Платы управления паровой печью содержат электролитические конденсаторы, реле, пластиковые разъемы и силовые полупроводники. Эти сборки выдерживают повторяющиеся циклы термического удара во время фактической эксплуатации. Неправильный профиль пайки оплавлением может привести к холодной пайке, образованию надгробий, образованию шариков припоя, расслоению контактных площадок и термическому повреждению компонентов. Эти невидимые микротрещины внутри паяных соединений будут расширяться под воздействием циклических нагрузок от нагревания до охлаждения и в конечном итоге вызывать периодические сбои в соединении. Поскольку в печатных платах, подвергаемых паровой печи, в основном используются ламинаты с высокой Tg и смешанные термочувствительные компоненты, систематическая настройка зон предварительного нагрева, выдержки, оплавления и охлаждения необходима для обеспечения надежности паяных соединений при массовом производстве.

Весь профиль оплавления состоит из четырех ключевых этапов: предварительный нагрев, выдержка, пик оплавления и охлаждение. Температурный градиент, пиковая температура и скорость конвейера взаимодействуют друг с другом. Быстрое повышение температуры приводит к огромной разнице температур между подложкой печатной платы, крупногабаритными реле и небольшими компонентами микросхемы. Для плат управления паровой печью скорость разгона должна строго контролироваться в пределах 1-2℃ в секунду. Чрезмерная скорость линейного изменения приводит к вздутию конденсатора, пластической деформации разъема и подъему контактной площадки. Слишком медленное линейное изменение снижает эффективность производства и оставляет растворитель флюса в паяльной пасте, что приводит к образованию пустот и дефектов шариков припоя.

Зона предварительного нагрева мягко повышает общую температуру платы и улетучивает большую часть растворителя внутри паяльной пасты. Недостаточный предварительный нагрев приводит к бурному кипению растворителя в высокотемпературной зоне, что приводит к образованию крупных шариков припоя и пустот. Чрезмерно высокая температура предварительного нагрева преждевременно активирует флюс и вызывает окисление порошка припоя. Температура зоны предварительного нагрева должна быть установлена ​​в пределах от 150 ℃ до 180 ℃. Отрегулируйте скорость конвейера в соответствии с плотностью компонентов и размером печатной платы. Тепловое профилирование реальной платы должно поддерживать отклонение температуры в пределах ±5 ℃ по всей поверхности печатной платы, устраняя температурный разрыв между большими тяжелыми разъемами и крошечными частями чипа.

Зона выдержки действует как основа настройки параметров оплавления. На этом этапе температура плиты становится однородной, флюс достаточно активируется и удаляет поверхностный оксид для последующего металлургического соединения. Распространенные дефекты массового производства возникают из-за неправильных параметров выдержки. Недостаточное время выдержки или низкая температура выдержки приводят к неполной активации флюса, что приводит к плохому смачиванию и риску возникновения холодного соединения. Чрезмерное вымачивание приводит к преждевременному расходу флюса, в результате чего паяные соединения становятся темными и шероховатыми. Для печатных плат с высокой Tg, используемых в панелях управления паровых печей, температура выдержки должна поддерживаться в пределах 180–200 ℃ с точно контролируемым временем выдержки. Требуются реальные измерения термодатчиком при фактической сборке, а не просто ссылки на показания термометра печи. Термопары следует прикреплять к контактам компонентов с высоким теплопоглощением, таких как силовые реле и большие электролитические конденсаторы, а не к пустой области печатной платы.

Зона оплавления контролирует пиковую температуру и время выше ликвидуса. Паяльная паста обеспечивает металлургическое смачивание при температуре выше температуры жидкой фазы. Превышение пиковой температуры приведет к повреждению электролитических конденсаторов и пластиковых разъемов, а также ухудшит характеристики паяльной маски. Низкая пиковая температура приводит к недостаточной текучести припоя и риску холодной пайки. Для бессвинцового припоя пиковая температура находится в диапазоне 235–245 ℃, а время выше ликвидуса должно поддерживаться в пределах 45–75 секунд. Оплавление с защитой от азота рекомендуется для высоконадежных партий, чтобы уменьшить окисление паяных соединений и улучшить характеристики смачивания.

Параметры зоны охлаждения нельзя игнорировать. Быстрое охлаждение создает значительную термическую нагрузку, вызванную несоответствием теплового расширения компонентов и печатной платы. Внутри паяных соединений образуются невидимые микротрещины. Эти микротрещины могут пройти проверку методом АОИ, но быстро распространяются под циклической термической нагрузкой в ​​паровой печи, что впоследствии приводит к периодическим отказам. Скорость изменения охлаждения должна быть ограничена до 2‑4℃ в секунду, чтобы зерна припоя формировались равномерно, а остаточное тепловое напряжение снималось. Не выгружайте узлы до тех пор, пока температура на выходе не упадет ниже 75 ℃.

Необходима вспомогательная оптимизация производственной линии. Скорость конвейера определяет фактическое время пребывания в каждой зоне. При каждом изменении версии печатной платы, типа паяльной пасты или трафарета необходимо выполнить испытание термического профиля. Регулярное обслуживание печи должно удалять накопившийся оловянный шлак и оксидные загрязнения во избежание повреждения печатной платы посторонними предметами. Также необходимо проверить качество открытия трафарета, поскольку дефекты трафарета могут вызвать аналогичные симптомы плохой пайки.

Диагностика и устранение дефектов: Плохое смачивание и холодные соединения в основном связаны с температурой зоны выдержки и временем выдержки. Капли и пустоты припоя обычно возникают из-за слишком быстрого нарастания температуры. Пластическая деформация компонентов или вздутие конденсатора вызваны слишком высокой пиковой температурой или крутой скоростью изменения температуры. Микротрещины в паяных соединениях чаще всего возникают в результате слишком быстрого охлаждения. AOI может обнаружить очевидные поверхностные дефекты, но скрытые микротрещины требуют периодического металлографического контроля поперечного сечения.

Проверка надежности замыкает цикл настройки. После пайки осуществляется визуальный осмотр и АОИ. Образец печатной платы должен пройти испытание на термический цикл, имитирующее реальное чередование горячего и холодного в паровой печи, чтобы выявить скрытые риски паяных соединений, которые невозможно обнаружить с помощью статической визуальной проверки.

Подводя итог, настройка параметров пайки оплавлением плат управления паровой печью представляет собой процесс с замкнутым контуром. Строго ограничивайте скорость изменения температуры, оптимизируйте профиль предварительного нагрева, выдержки, оплавления и охлаждения в соответствии с измерениями температуры реальной платы, сбалансируйте выносливость печатной платы с высоким Tg и допуск на термочувствительные компоненты. Сотрудничайте с периодическим тепловым профилированием и испытанием надежности выборки, чтобы свести к минимуму риски холодных соединений, пустот, шариков припоя и микротрещин, а также гарантировать долгосрочную надежность паяных соединений в условиях циклического термического удара.