Kas yra azoto pakartotinis litavimas ir kodėl tai verta apsvarstyti?
Azoto srautas pakeičia standartinį orą orkaitėje 99,9% gryno N₂. Deguonies nebuvimas apsaugo nuo oksido susidarymo ant litavimo pastos ir komponentų laidų.
Proceso palyginimas
Parametrai Standartinis oro srautasAzoto srautas (N₂)Skirtumas Deguonies lygis20,9%< 1000 ppm (0,1%)200× mažesnis O₂Drėkinimo kampas25--35°10--15°2× geresnis drėkinimas Termo trinkelių ištuštinimas15---10%0 plotas5---10%0 sumažinimas Galvos pagalvės defektai0,5--2%< 0,05%10× mažiau Litavimo rutuliukų MatomaNėra Valymo lentos
Pramoninių robotų PCBA oksidacijos problema
Pramoninis robotas PCBA dažnai naudoja dideles šilumines trinkeles (atidengtą varį) po MOSFET, vartų tvarkykles ir maitinimo valdymo IC. Šios trinkelės greitai oksiduojasi oro sraute, neleidžiant litui visiškai sušlapti. Rezultatas yra tuštumos, kurios sulaiko šilumą ir sukelia lauko gedimus po 1000+ darbo valandų.
Kur azoto srautas suteikia aiškią vertę
Ne kiekvienas pramoninis robotas PCBA yra vienodai naudingas. Azotas turi prasmę tam tikrais atvejais.
Dideli variniai plotai ir sunkūs komponentai
Plokštės ypatybėAir Reflow rizikaAzoto nauda10 × 10 mm šiluminis padas> 30% tuštumų, karštos vietos < 8% tuštumų, vienoda 20+ sluoksnių plokštė (stora)Netolygus šildymas tarp sluoksniųGeresnis šilumos perdavimas per drėkinimąDidelės jungtys (40 ir daugiau kaiščių) Galvos pagalvės defektai formuojant variklius100% mirkykite Nuvalykite paviršius
Realaus pasaulio duomenys: Šešių ašių roboto valdiklio PCBA su 12 galios MOSFET vienoje plokštėje azoto srautas sumažino lauko grąžinimą nuo 3,2% iki 0,4% per 24 mėnesius. Pirminio gedimo režimas – šiluminės pagalvėlės tuštumos, sukeliančios perkaitimą – sumažėjo 87%.
Žemos įtampos, didelės srovės pėdsakai
Pramoninis robotas PCBA servo pavaroms neša 30–80 A vidiniuose sluoksniuose. Tuštumos po srovės jutimo rezistoriais (0,5 mΩ, 2512 paketas) sukuria varžos pokyčius, kurie pažeidžia sukimo momento rodmenis.
Srovės jutiklio komponentas Oro pakartotinio srauto pokytisAzoto pakartotinio srauto pokytis4 gnybtų šuntas (2512)±8% dėl ištuštinimo ±1,5%Rezistoriaus temperatūros padidėjimas15°C5°CCalibravimo poslinkis po 500 ciklų12%2%
Kur nereikalingas azoto srautas
Azotas padidina išlaidas (orkaitės modifikavimas + dujų suvartojimas = 0,08–0,12 USD už PCBA). Nenaudokite jo šiais atvejais.
Mažos lentos, turinčios mažą šiluminę masę
Scenarijus Azoto nereikia Vienpusis, < 50 komponentų Oro srautas sukuria < 8 % tuštumųVisos mažos pakuotės (0402, QFN 3×3) Nėra didelių šiluminių trinkelių Bešvinio SAC305 be jautrių dalių Standartinis srautas valdo oro srautą Mažo tūrio prototipų kūrimas nepateisinamas (< S10)
Plokštės naudojant didelio aktyvumo srautą
Kai kuriuose nešvariuose srautuose (pvz., Senju M705-GRN360-K2-V) yra aktyvatorių, kurie efektyviai veikia ore iki 240°C. Azotas neprideda jokios išmatuojamos naudos. Patikrinkite deguonies jautrumą srauto duomenų lape.
Pramoninių robotų PCBA diegimo parametrai
Jei nuspręsite naudoti azotą, taikykite šiuos konkrečius nustatymus.
Orkaitės profilis po azotu
ZoneTemperatureTimeO₂ Tikslinis pašildymas 150--180°C60--90 sek< 5000 ppm Mirkymas180--210°C60--90 sek< 2000 ppm. ppm Aušinimo -5°C/s rampa --- Nereikalaujama
Kritinis: Laikykite O₂ žemiau 1000 ppm pakartotinio srauto piko metu. Virš 1500 ppm nauda išnyksta – tuštumos grįžta į oro srauto lygį.
Azoto srauto greitis ir grynumas
ParametrasRekomendacija Grynumas mažiausiai 99,9 % (3,0 laipsnis) Rasos taškas – 40 °C arba mažesnis Srauto greitis 15–25 m³/val. (įprasta 6 zonų orkaitė)
Išlaidų sąmata: Tipiškam pramoniniam 100 × 150 mm PCBA robotui azotas prideda 0,10 USD už plokštę esant 10 000 tūrio. Esant 100 000 tūrio, kaina sumažėja iki 0,04 USD už plokštę.
Azoto naudos patikrinimas
Prieš pradėdami naudoti azotą savo pramoniniam robotui PCBA, atlikite šiuos du bandymus.
Tuštybių palyginimas (rentgeno spinduliai)
1. Perpilkite 20 lentų oru, 20 lentų azotu
2. Nufotografuokite kiekvieną plokštę 0° ir 45° pakreipimu
3. Išmatuokite tuščią plotą po didžiausiu šiluminiu trinkelėmis (pvz., variklio vairuotojo IC)
4. Azoto pateisinimo kriterijus: Tuštumos sumažinimas > 50%, palyginti su oru
Skerspjūvio ir šlyties bandymas
Bandomasis oro srauto rezultatas Azoto tikslas IMC storis (intermetalinis)1--3 µm nelygus2--4 µm vienodasTuštumos skersmuo> 200 µm dažnas < 100 µm retas Rutulinis šlyties stiprumas (0,5 mm BGA)800--1000 gf1100 gf--13
DUK – dažniausiai užduodami klausimai apie pramoninių robotų PCBA azoto srautą
1 klausimas: ar azoto srautas pagerina pramoninio roboto PCBA, veikiamo vibracijos, litavimo jungties patikimumą?
A:Taip, bet tik specifiniams gedimo mechanizmams. Pramoniniai robotai patiria 5–50 grms vibraciją iš servo variklių ir pavarų dėžių. Du su vibracija susiję gedimai pagerėja naudojant azotą:
Kirkendall tuštinimasis-- Oro srauto metu vario ir alavo intermetalinis (IMC) augimas yra netaisyklingas, todėl sąsajoje susidaro mikroskopinės tuštumos. Veikiant vibracijai, šios tuštumos susilieja ir įtrūksta po 5000–10 000 valandų. Azoto srautas sukuria vienodą IMC (Cu₆Sn₅ sluoksnį) be tuštumų. Vibracijos bandymai (20 grms, 10--2000 Hz, 100 valandų) rodo, kad azoto jungtys išgyvena 3 kartus ilgiau.
Lydmetalio nuovargis šalia sunkių komponentų-- Dideli transformatoriai (15×15 mm) pramoniniame robote PCBA patiria skirtingą šiluminį plėtimąsi roboto įšilimo metu (nuo 25°C iki 85°C). Atkuriant oro srautą, tuštumos susikaupia po komponentų kampais, kur didžiausias įtempis. Šios tuštumos veikia kaip įtrūkimų atsiradimo vietos. Su azotu, jungtys be tuštumų tolygiai paskirsto įtampą.
Kiekybinis tobulinimas-- Pagreitintas eksploatavimo laikas (terminis šokas nuo -40°C iki +125°C, 1000 ciklų + vienalaikė vibracija) rodo:
- Oro srauto jungtys: 12% įtrūkusios arba sugedusios
- Azoto atplukdymo siūlės: 1,5% įtrūkusios
Tačiau, azotas nepataiso prastai suprojektuotos trinkelės geometrijos ar netinkamų trafaretinių apertūrų. Visuomet pirmiausia optimizuokite juos, tada įpilkite azoto.
2 klausimas: koks tuštumos procentas yra priimtinas pramoninių robotų PCBA galios pakopoms ir ar gali tai pasiekti azotu?
A:Pramoninių robotų PCBA galios pakopoms (variklio pavaroms, IGBT, MOSFET) priimtina tuštuma priklauso nuo šiluminės apkrovos. Yra trys pakopos:
1 pakopa – didelė galia (nuolatinis > 20A vienam FET)
Priimtinas tuštumos plotas: < 5%. Vienos tuštumos skersmuo: < 0,2 mm. Tai galima pasiekti tik naudojant azoto srautą (1000 ppm O₂) ir vakuuminį pakartotinį srautą (pasirinktinai). Be azoto, tipiškos tuštumos yra 15–25%.
2 pakopa – vidutinė galia (10–20 A didžiausia, su pertrūkiais)
Priimtinas tuštumos plotas: < 10%. Nėra vienos tuštumos > 0,5 mm. Dėl azoto srauto nuolat susidaro 5–8 % tuštumų. Oro srautas sukuria 12–18 % – dažnai nežymiai, bet praeina, jei leidžia šiluminis modeliavimas.
3 pakopa – maža galia (< 5A, signalo IC)
Priimtinas tuštumos plotas: < 25%. Tuštumos turi minimalų šiluminį poveikį. Azotas nereikalingas. Pakanka pakartotinio oro srauto.
Ar azotas gali pasiekti 1 pakopą be vakuumo?Ne – vien azotas pasiekia 5–8 % minimalių tuštumų dėl įstrigusių srauto dujų. Esant mažiau nei 5 % tuštumų (svarbiausia SiC MOSFET arba GaN įrenginiams), reikalingas vakuuminis pakartotinis srautas (pašalina dujas, kai lydmetalis išsilydo). Azotas + vakuumas sukuria 1-3% tuštumų.
Pramoninio roboto PCBA bandymo protokolas: Išmatuokite tuštumas 10 lentų. Jei vidurkis > 15%, įpilkite azoto. Jei vidutinis 8–15 % ir galios išsklaidymas < 2 W vienam komponentui, oras yra priimtinas. Jei reikia < 8 %, nurodykite azoto ir trafareto optimizavimą (terminės pagalvėlės angas srautui išleisti).
3 klausimas: Ar galiu pakeisti savo esamą oro srauto krosnį į azotą pramoniniam robotų PCBA gamybai?
A:Taip, bet su trimis nesuderinamais pakeitimais. Daugelis gamintojų bando iš dalies konvertuoti ir nepavyksta.
1 modifikacija – orkaitės sandarinimas
Oro srauto krosnyse yra tarpai prie įėjimo/išėjimo užuolaidų ir tarp zonų. Azoto grynumui reikalingas deguonies patekimas < 50 l/min. Įdiegti:
- Dviejų sluoksnių magnetinės užuolaidos (pakeičia paprastas grandines)
- Teigiamo slėgio valdymas (1--2 mm H₂O orkaitės viduje)
- Užsandarinkite visas prieigos plokštes aukštos temperatūros silikoninėmis tarpinėmis
Be sandarinimo sunaudosite 3–5 kartus daugiau azoto (kainuos 0,30–0,50 USD už plokštę) ir vis tiek turėsite 5000 ppm O₂ piko metu – blogiau nei tinkamai sureguliuota orkaitė.
2 modifikacija – deguonies stebėjimo sistema
Sumontuokite du cirkonio oksido O₂ jutiklius: vieną išankstinio pašildymo zonoje, kitą pakartotinio srauto piko zonoje. Jutikliai turi būti kalibruojami kas mėnesį. Daugelis pramoninių robotų PCBA gamintojų praleidžia kalibravimą, tada stebisi, kodėl ištuštinimas grįžta.
3 modifikacija – konvejeris ir tepimas
Standartiniai orkaitės konvejerių tepalai išgaruoja azotu (deguonies nebuvimas keičia skilimo temperatūrą). Naudokite perfluorpolieterio (PFPE) tepalą. Kester arba Klüber prekės ženklai. Standartinis tepalas užterš plokštę ir sukurs litavimo kamuoliukus.
Konversijos kaina ir laiko juosta:
- Įranga: 8 000–15 000 USD (plombos, užuolaidos, jutikliai, srauto valdikliai)
- Montavimas: 2 dienos prastovos
- Azoto tiekimas: skysčio bakas arba PSA generatorius (300–500 USD per mėnesį nuoma)
- Pramoninių robotų PCBA, kurių tūris > 50 000 per metus, atsipirkimo laikotarpis: 6–8 mėnesiai (nuo sumažinto perdirbimo ir grąžinimo į lauką)
Nekonvertuotijei jūsų metinis kiekis yra mažesnis nei 20 000 lentų. Vietoj to naudokite sutartinį gamintoją, kuris jau turi azoto srautą.
Sprendimų matrica – ar turėtumėte naudoti azotą?
„FactorAir Reflow“ Pakankamas azoto kiekis Rekomenduojamas Šiluminės trinkelės > 25 mm² Ne Taip Komponentai su atviru vario pagrindu (QFN, DFN) Ne TaipBGA žingsnis < 0,8 mm Ne Taip Roboto PCBA, veikiantis > 60 °C temperatūroje, NeTaip, Lauko patikimumo tikslas < 0,5% gedimo per metus. nevalomas srautasKartaisDidelėms plokštėmsTūris < 10 000 lentų per metus Taip Ne (nebrangiai)
Galutinė rekomendacija
Azoto pakartotinis srautas yra aiškiai prasmingas pramoniniam robotui PCBA, kuriame yra:
- Didelės šiluminės pagalvėlės (> 25 mm²)
- BGA arba QFN su atviromis antgaliais
- Bet kuri galios pakopa, kuri išsklaido > 5 W vienam komponentui
- Patikimumo reikalavimas < 1 % lauko gedimas per 5 metus
Azotas nėra prasmingas paprastam, mažos galios pramoniniam robotui PCBA (jutiklio sąsajos, įvesties / išvesties plokštės) su mažais komponentais ir be šiluminių iššūkių.
Praktinis patarimas: paleiskite 100 lentų bandymą azotu. Rentgeno tuštinimasis. Palyginkite su dabartiniais oro srauto srauto rezultatais. Jei tuštumos plotas sumažėja daugiau nei 50%, įpilkite azoto. Jei sumažinsite mažiau nei 30 %, jūsų srauto arba trafareto dizainas yra tikroji problema – pirmiausia išspręskite jas.
