Lutowanie rozpływowe
Utrzymanie jednolitej temperatury na płytkach PCB podczas lutowania rozpływowego jest trudne ze względu na zróżnicowanie rozmiarów i materiałów komponentów. Wrażliwe komponenty są podatne na naprężenia termiczne, a tradycyjne metody monitorowania temperatury nie zapewniają bezpośrednich danych w czasie rzeczywistym o stanie poszczególnych płytek podczas ciągłej produkcji wielkoseryjnej.
Pirometry monitorują spód każdej płytki PCB podczas jej przechodzenia przez piec, umożliwiając porównywanie temperatur względnych w czasie rzeczywistym i automatyczną regulację stref grzania bez przerywania produkcji lub poleganiu na płytkach testowych.
Uzyskiwane korzyści
- Poprawa jakości połączeń lutowanych poprzez ciągłe śledzenie rzeczywistych temperatur PCB.
- Zmniejszenie przerw produkcyjnych poprzez eliminację konieczności częstego profilowania płytek testowych.
- Automatyczna regulację pieca w celu proaktywnego minimalizowania odchyleń temperatury.
- Utrzymanie stabilnego przepływ produktu poprzez regulację temperatury bez zmiany prędkości przenośnika.
- Rejestracja temperatury w celu optymalizacji procesu i zapewnienia jakości.
Optymalizacja lutowania rozpływowego w montażu PCB o dużej objętości
Proces lutowania rozpływowego jest niezbędny do montażu elementów elektronicznych na płytkach drukowanych (PCB), zwłaszcza w przypadku lutowania elementów montowanych powierzchniowo (SMT). Ta metoda wykorzystuje długie, przemysłowe piece konwekcyjne do tworzenia niezawodnych połączeń lutowniczych poprzez podgrzewanie elementów, PCB i pasty lutowniczej oraz topienie lutu bez przegrzewania.
W zastosowaniach komercyjnych o dużej wydajności, piece rozpływowe to długie tunele z przenośnikami taśmowymi, które przemieszczają płytki PCB przez wiele indywidualnie ogrzewanych stref, z których każda ma kontrolowaną temperaturę. Technicy dostosowują prędkość przenośnika i temperaturę stref, aby uzyskać określony profil czasowy i temperaturowy.
Proces rozpoczyna się od etapu podgrzewania wstępnego, w którym płytka PCB jest wprowadzana do pieca w temperaturze otoczenia. Ciepło jest stopniowo wprowadzane, aż do osiągnięcia temperatury 100…125°C, aby uniknąć szoku termicznego i zapewnić równomierne rozprowadzenie ciepła. Podczas podgrzewania wstępnego rozpuszczalniki zawarte w paście lutowniczej odparowują, a niektóre składniki topnika zaczynają się aktywować.
Następnie następuje etap wygrzewania, w którym temperatura wzrasta do 150…170°C, stabilizując temperaturę na płytce PCB i zmniejszając gradienty temperatury. Podczas tej fazy topnik w paście się topi, a cząsteczki lutu zaczynają się łączyć. Stała temperatura wygrzewania przez mniej niż minutę zapewnia równomierne nagrzewanie i zapobiega uszkodzeniom termicznym.
Następnie następuje etap lutowania rozpływowego, w którym temperatura wzrasta powyżej temperatury topnienia lutu, zazwyczaj około 200°C. Lut osiąga stan pełnej ciekłej konsystencji, tworząc niezawodne połączenia między wyprowadzeniami elementów a padami PCB. Czas wygrzewania, czyli czas, w którym lut pozostaje ciekły, jest starannie kontrolowany, aby uniknąć uszkodzenia elementów.
Etap schładzania powoduje krzepnięcie lutu, tworząc mocne połączenia. Zespół stygnie po wyjęciu z pieca, wspomagany powietrzem otoczenia lub mechanizmami chłodzącymi. Kontrolowane chłodzenie zapobiega szokom termicznym i zapewnia niezawodne połączenia lutowane.
Osiągnięcie równomiernego rozkładu temperatury na płytce PCB stanowi duże wyzwanie, ponieważ różnice w rozmiarze, masie i materiale elementów mogą prowadzić do nierównomiernego nagrzewania. Problem ten pogłębia się w przypadku większych, gęsto upakowanych płytek PCB. Ponadto niektóre komponenty, takie jak kondensatory ceramiczne i układy BGA, są wrażliwe na naprężenia termiczne i wymagają starannej kontroli szybkości nagrzewania i chłodzenia, aby zachować niezawodność.
Kontrola temperatury w piecu rozpływowym zazwyczaj obejmuje zamknięty układ z termoparami rozmieszczonymi strategicznie i kontrolerem. W niektórych konfiguracjach termopary są umieszczone w pobliżu emiterów ciepła, podczas gdy w innych podwieszone termopary monitorują temperaturę powietrza w określonych obszarach pieca. Jednak żadne z tych podejść nie mierzy bezpośrednio temperatury zespołu PCB. W procesie SMT o dużej wydajności, częste przepuszczanie oprzyrządowanej płytki przez piec w celu weryfikacji profilu temperatury może być bardziej praktyczne.
Zapewnienie spójnej jakości PCB dzięki automatycznej regulacji temperatury
W procesie SMT o dużej wydajności, częste przepuszczanie oprzyrządowanej płytki przez piec w celu zapewnienia, że profil pozostaje właściwy, jest niepraktyczne. Bardziej praktycznym rozwiązaniem jest zastosowanie bezkontaktowej metody pomiaru temperatury, która umożliwia ciągłe monitorowanie postępu prac bez zakłócania przepływu produktu.
Pirometr CT hot znajduje się w dwóch punktach wewnątrz pieca: jednym za strefą podgrzewania wstępnego, a drugim za ostatnią grzałką w strefie rozpływowej. Medium chłodzące nie jest wymagane, ponieważ CT hot są zamontowane poniżej toru przenośnika krawędziowego, patrząc w górę na dolną stronę zespołu, a także ze względu na wysoką temperaturę pracy głowic pomiarowych. Gdy zespół przechodzi nad czujnikiem podczerwieni, dokonuje on pomiaru temperatury płytki. Średnia z pomiaru jest następnie wykorzystywana jako temperatura dla całej płytki. Ponieważ pirometr zawsze śledzi tę samą ścieżkę danej płytki, względna temperatura każdej płytki jest porównywana z innymi płytkami, a odczyty są rejestrowane w pliku historii, który można rejestrować i odczytywać.
Trzy poziomy ostrzeżeń, ustawiane przez użytkownika, odpowiadają odchyleniom temperatury PCB powyżej lub poniżej ustawionej wartości. System automatycznie reguluje pracę promienników ciepła w piecu, uwzględniając odczyty z pirometru. W przypadku wykrycia odchyleń temperatury, piec jest regulowany, zanim odchylenie stanie się na tyle znaczące, aby wpłynąć na proces. Dzięki regulacji grzałki, a nie innych zmiennych, takich jak prędkość przenośnika, przepływ produktu do i z innych maszyn nie jest zakłócany.
Optymalizacja jakości i usprawnienie montażu dzięki monitorowaniu temperatury PCB
Wykorzystanie pirometrów firmy Optris w procesie lutowania rozpływowego w produkcji SMT na dużą skalę oferuje szereg korzyści. Pirometry te zapewniają precyzyjne, bezkontaktowe pomiary temperatury, gwarantując dokładne monitorowanie temperatury PCB bez fizycznej ingerencji w proces. Ta dokładność pomaga utrzymać stałą jakość lutowania na wielu płytkach, zmniejszając ryzyko wystąpienia wad spowodowanych niewłaściwym nagrzewaniem.
Zintegrowanie pirometrów Optris z systemem sterowania pieca umożliwia regulację w czasie rzeczywistym na podstawie odczytów temperatury. Ta automatyczna regulacja emiterów ciepła pomaga utrzymać pożądany profil temperatury, zapobiegając odchyleniom termicznym, które mogłyby wpłynąć na proces lutowania. Skupiając się na regulacji grzałek, a nie na innych zmiennych, takich jak prędkość przenośnika, system zapewnia płynny przepływ produktu i minimalizuje zakłócenia.
Dodatkowo, proces nie jest przerywany w celu obróbki próbek testowych częściej niż to konieczne, aby korzystać z drogiego systemu śledzenia temperatury rozpływowej. Pirometry Optris oferują funkcję rejestrowania danych, umożliwiając rejestrowanie i analizę profili temperaturowych w czasie dla każdej wyprodukowanej płytki PCB. Te dane historyczne mogą być nieocenione dla identyfikacji trendów, optymalizacji parametrów procesu i zapewnienia spójnej kontroli jakości.
Pirometry Optris umożliwiają pomiar wysokich temperatur, co jest kluczowe w przypadku lutowania rozpływowego, gdzie temperatury szczytowe często przekraczają 200°C. Ich dwuczęściowa konstrukcja pozwala głowicy pomiarowej pracować w temperaturach do 250°C, jednocześnie mierząc obiekty w niższych temperaturach, co zapewnia niezawodną pracę w wymagających warunkach.