Der größte Kompromiss beim Drucken ultrafeiner Lotpasten liegt im Reflow

In einer sechteiligen SMT-Montagereihe haben wir über die Vorteile der Verwendung feiner Pulverlotpasten diskutiert, um die Verfahrenserträge für den Schablonendruck, vor allem bei Flächen, bei denen das Flächenverhältnis niedriger als 0,66 ist, zu verbessern.

Da ca. 60 % der Lötfehler üblicherweise beim Drucker auftreten, ist es für den Erfolg entscheidend, sich auf den Schablonendruck zu konzentrieren. Wenn nicht ausreichend Paste abgelagert wird, wie es üblicherweise der Fall ist, wenn man kleine Aperturen beobachtet, ist das Verfahren beim ersten Schritt in der SMT-Montage fehlgeschlagen und eine Nachbearbeitung ist unumgänglich.

Feinere Pulverlotpasten können dabei helfen, die Einschränkung von 0,66 zu überwinden. Wie bei den meisten Veränderungen gibt es dabei jedoch einen Kompromiss — Der Reflow dieser Materialien wird zu einer größeren Herausforderung.

Abbildung 1

Wenn wir es uns genauer ansehen, werden uns die Gründe klar. Erstens, wenn die Partikelgröße abnimmt, nimmt der gesamte Oberflächenbereich (Oberflächenbereich der frei liegt) für das gleiche Lotpastenvolumen zu. Diese Zunahme am gesamten Oberflächenbereich bedeutet auch eine Zunahme der gesamten Oberflächenoxidierung und die Anforderung an das Flussmittel, diese Oxide zu entfernen, nimmt zu. Zweitens, wie in Abbildung 1 dargestellt, ist der Grund für die Wahl einer feineren Pulverlotpaste der, die kleineren Aperturen mit herausfordernden Flächenverhältnissen zu drucken. Wenn wir die Tabelle von rechts nach links lesen, kann man sehen, dass das Verhältnis von vorhandenem Flussmittel zu freiliegendem Oberflächenbereich abnimmt, wenn wir uns von einer Apertur mit 18 mm zu einer Apertur mit 6 mm bewegen.

Mit anderen Worten, es gibt zwei Probleme bei der Arbeit, die beim Reflow feiner Pulverlotpasten gegen uns spielen. Das erste ist die verstärkte Oberflächenoxidierung innerhalb der Paste. Das zweite Problem ist die physikalische Größe der Lotpastenablagerung, die geringer ist wenn man weniger Flussmittel zur Verfügung hat und deshalb sensibler auf die Ofenumgebung reagiert.

Deshalb treten bei uns Lotfehler auf, die mit Flussmittelerschöpfung in Verbindung stehen: Graping, Head-in-Pillow, Entnetzung, Lotbälle, matte Lotnähte und/oder schlechte Ausfüllungen.

Deshalb wird alles, was wir tun können, um die gesamte Wärmezufuhr zu verringern, unser Verfahrensfenster für den Erfolg steigern. Mit anderen Worten, wenn möglich und praktikabel:

• reduzieren Sie die Spitzentemperatur
• verkürzen Sie die Zeit über Liquidus
• verkürzen Sie die Gesamtzeit im Wärmeanteil des Ofens
• gehen Sie so nahe wie möglich an ein Profil, dass zur Spitze ansteigt statt eines Profils mit Haltezeit heran

Nochmals, denken Sie daran, dass diese äußerst kleinen Pastenablagerungen sehr empfindlich auf die Ofenumgebung reagieren.

Hier sind ein paar grundlegende Tipps. Der Vorwärmanteil des Profils bereitet die Lotpaste auf, bevor die Oberflächenoxide reduziert werden und der tatsächliche Reflow durchgeführt wird. Ein zu schneller Anstieg, während die Paste noch immer reich an Lösungsmittel ist, kann kleine "Explosionen" verursachen und Lotbälle/-perlen und Flussmittelspritzer verursachen. Ein zu langsamer Anstieg und das Verwenden längerer Haltezeiten kann dazu führen, dass die Paste vorzeitig erschöpft. Eine Anstiegsrate (nicht max.(+)Steigung) oder, vielleicht sollte ich sagen, eine durchschnittliche Rate von der Umgebungstemperatur zur Spitzentemperatur von 1 °C/s ist ein gutes Mittelmaß und erleichtert die Rechnerei; die Montage beginnt bei einer Raumtemperatur von 25 °C und der Reflow findet bei 245 °C für bleifreies Lot statt, ein Delta von 220 Grad. Eine Anstiegsrate von 1 °C/s bedeutet 220 Grad entsprechen 220 Sekunden oder 3 Minuten und 40 Sekunden; 4 Minuten ist ein gutes Ziel. Die Anstiegsrate kann durch die Förderbandgeschwindigkeit angepasst werden, welche der Gesamtlänge des Wärmeanteils des Ofens dividiert durch 4 Minuten entspricht, wodurch wir die Bandgeschwindigkeit erhalten. Glücklicherweise hat unser BUT-Ofen 100 Zoll und besitzt eine Bandgeschwindigkeit von 25 zpm (Zoll pro Minute).

Die meisten Ofenhersteller empfehlen, dass die erste Zone nicht weniger als 100 °C ist, um Flussmitteldämpfe (Kondensationspunkt) zu verringern. Ich bevorzuge es, unter 120 °C zu beginnen, um "Lotpastenexplosionen" zu verringern (Großmontagen sind eine Ausnahme). Ich verwende gerne das gleiche Delta zwischen Ofenzonen, um einen gleichmäßigen Anstieg zu erhalten (außerdem wird dadurch Delta T zwischen Komponenten verringert). Ein Beispiel ist 110/130/150/170/190/210/230/250 und eine Bandgeschwindigkeit von 25 zpm (für unseren oben vorgeschlagenen BTU-Ofen) für eine ziemlich einfach Platinenabmessung von 8" x 10" x 0,062" mit einer Spitzentemperatur von 235 - 245 °C und einer Zeit über Liquidus von 45 - 70 Sekunden.

Natürlich sind dies Optimaleinstellungen und sie dienen nur als Richtlinie. Es gibt immer Herausforderungen, wie sehr dicke PCBs, große Komponenten und sehr kleine Komponenten, die unterschiedliche Halteprofile, mehr Zeit im Ofen, usw. benötigen.

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