Сколько температурных зон должно быть в печи оплавления?

Для пайки SMD-компонентов на печатных платах методом оплавления припоя используются специальные печи. В них паяльная паста последовательно нагревается до расплавления и остывает, создавая прочное соединение между компонентами и ПП.

Выбирая печь оплавления, в первую очередь необходимо решить, сколько в ней должно быть предусмотрено температурных зон. В большинстве случаев, чем их больше, тем выше последовательность и точность процесса нагрева и остывания припоя. Это сокращает число ошибок и дефектов паяного соединения, тем самым повышая качество и надежность конечного изделия.

Процесс пайки методом оплавления припоя состоит из 4 основных стадий:

• предварительного нагрева – ПП постепенно нагревается до температуры выдержки;
• выдержки – происходит активация флюса и очистка контактных поверхностей от окислов и загрязнений;
• оплавления - припой расплавляется, смачивая контактные поверхности платы и SMD-компонентов;
• охлаждения – расплавленный припой застывает, формируя прочное паяное соединение.

4 температурные зоны при пайке оплавлением

Как правило, печи оплавления имеют 4 отдельных температурных зоны, каждая из которых играет важную роль в обеспечении оптимального эффекта пайки.

Зона предварительного нагрева. Здесь паяльная паста активируется, что упрощает ее движение и обеспечивает тепловое равновесие. Также во время предварительного нагрева флюс начинает испаряться с заданной скоростью при повышении температуры. Поэтому большое значение имеет контроль нагрева внутри этой зоны – если он слишком медленный, флюс может не улетучиться до конца, что негативно скажется на качестве пайки.

Зона нагрева. В этой зоне стабилизируется температура различных компонентов. Так как сама плата и установленные на ней компоненты имеют разный размер и теплоемкость, важно сбалансировать их нагрев. Это обеспечит полное испарение флюса и сделает нагрев более равномерным, тем самым сократит появление пузырьков и других дефектов в припое при пайке.

Зона пайки. Здесь температуры достигает своего максимального значения, при котором происходит полное расплавление сплава в паяльной пасте, а флюс полностью испаряется. Это обеспечивает наилучшее смачивание припоем контактных поверхностей платы и компонентов. Однако, необходимо ограничить время нахождения ПП в этой зоне, так как чрезмерный нагрев платы и компонентов приводит к их повреждению.

Зона охлаждения. В этой зоне температура платы и компонентов постепенно снижается, достигая точки застывания паяльной пасты. При этом формируется прочное паяное соединение между контактными поверхностями. Здесь также важен контроль скорости изменения температуры – при слишком медленном остывании припой может окислиться под влиянием воздуха и влаги, что вызовет появление дефектов пайки.

Понимание назначения каждой температурной зоны дает производителям возможность оптимизировать конструкцию печей оплавления для достижения максимально высокого качества пайки.

Сколько температурных зон должно быть в вашей печи оплавления?

Оптимальное число зон нагрева и охлаждения для вашей печи оплавления определяется комплексом факторов – габаритами и сложностью паяемых ПП, разнообразием используемых компонентов и необходимым конкретно вашему предприятию уровнем точности производственного процесса.

Обычно для пайки небольших ПП с простой схемой размещения компонентов достаточно минимально необходимого количества зон. Но чем больше и сложнее платы, чем разнообразнее и плотнее расположены используемые на них SMD-компоненты, тем больше понадобится дополнительных зон, чтобы обеспечить равномерный нагрев.

При крупносерийном выпуске продукции предпочтительнее применять печи увеличенной длины, чья конструкция включает 8–10 зон. Для мелко- и среднесерийного производства обычно достаточно использовать более короткие печи с 4–6 зонами.

Выбирая печь оплавления для своего предприятия, обратите внимание также на дополнительные факторы.

Состав паяльной пасты. Входящие в состав используемого припоя компоненты влияют на температуру, необходимую для его расплавления и застывания. Например, олово плавится при температуре 231,9°C, свинец - 327,5°C, а серебра - 961,8°C. Как правило, производители припоев предоставляют на свою продукцию техпаспорта, где указан оптимальные временные и температурные интервалы для различных этапов пайки.

Длина печи оплавления с подогревом. Необходимо определить длину нагреваемой зоны печи, которая отличается от общей длины установки. Как правило, ее значение также указывается в заводских спецификациях к конкретной модели.

Производительность. Это число плат, которое может обработать печь оплавления в минуту. Данный критерий связан со скоростью, с которой спаянные сборки выходят из печи в течение 20 секунд. Однако, нужно учитывать, что у разных печей этот показатель может незначительно различаться.

Методы нагрева. В печах оплавления применяются различные технологии нагрева – каждому из них присущи определенные преимущества и области применения:

• Конвекционный нагрев. Это наиболее распространенный способ оплавления припоя на печатных платах. ПП с установленными на них компонентами проходят через зоны, где их обдувает поток нагретого воздуха (или иного газа). Этим обеспечивается равномерное распределение температуры по всей поверхности ПП.
• Инфракрасный нагрев. Данный метод менее распространен, чем конвекционный, на мелко- и среднесерийных предприятиях, однако он часто применяется в ситуациях, требующих быстрого нагрева с минимальной выдержкой. Это обеспечивается тем, что в инфракрасных печах плата нагревается за счет непосредственного воздействия теплового излучения. Однако, данный метод часто не подходит для изготовления сборок с платами различного размера и разными профилями нагрева.

Корректный выбор печи оплавления припоя подразумевает скрупулезный анализ различных факторов. Например, при необходимости изготавливать сложные сборки ПП с высокой плотностью и сложной схемой размещения компонентов, то предпочтительнее использовать модели, оснащенные 8-10 зонами нагрева.