Reflow Lehimleme Profilleri: SAC305 ve Kurşunsuz
Çin PCB montajı için reflow lehimleme profilleri: SAC305 kurşunsuz ve Sn63Pb37 kurşunlu bölge sıcaklıkları, rampa hızları ve J-STD-020 nem hassasiyeti.
Reflow lehimleme, yüzey montaj bileşenleri ile PCB pedleri arasında kalıcı bağlantılar oluşturmak için lehim pastasını eritir. Termal profil — kartın reflow fırınından geçerken izlediği zaman-sıcaklık eğrisi — en önemli proses değişkenidir. Yanlış bir profil soğuk bağlantılara, tombstoning’e, bileşen çatlamasına veya elektrolit kaynamasına neden olur; bunların hepsi görsel denetimi geçer ve sahada arızalanır. Profil doğrulaması, herhangi bir PCB montaj projesi için kalite denetiminin önemli bir parçasıdır.
Genel Bakış
Bir konveyörlü reflow fırını 6–14 sıcaklık bölgesine sahiptir. Kart, kontrollü bir hızda her bölgeden geçer ve yükselen ve düşen bir sıcaklık profili deneyimler. Profil, kartı lehimi tamamen eritecek ve ıslatacak kadar ısıtırken, karttaki her bileşenin hasar limitlerinin altında kalmalıdır.
Çin üretiminde iki baskın lehim sistemi:
- SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5): kurşunsuz, RoHS uyumlu, likidus 217°C
- Sn63Pb37: kurşunlu, likidus 183°C — RoHS’den muaf endüstriyel, askeri ve bazı yüksek güvenilirlikli uygulamalar için hâlâ kullanılır
Temel Parametreler
| Parametre | SAC305 (Kurşunsuz) | Sn63Pb37 (Kurşunlu) | Notlar |
|---|---|---|---|
| Likidus sıcaklığı | 217°C | 183°C | Tam erime noktası |
| Ön ısıtma rampa hızı | 1–3°C/sn | 1–2°C/sn | Çok hızlı = termal şok |
| Soak bölgesi sıcaklığı | 150–200°C | 140–170°C | Flux aktivasyonu, gaz çıkışı |
| Soak süresi | 60–120 sn | 60–90 sn | Likidus altında |
| Pik sıcaklık | 235–250°C | 205–225°C | Karttaki en sıcak noktada |
| Likidus üzeri marj | +18–33°C | +22–42°C | Tam ıslatmayı sağlar |
| Likidus üzeri süre (TAL) | 30–90 sn | 30–60 sn | Çok uzun = bileşen hasarı |
| Pik-ortam soğutma | ≤4°C/sn | ≤4°C/sn | Daha hızlı = soğuk bağlantı, kırılgan |
| Maksimum rampa yukarı | 3°C/sn | 2°C/sn | Seramik kapasitör çatlama riski |
Bölge Bölge Profil Dağılımı
Bölge 1–3: Ön Isıtma (25°C → 150°C) Amaç: çok katmanlı seramik kapasitörleri (MLCC) çatlatan termal şoku önlemek için kart sıcaklığını kademeli olarak yükseltmek. Rampa hızı SAC305 için 3°C/sn’yi, kurşunlu için 2°C/sn’yi aşmamalıdır.
Bölge 3–5: Soak/Aktivasyon (SAC305 için 150–200°C) Lehim pastası flux’u aktive olur ve ped ile bileşen yüzeylerini temizler (oksitleri giderir). Pasta, tam aktivasyon için bu bölgede yeterince uzun kalmalıdır — 60–120 saniye.
Bölge 5–7: Reflow (SAC305 için likidus üstü, 217–250°C) Lehim erir, pedi ve bileşen terminasyonunu ıslatır ve bağlantıyı oluşturur. 30–90 saniyelik likidus üzeri süre (TAL), bileşenleri aşırı ısıtmadan tam ıslatmaya izin verir.
Soğutma bölgesi: Pik → 100°C Hızlı ancak kontrollü soğutma (<4°C/sn). Çok yavaş: intermetalik katman kalınlaşır, zamanla bağlantı mukavemetini azaltır. Çok hızlı: termal şok veya lehim bağlantı yapısının organize olması için yetersiz süre.
Düşük Sıcaklık Alternatifleri
SnBiAg (ör. Sn42/Bi57/Ag1): Likidus ~138°C, pik profil 150–165°C. 250°C SAC305 piklerine dayanamayan ısıya duyarlı bileşenler için kullanılır. Daha düşük pik sıcaklıklar, geniş formatlı kartlarda PCB eğilmesini azaltır. Ödünleşim: SAC305’ten daha düşük çekme mukavemeti ve termal yorulma direnci.
J-STD-020 Nem Hassasiyet Seviyeleri (MSL)
| MSL Seviyesi | Raf Ömrü (30°C/%60 RH’de) | Reflow Öncesi Fırınlama? |
|---|---|---|
| MSL 1 | Sınırsız | Hayır (ancak kapalı saklayın) |
| MSL 2 | 1 yıl | Raf ömrü aşılırsa |
| MSL 2a | 4 hafta | Raf ömrü aşılırsa |
| MSL 3 | 168 saat (1 hafta) | Açıldıktan sonra >168 saat geçtiyse evet |
| MSL 4 | 72 saat | Evet |
| MSL 5 | 48 saat | Evet |
| MSL 5a | 24 saat | Evet |
| MSL 6 | TOL (etiket üzerindeki süre) | Her zaman etikete göre fırınlayın |
BGA’lar ve QFN’ler sıklıkla MSL 3 veya daha yüksektir. 168 saatten fazla açık depolamada kalmışlarsa, reflow öncesinde fırınlanmaları gerekir: J-STD-033 uyarınca paket kalınlığına ve MSL seviyesine bağlı olarak 8–24 saat 125°C.
Fabrikaya sorun: “Bileşenler için MSL’yi nasıl takip ediyorsunuz? Makaraların ne zaman açıldığını kaydediyor musunuz?”
Çin’den Sipariş Verirken Belirtilmesi Gerekenler
- Lehim alaşımı: SAC305, Sn63Pb37 veya belirli düşük sıcaklık alaşımı — hangisi olduğunu belirtin ve J-STD-006 alaşım tanımına referans verin
- MSL işleme prosedürü: fabrikaların bileşen MSL seviyelerini ve fırınlama geçmişini belgelemesini talep edin
- Kartınızda profil karakterizasyonu: en kötü durum termal konumuna yerleştirilmiş ilk üretim çalışmasından termokupl kaydı talep edin
- Azot atmosferi: “evet” veya “hayır” belirtin — belirtilmezse çoğu fabrika varsayılan olarak hava kullanır
- İlk ürün denetimi (FAI): seri üretimi onaylamadan önce bağlantı kalitesini doğrulamak için ilk panelden bir kartın X-ray ve kesitinin alınmasını talep edin
Kalite Kontrolleri
Nihai kontrol: karta bantlanmış termokupl ile kartınıza özel termokupl kayıtlı profil. Ölçülen pik sıcaklık, TAL ve rampa hızlarını yukarıdaki spesifikasyon tablosuyla karşılaştırın. Bunu ilk ürün denetim dokümantasyonunun bir parçası olarak talep edin.
BGA bağlantılarında kesit mikroskopisi şunları ortaya çıkarır: intermetalik katman kalınlığı (ideal 1–3 µm), boşluk yüzdesi ve bağlantı geometrisi. Üretim için, X-ray AXI her kartta bağlantı oluşumunu teyit eder.
Yaygın Sorunlar
SAC305’te soğuk lehim bağlantıları: Pik sıcaklık yetersiz veya TAL çok kısa. SAC305, kurşunludan daha yüksek pik gerektirir — kurşunlu lehim için ayarlanmış bir profilden SAC305 pastası çalıştıran fabrikalar, elektriksel olarak testi geçen (kontak direnci) ancak titreşim veya termal döngü altında termomekanik olarak arızalanan soğuk bağlantılar üretecektir.
Çatlak MLCC’ler: Ön ısıtmada rampa hızı 3°C/sn’yi aştı veya kart reflow’dan hemen sonra soğuk bir fikstüre düşürüldü. MLCC’ler kırılgandır; gövdelerindeki termal gradyan mekanik gerilim kırıklarına neden olur.
Elektrolitik kapasitör arızası: Pik sıcaklık bileşen değerini aştı (J-STD-020 uyarınca 10 saniye için tipik olarak 260°C). Elektrolit kaynar ve kapasitörü havalandırır.