Lutowanie to proces łączenia dwóch metali poprzez stopienie spoiwa, zwany lutowaniem, który wpływa do spoiny i krzepnie, tworząc silne wiązanie. Jest szeroko stosowany w produkcja elektroniki do montażu płytek drukowanych (PCB). Istnieją dwie popularne metody lutowania stosowane w montażu PCB: lutowanie na fali i lutowanie rozpływowe, które odgrywają ważną rolę w określaniu działania produktu elektronicznego. jednak, niektórzy mylą je ze sobą, a różnica między nimi wydaje się niejasna. Przewodność cieplna uległaby zmniejszeniu, gdyby istniało wiele warstw wewnętrznych i na odwrót, porównamy te dwie metody i omówimy ich wady i zalety.
Co to jest lutowanie na fali?
Lutowanie na fali to proces lutowania polegający na przepuszczaniu płytki drukowanej nad patelnią ze stopionym lutem. Miska lutownicza jest zwykle wykonana ze stopu cyny i ołowiu, o zakresie temperatur 250-270°C. Gdy PCB przechodzi nad patelnią, generowana jest fala stopionego lutu, który zwilża odsłonięte metalowe powierzchnie komponentów i PCB, tworząc silną i trwałą więź.
Historia rozwoju
Tranzystor został wynaleziony w 1946 przez Johna Bardeena, Walter Brattain, i William Shockley w Bell Laboratories. Zmniejszyło to rozmiar komponentów elektronicznych. Kilka lat później, opracowano laminowanie i trawienie, co utorowało drogę do techniki lutowania, którą mogliśmy wykorzystać na etapie produkcji.
Elementy elektroniczne były w większości przewlekane i lutowanie ich pojedynczo za pomocą pistoletu lutowniczego staje się niepraktyczne. Zaistniała potrzeba nakładania lutu na całą płytkę na raz. Stąd rozwinęło się lutowanie na fali, które pozwoliło na najechanie całej płytki falą pasty lutowniczej.
Proces lutowania na fali
Lutowanie na fali obejmuje 4 kroki i przyjrzymy się im jeden po drugim.
1. Rozpylanie topnika
Wydajność lutowania zależy głównie od czystości metalowej powierzchni. Zależy to również od funkcji topnika lutowniczego. Odgrywa istotną rolę w bezproblemowych operacjach lutowania. Główne funkcje topnika lutowniczego to:
• Eliminacja tlenków z metalowych powierzchni szpilek i płyt elementów.
• Zatrzymanie wtórnego utleniania płytek drukowanych podczas procesu termicznego.
• Zmniejszenie napięcia powierzchniowego pasty lutowniczej.
• Właściwa transmisja wymaganego ciepła.
2. Ogrzewanie wstępne
PCB przemieszczają się przez tunel cieplny na palecie wzdłuż łańcucha, który jest podobny do przenośnika taśmowego. Jest niezbędny do aktywacji topnika i przeprowadzenia wstępnego podgrzewania.
3. Lutowanie na fali
Gdy temperatura nadal rośnie, pasta lutownicza topi się i staje się płynna. Powoduje to powstanie fali lutowniczej, która przemieszcza się po płytce i umożliwia komponentom solidne łączenie się z płytą.
4. Chłodzenie
Profil lutowania na fali jest zgodny z krzywą temperatury. Krzywa zaczyna gwałtownie spadać, gdy temperatura osiągnie swój szczyt na etapie lutowania falowego. Jest to znane jako “strefa chłodzenia.” Deskę możemy z powodzeniem złożyć po ostygnięciu do temperatury pokojowej.
Zalety lutowania na fali
Wysoka przepustowość: Lutowanie na fali to szybki proces, który umożliwia jednoczesne lutowanie wielu elementów, dzięki czemu nadaje się do masowej produkcji.
Silne wiązanie mechaniczne: Połączenie lutowane utworzone przez lutowanie na fali jest mocne i niezawodne, dzięki czemu idealnie nadaje się do elementów narażonych na duże obciążenia mechaniczne.
Dobra wydajność termiczna: Ciepło z fali lutowniczej może przenikać do płytki drukowanej, zapewniając dobrą wydajność cieplną i odprowadzanie ciepła.
Wady lutowania na fali
Ograniczona kompatybilność komponentów: Lutowanie na fali nie jest odpowiednie dla wszystkich Elementy PCB, ponieważ niektóre komponenty mogą nie wytrzymać wysokiej temperatury fali lutowniczej.
Ograniczona precyzja: Fala lutownicza nie może być precyzyjnie kontrolowana, co może skutkować słabą jakością lutu lub uszkodzeniem wrażliwych elementów.
W zakresie ochrony środowiska: Stosowanie lutu na bazie ołowiu w lutowaniu na fali może stwarzać zagrożenie dla środowiska, co czyni go mniej pożądanym w niektórych zastosowaniach.
Co to jest lutowanie rozpływowe?
W lutowaniu rozpływowym, elementy są najpierw tymczasowo przyklejane do padów na płytkach drukowanych. Następnie są trwale sklejane gorącym powietrzem lub innymi metodami przewodzenia ciepła i promieniowania. Lutowanie rozpływowe jest stosunkowo łatwiejsze do wykonania i nawet początkujący może wykonać je z łatwością na małą skalę. Lutowanie rozpływowe wymaga maszyny do lutowania rozpływowego, którą często nazywamy piecem do lutowania rozpływowego.
Proces lutowania rozpływowego
Jak wcześniej wspomniano, elementy elektryczne są tymczasowo przymocowane do pól stykowych przed faktycznym rozpoczęciem lutowania. Obejmuje to dwa kroki. W pierwszym kroku, pasta lutownicza jest precyzyjnie nakładana na każdy pad za pomocą szablonu pasty lutowniczej. W drugim kroku, używamy do wybierania i umieszczania maszyn do umieszczania komponentów na podkładkach. Właściwe lutowanie rozpływowe nie rozpoczyna się do czasu zakończenia tych przygotowań.
Właściwy proces lutowania składa się z czterech kroków, które omówimy.
-
Ogrzewanie wstępne
Wstępne podgrzewanie jest bardzo ważne, jeśli chcesz produkować wysokiej jakości PCB. Ma dwa główne zastosowania podczas lutowania rozpływowego.
- Pozwala na łatwe osiągnięcie wymaganej temperatury montażu PCB i uzyskanie niezbędnego profilowania termicznego.
- Wstępne podgrzewanie wypycha lotny rozpuszczalnik z pasty lutowniczej i pomaga w ich całkowitym usunięciu. Jeśli nie wykonamy tego poprawnie, wpłynie to na jakość lutowania.
-
Namaczanie termiczne
Lutowanie rozpływowe zależy również od topnika zawartego w paście lutowniczej. W związku z tym, temperatura musi znacznie wzrosnąć, aby strumień mógł się aktywować. Inaczej, topnik nie będzie odgrywał aktywnej roli w procesie lutowania rozpływowego.
-
Lutowanie reflow
Ten krok obejmuje szczytową temperaturę całego procesu. Szczytowa temperatura umożliwia topienie i ponowne rozpływanie się pasty lutowniczej. Kontrola temperatury jest bardzo ważna w procesie lutowania rozpływowego. Jeśli temperatura jest bardzo niska, może to uniemożliwić ponowne rozpływanie się pasty lutowniczej, a jeśli temperatura jest bardzo wysoka, może to spowodować uszkodzenie płytki lub elementów SMT.
Na przykład, BGA mają dużo kulek lutowniczych, które topią się podczas lutowania rozpływowego. Jeśli nie osiągniemy optymalnej temperatury lutowania, kulki mogą się nierównomiernie topić, a BGA mogą cierpieć z powodu przeróbek.
-
Chłodzenie
Kiedy osiągniemy szczytową temperaturę, krzywa temperatury zacznie spadać. Chłodzenie prowadzi do krzepnięcia pasty lutowniczej, a części są trwale przymocowane do swoich pól kontaktowych na płycie.
Zalety lutowania rozpływowego
Wysoka precyzja: Lutowanie rozpływowe pozwala na precyzyjną kontrolę procesu lutowania, co skutkuje wysokiej jakości i niezawodnymi połączeniami lutowanymi.
Nadaje się do złożonych PCB: Lutowanie rozpływowe jest odpowiednie dla złożonych płytek PCB z wieloma komponentami, jak pozwala lutowanie selektywne poszczególnych komponentów.
Przyjazny dla środowiska: Zastosowanie lutu bezołowiowego w lutowaniu rozpływowym sprawia, że jest to opcja bardziej przyjazna dla środowiska.
Wady lutowania rozpływowego
Ograniczona przepustowość: Lutowanie rozpływowe jest wolniejszym procesem niż lutowanie na fali, ponieważ każdy element musi być indywidualnie lutowany, które mogą nie nadawać się do masowej produkcji.
Wrażliwy na temperaturę: Lutowanie rozpływowe jest wrażliwe na zmiany temperatury, a każda zmiana może skutkować słabą jakością lutu lub uszkodzeniem komponentów.
Ograniczona wytrzymałość mechaniczna: Złącze lutowane utworzone przez lutowanie rozpływowe może nie być tak mocne, jak to utworzone przez lutowanie na fali, co czyni go mniej odpowiednim do elementów narażonych na duże obciążenia mechaniczne.
Aby dowiedzieć się więcej o lutowaniu rozpływowym, sprawdź nasz drugi blog: Lutowanie rozpływowe na PCB
Różnica między lutowaniem na fali a lutowaniem rozpływowym
Nigdy nie możemy zignorować różnicy między lutowaniem rozpływowym a lutowaniem na fali, ponieważ jest to ważne przy wyborze Usługi PCBA. Modyfikacja lutowania powoduje drastyczne zmiany w całym procesie produkcji zespołu. Obejmują one koszty produkcji, Czas na rynek, efektywność, zyski, itp.
Proces lutowania
Główną różnicą między lutowaniem rozpływowym a lutowaniem na fali pod względem procesu produkcyjnego jest etap natryskiwania topnika. Lutowanie na fali obejmuje ten krok, podczas gdy lutowanie rozpływowe nie. Używamy topnika do promowania procesu lutowania. Pomaga, pełniąc rolę ochronną, eliminując napięcie powierzchniowe i zmniejszając napięcie powierzchniowe. Flux działa tylko wtedy, gdy go aktywujemy, co możemy osiągnąć tylko poprzez intensywną kontrolę czasu i temperatury. W lutowaniu rozpływowym, topnik jest obecny w paście lutowniczej. W związku z tym, musimy odpowiednio ułożyć i osiągnąć wymaganą zawartość topnika.
Podanie
Ogólnie, lutowanie na fali działa najlepiej w przypadku DIP i THT, podczas gdy lutowanie rozpływowe jest idealne dla zespołów SMT. jednak, płytka drukowana rzadko zawiera tylko elementy z otworami przelotowymi lub urządzenia do montażu powierzchniowego. Dlatego często musimy używać mieszanki SMT, THT, i DIP. Jeśli chodzi o zestawy mieszane, najpierw wykonujemy SMT, a potem skupiamy się na DIP lub THT. Dzieje się tak, ponieważ temperatura lutowania rozpływowego jest znacznie wyższa niż w przypadku lutowania na fali. Jeśli nie będziemy postępować zgodnie z tą sekwencją, pasta lutownicza może się ponownie stopić. Może to prowadzić do wypadania dobrze zlutowanych elementów z płytki lub uszkodzeń.
Zdolność produkcyjna
Lutowania na fali używamy głównie do masowej produkcji. Pomaga w produkcji dużej liczby płytek drukowanych w stosunkowo krótkim czasie. Podczas gdy lutowanie rozpływowe jest odpowiednie dla złożonych płytek drukowanych o wysokich wymaganiach dotyczących precyzji. Lutowania rozpływowego używamy również wtedy, gdy produkujemy niewielką liczbę płytek drukowanych. Korzystamy z tej techniki, gdy nie mamy bardzo napiętych ograniczeń czasowych.
Poniżej znajduje się tabela przedstawiająca różnice między lutowaniem na fali i lutowaniem rozpływowym:
| Aspekt | Lutowanie na fali | Lutowanie reflow |
| Proces | Lut znajduje się w stopionej fali lub fontannie | Pasta lutownicza jest wstępnie nałożona, i komponenty są ponownie rozpływane w piecu |
| Nadaje się do | Elementy z otworami przelotowymi | Elementy do montażu powierzchniowego |
| Obsługa komponentów | Ograniczony rozmiar i gęstość komponentów | Nadaje się na mniejsze, gęsto zaludnionych PCB |
| Aplikacja lutownicza | Zastosowany do całej płytki PCB | Stosowany selektywnie na określone obszary |
| Aplikacja strumieniowa | Zwykle wykorzystuje się oddzielny etap topnika | Topnik jest często zawarty w paście lutowniczej |
| Metoda ogrzewania | Ogrzewanie konwekcyjne od spodu PCB | Ogrzewanie promiennikowe lub konwekcyjne w piekarniku |
| Kontrola temperatury | Temperatura jest stała przez cały czas | Profile temperaturowe są dokładnie kontrolowane |
| Złożoność sterowania | Stosunkowo prostsze sterowanie | Wymaga precyzyjnych profili temperaturowych |
| Atmosfera ponownego przepływu | Obojętna atmosfera azotu nie jest powszechnie wymagana | Może wykorzystywać atmosferę azotu do określonych zastosowań |
| Czas przetwarzania | Szybszy proces dzięki jednoczesnemu lutowaniu | Dłuższy proces z oddzielnym podgrzewaniem, ponowny przepływ, i fazy chłodzenia |
| Kontrola & Przeróbka | Łatwiejsza kontrola i poprawki elementów z otworami przelotowymi | Ponowna obróbka elementów do montażu powierzchniowego może być większym wyzwaniem |
| Odpady lutownicze | Więcej odpadów lutowniczych z powodu odsłonięcia całej płytki PCB | Mniej odpadów lutowniczych dzięki selektywnemu nakładaniu pasty lutowniczej |
| Rozmiar sprzętu | Zwykle większy sprzęt | Mniejszy i bardziej kompaktowy sprzęt |
| Koszt | Ogólnie niższy koszt sprzętu | Wyższy początkowy koszt wyposażenia |
Wybór odpowiedniego procesu lutowania PCB
Zarówno lutowanie rozpływowe, jak i lutowanie na fali są skutecznymi metodami montażu płytek PCB. Właściwa opcja zależy od kilku czynników związanych z konkretnymi płytami i środowiskiem produkcyjnym. Jeśli na płytce drukowanej wykorzystywane są głównie urządzenia do montażu powierzchniowego, lutowanie rozpływowe jest zwykle najlepszym rozwiązaniem. Pasta lutownicza oraz profilowanie cieplne pozwalają na precyzyjne lutowanie małych elementów SMD. jednak, jeśli głównie masz części z otworami przelotowymi, lutowanie na fali wyróżnia się szybkim przepływem lutu do otworów w celu szybkiego montażu. Do płytek zawierających zarówno SMD, jak i części z otworami przelotowymi, optymalne może być podejście hybrydowe z selektywnym lutowaniem na fali i rozpływem. Poza typami komponentów, należy również wziąć pod uwagę wielkość produkcji, koszty inwestycji w sprzęt, wymagania dotyczące precyzji, i doświadczenie operatora. Lutowanie rozpływowe zapewnia ogromną precyzję, ale mniejsze objętości, podczas gdy lutowanie na fali zapewnia wyższą wydajność, ale niższą jakość połączenia. Analiza wszystkich tych elementów od razu pozwala uniknąć problemów w przyszłości. Nie ma jednego, uniwersalnie lepszego procesu – wybór tego, co jest najlepsze dla konkretnego projektu PCB i celów produkcyjnych, zapewnia wysoką wydajność, niezawodne lutowanie.
Technologia MOKO, jako wiodący producent elektroniki w Chinach, mamy dużą konfigurację produkcyjną do produkcji płytek PCB, która ma zdolność wykonywania zarówno lutowania falowego, jak i lutowania rozpływowego. Na szczycie tego, mamy duże możliwości produkcyjne, dzięki czemu możemy z łatwością wykonać dowolną kombinację technik lutowania dla zamówień masowych. Jeśli szukasz niezawodnego zasobu do wykonywania lutowania na płytkach drukowanych, nie krępuj się Skontaktuj się z nami. Mamy nadzieję, że wkrótce się odezwiesz!
