Температурный профиль пайки: особенности
В данном материале мы рассмотрим некоторые аспекты технологии пайки оплавления и настройки температурного профиля.
Температурный профиль пайки состоит из четырех стадий:
- стадия предварительного нагрева
- стадия стабилизации
- стадия оплавления
- стадия охлаждения
Принято выделять традиционный (Ramp-Soak-Spike – RSS) и линейный (Ramp-To-Spike – RTS) профили пайки. Принципиальными отличиями последнего от первого являются большая продолжительность стадии предварительного нагрева и отсутствие стадии стабилизации у последнего, что приводит к более низкой скорости нагрева компонентов. Рассмотрим каждую стадию профиля подробнее.
Стадия предварительного нагрева
Данная стадия необходима для снижения теплового удара по электронным компонентам и печатным платам. На этом этапе происходит испарение растворителя из паяльной пасты. Температура предварительного нагрева лежит в пределах 95-130°С, скорость изменения температуры для традиционного профиля пайки составляет 2,0-4,0°С/сек., для нового профиля пайки – 0,6-1,8°С/сек. Высокая скорость предварительного нагрева может приводить к повреждению компонентов, разбрызгиванию шариков припоя, образованию перемычек. Однако если скорость предварительного нагрева низка, то может происходить окисление контактных поверхностей и частиц припоя.
Стадия стабилизации
Эта стадия, называемая также “стадией температурного выравнивания”, позволяет обеспечить равномерное распределение температур по плате. Повышение температуры на этой стадии происходит очень медленно. Максимальная активация флюса происходит при температуре около 150°С. Рекомендуемое время стабилизации для традиционного профиля составляет 90-150 сек. (максимальное 5 мин.). Для нового типа профиля время стабилизации, равное 30 сек., считается достаточным. В конце зоны стабилизации температура обычно достигает 150-170°С.
Стадия оплавления
Для исключения чрезмерного роста интерметаллического соединения температура пайки должна не более чем на 30-40°С превышать точку плавления паяльной пасты. Например, для наиболее распространенных свинцовосодержащих сплавов Sn62/Pb36/Ag2 и Sn63/Pb37 температура пайки должна быть в пределах 205-225°С. Низкая температура пайки (195-205°С) обеспечивает слабую смачиваемость, особенно для компонентов с плохой паяемостью, поэтому температуру на стадии оплавления устанавливают немного выше – в пределах 215-225°С, при скорости повышения температуры 2-4°С. Рекомендуемое время выше точки плавления составляет 30-60 сек. Для массивных плат время выше точки плавления может быть увеличено до 90-120 сек. Высокая температура (240-250°С) и время пайки (более 120 сек.) способствуют росту интерметаллического соединения. Чрезмерный рост интерметаллического соединения увеличивает хрупкость паяного соединения и ухудшает его внешний вид.
Стадия охлаждения
Для обеспечения максимальной прочности паяных соединений скорость охлаждения должна быть максимальной. В тоже время высокая скорость охлаждения может вызывать термоудар по электронным компонентам. С другой стороны, медленное охлаждение может приводить к интенсивному росту интерметаллического соединения, таким образом, паяное соединение становится более твердым, но хрупким. Рекомендуется проводить охлаждение со скоростью 3-4°С/сек. до температуры ниже 130°С. Ниже 130°С скорость охлаждения может быть меньше, так как она уже не влияет ни на качество паяных соединений, ни на электронные компоненты.
Таким образом, окончательный выбор режимов производится технологом исходя из конструкции и материала печатной платы, типа и размеров компонентов, количества и плотности размещения компонентов на печатной плате, а также типа паяльной пасты. При выборе профиля пайки следует учитывать, что реальная температура на плате в процессе пайки будет ниже заданной в печи. Разница между реальной и заданной температурами в печи зависит от конструкции печи, количества слоев и размера платы, размера и плотности размещения компонентов.
