Во время отладки печи оплавления JJY мы обнаружили, что на двусторонних платах толщиной 0,8 мм часто наблюдались соединения холодной пайки при исходных настройках температурной зоны, в то время как на силовых платах толщиной 2,0 мм часто наблюдались захоронения компонентов. Основная причина заключалась в том, что время выдержки в каждой температурной зоне и скорость изменения температуры не были скорректированы в соответствии с разницей толщины печатной платы. Тонкие плиты имеют низкую термическую массу и быстро нагреваются; Если зона предварительного нагрева слишком длинная, растворитель паяльной пасты будет сильно испаряться и вызывать разбрызгивание. С другой стороны, толстые плиты имеют несколько слоев меди и медленную теплопроводность, поэтому участок выдержки между 150°C и 183°C необходимо расширить, чтобы внутренние слои меди могли полностью аккумулировать тепло; в противном случае на этапе оплавления верхний слой уже будет расплавлен, а нижний слой останется ниже температуры ликвидуса.
Влияние различий в тепловой массе компонентов еще более прямое. Например, тепловая масса микроконтроллера в корпусе QFN48 примерно в 17 раз больше, чем у резистора 0603. Когда оба компонента сосуществуют на одной и той же печатной плате, а пиковая температура устанавливается исключительно на основе средней тепловой массы, небольшие компоненты склонны к перегреву и окислению, в то время как большие компоненты могут испытывать недостаточное оплавание. В рамках проекта автомобильного контроллера In мы уменьшили разницу температур между зоной 5 и зоной 6 печи оплавления JJY с 12°C до 5°C, одновременно уменьшив скорость конвейера с 90 см/мин до 72 см/мин, что привело к снижению количества пустот в нижней части упаковок BGA с 18% до 4,3%. Эта настройка не была получена на основе теоретических расчетов, а была получена путем повторной точной настройки после измерения 12 ключевых точек с помощью термопар.
In реальные производственные линии, мы не создаем полный профиль для каждой отдельной платы; вместо этого мы устанавливаем три уровня базовых шаблонов. Первый уровень соответствует толщине платы 0,6–1,0 мм плюс компоненты с малой и средней тепловой массой. Второй уровень охватывает платы толщиной 1,2–1,6 мм, а также компоненты со средней тепловой массой, такие как корпуса LCC или SOIC-28. Третий уровень предназначен для комбинаций плат толщиной более 2,0 мм и таких компонентов, как корпуса TO-263 или большие радиаторы. На каждом уровне фиксируется скорость конвейера, температурный градиент между зоной 3 и зоной 6, а также время выдержки в зоне 7. Таким образом, при переключении моделей нам нужно только подтвердить, требуется ли пересечение уровней, что не позволяет инженерам произвольно изменять параметры, основываясь на интуиции.
Разделение температурных зон печи оплавления JJY также влияет на логику конфигурации. Он имеет 8-зонную структуру, где Зоны 1–Зоны 2 отвечают за быстрый нагрев без перерегулирования, Зоны 3–Зоны 4 выполняют основную функцию выдержки, Зоны 5–Зоны 6 образуют узкое окно оплавления, а Зоны 7–Зоны 8 используются для управления скоростью охлаждения. Такая схема означает, что мы не можем просто применить эмпирические значения 6-зонных духовок других брендов. Например, установка для Зоны 3 значения 150°C неизбежно приведет к тому, что Зона 4 не сможет вовремя компенсировать тепло; необходимо использовать ступенчатую настройку, такую как Zone3 при 142°C и Zone4 при 158°C, с последующими обратными поправками, рассчитанными на основе кривой повышения температуры поверхности платы, измеренной с помощью инфракрасного термометра.
Самая большая ошибка при проверке на месте — полагаться исключительно на данные испытательной платы профиля духовки. Необходимо одновременно собрать три набора сигналов термопар: центральную точку на задней стороне печатной платы после размещения, крайнюю точку массива шариков припоя BGA и область возле резисторных площадок 0402. Потому что метод циркуляции горячего воздуха в печи оплавления JJY приводит к тому, что температура края платы на 3–5 °C выше, чем в центре. Если полагаться только на одноточечное тестирование, незначительные проблемы приводят к избыточным температурным зонам и напрасной трате энергии, а серьезные проблемы маскируют риск локальных соединений холодной пайки. Однажды нам пришлось переработать партию материнских плат для медицинских устройств из-за этой проблемы, а позже мы потребовали, чтобы все новые профили работали непрерывно на 10 платах и проходили полный рентгеновский контроль первого изделия, прежде чем будет разрешено массовое производство.
