Индустриски робот PCBA

Што е лемење со повторно проток на азот и зошто да го разгледаме?

Протокот на азот го заменува стандардниот воздух во рерната со 99,9% чист N2. Отсуството на кислород го спречува формирањето на оксид на пастата за лемење и каблите на компонентите.

Споредба на процесот

Проблемот со оксидација на индустрискиот робот PCBA

Индустрискиот робот PCBA често користи големи термички подлоги (изложен бакар) под MOSFET, двигатели на портата и ИЦ за управување со енергија. Овие перничиња брзо оксидираат при повторното течење на воздухот, спречувајќи го лемењето целосно да се навлажни. Резултатот е празнини што ја задржуваат топлината и предизвикуваат дефекти на теренот по 1000+ работни часови.

Каде што повторното проток на азот обезбедува јасна вредност

Не секој индустриски робот PCBA има еднаква корист. Азотот има смисла во специфични сценарија.

Големи бакарни површини и тешки компоненти

Податоци од реалниот свет: Во робот-контролер со шест оски PCBA со 12 моќни MOSFET-ови на една плоча, повторното проток на азот го намали враќањето на полето од 3,2% на 0,4% во текот на 24 месеци. Примарниот режим на неуспех -- празнините на топлинската подлога што предизвикуваат прегревање -- падна за 87%.

Нисконапонски траги со висока струја

Индустрискиот робот PCBA за серво погони носи 30--80A на внатрешните слоеви. Празнините под отпорниците со смисол на струја (0,5 mΩ, пакет од 2512) создаваат варијација на отпорот што ги расипува отчитувањата на вртежниот момент.

Каде што повторното проток на азот е непотребно

Азотот ја зголемува цената (модификација на рерната + потрошувачка на гас = 0,08--0,12 долари по PCBA). Не користете го за овие случаи.

Мали табли со мала топлинска маса

Табли кои користат флукс со висока активност

Некои флукси кои не се чисти (на пр., Senju M705-GRN360-K2-V) содржат активатори кои ефикасно работат на воздух до 240°C. Азотот не додава мерлива корист. Проверете го листот со податоци за флукс за чувствителност на кислород.

Параметри за имплементација за индустриски роботски PCBA

Ако одлучите да користите азот, применете ги овие специфични поставки.

Профил на рерната под азот

Критички: Одржувајте го O₂ под 1000 ppm за време на врвот на повторното течење. Над 1500 ppm, придобивките исчезнуваат -- празнините се враќаат на нивоата на повторно проток на воздух.

Стапка на проток и чистота на азот

Проценка на трошоците: За типичен индустриски робот PCBA од 100×150 mm, азотот додава 0,10 долари по плоча со волумен од 10.000. Со волумен од 100.000, цената паѓа на 0,04 долари по табла.

Тестирање за потврдување на придобивките од азот

Пред да се посветите на азот за вашиот индустриски робот PCBA, извршете ги овие два теста.

Споредба на празнење (рендген)

1. Преточете 20 даски во воздух, 20 даски во азот

2. Рендген секоја табла со навалување од 0° и 45°

3. Измерете ја празнината површина под најголемата термичка подлога (на пр., IC на двигателот на моторот)

4. Положен критериум за оправдување со азот: Намалување на празнината > 50% во споредба со воздухот

Тест на пресек и смолкнување

ЧПП - Вообичаени прашања за протокот на азот за индустриски роботски PCBA

П1: Дали повторното протекување на азот ја подобрува доверливоста на зглобот за лемење за индустрискиот робот PCBA изложен на вибрации?

А:Да, но само за специфични механизми за неуспех. Индустриските роботи доживуваат вибрации од 5-50 Grms од серво моторите и менувачите. Два дефекти поврзани со вибрации се подобруваат со азот:

Киркендал повраќа-- При обновување на воздухот, меѓуметалниот раст на бакар-калај (IMC) е неправилен, создавајќи микроскопски празнини на интерфејсот. Под вибрации, овие празнини се спојуваат и пукаат по 5000--10.000 часа. Протокот на азот создава униформа IMC (слој Cu₆Sn₅) без празнини. Тестирањето на вибрации (20 Grms, 10--2000 Hz, 100 часа) покажува дека азотните зглобови преживуваат 3× подолго.

Замор од лемење во близина на тешки компоненти-- Големите трансформатори (15×15 mm) на индустрискиот робот PCBA доживуваат диференцијално термичко проширување за време на загревањето на роботот (25°C до 85°C). При обновувањето на воздухот, празнините се концентрираат под аглите на компонентите каде што стресот е најголем. Овие празнини делуваат како места за иницијација на пукнатини. Со азот, зглобовите без празнини рамномерно го распределуваат стресот.

Квантитативно подобрување-- Тестирањето на забрзаниот животен век (термички шок -40°C до +125°C, 1000 циклуси + истовремени вибрации) покажува:

- Зглобовите за преточување на воздухот: 12% испукани или неуспешни

- Зглобови за преточување на азот: 1,5% испукани

Сепак, азотот не ја поправа лошо дизајнираната геометрија на подлогата или неправилните отвори на матрицата. Секогаш прво оптимизирајте ги, а потоа додадете азот.

П2: Колкав процент на празнина е прифатлив за енергетските фази на индустриски роботи PCBA, и дали азотот може да го постигне тоа?

А:За индустриски роботи PCBA напојувачки фази (моторни погони, IGBT, MOSFET), прифатливото празнење зависи од топлинското оптоварување. Постојат три нивоа:

Ниво 1 -- Висока моќност (континуирано > 20 А по FET)
Прифатлива празнина област: < 5%. Дијаметар на една празнина: < 0,2 mm. Ова може да се постигне само со преточување на азот (1000 ppm O2) плус вакуумско преточување (опционално). Без азот, типичните празнини се 15--25%.

Ниво 2 -- Средна моќност (10--20А врв, периодично)
Прифатлива празнина област: < 10%. Нема единечна празнина > 0,5 mm. Протокот на азот постојано постигнува 5--8% празнини. Обновувањето на воздухот произведува 12--18% -- често маргинално, но поминува ако дозволува термичката симулација.

Ниво 3 -- Ниска моќност (< 5А, сигнални IC)
Прифатлива празнина: < 25%. Празнините имаат минимално термичко влијание. Азот е непотребен. Протокот на воздух е доволен.

Дали азотот може да постигне ниво 1 без вакуум?Не - само азот достигнува 5--8% минимални празнини поради заробените флуксни гасови. За празнини под 5% (критични за SiC MOSFET или GaN уреди), потребен ви е вакуумски проток (ги отстранува гасовите по топењето на лемењето). Азот + вакуум постигнува 1--3% празнини.

Протокол за тестирање за индустриски робот PCBA: Измерете ги празнините на 10 табли. Ако просекот е > 15%, додадете азот. Ако просечните 8--15% и дисипацијата на моќноста < 2W по компонента, воздухот е прифатлив. Ако е потребно < 8%, наведете ја оптимизацијата на азот плус матрицата (преку термичка подлога за ослободување на флуксот).

П3: Може ли да ја конвертирам мојата постоечка рерна за обновување на воздухот во азот за производство на индустриски роботи PCBA?

А:Да, но со три модификации за кои не може да се преговара. Многу производители се обидуваат да направат делумна конверзија и не успеваат.

Модификација 1 -- Запечатување на рерната
Печките за обновување на воздухот имаат празнини на влезните/излезните завеси и помеѓу зоните. Чистотата на азот бара влез на кислород < 50 L/минута. Инсталирај:

- Двослојни магнетни завеси (заменува едноставни синџири)

- Позитивна контрола на притисокот (1--2 mm H2O внатре во рерната)

- Запечатете ги сите пристапни панели со силиконски дихтунзи со висока температура

Без запечатување, ќе потрошите 3--5× повеќе азот (чини 0,30-0,50 $ по плоча) и сепак ќе имате 5000 ppm O2 на врвот -- полошо од правилно наместена воздушна печка.

Модификација 2 -- Систем за следење на кислородот
Инсталирајте два сензори од цирконија O2: еден во зоната за предзагревање, еден во зоната на врвот на преточувањето. Сензорите мора да се калибрираат месечно. Многу производители на индустриски роботи PCBA ја прескокнуваат калибрацијата, па се прашуваат зошто се враќа празнењето.

Модификација 3 -- Транспортник и подмачкување
Стандардните лубриканти за транспортери на рерната испаруваат во азот (отсуството на кислород ја менува температурата на распаѓање). Користете перфлуорополиетер (PFPE) маст. Брендовите Kester или Klüber. Стандардниот лубрикант ќе ја загади плочата и ќе создаде топчиња за лемење.

Трошоци за конверзија и временска рамка:

- Опрема: $8.000--$15.000 (пломби, завеси, сензори, контроли на проток)

- Монтажа: 2 дена прекин

- Снабдување со азот: резервоар за течност или генератор на PSA (300$--500$/месечен закуп)

- Период на отплата за волумен на PCBA на индустриски робот > 50.000/годишно: 6--8 месеци (од намалена преработка и враќање на терен)

Не конвертирајако вашиот годишен волумен е под 20.000 табли. Наместо тоа, користете договорен производител кој веќе има повторно проток на азот.

Матрица на одлуки - Дали треба да користите азот?

Конечна препорака

Протокот на азот има јасна смисла за индустрискиот робот PCBA кој содржи:

- Големи термални влошки (> 25 mm²)

- BGA или QFN со изложени матрици

- Секоја енергетска етапа која дисипира > 5W по компонента

- Барање за доверливост < 1% дефект на теренот во текот на 5 години

Азот нема смисла за едноставен индустриски робот со мала моќност PCBA (интерфејси со сензори, I/O плочи) со мали компоненти и без термички предизвици.

Практичен совет: Изведете проба со 100 табли во азот. Х-зраци празнење. Споредете со вашите тековни резултати од обновувањето на воздухот. Ако празнината површина се намали за повеќе од 50%, внесете азот. Ако намалувањето е помало од 30%, вашиот дизајн на флукс или матрица е вистинскиот проблем -- прво поправете ги.