Ефекти на сянка при SMT запояване: Решението NeoDen IN6

Въведение

По време напроцес на повторно запояване, инженерите често се сблъскват със ситуация, при която на една и съща печатна платка някои спойки са се оформили добре, докато малките компоненти, разположени близо до задната страна на големи компоненти или в сенчести зони, показват проблеми като непълно топене на спойка, недостатъчно овлажняване или дори студени спойки. Това явление е известно като ефект на сянката.

Тази статия ще анализира причините за ефекта на сянка от гледна точка на процеса на SMT, като се основава наофициален NeoDen IN6потребителръководствои обяснете как да подобрите консистенцията на запояване на печатни платки чрез правилно оптимизиране на параметрите за запояване чрез преформатиране.

Какво представлява ефектът на сянка при SMT запояване?

Ефектът на сянката се отнася до феномен, който се появява по време на процеса на запояване чрез повторно оформяне, при който компоненти с голям или висок-топлинен-капацитет блокират потока на горещ въздух, предотвратявайки получаването на достатъчно топлина на съседни зони и причинявайки локалните температури на PCB да паднат под целевата температура на запояване.

Просто казано,оборудване за запояване чрез претопяванепредава топлина към повърхността на печатната платка чрез циркулация на горещ въздух. Въпреки това, когато PCB съдържа компоненти, които са високи или с голяма площ, горещият въздух не може да покрие равномерно всички области. Точно както слънчевата светлина образува сянка, когато е блокирана от обект, така и в зоната зад компонента се образува "топлинна сянка".

Например:

Малки резистори или кондензатори, разположени зад големи съединители:

• Малки компоненти в близост до устройства с висока мощност.
• Области около гъсто опаковани ИС.
• Локализирани области върху дебели-медни печатни платки.

Поради намалена ефективност на топлообмен на тези места могат да възникнат следните проблеми:

• Пастата за запояване не се разтопява напълно.
• Недостатъчно овлажняване на спойка.
• Намалена здравина на ставата.
• Неравномерно нагряване на компонент, което води до разминаване.

Следователно ефектът на сянка не е просто въпрос на недостатъчна температура, а по-скоро значително топлинно несъответствие между различните области на печатната платка.

NeoDen IN6потребителръководство отбелязва, че действителната температура на PCB се влияе не само от зададената температура на оборудването, но и от размера, дебелината, материала и плътността на компонентите на PCB. Различните печатни платки имат различни възможности за пренос на топлина и поглъщане на топлина, така че параметрите на преформатиране трябва да се коригират за всеки конкретен продукт.

Какви дефекти на SMT запояване може да причини ефектът на сянка?

1. Непълно преформатиране

Най-прякото въздействие на ефекта на сянка е, че той не позволява на спойката да достигне напълно разтопено състояние.

NeoDen IN6разделът за отстраняване на неизправности изрично посочва, че когато възникне непълно преформатиране, възможните причини включват недостатъчно нагряване. Съответните решения включват намаляване на скоростта на конвейерната лента, за да се даде повече време на PCB за нагряване.

За печатни платки, съдържащи големи компоненти, инженерите обикновено трябва да подобрят термичната компенсация в сенчестите зони чрез намаляване на скоростта на конвейера, оптимизиране на настройките на температурната зона или добавяне на долно отопление.

2. Съединения със студена спойка

Когато температурите в сенчестите зони са недостатъчни, спойката може да не успее да достигне идеалната течна фаза, което в крайна сметка води до студени споени съединения.

Ставите със студена спойка обикновено се проявяват като:

• Тъпи повърхности на спойката.
• Недостатъчна механична якост.
• Нестабилни електрически връзки.

Такива проблеми може да не бъдат лесно открити по време на ранните етапи на производство, но по време на дългосрочна-работа на продукта те могат да доведат до повреда поради фактори като термични цикли и механични вибрации.

Следователно, за продукти с високи изисквания за надеждност-като промишлени системи за управление, автомобилна електроника и комуникационно оборудване-е от съществено значение да се осигури еднородност на температурата по време на процеса на преформатиране.

3. Изместване на компонентите и намалена консистенция на запояване

Ефектът на сянка също може да повлияе на стабилността на компонента.

Ако скоростите на нагряване варират значително в различните области на печатната платка:

• Пастата за запояване в някои области вече е започнала да се топи.
• Докато в други области той остава в полу{0}}разтопено състояние.

Това асинхронно състояние може да причини дисбаланси на повърхностното напрежение, водещи до изместване на малки компоненти.

Особено при производството на микро-компоненти като 0402 и 0201, еднородността на температурата има още по-изразено влияние върху качеството на запояване след поставянето.

Защо се получава ефектът на сянката? Анализ на 4 основни причини

Причина 1: Големи компоненти блокират циркулацията на горещ въздух

Това е най-пряката причина за ефекта на сянката.

Запояването с горещ{0}}въздух разчита на циркулация на въздуха за пренос на топлина към печатната платка. Когато на платката има високи компоненти:

• Потокът на горещ въздух е възпрепятстван.
• Зад компонента се образува зона с ниска{0}}температура.
• Скоростта на нагряване на близките подложки намалява.

Например, голям съединител може да блокира по-малки компоненти за-монтиране на повърхността зад себе си, предотвратявайки тези споени съединения да получават същото количество топлина като другите области.

Следователно, справянето с ефекта на сянката първо изисква разбиране на връзката между оформлението на печатни платки и посоката на потока горещ въздух.

TheNeoDen IN6използва напълно горещ{0}}метод на нагряване с конвекция, като използва циркулиращ горещ въздух за загряване на цялата печатна платка. В сравнение с методите, които разчитат единствено на лъчисто отопление, този подход подобрява ефективността на топлообмена за сложни печатни платки.

Въпреки това е важно да се отбележи, че дори при дизайн с циркулация на горещ{0}}въздух, разликите в топлинния капацитет, причинени от големите компоненти, не могат да бъдат напълно елиминирани, оптимизирането трябва да се извърши във връзка с температурните профили.

Причина 2: Прекомерни вариации в топлинния капацитет на PCB

Има значителни разлики в способността за поглъщане на топлина на различните печатни платки.

Факторите, които влияят на това, включват:

• Дебелина на печатни платки.
• Брой медни слоеве.
• PCB материал.
• Брой компоненти.
• Плътност на компонента.

Например:

Тънка, дву{0}}слойна печатна платка може да достигне целевата температура бързо, докато дебела-медна, многослойна печатна платка с висока-плътност ще изисква повече време за абсорбиране на топлина.

TheNeoDen IN6потребителръководство специално подчертава, че действителните температури на запояване се влияят от размера на платката, дебелината, материала и плътността на компонентите; следователно различните продукти изискват различни температурни профили и не могат да се използват еднакви параметри във всички случаи.

Причина 3: Неправилна настройка на скоростта на конвейера

По време наповторно запояванескоростта на конвейера определя колко дълго печатната платка остава във всяка температурна зона и е един от ключовите параметри на процеса, влияещи върху ефекта на сянка.

Когато скоростта на конвейера е твърде висока, общото време за нагряване на печатната платка е недостатъчно и зоните, закрити от големи компоненти, са по-податливи на забавяне на температурата поради по-ниска ефективност на топлопренос. При този сценарий, докато стандартните зони може вече да са достигнали условията, необходими за топене на спояваща паста, сенчестите зони може все още да не са достигнали идеалната температура на запояване, което в крайна сметка води до локализирано недостатъчно запояване.

NeoDen IN6 поддържа регулиране на скоростта на конвейера от 5 до 30 см/мин, което позволява на инженерите да прецизират-настройките въз основа на размерите на печатни платки, дебелината, плътността на компонентите и препоръчителния профил на температурата на спояващата паста.

за:

• ПХБ с висока компонентна плътност.
• Дебели многослойни плоскости.
• ПХБ с големи площи от медно фолио.
• ПХБ, съдържащи големи конектори или екраниращи капаци.

обикновено е необходимо да се намали по подходящ начин скоростта на конвейера, за да се даде на печатната платка достатъчно време за пренос на топлина.

Ръководството също така отбелязва, че скоростта на конвейерната верига пряко влияе върху времето на престой на печатната платка в нагревателния канал и тъй като различните печатни платки имат различен капацитет за поглъщане на топлина, времето за нагряване и температурните настройки трябва да бъдат съответно коригирани.

Ето защо, когато се справяте с ефекта на сянката, не се препоръчва просто да повишавате температурата във всички нагревателни зони. Вместо това трябва да се даде приоритет на идентифицирането на проблема чрез тестване на температурната крива, последвано от регулиране на скоростта на конвейера, за да се постигне по-равномерно топлинно състояние в цялата печатна платка.

Причина 4: Недостатъчен топлинен баланс между горната и долната нагревателна зона

Ефектът на сянката не е свързан само с циркулацията на горещ въздух, но и с разпределението на топлината между горната и долната нагревателна зона.

За печатни платки с голям брой големи компоненти разчитането само на топлина от горната -страна може да не позволи на топлината да проникне достатъчно бързо в зоните, закрити от компонентите. В такива случаи недостатъчният капацитет на нагряване от долната-страна може допълнително да разшири сенчестите зони, което води до значителна температурна разлика между горната и долната повърхност на печатната платка.

В раздела за отстраняване на неизправности на ръководството, когато възникне недостатъчно преформатиране поради засенчване на компоненти, се предоставят следните препоръки:

• Увеличете отоплението от-долната страна.
• Регулирайте скоростта на конвейера въз основа на действителните условия.

При действителното производство инженерите трябва да избягват сляпото увеличаване на горната температура. Твърде високите горни температури могат да доведат до:

• Прегряване на малки компоненти.
• Ненормално изпаряване на потока.
• Локализирано прегряване на печатната платка.

По-разумен подход е да се проведе тестване на температурния профил, за да се намери балансът между горната и долната температурни зони.

Как NeoDen IN6 помага за разрешаването на SMT Shadow Effect?

The NeoDen IN6предлага множество функции за оптимизация на процеса за справяне с проблемите с постоянството на температурата в SMT производството.

1. Пълно горещ-въздушно конвекционно отопление за подобряване на способността за топлообмен за сложни печатни платки

NeoDen IN6 използва пълна конвекция на горещ-въздух, като използва циркулиращ горещ въздух за пренос на топлина към повърхността на печатната платка.

В сравнение с традиционните единични-методи за отопление, пълната конвекция-на горещ въздух спомага за подобряването на:

• Температурни разлики между различните области на печатната платка.
• Топлинни различия между големи и малки компоненти.
• Консистенция на отопление в зони с плътно разположение на компонентите.

Освен това IN6 е оборудван с 6 нагревателни зони, което позволява на инженерите да регулират температурите в различни зони въз основа на действителната конфигурация на печатни платки, осигурявайки по-стабилни резултати от запояване за дебели платки, печатни платки с големи медни площи и печатни платки с висока-компонентна плътност.

2. ±0,2 градуса температурна стабилност за подобрена консистенция при пренареждане

Температурните колебания са ключов фактор, влияещ върху консистенцията на запояване.

Когато контролът на температурата в пещта за повторно оформяне е нестабилен, топлинните несъответствия, които вече съществуват между различните области на печатната платка, се усилват допълнително, което прави сенчестите зони по-податливи на недостатъчно запояване.

TheNeoDen IN6използва високо{0}}чувствителни температурни сензори за постигане на стабилен температурен контрол, като поддържа температури в диапазон от ±0,2 градуса.

За PCB продукти, изискващи повторно производство, стабилният температурен контрол намалява отклоненията на процеса между партидите и подобрява последователността на производството.

3. Функция за запис на температурната крива: Прецизно идентифициране на недостатъчна температура в сенчести зони

Най-критичната стъпка в разрешаването на "ефекта на сянка" е разбирането на действителните температурни промени на печатната платка.

Много инженери разчитат единствено на показаната температура на оборудването, но в действителност:

Температура на дисплея на оборудването ≠ Действителна температура на PCB.

NeoDen IN6 поддържа свързването на температурни сензори и използва функцията за температурна крива, за да записва действителния процес на нагряване на PCB.

Инженерите могат:

• Осигурете термодвойките на критичните места за запояване.
• Прекарайте печатната платка през пещта за повторно оформяне.
• Получете действителната температурна крива.
• Сравнете го с кривата, препоръчана от производителя на спояващата паста.

Този подход позволява точна оценка на:

• дали сенчестите зони са недостатъчно нагрети.
• дали времето за предварително загряване е твърде кратко.
• дали пиковата температура отговаря на изискванията.

TheNeoDen IN6ръководство за употреба предоставя подробни инструкции относно методите за изпитване на температурната крива и препоръчва използването на действително произведени печатни платки за измерване, за да се гарантира, че кривата отговаря на производствените изисквания.

4. Запазете различни параметри на процеса на PCB, за да подобрите ефективността на превключване на производството

Различните PCB продукти обикновено изискват различни параметри за преформатиране.

Например:

• Малките печатни платки може да изискват по-кратко време за нагряване.
• Дебелите печатни платки изискват по-дълго време за пренос на топлина.
• ПХБ с висока-плътност изискват повторно-оптимизиране на настройките на температурната зона.

NeoDen IN6 поддържа запазването на параметрите на температурата и скоростта на конвейера, което позволява на инженерите да запазват параметри на процеса за различни продукти и бързо да ги извличат по време на смяна на производството.

За фабриките на EMS, произвеждащи голямо разнообразие от продукти в малки партиди, това намалява времето за повтарящо се отстраняване на грешки, като същевременно минимизира дефектите при запояване, причинени от грешки в конфигурацията на човека.

Контролен списък за бързо отстраняване на неизправности на SMT Shadow Effect

ЧЗВ

Q1. Ефектът на сянка винаги ли се причинява от оборудването за повторно запояване?

Не е задължително.

Ефектът на сянка обикновено се причинява от комбинация от фактори, включително:

• Дизайн на печатни платки.
• Компонентно оформление.
• Топлинен капацитет на печатни платки.
• Скорост на конвейера.
• Температурен профил.

Ефективността на оборудването за запояване чрез претопяване е само един от допринасящите фактори.

Q2. Как може да се сведе до минимум ефектът на сянка при запояване с преплавяне?

Обичайните методи включват:

• Оптимизиране на оформлението на печатни платки.
• Намаляване на скоростта на конвейера.
• Регулиране на съотношението между горните и долните температурни зони.
• Използване на действителни тестови температурни профили на PCB.
• Установяване на независими параметри на процеса за различни продукти.

Q3. Подходящ ли е NeoDen IN6 за справяне със сенчестия ефект в сложни печатни платки?

NeoDen IN6 подпомага инженерите при оптимизиране на процесите на преформатиране на сложни печатни платки чрез пълна циркулация на горещ-въздух, 6-зоново нагряване отгоре-и отдолу, изключително стабилен температурен контрол, събиране на данни за температурния профил и възможности за запазване на параметри.

За научноизследователска и развойна дейност, производство на малки{0}}серии и малки-до-средни-компании за EMS, IN6 помага за установяването на по-стабилни и повтарящи се процеси на SMT запояване.

Заключение

Ефектът на сянката е неизбежен проблем, който изисква внимание при съвременното производство на печатни платки с висока{0}}плътност. Тъй като компонентите стават по-малки и проектите на печатни платки стават все по-сложни, разчитането единствено на фиксирани температурни параметри вече не е достатъчно, за да отговори на стабилните производствени изисквания.

Ключът към намаляване на ефекта на сянката се крие в разбирането на моделите на топлообмен на PCB и оптимизирането на следните фактори чрез научни методи:

• Скорост на конвейера.
• Температурен профил.
• Настройки на горната и долната температурна зона.
• Параметри за производство на печатни платки.

Със своята пълна -структура за конвекция на горещ въздух, прецизно нагряване в шест температурни зони, контрол на температурната стабилност в рамките на ±0,2 градуса и възможности за анализ на температурния профил, NeoDen IN6 помага на производителите на електроника да разрешават по-ефективно проблеми като недостатъчно запояване и неравномерно разпределение на топлината, като по този начин подобрява добива на SMT производство.

Свържете се с екипа на NeoDen, за да оптимизирате вашия процес на запояване през повторно оформяне