ความสัมพันธ์ระหว่างโปรไฟล์อุณหภูมิของเตาอบ SMT Reflow และเหตุผลในการเชื่อมแบบบัดกรี

I. บทนำ
ในด้านการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ เตาอบ reflow เป็นอุปกรณ์สำคัญที่ใช้ในการบัดกรีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ลงบนแผงวงจร โปรไฟล์อุณหภูมิซึ่งแสดงให้เห็นการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิภายในเตาอบแบบรีโฟลว์เมื่อเวลาผ่านไป มีผลกระทบอย่างมากต่อคุณภาพของการบัดกรี บทความนี้จะอธิบายรายละเอียดเกี่ยวกับกระบวนการแปรผันของโปรไฟล์อุณหภูมิของเตาอบแบบรีโฟลว์ และผ่านการวิเคราะห์เชิงลึกของแต่ละขั้นตอน จะช่วยให้ผู้อ่านเข้าใจและควบคุมกระบวนการเชื่อมได้ดีขึ้น

ครั้งที่สอง ภาพรวมโปรไฟล์อุณหภูมิของเตาอบ Reflow
โดยทั่วไปโปรไฟล์อุณหภูมิของเตาอบ reflow จะประกอบด้วยสี่ขั้นตอนหลัก: อุ่น แช่ เติมน้ำซ้ำ และเย็นลง แต่ละขั้นตอนมีข้อกำหนดด้านอุณหภูมิและเวลาที่เฉพาะเจาะจงเพื่อรับประกันคุณภาพของการบัดกรี ด้านล่างนี้ เราจะอธิบายกระบวนการแปรผันของสี่ขั้นตอนนี้ทีละขั้นตอน

สาม. เปิดเวทีก่อน
ขั้นตอนการอุ่นเครื่องคือระยะเริ่มต้นของโปรไฟล์อุณหภูมิของเตาอบแบบรีโฟลว์และเป็นรากฐานของกระบวนการเชื่อม ในระหว่างขั้นตอนนี้ แผงวงจรจะค่อยๆ เข้าสู่เตาอบ Reflow และอุณหภูมิจะเริ่มสูงขึ้นอย่างช้าๆ

1. การทำความร้อนเบื้องต้น
   หลังจากที่แผงวงจรเข้าสู่เตาอบแบบรีโฟลว์แล้ว แผงวงจรจะสัมผัสกับโซนทำความร้อนเริ่มต้นภายในเตาอบก่อน โดยปกติอุณหภูมิที่นี่จะต่ำกว่า โดยมีเป้าหมายเพื่อค่อยๆ ปรับให้แผงวงจรและส่วนประกอบต่างๆ เข้ากับสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง เพื่อป้องกันไม่ให้อุณหภูมิเปลี่ยนแปลงกะทันหันจากการสร้างความเสียหายให้กับส่วนประกอบต่างๆ ณ จุดนี้ โปรไฟล์อุณหภูมิมีแนวโน้มเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป โดยมีอัตราการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิค่อนข้างช้า

2. การระเหยของความชื้น
   เมื่ออุณหภูมิค่อยๆ เพิ่มขึ้น ความชื้นบนแผงวงจรก็เริ่มระเหยไป นี่เป็นกระบวนการที่สำคัญเนื่องจากความชื้นสามารถขยายตัวอย่างรวดเร็วและสร้างแรงดันไอน้ำที่อุณหภูมิสูง ซึ่งอาจทำให้ส่วนประกอบเสียหายได้ ดังนั้นขั้นตอนการอุ่นเครื่องจึงต้องใช้เวลาเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าความชื้นจะระเหยไปอย่างสมบูรณ์ ในระหว่างขั้นตอนนี้ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิอาจเพิ่มขึ้นเล็กน้อย เนื่องจากต้องใช้ความร้อนมากขึ้นเพื่อเร่งการระเหยของความชื้น

3. การระเหยของตัวทำละลาย
   นอกจากความชื้นแล้ว ฟลักซ์บนแผงวงจรยังมีส่วนประกอบของตัวทำละลายบางชนิดอีกด้วย ในขั้นตอนต่อมาของการอุ่นเครื่อง เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ตัวทำละลายเหล่านี้ก็เริ่มระเหยเช่นกัน บทบาทหลักของฟลักซ์คือการช่วยให้บัดกรีเปียกและไหลได้ดีขึ้นในระหว่างกระบวนการเชื่อม ดังนั้นในระหว่างการระเหยของตัวทำละลาย จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าส่วนผสมออกฤทธิ์ในฟลักซ์ไม่ได้ถูกใช้มากเกินไปเพื่อรับประกันคุณภาพการเชื่อม ในเวลานี้ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิอาจเพิ่มขึ้นเพื่อให้ความร้อนเพียงพอในการเร่งการระเหยของตัวทำละลาย

IV. เวทีแช่
ขั้นตอนการแช่เป็นหนึ่งในขั้นตอนสำคัญของโปรไฟล์อุณหภูมิของเตาอบแบบรีโฟลว์ ซึ่งกำหนดคุณภาพของการเชื่อม ในระหว่างขั้นตอนนี้ แผงวงจรจะคงอยู่ที่อุณหภูมิคงที่เป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้แน่ใจว่าโลหะบัดกรีละลายจนหมดและก่อให้เกิดการเชื่อมต่อกับส่วนประกอบอย่างแน่นหนา

1. บัดกรีละลาย
   เมื่ออุณหภูมิถึงจุดหลอมเหลวของโลหะบัดกรี โลหะบัดกรีก็เริ่มละลาย นี่เป็นกระบวนการที่สำคัญเนื่องจากเป็นตัวกำหนดรูปแบบและความแข็งแรงในการเชื่อมต่อของจุดเชื่อม ในระยะแรกของขั้นตอนการแช่ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิอาจลดลงหรือยังคงความเสถียรเพื่อให้แน่ใจว่าโลหะบัดกรีจะค่อยๆ ละลายที่อุณหภูมิคงที่

2. การเปียกและการแพร่กระจาย
   เมื่อโลหะบัดกรีละลาย มันจะเริ่มเปียกและกระจายไปยังหมุดของส่วนประกอบและแผ่นบัดกรีบนแผงวงจร กระบวนการนี้ต้องใช้เวลาเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าลวดบัดกรีไหลได้เต็มที่และเติมเต็มช่องว่างทั้งหมด ในช่วงกลางและระยะหลังของขั้นตอนการแช่ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิอาจคงที่หรือเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าโลหะบัดกรียังคงเปียกและกระจายที่อุณหภูมิคงที่

3. การกำจัดชั้นออกไซด์
   ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ชั้นออกไซด์บนหมุดส่วนประกอบและแผ่นบัดกรีของแผงวงจรอาจส่งผลเสียต่อคุณภาพของการเชื่อม ดังนั้นในระยะหลังของขั้นตอนการแช่ จึงจำเป็นเพื่อให้แน่ใจว่าโลหะบัดกรีสามารถกำจัดชั้นออกไซด์เหล่านี้ได้อย่างเพียงพอ โดยปกติจะทำได้โดยการเติมสารรีดิวซ์ (เช่น ไฮโดรเจนที่แอคทีฟ) ในระหว่างขั้นตอนนี้ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิอาจคงที่หรือลดลงเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าสารรีดิวซ์สามารถทำงานได้เต็มที่

IV. เฟสกักเก็บความร้อน
ระยะกักเก็บความร้อนเป็นหนึ่งในขั้นตอนสำคัญในโปรไฟล์อุณหภูมิของเตาอบแบบรีโฟลว์ ซึ่งกำหนดคุณภาพของการเชื่อม ในระหว่างขั้นตอนนี้ แผงวงจรจะถูกรักษาอุณหภูมิคงที่เป็นระยะเวลาหนึ่งเพื่อให้แน่ใจว่าโลหะบัดกรีละลายหมดและก่อให้เกิดการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยกับส่วนประกอบต่างๆ

1. บัดกรีละลาย
   เมื่ออุณหภูมิถึงจุดหลอมเหลวของโลหะบัดกรี โลหะบัดกรีก็เริ่มละลาย นี่เป็นกระบวนการที่สำคัญเนื่องจากเป็นตัวกำหนดรูปแบบและความแข็งแรงในการเชื่อมต่อของจุดเชื่อม ในระยะแรกของระยะกักความร้อน ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบอาจลดลงหรือคงที่เพื่อให้แน่ใจว่าโลหะบัดกรีจะค่อยๆ ละลายที่อุณหภูมิคงที่

2. การทำให้เปียกและการแพร่กระจาย
   เมื่อโลหะบัดกรีละลาย มันจะเริ่มเปียกและกระจายไปบนหมุดของส่วนประกอบและแผ่นอิเล็กโทรดบนแผงวงจร กระบวนการนี้ต้องใช้เวลาเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าลวดบัดกรีไหลได้เต็มที่และเติมเต็มช่องว่างทั้งหมด ในระยะกลางและระยะหลังของระยะกักความร้อน ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบอาจไม่เปลี่ยนแปลงหรือเพิ่มขึ้นเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าโลหะบัดกรียังคงเปียกและกระจายที่อุณหภูมิคงที่

3. การกำจัดชั้นออกไซด์
   ในระหว่างกระบวนการเชื่อม ชั้นออกไซด์บนหมุดของส่วนประกอบและแผ่นของแผงวงจรอาจส่งผลเสียต่อคุณภาพการเชื่อม ดังนั้นในระยะหลังของระยะกักความร้อน จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าตัวบัดกรีสามารถกำจัดชั้นออกไซด์เหล่านี้ได้อย่างเพียงพอ โดยปกติจะทำได้โดยการเติมสารรีดิวซ์ (เช่น ไฮโดรเจนที่แอคทีฟ) ในระหว่างขั้นตอนนี้ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบอาจคงที่หรือลดลงเล็กน้อยเพื่อให้แน่ใจว่าสารรีดิวซ์สามารถทำงานได้เต็มที่

V. เฟส Reflow
ขั้นตอนการรีโฟลว์เป็นอีกขั้นตอนสำคัญในโปรไฟล์อุณหภูมิของเตาอบรีโฟลว์ ซึ่งกำหนดรูปร่างขั้นสุดท้ายและคุณภาพของจุดเชื่อม ในระหว่างขั้นตอนนี้ อุณหภูมิจะถึงจุดสูงสุดและเริ่มลดลงเรื่อยๆ และโลหะบัดกรีจะเริ่มแข็งตัวและสร้างการเชื่อมต่อที่ปลอดภัย

1. อุณหภูมิสูงสุด
   ในระยะเริ่มต้นของระยะการไหลกลับ อุณหภูมิจะถึงจุดสูงสุด นี่คือจุดอุณหภูมิสูงสุดในระหว่างกระบวนการเชื่อมและเป็นช่วงเวลาสำคัญเมื่อโลหะบัดกรีละลายหมด ในเวลานี้ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบอาจเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วจนไปถึงอุณหภูมิสูงสุด จากนั้น เมื่อความร้อนค่อยๆ ถ่ายเทจากแผงวงจรไปยังส่วนอื่นๆ ของห้องเตาเผา (เช่น ผนังเตาและด้านล่าง) อุณหภูมิก็เริ่มค่อยๆ ลดลง

2. การแข็งตัวของบัดกรี
   เมื่ออุณหภูมิลดลง โลหะบัดกรีจะเริ่มแข็งตัวทีละน้อย นี่เป็นกระบวนการที่สำคัญในการกำหนดรูปร่างขั้นสุดท้ายและความแข็งแรงในการเชื่อมต่อของจุดเชื่อม ในระยะกลางและระยะหลังของระยะการไหลซ้ำ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบอาจค่อยๆ ลดลงหรือคงความเสถียรเพื่อให้แน่ใจว่าลวดบัดกรีจะค่อยๆ แข็งตัวที่อุณหภูมิคงที่ ในระหว่างขั้นตอนนี้ จำเป็นต้องหลีกเลี่ยงอัตราการทำความเย็นที่รวดเร็วเกินไป เพื่อป้องกันข้อบกพร่องในการเชื่อม เช่น การบัดกรีด้วยความเย็นและรอยแตกร้าว

วี. เฟสการทำความเย็น
ขั้นตอนการทำความเย็นเป็นขั้นตอนสุดท้ายของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบแบบรีโฟลว์และการสิ้นสุดกระบวนการเชื่อม ในระหว่างขั้นตอนนี้ แผงวงจรจะค่อยๆ ออกจากสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง และจะเย็นลงตามธรรมชาติจนถึงอุณหภูมิห้อง

1. ความเย็นตามธรรมชาติ
   ในระยะเริ่มแรกของขั้นตอนการทำความเย็น แผงวงจรยังคงมีอุณหภูมิค่อนข้างสูง โดยต้องลดอุณหภูมิลงทีละน้อยเพื่อป้องกันไม่ให้ส่วนประกอบเสียหายหรือบอร์ดเสียรูป ในช่วงเวลานี้ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบอาจค่อยๆ ลดลงเพื่อให้มีเวลาการทำความเย็นเพียงพอสำหรับแผงวงจรที่จะค่อยๆ เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง

2. การกระจายความร้อนที่เหลือ
   ขณะที่แผงวงจรค่อยๆ เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง ความร้อนที่ตกค้างภายในแผงวงจรก็เริ่มกระจายไปเช่นกัน นี่เป็นกระบวนการที่ช้าซึ่งต้องใช้เวลาเพียงพอเพื่อให้แน่ใจว่าแผงวงจรเย็นลงอย่างสมบูรณ์จนถึงอุณหภูมิห้อง เพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาในการประมวลผลในภายหลัง เช่น การเสียรูปที่เกิดจากความเครียดจากความร้อน ในระหว่างขั้นตอนนี้ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบอาจคงที่หรือลดลงเล็กน้อยเพื่อให้มีเวลาการทำความเย็นเพียงพอสำหรับแผงวงจรที่จะเย็นลงจนสุดจนถึงอุณหภูมิห้อง

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัว ความสัมพันธ์ระหว่างหลักการเชื่อมแบบบัดกรีและโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบแบบรีโฟลว์
หลักการเชื่อมแบบบัดกรีเกี่ยวข้องกับการวางบัดกรีบนแผงวงจรและการหลอมโลหะบัดกรีภายใต้อุณหภูมิสูงเพื่อสร้างสารประกอบโลหะผสมกับพื้นผิวของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อ ทำให้เกิดการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยในระหว่างกระบวนการทำความเย็น การเปลี่ยนแปลงโปรไฟล์อุณหภูมิของเตาอบ reflow ส่งผลโดยตรงต่อประสิทธิภาพของการเชื่อมแบบบัดกรี

1. ประการแรก ในระหว่างขั้นตอนการอุ่นเครื่องและกักเก็บความร้อน ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบจะควบคุมอัตราการระเหยของตัวทำละลายในสารบัดกรีและระดับการหลอมละลายของโลหะบัดกรี การอุ่นเครื่องและการเก็บรักษาความร้อนที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ว่าลวดบัดกรีละลายอย่างสมบูรณ์และก่อให้เกิดการเชื่อมต่อที่ดีกับแผ่นอิเล็กโทรดและหมุดส่วนประกอบ การอุ่นก่อนหรือการเก็บความร้อนไม่เพียงพออาจส่งผลให้การหลอมเหลวไม่สมบูรณ์หรือการไหลของโลหะบัดกรีไม่สม่ำเสมอ ส่งผลให้คุณภาพการเชื่อมลดลง

2. ประการที่สอง ในระหว่างขั้นตอนการรีโฟลว์ ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบจะกำหนดความเร็วของการหลอมและการไหลของโลหะบัดกรี ความลาดชันที่สูงชันมากเกินไปซึ่งส่งผลให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วอาจทำให้โลหะบัดกรีละลายเร็วเกินไปและทำให้เกิดการกระเด็นได้ ในทางกลับกัน ความลาดเอียงที่ตื้นเกินไปจนทำให้อุณหภูมิเพิ่มขึ้นช้าอาจทำให้โลหะบัดกรีละลายหรือไหลอย่างเท่าเทียมกันได้ ดังนั้นการควบคุมอุณหภูมิและเวลาอย่างแม่นยำในระหว่างขั้นตอนการรีโฟลว์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการรับประกันคุณภาพการเชื่อม

3. สุดท้าย ในระหว่างขั้นตอนการทำความเย็น ความชันของโปรไฟล์อุณหภูมิเตาอบจะส่งผลต่อความเร็วในการแข็งตัวและคุณภาพการเชื่อมของข้อต่อบัดกรี อัตราการทำความเย็นที่เหมาะสมช่วยให้มั่นใจได้ถึงการแข็งตัวอย่างรวดเร็วและการเชื่อมต่อที่ปลอดภัยของข้อต่อบัดกรี อัตราการทำความเย็นที่เร็วเกินไปอาจทำให้เกิดข้อบกพร่อง เช่น รอยแตกหรือการเสียรูปในข้อต่อบัดกรี ดังนั้นจึงจำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องควบคุมอุณหภูมิและเวลาอย่างสมเหตุสมผลในระหว่างขั้นตอนการทำความเย็นเพื่อปรับปรุงคุณภาพการเชื่อม