Zavedení
V moderních výrobních procesech povrchové montáže s vysokou hustotou se rozšířené používání bezolovnatého pájení výrazně zvýšilo teplotní rozsah uvnitřpřetavovací peces maximálními teplotami obvykle dosahujícími 240 až 250 stupňů. Při takto vysokých teplotách kyslík ve vzduchu prudce reaguje s roztavenou pájkou a měděnými podložkami na desce plošných spojů, což způsobuje zhoršení smáčivosti pájeného spoje. Pro minimalizaci oxidace na její fyzikální limit se zavedení dusíkové ochranné atmosféry stalo základním opatřením ve vysoce přesné výrobě PCBA. Pouhé zavedení dusíku však nezaručuje vysoce kvalitní pájení; pouze přesným řízením koncentrace kyslíku uvnitř pece na úroveň ppm (částic na milion) lze plně realizovat procesní hodnotu dusíkové atmosféry.
Mechanismus poškození mikrostruktury pájeného spoje způsobeného kyslíkem v prostředí s vysokou teplotou
Topná zóna a pájecí zóna uvnitřpřetavovací pecjsou vysoce rizikové oblasti pro oxidační reakce. Když se pájecí pasta na desce plošných spojů roztaví při vysokých teplotách, aktivní složky v pájecí masce na povrchu kovového prášku začnou těkat, čímž se obnaží vysoce reaktivní povrch roztaveného kovu. V tomto okamžiku, pokud je koncentrace zbytkového kyslíku v peci příliš vysoká, molekuly kyslíku budou okamžitě reagovat s kovovými prvky, jako je cín a měď, a vytvoří na povrchu pájeného spoje hustý film oxidu cínu (SnO nebo SnO₂). Tento oxidový film s vysokým bodem tání výrazně zvyšuje povrchové napětí roztavené pájky, brání její difúzi a šíření, což přímo vede ke zvětšení kontaktního úhlu pájených spojů. Na mikroskopické úrovni oxidace také narušuje normální růst intermetalických sloučenin (IMC) mezi měděnými polštářky a slitinou cínu, což způsobuje, že se stávají hrubými a nespojitými. Když je hotová PCBA vystavena tepelnému namáhání nebo mechanickým vibracím během následného provozu, jsou tato mikroskopická rozhraní – která se stala křehkou kvůli oxidaci – vysoce náchylná k praskání pod napětím, což vede k sporadickým poruchám elektrického kontaktu.
Prahové hodnoty pro koncentraci kyslíku na úrovni PPM založené na různých balíčcích zařízení
Přesná kontrola koncentrace kyslíku vyžaduje stanovení diferencovaných prahových hodnot na základě fyzikálních vlastností desky plošných spojů a typu balení zařízení. Slepá snaha o extrémně nízké koncentrace kyslíku vede k exponenciálnímu nárůstu nákladů na spotřebu dusíku; proto musí být vytvořeno vědecky podložené procesní okno. U standardních součástek 0402 a 0603 pro povrchovou montáž rezistorů a kondenzátorů, stejně jako u zařízení QFP s jemným roztečím, regulace koncentrace kyslíku v rozsahu 1 000 až 1 500 ppm účinně potlačuje povrchovou oxidaci a zajišťuje základní náběh smáčení. Pokud se však jedná o QFN s velkoplošnými spodními podložkami, ultraminiaturními součástkami 01005 nebo hustě nabitými BGA, CSP a flip-chip zařízeními, musí být procesní červené čáry přísně dotaženy. Takovéto vysoce přesné projekty výroby PCBA vyžadují, aby koncentrace kyslíku v zóně pájení byla přísně udržována mezi 200 ppm a 500 ppm. V extrémně inertním prostředí pod 500 ppm prochází schopnost smáčení pájky kvalitativním skokem, nejen že významně snižuje míru dutin uvnitř BGA, ale také zcela eliminuje defekty přemostění pájky mezi kolíky s ultrajemnou roztečí.
Digitální řízení prostřednictvím vícebodového vzorkování v uzavřené smyčce a regulace průtoku dusíku
Dosažení dlouhodobé stability koncentrace kyslíku na úrovni PPM uvnitř přetavovací pece se nemůže spoléhat na pravidelné ruční offline testování; musí záviset na vestavěném online vícebodovém systému pro analýzu koncentrace kyslíku v přetavovací peci a na regulačních algoritmech s uzavřenou smyčkou. Vysoce kvalitní přetavovací pece jsou obvykle vybaveny vysoce přesnými zirkoniovými kyslíkovými senzory v předehřívací, vyrovnávací, pájecí a chladicí zóně. Tyto senzory nepřetržitě odebírají vzorky pecního plynu v reálném čase s frekvencí jedné sekundy, aby monitorovaly místní výkyvy koncentrace kyslíku. Digitální řídicí systém (SPC) dynamicky zachycuje tyto diskrétní datové toky. Pokud se koncentrace kyslíku v zóně pájení posune na 450 ppm – což je překročení nastaveného horního limitu procesu 400 ppm – kvůli vzduchu přiváděnému při vstupu desek z pece nebo při výstupu z pece, řídicí jednotka backend okamžitě vydá příkaz, aby dal pokyn tlakově řízenému regulačnímu ventilu v této oblasti ke zvýšení průtoku vysoce čistého dusíku. Plynové clony a výfukové systémy na obou koncích pece zároveň spolupracují na nastavení rovnováhy proudění vzduchu, rychle vytlačují infiltrovaný vzduch a vrací koncentraci kyslíku zpět do bezpečných limitů během 20 sekund, což zajišťuje, že každá deska projde konstantním prostředím s extrémně nízkým obsahem kyslíku.
End-to-End koordinace zajišťuje, že čistota dusíku a řízení vzduchotěsnosti jsou zakotveny ve specifikacích procesu
Řízení kyslíku na úrovni PPM je systematické úsilí, které se opírá nejen o řízení přetavovací pece s uzavřenou smyčkou, ale také o standardizované řízení externích podpůrných systémů. Čistota přívodu dusíku u zdroje musí splňovat normu „pět-devět“ 99,999 %. To je základní fyzikální předpoklad pro zajištění toho, že hladiny kyslíku uvnitř pece mohou být sníženy pod 200 ppm. Při běžné údržbě musí technici pravidelně ověřovat vzduchotěsnost těsnění horního krytu trouby, průzorového skla a mechanických spojení mechanismů seřízení vodicích lišt, aby se přísně zabránilo únikům plynu způsobeným mikroskopickými mezerami v důsledku tepelné roztažnosti a smršťování. Kromě toho by během fáze plánování výroby před montáží PCBA na povrchovou montáž měli materiáloví inženýři optimalizovat výběr pájecí pasty pro prostředí dusíku výběrem nízkozbytkové, vysoce reaktivní, bezhalogenové pájecí pasty vhodné pro podmínky s nízkým obsahem kyslíku. Využitím ochranného zapouzdření těkavých látek aktivátoru dusíkem se pájecí rozhraní dále čistí, což má za následek bezchybnou tvorbu pájeného spoje na celé desce.
Profil společnosti
Zhejiang NeoDen Technology Co., LTD., založená v roce 2010, je profesionální výrobce specializující se na SMT pick and place stroj, přetavovací pec, stroj na tisk šablon, výrobní linku SMT a další produkty SMT. Máme vlastní výzkumný a vývojový tým a vlastní továrnu, využívající náš vlastní bohatý zkušený výzkum a vývoj, dobře vyškolenou výrobu a získali skvělou pověst od světových zákazníků.
V tomto desetiletí jsme nezávisle vyvinuli NeoDen4, NeoDen IN6, NeoDen K1830, NeoDen FP2636 a další SMT produkty, které se dobře prodávaly po celém světě. Dosud jsme prodali více než 10 000 ks strojů a vyvezli je do více než 130 zemí po celém světě, čímž jsme si na trhu vytvořili dobrou pověst. V našem globálním ekosystému spolupracujeme s naším nejlepším partnerem, abychom zajistili dokonalejší prodejní servis, vysoce profesionální a efektivní technickou podporu.
Věříme, že skvělí lidé a partneři dělají z NeoDen skvělou společnost a že náš závazek k inovaci, diverzitě a udržitelnosti zajišťuje, že automatizace SMT je dostupná každému fanouškovi kdekoli.