วิธีการตั้งค่าโปรไฟล์เตาอบแบบรีโฟลว์?

สวัสดี หากคุณเชี่ยวชาญด้านการประกอบ SMT อย่างลึกซึ้ง คุณจะรู้ว่าโปรไฟล์เตาอบ reflow ไม่ใช่แค่ตัวเลขจำนวนมากบนหน้าจอ แต่ยังเป็นสิ่งที่สร้างหรือทำให้แผงบัดกรีของคุณพัง ในฐานะคนที่ทำงานกับอุปกรณ์บัดกรีแบบรีโฟลว์มาหลายปี ฉันเคยเห็นทีมจำนวนมากเกินไปที่ข้ามการตั้งค่าโปรไฟล์และจบลงด้วยข้อต่อเย็น หลุมศพ หรือแม้แต่ส่วนประกอบที่เสียหาย วันนี้ ผมจะแจกแจงรายละเอียดอย่างชัดเจนถึงวิธีการสร้างโปรไฟล์เตาอบแบบ Reflow ที่ใช้งานได้ดี โดยไม่ต้องใช้ศัพท์เฉพาะใดๆ มาดำดิ่งกัน

ก่อนอื่น มาทำให้มันเป็นจริง: โปรไฟล์ที่ไม่ดีไม่ได้เป็นเพียงความยุ่งยากเท่านั้น แต่ยังอาจทำลายผลผลิตและทำให้คุณเสียเวลาครั้งใหญ่ ฉันเคยเห็นลูกค้าใช้ "การตั้งค่าเตาอบเริ่มต้น" และสงสัยว่าเหตุใดบอร์ดไร้สารตะกั่วของพวกเขาจึงล้มเหลวในการตรวจสอบอยู่เสมอ ความจริงก็คือ แต่ละบอร์ดมีความแตกต่างกัน และโปรไฟล์ของคุณจะต้องตรงกับครีมบัดกรี ส่วนประกอบ และเตาอบ หากคุณกำลังมองหาอุปกรณ์ที่เชื่อถือได้เพื่อทำให้โปรไฟล์ของคุณใช้งานได้ ลองดูตัวเลือกต่างๆ เช่น เตาอบแบบรีโฟลว์ 3 โซน หรือระบบบัดกรีแบบรีโฟลว์แบบมัลติฟังก์ชั่น 8 โซนของเรา ซึ่งเหมาะสำหรับการประกอบแบบผสม

รอก่อนที่เราจะเริ่มขั้นตอนต่างๆ มาพูดถึงข้อมูลพื้นฐานที่คุณต้องการล่วงหน้ากันดีกว่า คุณไม่สามารถสร้างโปรไฟล์บลายด์ได้ คุณต้องมีสิ่งสำคัญสามประการ: ข้อมูลจำเพาะของสารบัดกรี ส่วนผสมส่วนประกอบ และความสามารถของเตาอบ สำหรับครีมประสาน ตอนนี้ไร้สารตะกั่ว (เช่น SAC305) เป็นมาตรฐาน ดังนั้นคุณจะต้องยึดเวลาที่แนะนำไว้เหนือของเหลว (TAL) ซึ่งปกติคือ 60-90 วินาที และอุณหภูมิสูงสุดประมาณ 245°C หากคุณกำลังทำงานกับสารตะกั่ว อุณหภูมิจะต่ำกว่าคือประมาณ 217°C จากนั้น ส่วนประกอบ: ตัวต้านทาน 0201 ขนาดเล็กต้องการความร้อนที่แตกต่างจาก BGA ขนาดใหญ่หรือชิ้นส่วนที่ไวต่อความร้อน เช่น LED แล้วเตาอบของคุณล่ะ? เตาอบ Reflow แต่ละรุ่นไม่เหมือนกันทั้งหมด เตาบัดกรีแบบรีโฟลว์ 10 โซน HW-R10 ของเราสำหรับการประกอบ SMT ช่วยให้คุณสามารถควบคุมโซนได้มากกว่ารุ่น 2 โซนขนาดเล็ก ซึ่งเป็นตัวเปลี่ยนเกมสำหรับการทำความร้อนบนบอร์ดที่ซับซ้อน หากคุณกำลังเผชิญกับการทำงานในปริมาณมาก เตารีโฟลว์แบบสายพานลำเลียงคู่แปดโซน HW-R816Z ของเราสำหรับ SMT ช่วยให้คุณสามารถรันบอร์ดสองขนาดได้ในคราวเดียวโดยไม่มีการปนเปื้อนข้าม ในขณะที่เตาอบรีโฟลว์แบบสายพานตาข่ายแปดโซน HW-R816E ของเราสำหรับกลุ่มผลิตภัณฑ์ SMT นั้นใช้งานได้ดีกับบอร์ดที่บอบบางซึ่งไม่ชอบสายพานลำเลียงแบบแข็ง

ตอนนี้ ขั้นตอนที่หนึ่ง: เตรียมบอร์ดและเทอร์โมคัปเปิ้ลของคุณ นี่คือส่วนที่คนส่วนใหญ่ทำผิดพลาด คุณไม่สามารถติดเทอร์โมคัปเปิลได้ทุกที่—ต้องแสดงถึงจุดที่ร้อนที่สุดและเย็นที่สุดบนกระดานของคุณ ตัวอย่างเช่น หากคุณมี BGA อยู่ตรงกลางและมี SMD เล็กๆ ที่ขอบ คุณจะต้องวางเทอร์โมคัปเปิลไว้ทั้งสองตัว ฉันมักจะทำ 5-6 คะแนน: หนึ่งจุดบนส่วนประกอบขนาดใหญ่ (เช่นตัวเชื่อมต่อหรือ BGA) หนึ่งจุดบน 0402 หรือ 0201 ขนาดเล็ก หนึ่งจุดบนขอบของบอร์ด หนึ่งจุดบนแผ่นระบายความร้อน (ถ้าคุณใช้หนึ่งจุด) และสิ่งพิเศษอีกสองจุดเพื่อตรวจจับความผิดปกติ เคล็ดลับสำหรับมือโปร: ใช้บัดกรีอุณหภูมิสูงหรือเทป Kapton ในการติดเทอร์โมคัปเปิล เพราะสก๊อตเทปจะหลอมละลายระหว่างการจัดเรียงใหม่และให้ข้อมูลที่ไม่ดีแก่คุณ หากคุณเพิ่งเริ่มต้นและต้องการอุปกรณ์เพื่อตอกย้ำกระบวนการนี้ กลุ่มอุปกรณ์การผลิต PCB อิเล็กทรอนิกส์สำหรับวงจรของเรามีเครื่องมือทั้งหมดที่คุณต้องการสำหรับโปรไฟล์ที่สอดคล้องกันทุกครั้ง

ขั้นตอนที่สอง: แบ่งโปรไฟล์ของคุณออกเป็นสี่ช่วงสำคัญ และอย่าเร่งรีบ เตาอบจะค่อยๆ ขยับขึ้นเป็นระยะๆ ด้วยเหตุผลบางประการ—เร็วเกินไป และบอร์ดของคุณบิดเบี้ยว ช้าเกินไป และครีมประสานก็เริ่มออกซิไดซ์ มาแบ่งแต่ละเฟสกันง่ายๆ:

1. ขั้นตอนการอุ่นเครื่อง: นี่คือจุดที่คุณได้รับจากอุณหภูมิห้องถึงประมาณ 150°C และควรใช้เวลาทั้งหมด 60-120 วินาที เป้าหมายคือการระเหยตัวทำละลายทั้งหมดที่อยู่ในสารบัดกรีโดยไม่เกิดการเผาไหม้ หากการเพิ่มของคุณเร็วกว่า 1-2°C ต่อวินาที (°C/s) ที่นี่ คุณจะเกิดการกระเด็นหรือแป้งที่ไม่สม่ำเสมอ ฉันตั้งเป้าไว้ที่ 0.8-1.2°C/s สำหรับการอุ่นเครื่องเสมอ—ช้าพอที่จะป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบแตกร้าว และเร็วพอที่จะรักษารอบเวลาให้เหมาะสม ไม่จำเป็นต้องเร่งความร้อนที่นี่ ทั้งหมดนี้เกี่ยวกับการทำให้แห้ง ไม่ใช่การบัดกรี

2. ระยะแช่: ขั้นต่อไป ให้คงอุณหภูมิไว้ที่ 150-180°C เป็นเวลา 60-90 วินาที นี่คือส่วนที่ประเมินต่ำเกินไปของโปรไฟล์ ซึ่งเป็นจุดที่ฟลักซ์กระตุ้นและกำจัดออกซิเดชันจากแผ่นและสายส่วนประกอบ หากคุณข้ามหรือปล่อยทิ้งไว้ คุณจะพบข้อต่อเย็นที่ดูโอเคแต่จะล้มเหลวในภายหลัง อุณหภูมิในการแช่ไม่จำเป็นต้องแน่นอน แต่ต้องสม่ำเสมอทั่วทั้งกระดาน โปรดสังเกตทางลาดของคุณตั้งแต่อุ่นจนถึงแช่ โดยรักษาอุณหภูมิไว้ต่ำกว่า 1.5°C/s เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ส่วนประกอบต่างๆ ตกใจ สำหรับบอร์ดที่มีชิ้นส่วนขนาดใหญ่และเล็กปะปนกัน เวลาในการแช่นานขึ้นสามารถช่วยให้ส่วนประกอบทั้งหมดมีอุณหภูมิเท่ากัน

3. ระยะ Reflow: นี่คือส่วนที่ร้อน ขั้นแรก คุณต้องเพิ่มอุณหภูมิจากการแช่ไปจนถึงอุณหภูมิสูงสุดที่ 0.5-1°C/s—ไม่เร็วไปหรอก ฉันหมายความว่าอย่างนั้น หากคุณใช้อุณหภูมิเกิน 1°C/s ที่นี่ คุณจะได้รับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างฉับพลันบน BGA หรือ QFP ซึ่งอาจทำให้เกิดรอยแตกร้าวภายในที่คุณมองไม่เห็น อุณหภูมิสูงสุดขึ้นอยู่กับครีมบัดกรีของคุณ: ไร้สารตะกั่วอยู่ที่ 240-250°C, ตะกั่วอยู่ที่ 210-220°C สิ่งสำคัญที่นี่คือเวลาที่เหนือกว่าของเหลว (TAL) สำหรับสารไร้สารตะกั่ว นั่นคือ 60-90 วินาที คุณไม่ต้องการ TAL น้อยเกินไป (ฟลักซ์ไม่ทำงาน) หรือมากเกินไป (ส่วนประกอบมีความร้อนมากเกินไป) ฉันมักจะตั้งค่าอุณหภูมิโซน reflow เพื่อให้บอร์ดชนกับ liquidus ที่ปลายสุดของทางลาด จากนั้นให้อยู่เหนือ liquidus สำหรับหน้าต่าง TAL นั้นก่อนที่จะถึงจุดพีค

4. ขั้นตอนการทำให้เย็นลง: สุดท้าย คุณลดอุณหภูมิลงอย่างรวดเร็ว เช่น 2-3°C/s—ลดลงเหลือประมาณ 50°C ก่อนขนถ่าย การระบายความร้อนอย่างรวดเร็วทำให้เกิดชั้นอินเตอร์เมทัลลิกที่มีตะกั่วดีบุกที่ดี ซึ่งทำให้ข้อต่อแข็งแรง หากคุณเย็นช้าเกินไป ข้อต่อจะเปราะ โดยเฉพาะแบบไร้สารตะกั่ว หลีกเลี่ยงการเทอากาศเย็นลงบนบอร์ดเร็วเกินไป แม้ว่าอุณหภูมิที่ลดลงอย่างกะทันหันอาจทำให้เกิดการบิดงอบน PCB ขนาดใหญ่ได้ เตาอบ reflow ของเรามีโซนเย็นในตัวที่ให้คุณปรับอัตราทางลาดได้ ดังนั้นคุณจึงสามารถปรับแต่งให้เข้ากับบอร์ดของคุณได้โดยไม่ต้องคาดเดา

เดี๋ยว เรามาพูดถึงการทดสอบโปรไฟล์ของคุณกันดีกว่า เพราะเวอร์ชันแรกไม่เคยสมบูรณ์แบบเลย เมื่อคุณตั้งค่าอุณหภูมิโซนแล้ว ให้เรียกใช้บอร์ดทดสอบและตรวจสอบข้อมูลเทอร์โมคัปเปิล มองหาจุดที่เย็นที่สุด: หากขอบของคุณเย็นกว่าตรงกลาง 10°C คุณจะต้องเพิ่มอุณหภูมิของโซนนั้นขึ้นเล็กน้อยสำหรับการวิ่งครั้งต่อไป หาก BGA ทำงานร้อนกว่าที่เหลือ คุณอาจต้องลดโซนนั้นลงหรือปรับอัตราความเร็ว ฉันมักจะทำการทดสอบอย่างน้อยสามครั้งก่อนที่จะล็อคโปรไฟล์—การผลิตไม่ใช่เรื่องที่ต้องคาดเดา และหากคุณอัปเกรดเตาอบเพื่อให้มีการควบคุมโซนที่ดีขึ้นเพื่อให้ได้โปรไฟล์ที่แม่นยำยิ่งขึ้น กลุ่มผลิตภัณฑ์ของเรามีตัวเลือกต่างๆ เช่น เตาอบ reflow mesh belt แปดโซน HW-R816E สำหรับสาย SMT ซึ่งมีโซนทำความร้อนแยกอิสระเพื่อแก้ไขจุดร้อน/เย็นบนบอร์ดใดๆ

ข้อผิดพลาดทั่วไปที่ฉันเห็นตลอดเวลา: ประการแรก ไม่สนใจมวลความร้อนของส่วนประกอบ แผงระบายความร้อนขนาดใหญ่บน Power IC จะต้องความร้อนมากกว่าตัวต้านทาน 0201 ตัวเล็กๆ ดังนั้นโปรไฟล์ของคุณจึงไม่สามารถมีขนาดเดียวได้ทั้งหมด ประการที่สอง การเร่งทางลาดขึ้น ฉันมีลูกค้าเคยรันโปรไฟล์ที่อุณหภูมิอุ่น 3°C/s และ BGA ครึ่งหนึ่งของพวกเขามีรอยแตกภายในซึ่งปรากฏเป็นบอร์ด 100 แผ่นในภายหลัง ถือเป็นฝันร้ายทั้งหมด ประการที่สาม ไม่ปรับเทียบโซนเตาอบของคุณ เตาอบเลื่อนลอยไปตามกาลเวลา ดังนั้นคุณควรตรวจสอบอุณหภูมิโซนทุกๆ 3 เดือน หรือหากคุณสังเกตเห็นปัญหาโปรไฟล์ ทีมงานของเราสามารถช่วยคุณปรับเทียบเตาอบของคุณได้ หรือหากคุณกำลังมองหาหน่วยใหม่ที่เชื่อถือได้ ลองดูกลุ่มผลิตภัณฑ์บัดกรีแบบรีโฟลว์ 8 โซนแบบมัลติฟังก์ชั่นของเรา ซึ่งได้รับการสอบเทียบล่วงหน้าแล้วเพื่อให้ได้โปรไฟล์ที่สอดคล้องกันตั้งแต่วันแรก

อีกประการหนึ่ง: โปรไฟล์ไร้สารตะกั่วกับโปรไฟล์ตะกั่ว พวกเขาไม่สามารถใช้แทนกันได้ ตะกั่วบัดกรีละลายที่ 183°C ดังนั้น TAL อยู่ที่ 30-60 วินาที อุณหภูมิสูงสุดประมาณ 217°C ไร้สารตะกั่วจะหลอมละลายที่ ~217°C เช่นกัน แต่ต้องการอุณหภูมิสูงสุดที่สูงขึ้นและ TAL ที่นานกว่า เนื่องจากโลหะผสม SAC มีของเหลวน้อยกว่า หากคุณสลับระหว่างการวิ่งแบบมีสารตะกั่วและแบบไร้สารตะกั่ว คุณจะต้องปรับโปรไฟล์ทั้งหมดของคุณ—เพียงแค่เปลี่ยนอุณหภูมิของโซนจะไม่ลดอุณหภูมิลง นั่นเป็นเหตุผลที่เตาอบ reflow ที่มีโซนมากขึ้นช่วยได้ เตาบัดกรีแบบรีโฟลว์ 10 โซน HW-R10 ของเราสำหรับการประกอบ SMT ช่วยให้คุณปรับแต่งทุกส่วนให้ตรงกับประเภทบัดกรีที่แตกต่างกันได้โดยไม่ทำให้โปรไฟล์ทั้งหมดยุ่งเหยิง

ตอนนี้กำลังรวบรวมทุกอย่างเพื่อดำเนินการผลิต เมื่อโปรไฟล์ของคุณถูกล็อคแล้ว ให้บันทึกไว้! จดบันทึกอุณหภูมิ อัตราทางลาด เวลาต่อเฟส และ TAL ของแต่ละโซน หากการออกแบบบอร์ดเปลี่ยนแปลง ให้ทดสอบโปรไฟล์ใหม่ก่อน อย่าเพิ่งปรับแต่งโปรไฟล์เก่า ฉันมักจะเก็บบันทึกโปรไฟล์สำหรับบอร์ดทุกประเภทที่เราใช้งานอยู่เสมอ หากลูกค้ามีแบตช์ที่ไม่ดี เราสามารถกลับไปตรวจสอบว่าโปรไฟล์ปิดอยู่หรือไม่ ไม่ใช่การออกแบบบอร์ด และหากคุณดำเนินการผลิตในปริมาณมาก เตาอบอย่างเตาอบ Reflow dual-conveyor แปดโซน HW-R816Z สำหรับ SMT ของเราช่วยให้คุณสามารถรันบอร์ดหลายตัวพร้อมกันได้ คุณจึงสามารถรักษาโปรไฟล์ที่สม่ำเสมอในขณะที่แยกชิ้นส่วนออกโดยไม่ทำให้คุณภาพลดลง

ท้ายที่สุดแล้ว โปรไฟล์เตาอบแบบรีโฟลว์ที่ดีนั้นขึ้นอยู่กับเวลา อุณหภูมิ และความต้องการส่วนประกอบที่สมดุล ไม่ใช่วิทยาศาสตร์จรวด แต่ใส่ใจในรายละเอียด หากคุณกำลังประสบปัญหากับผลผลิตที่ไม่ดี ข้อต่อที่ไม่สอดคล้องกัน หรือจำเป็นต้องอัพเกรดอุปกรณ์บัดกรีแบบรีโฟลว์เพื่อให้ได้โปรไฟล์ที่ดีขึ้น ทีมของเราพร้อมให้ความช่วยเหลือ เราทำงานร่วมกับทีมงาน SMT ทุกประเภท ตั้งแต่ร้านค้าเล็กๆ ไปจนถึง OEM ขนาดใหญ่ ดังนั้นอย่าลังเลที่จะติดต่อทีมขายของเราเพื่อพูดคุยถึงความต้องการของคุณ ไม่ว่าคุณจะกำลังมองหาอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด เช่น เตาอบ reflow แบบ 3 โซนของเรา หรือระบบประสิทธิภาพสูงสำหรับบอร์ดที่ซับซ้อน

อ้างอิง

1. J. Liu การออกแบบกระบวนการ SMT สำหรับการบัดกรีแบบ Reflow, Elsevier, 2018
2. IPC-7530, แนวทางการทำงานซ้ำ การซ่อมแซม และการประกอบชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์, Association Connecting Electronics Industries, 2020
3. K. Gilleo, เทคโนโลยี Surface Mount: หลักการและการปฏิบัติ, McGraw-Hill, 2019