SMT Reflow-Prozessfenster: Lötpaste - Maximaler Anstieg im Vergleich zum Rampenanstieg (oder Durchschnittsrate)
Montag, 6. Juni 2011 von Edd Briggs
In einem Produktdatenblatt für Lötpaste sind unter anderem Richtlinien enthalten, die dem Kunden beim Entwerfen eines SMT Reflow-Profils behilflich sind. Das Datenblatt gibt allgemeine Empfehlungen für Zeit über Liquidus, Peaktemperatur und Rampenanstieg.
Beispiel:
Aufwärmphase: Der Gebrauch eines linearen Rampenanstiegs oder Ramp-to-Spike (RTS) -artigen Profils hilft bei der Minimierung größerer Ausschusszahlen insgesamt, die mit dem Reflow-Prozess in Verbindung stehen. Wenn der Rampenanstieg zu schnell ist, kann dies Lötkugelbildung, Lotkugeln an der Seite des Bauteils sowie erhöhtes Zerfließen bei der Erwärmung verursachen, was zu Brückenbildung führen kann. Der Rampenanstieg kann in der Aufwärmphase des Profils von 0,5°-2,5 °C/Sekunde (0,5°-1°/Sekunde ist ideal) betragen. Mit einer kurzen Haltezeit von 20-30 Sekunden knapp unter dem Metallschmelzpunkt kann der Grabsteineffekt minimiert werden, wenn ein RTS-artiges Profil verwendet wird.
Abbildung 1: Gezeigtes Beispiel Indium8.9 Flussmittel mit SAC bleifreier Legierung
Der Grund für die Ansprache dieses Themas ist, dass es oft beim Unterschied zwischen dem maximalen Anstieg (eine Kategorie, die fast immer bei der Profiling-Software genannt wird) und der im Datenblatt aufgeführten Rampenanstieg Verwechslungen gibt.
Abbildung 2: Maximaler Anstieg
Der maximale Anstieg wird oft in der ersten Zone erreicht, wenn das PCB von der Umgebungstemperatur in den Ofen geschoben wird. In den meisten Fällen betragen die Ofenzoneneinstellungen der ersten Zone 100 °C oder höher. Die Temperaturänderung von der Umgebungstemperatur zur ersten Zone beträgt dann mindestens 75 °C (von einer 25 °C Umgebungstemperatur ausgehend) und man kann leicht erkennen, dass die größte Temperaturänderung (maximaler Anstieg) in den meisten Fällen gewöhnlich in der ersten Zone stattfindet.Der Fokus auf den maximalen Anstieg geht vom Komponentenstandpunkt aus. Um einen Temperaturschock zu vermeiden, wird gewöhnlich 3 °C/s als oberste Grenze empfohlen.
Abbildung 3: Rampenanstieg oder Durchschnittsrate
Der Rampenanstieg kann besser als die Rate (Temperaturänderung mit der Zeit) von Umgebungs- (Raumtemperatur) zu Spitzentemperatur beschrieben werden. Und sie wird häufiger bei Ramp-to-Spike-artigen Profilen eingesetzt.
Vom Standpunkt der Lötpaste betrachtet gilt: je niedriger der Rampenanstieg, umso besser, gewöhnlich 1-2 °C/s. Damit gehen flüchtige Bestandteile verloren und Lötmängel, wie Lötkugelbildung, Lotkugeln an der Seite des Bauteils sowie der Grabsteineffekt werden vermindert. Diese Rate wird noch wichtiger, wenn die Lötpastenschicht fortlaufend kleiner wird, wenn wir zu den 0201ern sowie kleineren dezenten Komponenten übergehen und von 0,5mm Pitch-Area Baugruppenpaketen auf 0,4mm und kleiner. Aufgrund dieser Miniaturisierung wurde die Beachtung von Graping und Head-on-Pillow geläufiger. Das Reflow-Prozessfenster wird immer enger, und dieses Attribut (Rampenanstieg) wurde so wichtig wie Zeit über Liquidus und Peaktemperatur.
Wenn sich dieses Thema auf Ihren SMT-Prozess auswirkt, würde ich gern mit Ihnen darüber sprechen. Sie können gern Kontakt mit mir aufnehmen.
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