Temperaturanforderungen für SMT-Reflow-Löten

SMT-Reflow-Löten ist ein einzigartiger und wichtiger Prozess bei der Patch-Verarbeitung. Die vier Haupttemperaturzonen beim Reflow-Löten sind Vorheizzone, Konstanttemperaturzone, Reflow-Zone und Kühlzone. Jede Heizstufe der Temperaturzone hat ihre eigene wichtige Bedeutung.

1. Vorheizzonenstufe

Die PCBA für die Patch-Verarbeitung erreicht die Heiztemperatur des Reflow-Ofens von 150 Grad von der Innentemperatur aus und die Heizrate beträgt weniger als 2 Grad/s, was als Vorheizphase bezeichnet wird. Der Zweck der Vorheizphase besteht darin, das Lösungsmittel mit dem niedrigeren Schmelzpunkt in der Lötpaste zu verdampfen. Die Hauptbestandteile des Flussmittels in der Lötpaste sind Kolophonium, Aktivatoren, Viskositätsverbesserer und Lösungsmittel. Die Rolle des Lösungsmittels besteht hauptsächlich darin, als Träger für Kolophonium zu dienen und die Lagerzeit der Lötpaste sicherzustellen. Während der Vorheizphase muss überschüssiges Lösungsmittel verdampft werden, aber die Heizrate muss kontrolliert werden. Eine zu hohe Heizrate führt zu thermischen Belastungen der Komponenten, wodurch die Komponenten beschädigt werden oder die Leistung und Lebensdauer der Komponenten verringert wird. Letzteres ist schädlicher, da die Produkte bereits an die Kunden geliefert wurden. Ein weiterer Grund ist, dass eine zu hohe Heizrate dazu führt, dass die Lötpaste zusammenfällt, was die Gefahr eines Kurzschlusses birgt, und eine zu hohe Heizrate dazu führt, dass das Lösungsmittel zu schnell verdampft, was leicht dazu führen kann, dass Metallkomponenten herausspritzen und Zinnperlen entstehen.

2. Konstanttemperaturzonenstufe

Die gesamte PCBA-Platine wird langsam auf 170 Grad erhitzt, damit die Leiterplatte eine gleichmäßige Temperatur erreicht. Dies wird als Phase konstanter Temperatur (Einweich- oder Gleichgewichtsphase) bezeichnet. Die Zeit beträgt im Allgemeinen 70-120 s. In dieser Phase steigt die Temperatur langsam an. Die Einstellung der Phase konstanter Temperatur sollte sich hauptsächlich an den Empfehlungen des Lötpastenlieferanten und der Wärmekapazität der PCBA-Platine orientieren. Die Phase konstanter Temperatur hat drei Funktionen. Eine besteht darin, die gesamte PCBA auf eine gleichmäßige Temperatur zu bringen und die thermische Belastung im Reflow-Bereich sowie andere Schweißfehler wie Verformungen von Komponenten, Kaltschweißen einiger großvolumiger Komponenten usw. zu reduzieren. Die andere wichtige Funktion besteht darin, dass das Flussmittel in der Lötpaste eine aktive Reaktion eingeht, wodurch die Benetzungsleistung der Schweißoberfläche verbessert wird, sodass das geschmolzene Lot die Schweißoberfläche gut benetzen kann. Die dritte Funktion besteht darin, das Lösungsmittel im Flussmittel weiter zu verflüchtigen. Aufgrund der Bedeutung der Wärmeerhaltungsphase müssen Wärmeerhaltungszeit und -temperatur gut kontrolliert werden, nicht nur um sicherzustellen, dass das Flussmittel die Lötoberfläche gut reinigen kann, sondern auch um sicherzustellen, dass das Flussmittel vor Erreichen der Reflow-Phase nicht vollständig verbraucht wird und während der Reflow-Phase aktiviert werden kann. Um eine erneute Oxidation zu verhindern.

3. Rückkehrzonenphase

Die PCBA-Platine wird bis zur Schmelzzone erhitzt, um die Lötpaste zu schmelzen. Die Platine erreicht die höchste Temperatur, normalerweise 230 Grad -245 Grad, was als Reflow-Phase bezeichnet wird. Die Zeit über der Liquiduslinie beträgt im Allgemeinen 30-60 Sekunden. Während der Reflow-Phase steigt die Temperatur über der Reflow-Linie weiter an, die Lötpaste schmilzt und es kommt zu einer Benetzungsreaktion, und eine intermetallische Verbindungsschicht beginnt sich zu bilden, die schließlich die Spitzentemperatur erreicht. Die Spitzentemperatur in der Reflow-Zone wird durch die chemische Zusammensetzung der Lötpaste, die Eigenschaften der Komponenten und das PCB-Material bestimmt. Wenn die Spitzentemperatur im Reflow-Bereich zu hoch ist, kann die Leiterplatte verbrannt oder versengt werden; wenn die Spitzentemperatur zu niedrig ist, erscheinen die Lötstellen grau und körnig. Daher sollte die Spitzentemperatur in dieser Temperaturzone hoch genug sein, damit das Flussmittel voll funktionieren und eine gute Benetzbarkeit aufweisen kann, aber sie sollte nicht hoch genug sein, um Schäden, Verfärbungen oder Versengung von Komponenten oder Leiterplatten zu verursachen. Der Reflow-Bereich sollte auch berücksichtigen, dass die steigende Temperatur die Komponenten keinem Thermoschock aussetzen darf. Die Reflow-Zeit sollte so kurz wie möglich sein und gleichzeitig eine gute Verlötung der Komponenten gewährleisten. Im Allgemeinen sind 30-60s am besten. Eine zu lange Reflow-Zeit und hohe Temperaturen beschädigen Komponenten, die leicht von der Temperatur beeinflusst werden, und führen auch dazu, dass die intermetallische Verbindungsschicht (IMC) zu dick wird, wodurch die Lötstellen sehr spröde werden und die Ermüdungsbeständigkeit der Lötstellen verringert wird.

4. Kühlzonenstufe

Der Prozess des Temperaturabfalls wird als Abkühlphase bezeichnet und die Abkühlrate beträgt 3-5 Grad/s. Die Bedeutung der Abkühlphase wird oft übersehen. Ein guter Abkühlprozess spielt auch eine Schlüsselrolle für das Endergebnis der Schweißung. Schnellere Abkühlraten können die Mikrostruktur der Lötstellen verfeinern. Die Morphologie und Verteilung intermetallischer Verbindungen verändern und die mechanischen Eigenschaften von Lötlegierungen verbessern. Beim bleifreien Löten in der tatsächlichen Produktion kann eine Erhöhung der Abkühlrate normalerweise Defekte reduzieren und die Zuverlässigkeit verbessern, ohne die Komponenten nachteilig zu beeinflussen. Eine zu schnelle Abkühlrate wirkt sich jedoch auch auf die Komponenten aus und verursacht Spannungskonzentrationen, wodurch die Lötstellen des Produkts während des Gebrauchs vorzeitig versagen. Daher muss das Reflow-Löten eine gute Abkühlkurve bieten.

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