Wróć

Co powoduje obrót cewek SMD podczas lutowania rozpływowego?

Duże, dwupinowe cewki indukcyjne - często jako jedyny rodzaj komponentu na PCB - potrafią obracać się podczas lutowania rozpływowego nawet o 30 stopni. Często dzieje się tak nawet jeśli footprint jest zaprojektowany ściśle według karty katalogowej.
Opublikowano: 2021-06-21

Najczęściej wymienianym powodem rotacji jest nierównomierne tempo przechodzenia pasty w stan ciekły: lut na jednym padzie topi się nieco szybciej niż drugi. Można zawsze dowiedzieć się, który z nich rozgrzewa się pierwszy używając termometru (liub lepiej profilomiera) i mierząc temperaturę podczas lutowania obwodu.

Nierównomierna szybkość nagrzewania padów może być np. spowodowana charakterystyką cieplną dużej cewki indukcyjnej. Przewodność cieplna cewki indukcyjnej może działać w obie strony, czyli może zarówno pobierać ciepło z pola lutowniczego lub je oddawać.

Ciepło może szybciej przepływać przez cewkę indukcyjną, ponieważ jest ona wykonana z dobrych przewodników termicznych, przenoszących ciepło ze źródła (np. gorące powietrze pieca rozpływowego) do pola lutowniczego. Jednak, ze względu na swoją konstrukcję wewnętrzną może nie być w stanie przenosić ciepła równomiernie na oba piny.

Paul Austen, Senior Project Engineer w firmie Electronic Controls Design wyjasnia w swoim poście, iż co prawda trudno jest przyśpieszyć tempo nagrzewania się wolniej przyswajającego ciepło padu, jednak stosunkowo łatwo wyrównać tempo na obu pinach. Oczywiście, najpierw należy ustalić, który z padów nagrzewa się szybciej za pomocą profilomierza, a następnie można dodać mały izolator termiczny na szybciej nagrzewający się pad, aby jak pisze Paul Asten ‘zacienić’ tę stronę cewki od źródła ciepła. Taki ‘roboczy’ izolator może być po prostu małym kawałkiem pustej PCB, a w bardziej profesjonalnym wydaniu, można go wykonać w dowolnym kształcie za pomocą specjalistycznych maszyn do obróbki mechanicznej. Trzeba też zawsze pamiętać, że zbyt skuteczny izolator z powrotem wpędzi nas w problemy, zbyt mocna spowalniając tempo rozpływu z jednej strony.

Innym podejściem jest dodanie elementu  przewodzącego ciepło, który wychwytuje i rozprowadza ciepło z pieca bardziej równomiernie przez strukturę cewki. Taki element musi dobrze pasować do obudowy cewki indukcyjnej i może być wykonany z aluminium, stanowiąc swojego rodzaju ‘odwrócony radiator’, ‘antenę cieplną’.

Zupełnie innaczej do problemu podchodzi często przez nas cytowany Richard D. Stadem z General Dynamics i podaje bardzo ciekawe wyjaśnienie zjawiska obracania się cewek. Jego zdaniem powodem, dla którego 2-pinowe cewki obracają się podczas procesu reflow, są ich właściwości fizyczne, nie mające nic wspólnego z wymiarami komponentu lub zróżnicowaną siłą zwilżania. Zwraca on uwagę na fakt, iż cewki indukcyjne SMT z rdzeniem ferrytowym są nieco namagnesowywane podczas testów w czasie ich produkcji.

Podczas procesu rozpływowego pola magnetyczne wewnątrz pieca mogą powodować obracanie się tych elementów, tak jak dzieje się to ze szpilką po umieszczeniu jej na kawałku papieru, unoszącego się na wodzie. Samo pole magnetyczne Ziemi może spowodować, że rdzeń ferrytowy będzie chciał wskazywać północ, ale wewnątrz pieca rozpływowego często występują o wiele silniejsze pola magnetyczne, które mogą w ten sam sposób wpływać na ustawienie elementów.

Właśnie dlatego cewki 2-pinowe są często jedynymi komponentami, które przekręcają się w procesie reflow, podczas gdy kondensatory i rezystory o tej samej wielkości, montowane na tych samych płytkach, stoją grzecznie na swoim miejscu.

Richard Standem wskazuje, iż rozwiązaniem tego problemu może być szczególny sposób zaprojektowania padu. Otóż powinien on być nieomal identyczny pod względem szerokości jak wyprowadzenia obudowy cewki i jedynie odrobinę dłuższy: taki projekt ogranicza do minimum możliwość rotacji.

https://pbtechnik.com.pl/pl/produkty/wyposazenie-produkcji/stacje-naprawcze
https://pbtechnik.com.pl/pl/produkty/wyposazenie-produkcji/stacje-naprawcze