Lutowanie rozpływowe

Lutowanie rozpływowe to proces miękkiego lutowania, stosowanego przy montażu komponentów SMD na płytkach obwodów drukowanych. Polega na montażu SMD w piecu, o różnych strefach temperaturowych.

W czasach gdy elementy do montażu przewlekanego THT ustąpiły miejsca popularniejszym komponentom SMD, lutowanie na fali zastąpiono bardziej odpowiednim w tym celu lutowaniem rozpływowym (ang. Reflow soldering). Używane w tym celu piece działają na zasadzie podczerwieni lub gorącego powietrza. Urządzenia te pozbawione są cyny, a elementy SMD przed lutowaniem przytwierdzane są do płytki PCB za pomocą pasty i kleju.

Lutowanie rozpływowe SMD – na czym polega?

Proces lutowania rozpływowego polega na nagrzaniu powierzchni metalowych przeznaczonych do lutowania. Jest to niezwykle istotne, ponieważ stop nie reaguje z powierzchnią zimną. Reakcja pomiędzy stopem a powierzchnią lutowania jest niezbędna do połączenia lutowego. Następnie, dochodzi do dostarczenia energii cieplnej, która jest niezbędna do właściwego działania topnika. Wraz ze wzrostem temperatury rośnie aktywność kwasów naturalnych, zawartych w kalafonii, oraz aktywatorów dodawanych do topnika. Topnik z kolei jest zawarty w paście lutowniczej. Stop reaguje tylko z czystą, aktywną powierzchnią.

Więcej o montażu SMD TUTAJ.

Temperatura i czas lutowania rozpływowego

Kolejnym krokiem jest stopienie lutu. Tylko ciekły lut jest zdolny do zwilżenia i reagowania z powierzchniami metalowymi. Później następuje utrzymanie czasu potrzebnego do wejścia ciekłego lutu w reakcję z powierzchniami przeznaczonymi do lutowania. Wskaźnikiem przeprowadzenia tej reakcji jest powstanie ciągłej warstwy międzymetalicznej. Czas ten zależy od rodzaju powierzchni lutowanej i będzie różny dla powierzchni miedzianej czy powierzchni niklowej. Kolejnym krokiem jest zestalenie stopionego lutu.

Spełniająca powyższe warunki charakterystyka temperaturowo-czasowa jest tylko wtedy dobra, gdy nie powoduje uszkodzenia żadnego elementu, który jest przeznaczony do lutowania. Co więcej, powinna zapewniać formowanie połączenia lutowanego o dobrej integralności. Charakterystyka ta determinuje również nastawy pieca, wymagane do utrzymania dobrego połączenia lutowanego. Uwzględnia to rodzaj pieca, liczbę stref grzewczych, długość każdej strefy, masę cieplną części przeznaczonych do lutowania i stosowaną pastę lutowniczą. Najprostszą i zalecaną charakterystyką temperaturowo-czasową, mierzoną na lutowanym zespole, jest taka, która umożliwia wzrost temperatury z szybkością 2ᵒC na sekundę, do osiągnięcia piku lutowania, którego z kolei temperatura jest o 20-30ᵒC wyższa od temperatury topnienia stopu.

Lutowanie bezołowiowe, montaż bezołowiowy

Proces lutowania rozpływowego może odbywać się dwutorowo – konwencjonalnie lub bezołowiowo. Parametry spoiw bezołowiowych są odmienne, w stosunku do omawianych do tej pory spoiw zawierających ołów. Stawiają one nowe wymagania dla pieców do lutowania. Szczególnie trzeba zwrócić uwagę na margines bezpieczeństwa dotyczący temperatury, który w tym przypadku znacznie się zmniejszył. Podzespoły półprzewodnikowe, które są bardziej wrażliwe na temperaturę, nie mogą być podgrzewane powyżej 260ᵒC. W przypadku pieców do lutowania stopami ołowiowymi, temperatura nie przekracza 220ᵒC, co daje nam margines bezpieczeństwa wynoszący 40ᵒC. W przypadku lutowania stopami bezołowiowymi tempera sięga ok. 250ᵒC, w związku z czym margines bezpieczeństwa obniża się i wynosi zaledwie 10ᵒC. Z tego powodu, piece do lutowania bezołowiowego muszą umożliwić szybsze nagrzewanie wsadu do wyższych temperatur i zapewnić znacznie większe dokładności nastawiania i utrzymywania temperatury. Podczas lutowania stopami ołowiowymi temperatura jest niższa, a cały proces trwa dłużej niż w przypadku lutowania stopami bezołowiowymi.

Zasadnicze znaczenie dla jakości połączeń przy lutowaniu bezołowiowym ma schładzanie płytek. Zbyt szybkie schładzanie powoduje zmniejszenie wytrzymałości mechanicznej oraz pogarsza strukturę złącza. Poza tym, topnik pasty lutowniczej może nie zdążyć wyparować.

Bezołowiowe pasty lutownicze

Powyższe względy wskazują, że pasty lutownicze bezołowiowe muszą być dostosowane do profilu o wyższej temperaturze lutowania i dłuższym czasie trwania. Dobra pasta lutownicza powinna posiadać właściwości zapewniające niezawodność wykonanych połączeń. Powinna też mieć odpowiednio drobne cząstki spoiwa, w dodatku nie różniące się między sobą wymiarami, aby po naniesieniu na powierzchnię o małych wymiarach, nie zniekształcały jej geometrii. Powinna także dobrze przylegać do podłoża i się nie przemieszczać na nim. Topnik, który wchodzi w skład pasty, powinien całkowicie odparować po zakończeniu lutowania, nie pozostawiając osadu. Wszystkie te cechy są sprawdzane przez producenta na zgodność z odpowiednimi normami. Po procesie lutowania płytki powinny być umyte gorącą wodą.

Lutowanie rozpływowe

Źródło zdjęcia: www.ersa.com

Newsletter

Dowiedz się pierwszy o nowościach i promocjach

Wszystkie prawa zastrzeżone © EAE Elektronik Spółka z o.o. Polityka prywatności Polityka cookies