Шта је лемљење рефлуксом азотом и зашто га узети у обзир?
Рефлов азота замењује стандардни ваздух у пећници са 99,9% чистим Н₂. Одсуство кисеоника спречава стварање оксида на пасти за лемљење и компонентним водовима.
Поређење процеса
ПараметарСтандардно повратно струјање ваздуха Повратак азота (Н₂)Разлика Ниво кисеоника20,9%< 1000 ппм (0,1%)200× мање О₂Угао влажења25--35°10--15°2× боље влажење Пражњење у термалним јастучићима15--20% површине5--Хеад-ниско смањење површине5--Хеад-1 дефекти0,5--2%< 0,05%10× мањеСолдер баллингВисиблеНонеЦлеанер боардс
Проблем оксидације на ПЦБА индустријских робота
Индустријски робот ПЦБА често користи велике термалне јастучиће (изложени бакар) испод МОСФЕТ-ова, драјвера капије и ИЦ-а за управљање напајањем. Ови јастучићи брзо оксидирају приликом повратног тока ваздуха, спречавајући потпуно влажење лема. Резултат су празнине које задржавају топлоту и узрокују кварове на пољу након 1000+ радних сати.
Где рефлукс азота даје чисту вредност
Нема једнаке користи сваки индустријски робот ПЦБА. Азот има смисла у одређеним сценаријима.
Велике површине бакра и тешке компоненте
Карактеристике плоче Ризик повратног тока ваздуха Предности азота 10×10 мм термални јастучић> 30% шупљина, вруће тачке < 8% шупљина, равномерна плоча од 20+ слојева (дебела) Неравномерно грејање преко слојева Бољи пренос топлоте путем влажења Велики конектори (40+ пинова) Дефекти главе у јастуку ИГ-у-јастуци дефекти ИГ-модула дугих 100% БТ-модула (дуго формирање бото-мотора) потопитиОчистите површине
Подаци из стварног света: У шестоосном роботском контролеру ПЦБА са 12 енергетских МОСФЕТ-а на једној плочи, повратни проток азота је смањио поврат поља са 3,2% на 0,4% током 24 месеца. Режим примарног квара -- празнине термалне подлоге које изазивају прегревање -- опао је за 87%.
Трагови ниског напона, високе струје
Индустријски робот ПЦБА за серво погоне носи 30--80А на унутрашњим слојевима. Празнине испод отпорника са сензором струје (0,5 мΩ, пакет 2512) стварају варијацију отпора која квари очитавања обртног момента.
Цуррент Сенсе ЦомпонентАир Рефлов Варијација Варијација повратног тока азота 4-терминал схунт (2512)±8% због пражњења±1,5%Сенсе отпорник пораст температуре 15°Ц5°ЦЦ калибрација након 500 циклуса12%2%
Где је рефлукс азота непотребан
Азот повећава трошкове (модификација пећнице + потрошња гаса = 0,08--0,12 УСД по ПЦБА). Немојте га користити у овим случајевима.
Мале плоче са малом топлотном масом
Сценарио Азот није потребан Једнострано, < 50 компоненти Рефлов ваздуха производи < 8% празнинаСва мала паковања (0402, КФН 3×3)Нема великих термалних јастучића САЦ305 без олова без осетљивих делова Стандардни флукс управља повратним протоком ваздуха.
Плоче које користе флукс високе активности
Неки флуксови који се не чисте (нпр. Сењу М705-ГРН360-К2-В) садрже активаторе који ефикасно раде на ваздуху до 240°Ц. Азот не додаје никакву мерљиву корист. Проверите табелу са подацима о флуксу за осетљивост на кисеоник.
Параметри имплементације за индустријски робот ПЦБА
Ако одлучите да користите азот, примените ова специфична подешавања.
Профил пећнице под азотом
ЗонеТемпературеТимеО₂ ТаргетПрехеат150--180°Ц60--90 сец< 5000 ппмСоак180--210°Ц60--90 сец< 2000 ппм Рефлов пеак (САЦ305)240--250°Ц0ц30 ппм Хлађење-5°Ц/сец рамп---Без захтева
Критички: О₂ одржавајте испод 1000 ппм током врхунца повратног тока. Изнад 1500 ппм, корист нестаје - шупљине се враћају на ниво повратног протока ваздуха.
Брзина протока азота и чистоћа
Параметар Препорука Чистоћа 99,9% минимум (3.0 степен) Тачка росе-40°Ц или ниже Брзина протока15--25 м³/сат (типична пећница са 6 зона)
Процена трошкова: За типичан индустријски робот ПЦБА од 100×150 мм, азот додаје 0,10 долара по плочи при запремини од 10.000. На 100.000 обима, цена пада на 0,04 долара по плочи.
Тестирање за потврду предности азота
Пре него што се посветите азоту за ваш индустријски робот ПЦБА, покрените ова два теста.
Поређење пражњења (рендгенски снимак)
1. Рефлов 20 плоча у ваздуху, 20 плоча у азоту
2. Рендгенски снимак сваке плоче под углом од 0° и 45°
3. Измерите површину празнине испод највеће термалне подлоге (нпр. ИЦ драјвера мотора)
4. Положити критеријум за оправдање азота: Смањење шупљина > 50% у поређењу са ваздухом
Испитивање попречног пресека и смицања
ТестАир Рефлов Ресулт Азот Циљна дебљина ИМЦ (интерметална)1--3 µм неуједначена2--4 µм униформ Пречник празнине> 200 µм уобичајено< 100 µм ретко Смична чврстоћа кугле (0,5 мм БГА)800--1000 гф3100--1
ФАК -- Уобичајена питања о поврату азота за ПЦБА индустријских робота
П1: Да ли рефлов азота побољшава поузданост лемних спојева за индустријски робот ПЦБА изложен вибрацијама?
О:Да, али само за специфичне механизме отказа. Индустријски роботи доживљавају вибрације од 5-50 Грмс од серво мотора и мењача. Два квара повезана са вибрацијама побољшавају се са азотом:
Киркендалл воидинг-- Код повратног протока ваздуха, раст интерметала бакар-калај (ИМЦ) је неправилан, стварајући микроскопске шупљине на интерфејсу. Под вибрацијом, ове шупљине се спајају и пуцају након 5000--10,000 сати. Рефлов азота производи уједначен ИМЦ (Цу₆Сн₅ слој) без шупљина. Испитивање вибрација (20 грм, 10--2000 Хз, 100 сати) показује да азотни спојеви опстају 3 пута дуже.
Замор лемљења у близини тешких компоненти-- Велики трансформатори (15×15 мм) на ПЦБА индустријског робота доживљавају диференцијално термичко ширење током загревања робота (25°Ц до 85°Ц). Код повратног протока ваздуха, шупљине се концентришу испод углова компоненти где је напон највећи. Ове празнине делују као места иницијације пукотина. Са азотом, спојеви без шупљина равномерно распоређују напон.
Квантитативно побољшање-- Убрзано тестирање радног века (термички удар -40°Ц до +125°Ц, 1000 циклуса + истовремена вибрација) показује:
- Спојеви повратног протока ваздуха: 12% напукнуто или неисправно
- Рефлов спојеви азота: 1,5% напукли
Међутим, азот не поправља лоше дизајнирану геометрију подлоге или нетачне отворе шаблона. Увек их прво оптимизујте, а затим додајте азот.
П2: Који проценат празнина је прихватљив за индустријске роботске ПЦБА енергетске степене, и да ли азот може да га постигне?
О:За степене напајања ПЦБА индустријских робота (моторни погони, ИГБТ-ови, МОСФЕТ-ови), прихватљиво пражњење зависи од термичког оптерећења. Постоје три нивоа:
Ниво 1 -- Велика снага (континуирано > 20А по ФЕТ-у)
Прихватљива површина празнине: < 5%. Пречник једне шупљине: < 0,2 мм. Ово се може постићи само са рефлуксом азота (1000 ппм О₂) плус вакуум рефлов (опционо). Без азота, типичне шупљине су 15--25%.
Ниво 2 -- Средња снага (10--20А вршна, повремено)
Прихватљива површина празнине: < 10%. Нема појединачних шупљина > 0,5 мм. Рефлов азота доследно постиже 5--8% шупљина. Рефлов ваздуха производи 12--18% -- често маргинално, али пролази ако топлотна симулација дозвољава.
Ниво 3 -- Мала снага (< 5А, сигнални ИЦ)
Прихватљива површина празнине: < 25%. Празнине имају минималан топлотни утицај. Азот је непотребан. Повратак ваздуха је довољан.
Може ли азот достићи ниво 1 без вакуума?Не -- сам азот достиже 5--8% минималних шупљина због заробљених течних гасова. За шупљине испод 5% (критично за СиЦ МОСФЕТ-ове или ГаН уређаје), потребан вам је вакуум рефлов (уклања гасове након топљења лема). Азот + вакуум постиже 1--3% шупљина.
Тестни протокол за индустријски робот ПЦБА: Измерите шупљине на 10 плоча. Ако је просек > 15%, додајте азот. Ако је просечно 8--15% и расипање снаге < 2В по компоненти, ваздух је прихватљив. Ако је потребно < 8%, наведите оптимизацију азота плус шаблона (преко у термалној подлози за ослобађање флукса).
П3: Могу ли да претворим своју постојећу пећницу за рефлукс ваздуха у азот за производњу индустријских роботских ПЦБА?
О:Да, али са три измене о којима се не може преговарати. Многи произвођачи покушавају делимичну конверзију и не успевају.
Модификација 1 -- Заптивање пећнице
Пећи са повратним протоком ваздуха имају празнине на улазним/излазним завесама и између зона. Чистоћа азота захтева улаз кисеоника < 50 Л/мин. Инсталирај:
- Двослојне магнетне завесе (замењују једноставне ланце)
- Контрола позитивног притиска (1--2 мм Х₂О унутар пећнице)
- Запечатите све приступне плоче са високотемпературним силиконским заптивкама
Без заптивања, потрошићете 3--5× више азота (кошта 0,30--0,50 долара по плочи) и још увек ћете имати 5000 ппм О₂ на врхунцу - горе од правилно подешене ваздушне пећи.
Модификација 2 -- Систем за праћење кисеоника
Инсталирајте два цирконијумова О₂ сензора: један у зони претходног загревања, један у зони врха повратног тока. Сензори се морају калибрисати месечно. Многи произвођачи ПЦБА индустријских робота прескачу калибрацију, а затим се питају зашто се враћање пражњења враћа.
Модификација 3 -- Транспортер и подмазивање
Стандардна мазива за транспортне траке за пећнице испаравају у азоту (одсуство кисеоника мења температуру распадања). Користите перфлуорополиетерску (ПФПЕ) маст. Кестер или Клубер брендови. Стандардно мазиво ће контаминирати плочу и створити куглице за лемљење.
Цена конверзије и временски оквир:
- Опрема: 8.000 УСД--15.000 УСД (заптивке, завесе, сензори, контроле протока)
- Инсталација: 2 дана застоја
- Снабдевање азотом: резервоар за течност или генератор ПСА (300-500 долара месечно закупа)
- Период отплате за индустријски робот ПЦБА запремину > 50.000/годишње: 6--8 месеци (од смањене прераде и враћања на терен)
Немојте претваратиако је ваш годишњи обим испод 20.000 табли. Уместо тога, користите уговорног произвођача који већ има рефлукс азота.
Матрица за одлучивање - да ли треба да користите азот?
ФацторАир Рефлов Довољан азот Препоручени Термални јастучићи > 25 мм²НеДаКомпоненте са изложеном бакарном базом (КФН, ДФН)НеДаБГА корак < 0,8 ммНеДаРобот ПЦБА ради > 60°Ц околинаНеДа Циљ поузданости поља < 0,5% Поузданост поља < 0,5% квара годишње без АЦ-305 флук Понекад За велике плоче Обим < 10.000 плоча/годишње Да Не (неефикасно)
Коначна препорука
Рефлов азота има јасан смисао за индустријски робот ПЦБА који садржи:
- Велики термо јастучићи (> 25 мм²)
- БГА или КФН са отвореним матрицама
- Било који степен снаге расипање > 5В по компоненти
- Захтев за поузданост < 1% квара на терену током 5 година
Азот нема смисла за једноставне индустријске роботске ПЦБА мале снаге (интерфејси сензора, И/О плоче) са малим компонентама и без термичких изазова.
Практични савети: Покрените пробно испитивање са 100 плоча у азоту. Рендгенско пражњење. Упоредите са вашим тренутним резултатима повратног протока ваздуха. Ако се површина празнине смањи за више од 50%, примените азот. Ако је смањење мање од 30%, прави проблем је ваш дизајн флукса или шаблона - прво их поправите.
