reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© janaka-dharmasena-dreamstime.com
Analizy |

Zastosowanie podgrzanego azotu w procesie lutowania na fali

Zapraszamy do lektury artykułu technicznego opisującego nowatorski sposób lutowania na fali z użyciem gorącego azotu jako atmosfery obojętnej.


Stosowanie osłony azotu w procesie lutowania stale zyskuje na popularności, zarówno w urządzeniach do lutowania na fali, jak i do lutowania selektywnego. Podczas gdy wykorzystanie azotu w piecu rozpływowym jest często przedmiotem dyskusji, ponieważ korzyści w oparciu o jakość lutów są trudne do oszacowania, w agregacie do lutowania na fali nie ma wątpliwości, iż azot poprawia proces. Zastosowanie azotu obniża ilość wytworzonych zgarów, co ma znaczący wpływ na produkcję, środowisko i zdrowie, a także daje realne oszczędności. Dzieje się to poprzez redukcję utleniania, poprawę napięcia powierzchniowego, zwilżalności lutu i jakości połączeń, co wpływa na zmniejszenie ilości wad lutowniczych. Lutowanie na fali- stan obecny Pomimo przewidywanego upadku procesu lutowania na fali, technika ta jest nadal szeroko stosowana i bardzo popularna. Proces ten nie jest nowy, ale w ostatnim czasie znacząco się rozwinął. Nowe technologie montowania podzespołów elektronicznych ewoluują w kierunku mniejszych i bardziej wydajnych urządzeń, ale popyt na montaż przewlekany oraz montaż SMT z wykorzystaniem elementów klejonych na dolnej stronie płytki nadal istnieje. Przy tym wiele produktów nadal nie wymaga użycia elementów SMD, więc dodatkowe koszty i inwestycje w technologię montażu powierzchniowego nie są uzasadnione. Ponadto wyzwania stawiane przez rynek, dotyczące zmniejszenia kosztów i poprawy jakości wytwarzanych podzespołów elektronicznych, zmuszają firmy do szukania nowych udoskonaleń. Sam proces lutowania przeszedł wiele innowacji, począwszy od wprowadzenia topnika w sprayu, przez wstępne ogrzewanie konwekcyjne, po wprowadzenie atmosfery obojętnej. Tradycyjne lutowanie na fali w osłonie azotu Pierwsze opatentowane przez Grupę Air Liquide rozwiązanie ALIXTM INERTWAVE dla montażu podzespołów, wykorzystujące osłonę azotu w procesie lutowania na fali, zostało wprowadzone około 20 lat temu i od tego czasu jest wciąż rozwijane. Systemy ALIXTM opracowane przez firmę Air Liquide działają w otwartym środowisku, nie wymagają zamkniętej komory do utrzymania obojętnej atmosfery. Podobnie jak inne systemy dostarczania azotu, system ALIXTM INERTWAVE składa się z panelu do podawania gazu, systemu wtrysku i elastycznych przewodów. Panel gazowy reguluje ilość azotu pobieranego z instalacji. Zespół wtryskowy składa się z trzech lub dwóch dyfuzorów, które są zamknięte w tytanowej ramie szczelnie otaczającej fale. Zasadniczą zaletą tej techniki jest sposób podawania azotu. Dyfuzory, które zapewniają laminarny przepływ azotu nad falami, zapobiegają zasysaniu powietrza z zewnątrz. Po nasunięciu się lutowanej płytki nad falę, wypływający azot w ułamku sekundy wypiera powietrze tworząc atmosferę ochronną dla procesu lutowania. Zawartość tlenu mierzona pod płytką spada poniżej 10ppm. Rysunek 1 Schemat systemu ALIXTM INERTWAVE Instalacja nie wymaga żadnych modyfikacji w maszynie, co pozwala użytkownikowi na wyposażenie lub modernizacje praktycznie każdej marki i modelu agregatów do lutowania na fali. Dlaczego gorący azot? Transfer ciepła oraz czas kontaktu pomiędzy stopem lutowniczym a płytką obwodu drukowanego wpływają istotnie na jakość procesu lutowania. Dodatkowo proces lutowania związany jest z parametrami pracy: temperaturą kąpieli lutowia, geometrią dysz fali, szybkością obrotowa pompy czy też prędkością transportu. Dyrektywa RoHS (ang. Restriction of Hazardous Substances) oraz stosowanie większych komponentów montowanych metodą przewlekaną wymusiło zwiększenie transferu ciepła oraz czasu kontaktu płytki obwodu drukowanego ze stopem lutowniczym. Spadek temperatury pomiędzy dwoma falami jest krytyczny i wpływa na pośrednie krzepnięcie spoiny lutowniczej oraz możliwy wzrost warstw międzymetalicznych. Firma Air Liquide przystąpiła do badań, które pokazują, że lutowanie w osłonie podgrzewanego azotu zwiększa transfer ciepła dzięki efektowi konwekcji danej przez gorący azot- spadek temperatury pomiędzy dwie fale jest zmniejszony. Opatentowana technologia ALIXTM INERTWAVE HT pokazuje, że luty mogą pozostać w wyższej temperaturze pomiędzy dwiema falami, wydłużając tym samym równoważny czas kontaktu ( powyżej temperatury topnienia) oraz pozwala na zwiększenie prędkości transportu (większa produktywność). Wcześniejsze podgrzewanie azotu zmniejsza również ilość defektów (braki lutu, zwarcia) w odniesieniu do lutowania w osłonie azotu nie podgrzewanego: 522 dppm (braków na milion), w przeciwieństwie do 793 dppm, co stanowi zmniejszenie o 34% liczby braków w przypadku lutowania bezołowiowego np. karty zasilacza komputera. Polepszenie wyniku jest jeszcze bardziej widoczne, gdy porówna się lutowanie bezołowiowe w osłonie azotu wcześniej podgrzewanego z lutowaniem z atmosferą powietrza: widać zmniejszenie o 40% braków lutowania i zmniejszenie o 93% ilości zgaru w przypadku lutowania bezołowiowego karty zasilacza komputera. Poniżej, w formie tabel, przedstawiono wyniki stosowania podgrzewanego azotu na przykładach. Z powodu wytwarzania żużla, maszyna lutująca wymaga częstego czyszczenia i konserwacji. Proces ten znacznie zwiększa koszt pracy i nie jest lubiany przez operatorów - zakłóca on na 2-3 godziny dziennej dzienną produkcję. Innym celem zastosowania gorącego azotu było ograniczenie strat związanych z produkcja zgarów i poprawienie wydajności. Zauważono, iż podgrzewany azot pozawala na uniknięcie zatykania dyfuzorów N2 oraz kondensacji oparów topnika na dyfuzorach N2. Jak podgrzać azot? System ALIXTM INERTWAVE HT opracowany przez Air Liquide jest dostosowany do geometrii maszyn i dostępnej przestrzeni. Możliwość podwyższenia temperatury azotu do 230° C uzyskuje się za pomocą wymiany ciepła z agregatem lutowniczym. Jest to prostsze i mniej kosztowne rozwiązanie, niż zewnętrzne ogrzewanie (rys). Rysunek 2 System podgrzewanego azotu Wnioski Technologia podgrzewanego azotu dla wytworzenia atmosfery ochronnej w procesie lutowania na fali okazała się dać znaczące korzyści w lutowania ołowiowego i bezołowiowego. Do tych najważniejszych należą:
  • lepszy transfer ciepła na płycie PCB pomiędzy dwoma falami, co jest szczególnie ważne w technologii lutowania bezołowiowego.
  • dłuższy czas kontaktu (do 60% dla masywnych elementów), co pozwala na większą prędkość transportu, a tym samym wzrost wydajności linii montażowej.
  • lepsza jakość lutowania, zmniejszenie defektów lutowania (braki lutu, zwarcia): średnio 40% (do -80% w niektórych przypadkach).
  • bezobsługowy system, zniknięcie problemu zatykania dyfuzorów.
  • redukcja czasu przeglądów o 50%.
  • redukcja ilości zgarów o 90%, a przez to zmniejszenie zużycia spoiwa.
Autor: Justyna Tomalska Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy © Air Liquide. --- Air Liquide to międzynarodowa grupa zajmująca się produkcją i dystrybucją gazów dla przemysłu, ochrony zdrowia i środowiska, a także dostawą urządzeń, usług i technologii, w tym dla elektroniki. Firma Air Liquide ma dedykowaną ofertę ALIXTM dla przemysłu montażu podzespołów elektronicznych. Oprócz technologii ALIXTM INERTWAVE obejmuje ona również audyt procesu lutowania rozpływowego w azocie- ALIXTM REFLOW oraz szafy ALIXTM DRY P służące do przechowywania komponentów lub podzespołów wrażliwych na wilgoć lub utlenianie.

reklama
reklama
Załaduj więcej newsów
March 28 2024 10:16 V22.4.20-2
reklama
reklama