Lutowanie rozpływowe kondensacyjne

Proces rozpoczyna się gdy płytka do lutowania , znajdująca się w temperaturze otoczenia, dostarczana jest do komory, w której znajduje się para powstała ze specjalnej cieczy – ciekłego polimeru (ang. perfluoropolyether - PFPE). Ciecz jest chemicznie obojętna i ma gęstość niemal dwukrotnie większą od gęstości wody. Ze względu na różnicę temperatur między płytką i parą, następuje natychmiastowa kondensacja par po obu stronach płytki. Skondensowana para tworzy ciekłą warstwę , która całkowicie pokrywa lutowaną płytkę. Duże napięcie powierzchniowe zastosowanej cieczy umożliwia dobre pokrycie krytycznych miejsc na płytce takich jak szczeliny pod układami BGA, komponenty położone blisko siebie, elementy nietypowe itp. Ze względu na dużą gęstość par, ciekła warstwa wypiera tlen z powierzchni płytki. W efekcie tego mamy do czynienia z procesem lutowania w środowisku pozbawionym tlenu. Ponieważ ciekła warstwa jest dobrym przewodnikiem ciepła, energia termiczna przekazywana jest do płytki w sposób jednorodny. Ciecz jest podgrzewana za pomocą grzałek elektrycznych. Gdy ciecz osiągnie punkt wrzenia , jej temperatura nie wzrasta już więcej. Dalszy wzrost dostarczanej energii będzie wykorzystany do wytworzenia większej ilości pary (entalpia parowania). Ilość cieczy, która kondensuje na płytce zależy od ilości pary w komorze. Wzrost energii grzania powoduje zwiększenie ilości pary. Przez kontrolę ilości ciepła przekazywanego od grzałek do cieczy w komorze, można zmieniać ilość kondensowanej cieczy na płytce. Umożliwia to zmianę szybkości grzania płytki po jej wprowadzeniu do komory. Kondensacja par ustaje, gdy płytka osiągnie temperaturę par. Zatem punk wrzenia cieczy określa maksymalną temperaturę, na jaką może być narażona lutowana płytka. Do lutowania bezołowiowego zaleca się stosowanie cieczy o temperaturze wrzenia 230ºC, a do lutowania stopami Sn/Pb ciecz o punkcie wrzenia 200ºC. Firma Asscon dysponuje również innymi cieczami o zakresie temperatur wrzenia od 200ºC do 260ºC. Specjalna ciecz do lutowania kondensacyjnego dostępna jest również u kilku innych dostawców, nie tylko Asscon. Gdy pasta lutownicza jest całkowicie przetopiona, płytka jest wyjmowana z komory. Po opuszczeniu strefy par, dzięki ciepłu szczątkowemu płytki, następuje odparowanie z niej pozostałości cieczy. W ostatnim etapie procesu , polutowana i sucha płytka jest chłodzona w strefie chłodzenia. Wiele testów wykazało, że na tej samej płytce ilość pustek lutowniczych jest mniejsza po lutowaniu kondensacyjnym w porównaniu do lutowania konwekcyjnego. Dla dalszego zmniejszenia ilości pustek lutowniczych, Asscon opracował moduł próżniowy, który może być dodawany do niektórych pieców konwekcyjnych. Poniższe zdjęcie z prawej strony pokazuje zmniejszenie ilości pustek lutowniczych , po zastosowaniu takiego modułu próżniowego, dla takiego samego komponentu w takich samych warunkach , w porównaniu do standardowego lutowania kondensacyjnego bez próżni (zdjęcie z lewej strony). Firma ASSCON Firma została założona w 1995 roku przez kilka osób, które były zaangażowane w projektowanie i produkcję pieców kondensacyjnych wcześniejszej generacji (lata 1980). Biorąc pod uwagę wymagania lutowania bezołowiowego, ostatnie opracowania cieczy odpowiednich do lutowania kondensacyjnego oraz ograniczenia nowoczesnych pieców konwekcyjnych, firma Asscon zaprojektowała piece najwyższej jakości, o doskonałej powtarzalności i o niskich kosztach eksploatacji. Firma Asscon znajduje się koło Monachium, gdzie wszystkie piece są produkowane, testowane i wysyłane do użytkownika końcowego. Podstawowe zalety lutowania kondensacyjnego: - Lutowanie w atmosferze beztlenowej (nie potrzeba azotu) - Niższa temperatura lutowania umożliwiająca zmniejszenie o 10-15% kosztów płytek drukowanych, dzięki zastosowaniu laminatów o niższej odporności termicznej, oraz pozwalająca na uniknięcie przegrzania elementów. - Gwarantowana kontrola maksymalnej temperatury w piecu wynika z fizycznych właściwości zastosowanej cieczy typowo 230ºC do lutowania bezołowiowego oraz 200ºC do lutowania ze stopami Sn/Pb. - Lepsze przenoszenie ciepła do płytki i elementów dzięki zastosowaniu cieczy zamiast powietrza lub azotu. W efekcie zyskujemy znaczące zmniejszenie poboru mocy elektrycznej. Maksymalne zużycie mocy dla przykładowego najmniejszego pieca wynosi 3,5 kW, a średni pobór mocy w czasie pracy 1,5 kW. Dla dużego pieca pracującego w linii, pobór mocy wynosi odpowiednio: 12kW w czasie rozgrzewania oraz 6kW średnio podczas pracy - Elastyczna i prosta kontrola temperatury płytek aż do osiągnięcia temperatury rozpływu - Szybsze i prostsze profilowanie - Mniejsze wymiary w porównaniu do pieców konwekcyjnych - Zmniejszenie pustek lutowniczych w spoinach. Dalszą redukcję pustek można uzyskać za pomocą modułu próżniowego dodawanego do pieca kondensacyjnego jako oddzielna sekcja - Można lutować najbardziej skomplikowane i wymagające płytki przy pomocy pieca , który kosztuje mniej niż porównywalny piec konwekcyjny - Ilość wad lutowniczych jest zwykle mniejsza Przykłady lutów wykonanych techniką kondensacyjną Dzięki opisanym zaletom, wiele wiodących firm jak Siemens, Bosch, Alcatel, Daimler Chrysler, Motorola, Nokia, EADS, Semicron, Alenia, EPCOS, Matra, Marconi Aerospace i inne stosuje już piece Asscon. Inne firmy, które świadczą usługi montażowe, jak Flextronics, Hella i inne tego typu stosują piece kondensacyjne Asscon do prototypów i krótkich serii bardzo złożonych lub trudnych do lutowania płytek drukowanych. Autorem artykułu jest Marek Petryk z Amtest Polska, będącego przedstawicielem firmy Asscon.