Rozwiązywanie problemów w procesie reflow
Artykuł prezentuje zbiór rozwiązań redukujących powstawanie częstych defektów w procesie lutowania rozpływowego, takich jak efekt nagrobkowy, kuleczkowanie, ziarniste luty czy pustki.
Efekt nagrobkowy (Tombstoning)
Efekt nagrobkowy powstaje w wyniku działania nierównych sił zwilżani i najczęściej występuje przy montażu komponentów pasywnych (Rysunek 1). Aby dobrze zrozumieć mechanizm jego powstawania, należy uświadomić sobie działanie trzech sił: wagi komponentu, napięcia powierzchniowego pod komponentem oraz napięcia powierzchniowego po jego bokach. W perspektywie procesu reflow, niezbilansowane napięcie powierzchniowe może być spowodowane przez nierówne grzanie wywołane np. przez pole masy lub ścieżkę czy zasłonięcie sąsiadującym dużym komponentem. Aby zredukować efekt nagrobkowy, należy zminimalizować różnice rozkładu ciepła na padach przez rozpłynięciem się pasty. Może to być osiągnięte przez wolniejsze tempo wzrostu temperatury, co pozwala na równomierne, stopniowe rozgrzewanie się PCB. Innym sposobem jest ustanowienie krótkiej fazy wygrzewania (shoulder soak) przed rozpłynięciem się lutowia.
© KIC
Rysunek 1: Przykład efektu nagrobkowego
Kuleczkowanie (Solder balling/beading)
Defekt ten polega na tworzeniu się odizolowanych kulek lutowia przy nisko osadzonych komponentach. W procesie rozpływu, lutowie spod komponentu tworzy kulki, separując się jednocześnie od zasadniczej masy lutu. Kulki tworzą się w efekcie drobnych eksplozji pasty podczas rozpływania, zapadania się pasty lub rozprysków topnika, zabierających po drodze cząsteczki pasty, które nie są w stanie z powrotem połączyć się z depozytem pasty.
Rekomenduje się tempo wzrostu temperatury na poziomie 1-1.5°C/ sekundę. Jeśli pasta podgrzewana jest zbyt szybko, rozpuszczalnik zawarty w topniku gwałtownie odparowuje, powodując mini eksplozje, pozostawiając kulki pasty lub ich większe odpryski odizolowane od reszty, bez możliwości ponownego połączenia się z właściwym lutem. Z kolei zbyt wolne tempo wzrostu temperatury umożliwia topnikowi zbytnie rozprzestrzenianie na płytce i zabieranie ze sobą cząstek pasty. Co więcej, wolne tempo zwiększa ryzyko utleniania się kulek, wywołując proces niepożądanego łączenia się utlenionych kulek.
© KIC
Rysunek 2: Przykład kuleczkowania