Для чего нужны печи конвекционного оплавления?

Технология конвекционного оплавления используется для припаивания электронных компонентов к контактным площадкам печатных плат. Суть ее в том, что поток нагретого воздуха или инертного газа нагревает припой, который расплавляется и смачивает собой контактные площадки и соответствующие выводы SMD, надежно соединяя их друг с другом. Это один из наиболее распространенных методов пайки, который используется в мелко- и крупносерийном производстве.

Принцип работы и устройство конвекционных печей оплавления

В зависимости от конструкции конвекционные печи оплавления делятся на два основных типа:

• Камерные. Такие модели применяются преимущественно в мелкосерийном производстве из-за своей ограниченной производительности. Они представляют собой герметичную камеру, в которую на специальных фиксаторах помещается плата с размещенными на ней компонентами и нанесенной паяльной пастой. Внутрь печи подается горячий воздух или инертный газ, который нагревает и расплавляет пасту. После того, как паяльный состав создал нужное соединение, плата вместе с компонентами охлаждается. В процессе пайки контроллер печи меняет несколько температурных уровней (термопрофиль), чтобы обеспечить наибольшее качество соединения, но не повредить при этом чувствительные к тепловым нагрузкам электронные компоненты.
• Туннельные (конвейерные). Эти печи разработаны специальной для крупносерийного производства и могут встраиваться в производственный конвейер. Вместо камеры нагрева в их конструкции предусмотрен туннель, через который двигается плата с установленными на ней компонентами. При этом она проходит через 4-16 зон, соответствующие температурным уровням профиля, который, как правило, имеет: предварительный нагрев, стабилизация, оплавление и охлаждение. Такая конструкция туннельных печей позволяет организовать с их помощью непрерывный производственный процесс. Оператору лишь необходимо предварительно настроить работу печи и подачу/выгрузку плат.

Нагрев припоя в конвекционной печи осуществляется с помощью потока горячего воздуха. Если необходимо исключить окисление контактных площадок и выводов компонентов, воздух заменяется на инертный газ. Конвекционное оплавление является достаточно консервативной технологией, которая широко используется с самого начала развития массового электронного производства при технологии поверхностного монтажа.

Температурный профиль при конвекционном оплавлении

Температурный профиль – это изменение теплового воздействия на плату, электронные компоненты и припой для достижения наиболее качественного паяного соединения и защиты чувствительных элементов от перегрева. Его нарушение может привести к разрушению печатной платы или электронных компонентов, а также дефектам паяных соединений. На выбор температурного профиля влияют следующие факторы:

• Тип печи (конвекционное, парофазное, инфракрасное и т. д.) и количество фаз;
• Характеристики электронных компонентов – габариты, теплоемкость, температурные ограничения;
• Характеристики печатной платы – материал, размеры, количество металла;
• Состав паяльной пасты – наличие или отсутствие в нем свинца.

Температурный профиль включает 4 основных этапа:

• Предварительный нагрев. Этот этап позволяет избежать теплового удара по термочувствительным компонентам и печатной плате. Для свинцовых припоев предварительный нагрев осуществляется до температуры 95-130 С° со скоростью 2-4 С°/сек или 0,5-1,3 С°/сек.
• Стабилизация. На данном этапе скорость нагрева существенно не снижается, чтобы равномерно прогреть печатную плату с электронными компонентами, а также активировать флюс и выпарить некоторые второстепенные компоненты паяльной пасты. Рекомендуемая температура при стабилизации – 150-170 С°, продолжительность – от 30 до 90-150 секунд.
• Оплавление. На этом этапе температура повышается со скоростью 2-4 С°/сек сначала до точки плавления паяльной пасты (179-183 С°), а затем на 30-40 С° выше (до 205-225 С°). Благодаря этому плата и компоненты прогреваются максимально эффективно, а расплавленный припой хорошо смачивает соединяемые поверхности. Рекомендуемая продолжительность оплавления – от 30 до 90 секунд.
• Охлаждение. После расплавления припоя и смачивания им контактных площадок и выводов компонентов температура понижается со скоростью 3-4 С°/сек до температуры ниже 130 С° (рекомендуется до 100 С°). Благодаря этому образуется наиболее надежное, прочное и токопроводящее паяное соединение.

Производители материалов и некоторых компонентов рекомендуют использовать разработанные под них профили. Задача технолога на производстве усреднить профили до единого приемлемого, для конкретной платы, пасты, и установленных на ней компонентов.

Специалисты компании «АссемРус» помогут вам правильно подобрать конвекционную печь оплавления, исходя из ваших производственных задач. Мы также проконсультируем вас по вопросам эксплуатации и обслуживания данного оборудования.