина стъпка, контролирането на концентрацията на кислород в диапазона от 1000 до 1500 ppm ефективно потиска повърхностното окисление и осигурява основно нарастване на намокрянето. Въпреки това, когато работите с QFN, включващи долни подложки с голяма площ, ултраминиатюрни 01005 компоненти или плътно опаковани BGA, CSP и флип-чип устройства, червените линии на процеса трябва да бъдат стриктно затегнати. Такива високопрецизни проекти за производство на PCBA изискват концентрацията на кислород в зоната на запояване да се поддържа стриктно между 200 ppm и 500 ppm. В изключително инертна среда под 500 ppm способността за овлажняване на спойката претърпява качествен скок, като не само значително намалява скоростта на празнота вътре в BGA, но също така напълно елиминира дефектите на свързване на спойката между щифтовете с ултра фина стъпка.
Цифрово управление чрез многоточково вземане на проби със затворен цикъл и регулиране на азотния поток
Постигането на дългосрочна стабилност на концентрацията на кислород на ниво PPM вътре в пещта за пренареждане не може да разчита на периодично ръчно офлайн тестване; то трябва да зависи от вградената онлайн многоточкова система за анализ на концентрацията на кислород на пещта за преформулиране и алгоритмите за управление на затворена верига. Висококачествените фурни за префлояване обикновено са оборудвани с високопрецизни циркониеви кислородни сензори съответно в зоните за предварително нагряване, изравняване, запояване и охлаждане. Тези сензори непрекъснато вземат проби от пещния газ в реално време с честота от една секунда, за да наблюдават локалните колебания в концентрацията на кислород. Цифровата система за управление (SPC) улавя динамично тези отделни потоци от данни. Ако концентрацията на кислород в зоната за запояване се понижи до 450 ppm-надвишавайки зададената горна граница на процеса от 400 ppm-поради въздух, вкаран, когато платките влизат или излизат от пещта, задният контролен блок незабавно издава команда, за да инструктира регулиращия клапан с налягане в тази област да увеличи скоростта на потока на азот с висока чистота. В същото време газовите завеси и изпускателните системи в двата края на пещта работят съвместно, за да регулират баланса на въздушния поток, като бързо изхвърлят проникналия въздух и връщат концентрацията на кислород в безопасни граници в рамките на 20 секунди, като гарантират, че всяка дъска преминава през постоянна среда с изключително ниско съдържание на кислород.
Координацията от край до край гарантира, че чистотата на азота и управлението на херметичността са вградени в спецификациите на процеса
Контролът на кислорода на ниво PPM е систематично начинание, което разчита не само на управлението на затворената верига на пещта за преформатиране, но и на стандартизирано управление на външни поддържащи системи. Чистотата на доставяния азот при източника трябва да отговаря на стандарта "пет-девет" от 99,999%. Това е основната физическа предпоставка за гарантиране, че нивата на кислород вътре в пещта могат да бъдат намалени до под 200 ppm. По време на рутинната поддръжка техниците трябва периодично да проверяват херметичността на уплътнението на горния капак на фурната, стъклото на прозореца за наблюдение и механичните връзки на механизмите за регулиране на водещата релса, за да предотвратят стриктно изтичане на газ, причинено от микроскопични пролуки в резултат на термично разширение и свиване. Освен това, по време на фазата на планиране на производството преди сглобяването на PCBA за повърхностен монтаж, инженерите по материали трябва да оптимизират избора на паста за запояване за азотна среда, като изберат паста за запояване с ниско съдържание на остатъци, силно реактивна, без халоген, подходяща за условия с ниско съдържание на кислород. Чрез използване на азотното защитно капсулиране на летливите вещества на активатора, интерфейсът за запояване е допълнително пречистен, което води до безупречно образуване на спойка по цялата платка.
Фирмен профил
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., основана през 2010 г., е професионален производител, специализиран в SMT машина за избор и поставяне, пещ за преформатиране, машина за печат на шаблони, SMT производствена линия и други SMT продукти. Разполагаме със собствен екип за научноизследователска и развойна дейност и собствена фабрика, като се възползваме от собствения си богат опит в научноизследователската и развойна дейност, добре обучено производство, спечелило страхотна репутация от клиенти по целия свят.
През това десетилетие ние независимо разработихме NeoDen4, NeoDen IN6, NeoDen K1830, NeoDen FP2636 и други SMT продукти, които се продават добре по целия свят. Досега сме продали повече от 10 000 машини и сме ги изнесли в над 130 страни по света, създавайки добра репутация на пазара. В нашата глобална екосистема ние си сътрудничим с най-добрия си партньор, за да предоставим по-заключително обслужване на продажбите, високо професионална и ефективна техническа поддръжка.
Вярваме, че страхотните хора и партньори правят NeoDen страхотна компания и че нашият ангажимент към иновациите, разнообразието и устойчивостта гарантира, че SMT автоматизацията е достъпна за всеки любител навсякъде.