การเปรียบเทียบเทคโนโลยีการบัดกรีที่ใช้ในกระบวนการรีโฟลว์แบบมีสารตะกั่วและปลอดสารตะกั่ว

การเปรียบเทียบความสามารถของ MVC ในการทนต่อการบัดกรีแบบรีโฟลว์

MVCs หมายถึงส่วนประกอบที่เปราะบางที่สุด (MVCs) ระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์ เช่น ตัวเก็บประจุอิเล็กโทรไลต์อะลูมิเนียมชนิดไดอิเล็กทริกเหลว คอนเนคเตอร์ สวิตช์ DIP ไฟ LED หม้อแปลง วัสดุแผ่นฐาน PCB (Printed Circuit Board) เป็นต้น ส่วนประกอบแบบมีตะกั่วและไร้ตะกั่วจะแตกต่างกันในด้านความสามารถในการทนต่อการบัดกรีแบบรีโฟลว์

• ส่วนประกอบหลัก

เนื่องจากอุณหภูมิสูงสุดในการบัดกรีแบบรีโฟลว์ด้วยตะกั่วจะไม่เกิน 230°C ดังนั้นความทนทานต่อความร้อนของ MVCs ควรกำหนดไว้ที่ 240°C รวมถึงเครื่องมือบัดกรีทั้งหมดที่ผลิตโดยผู้ผลิตในอุตสาหกรรม อุปกรณ์บัดกรี และวัสดุประกอบที่ใช้สำหรับการบัดกรี ซึ่งทั้งหมดได้รับการออกแบบและคัดเลือกโดยอ้างอิงจากความทนทานต่อความร้อนที่ 240°C

• ส่วนประกอบปลอดสารตะกั่ว

อุณหภูมิสูงสุดในการบัดกรีแบบรีโฟลว์ไร้สารตะกั่วสามารถสูงได้ถึง 250°C ดังนั้นค่าความทนความร้อนต่ำสุดของ MVCs จึงต้องกำหนดให้ไม่น้อยกว่า 260°C ผลที่ตามมาคือ เครื่องมือบัดกรีทั้งหมดที่ผลิตโดยผู้ผลิตในอุตสาหกรรม อุปกรณ์บัดกรี และวัสดุสิ้นเปลืองที่ใช้สำหรับการบัดกรี จะต้องถูกออกแบบและคัดเลือกโดยอิงตามค่าความทนความร้อนที่ 260°C

ส่วนประกอบของครีมประสานที่ใช้กันทั่วไปในกระบวนการรีโฟลว์บัดกรี

• การบัดกรีรีโฟลว์ด้วยตะกั่ว

เทียบเท่ากับการบัดกรีแบบคลื่นที่ใช้ตะกั่ว การบัดกรีแบบรีโฟลว์ที่ใช้ตะกั่วก็ใช้ส่วนผสมของครีมประสานชนิดเดียวกันที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย คือ ครีมประสานโลหะผสมยูเทคติก Sn37Pb และครีมประสานโลหะผสม Sn36Pb2Ag

• การบัดกรีรีโฟลว์แบบไร้สารตะกั่ว

ส่วนผสมของโลหะผสมในครีมประสานที่ใช้สำหรับการบัดกรีแบบรีโฟลว์ปลอดสารตะกั่วประกอบด้วยหลัก ๆ ดังนี้:
a. น้ำยาประสานบัดกรี SAC305 ในฐานะที่เป็นหนึ่งในวัสดุที่ถูกใช้อย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมสมัยใหม่ มีจุดหลอมเหลวอยู่ในช่วง 217°C ถึง 220°C
b. น้ำยาประสานบัดกรี SAC387 ในฐานะที่เป็นองค์ประกอบยูเทคติกของโลหะผสม SnAgCu น้ำยาประสาน SAC387 มีจุดหลอมเหลวที่ 217°C ซึ่งที่อุณหภูมินี้สามารถทำการเปลี่ยนสถานะของแข็ง-ของเหลวได้อย่างสมบูรณ์ เนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำ จึงถูกนำไปใช้หลัก ๆ ในผลิตภัณฑ์เฉพาะทางบางประเภท เช่น การใช้งานทางการทหาร

ช่วงอุณหภูมิสูงสุดของการบัดกรีแบบรีโฟลว์

• การบัดกรีรีโฟลว์ด้วยตะกั่ว

สำหรับผลิตภัณฑ์แบบง่าย ช่วงอุณหภูมิสูงสุดระหว่างการบัดกรีรีโฟลว์แบบมีสารตะกั่วจะอยู่ที่ 205°C ถึง 220°C อย่างไรก็ตาม สำหรับผลิตภัณฑ์ที่มีความซับซ้อน เช่น แพ็กเกจ IC บางชนิด อุณหภูมิสูงสุดอาจสูงได้ถึง 225°C ดังที่แสดงในรูปด้านล่าง

• การบัดกรีรีโฟลว์แบบไร้สารตะกั่ว

สำหรับการบัดกรีรีโฟลว์แบบปลอดสารตะกั่ว หากอุณหภูมิพีคต่ำสุดคือ 235°C ในการบัดกรีรีโฟลว์จริง อุณหภูมิพีคสูงสุดจะถูกกำหนดโดยความแตกต่างของอุณหภูมิ (ΔT) บนแผ่น PCB ซึ่งอย่างไรก็ตามจะถูกกำหนดโดยขนาดของ PCB ความหนาของแผ่น PCB จำนวนเลเยอร์ของ PCB การจัดวางชิ้นส่วน การกระจายตัวของชั้นทองแดง ขนาดของชิ้นส่วน และความจุความร้อน แผ่น PCB ที่มีขนาดใหญ่และหนา พร้อมทั้งประกอบด้วยชิ้นส่วนขนาดใหญ่และซับซ้อน มักมีค่า ΔT ทั่วไปสูงถึง 20°C ถึง 25°C ดังนั้น ควรทำให้อุณหภูมิพีคต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เพื่อยืดระยะเวลาในการอุ่นล่วงหน้าและการบัดกรีรีโฟลว์ ดังที่แสดงในรูปต่อไปนี้

เส้นโค้งเวลา-อุณหภูมิของการบัดกรีแบบรีโฟลว์

การเปรียบเทียบเส้นโค้งเวลา-อุณหภูมิระหว่างการบัดกรีรีโฟลว์แบบมีสารตะกั่วและแบบปลอดสารตะกั่วแสดงให้เห็นในรูปต่อไปนี้

การเปรียบเทียบความสามารถในการจัดแนวตัวเองระหว่างการบัดกรีรีโฟลว์แบบมีตะกั่วและไร้ตะกั่ว

• การบัดกรีรีโฟลว์ด้วยตะกั่ว

เมื่อใช้ครีมบัดกรีชนิดมีสารตะกั่ว (Sn37Pb, Sn36Pb2Ag) ร่วมกับแผ่น PCBผิวสำเร็จเป็น HASL Sn37Pb หรือOSPหากส่วนประกอบที่ประกอบแล้วเบี่ยงเบนจากแผ่นรองไป 50% การปรับจัดตำแหน่งตัวเองก็ยังสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• การบัดกรีรีโฟลว์แบบไร้สารตะกั่ว

a. เนื่องจากมีอากาศเข้ามามีส่วนร่วมในกระบวนการรีโฟลว์บัดกรี จึงใช้ครีมบัดกรี SAC305 ร่วมกับผิวหน้าของแผ่นรอง PCB แบบ ENIG และ OSP และจุดบัดกรีเป็น SAC305 หากชิ้นส่วนที่ประกอบเบี่ยงออกจากแผ่นรองได้ถึง 25% ก็ยังสามารถเกิดการจัดแนวตัวเองได้เป็นอย่างดี
b. เนื่องจากไนโตรเจนมีส่วนร่วมในกระบวนการรีโฟลว์ การใช้ครีมบัดกรี SAC305 จะใช้ร่วมกับผิวหน้าของแผ่นรอง PCB แบบ ENIG และ OSP และจุดบัดกรีเป็น SAC305 หากชิ้นส่วนที่ประกอบเบี่ยงออกจากแผ่นรองได้ถึง 50% ก็ยังสามารถเกิดการจัดแนวตัวเองได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การเปรียบเทียบกระบวนการกำจัดสารตะกั่วระหว่างข้อต่อบัดกรีที่มีตะกั่วและปลอดตะกั่ว

กรุงโรมไม่ได้สร้างเสร็จภายในวันเดียว การเปลี่ยนผ่านทั้งหมดไม่อาจบรรลุได้เพียงก้าวเดียวจากระบบบัดกรี SnPb แบบสมบูรณ์ไปสู่ระบบบัดกรีปลอดสารตะกั่วอย่างสิ้นเชิง จำเป็นต้องมีช่วงเปลี่ยนผ่านที่มีองค์ประกอบที่มีตะกั่วและปลอดตะกั่วอยู่ร่วมกัน นั่นเป็นเพราะว่าแผนกต่าง ๆ ในอุตสาหกรรมการผลิตอิเล็กทรอนิกส์ไม่สามารถรักษาการประสานกันให้ตรงกันได้ในด้านกำหนดการปลอดสารตะกั่วและการเตรียมเทคโนโลยี ส่งผลให้เกิดแนวโน้มที่จะมีข้อบกพร่องในการบัดกรีในช่วงเปลี่ยนผ่านนี้

• ความเข้ากันได้ล่วงหน้า

ตัวอย่างเช่น เมื่อมีการใช้ครีมบัดกรีปลอดสารตะกั่วชนิด SAC ในการบัดกรีข้อต่อบัดกรีแบบ BGA (ball grid array) ที่เป็นชนิดมีสารตะกั่ว จะเกิดความเข้ากันได้ล่วงหน้า (forward compatibility) ขึ้น ซึ่งมีสาเหตุมาจากข้อเท็จจริงที่ว่ากำหนดการเปลี่ยนไปใช้แบบปลอดสารตะกั่วของผู้จัดจำหน่ายชิ้นส่วนล่าช้ากว่าของผู้ผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ในสถานการณ์นี้ ข้อต่อบัดกรีของ BGA จะหลอมละลายก่อนและไหลคลุมลงบนครีมบัดกรีที่เนื้อโลหะผสมยังไม่หลอมละลาย ส่งผลให้เกิดการยุบตัวอย่างรุนแรงและการเกิดออกซิเดชันของลูกบัดกรีที่มีสารตะกั่ว ผลลัพธ์คือจะเกิดช่องว่างและการรวมตัวของตะกรันที่ไม่ใช่โลหะภายใน เนื่องจากตัวทำละลายในฟลักซ์และสารปนเปื้อนในครีมบัดกรีถูกขับออกได้ยาก ซึ่งสิ่งเหล่านี้ไม่เป็นที่ยอมรับ

• ความเข้ากันได้ย้อนหลัง

เมื่อบัดกรีปลอดสารตะกั่วจำเป็นต้องใช้งานร่วมกับครีมบัดกรีที่มีสารตะกั่ว จะเกิดปัญหาความเข้ากันได้ย้อนกลับ ครีมบัดกรี (SnPb) ที่เคลือบอยู่บนแผ่นรองบัดกรีจะหลอมละลาย แต่ลูกบัดกรี SAC ยังไม่หลอมละลาย สารตะกั่วจะกระจายตัวไปยังขอบเขตของผลึกในลูกบัดกรีที่ยังไม่หลอมละลายทั้งหมด ระยะที่สารตะกั่วสามารถกระจายตัวเข้าไปในลูกบัดกรี SAC ได้นั้นขึ้นอยู่กับว่าอุณหภูมิรีโฟลว์ถูกตั้งไว้สูงเพียงใด และครีมบัดกรี SnPb ในครีมบัดกรีจะหลอมละลายเร็วเพียงใด ผลลัพธ์ที่ได้คือข้อต่อบัดกรีมีความไม่สม่ำเสมอและไม่เสถียร

เพื่อให้ได้คุณภาพและความเชื่อถือได้ที่สูงขึ้นของจุดบัดกรี จำเป็นต้องปรับตั้งกราฟอุณหภูมิตามเวลาในการรีโฟลว์ใหม่ เพื่อให้ลูกบอลบัดกรี SAC หลอมละลายอย่างสมบูรณ์ และตะกั่วในครีมบัดกรี SnPb สามารถผสมเข้ากับลูกบอลบัดกรี SAC ที่หลอมละลายได้อย่างสมบูรณ์

การเปรียบเทียบอัตราการเย็นตัวระหว่างกระบวนการบัดกรีรีโฟลว์แบบมีสารตะกั่วและแบบไร้สารตะกั่ว

• การบัดกรีรีโฟลว์ด้วยตะกั่ว

เนื่องจากอุณหภูมิสูงสุดของการบัดกรีรีโฟลว์แบบมีสารตะกั่วต่ำกว่าการบัดกรีรีโฟลว์แบบปลอดสารตะกั่ว และความร้อนสะสมของอุปกรณ์ที่ผ่านการบัดกรีไม่สูงมาก อัตราการระบายความร้อนของหน่วยทำความเย็นที่รักษาความเร็วไว้ที่ 3 ถึง 4°C/วินาทีก็เพียงพอแล้ว

• การบัดกรีรีโฟลว์แบบไร้สารตะกั่ว

เนื่องจากการบัดกรีแบบรีโฟลว์ปลอดสารตะกั่วมีอุณหภูมิสูงและสะสมความร้อนมาก เพื่อป้องกันไม่ให้ข้อต่อประสานเย็นตัวและแข็งตัวเป็นเวลานานและทำให้อนุภาคผลึกหนาขึ้น การเร่งการระบายความร้อนยังสามารถยับยั้งการแยกตัวได้ ดังนั้น อุปกรณ์ระบายความร้อนของเครื่องบัดกรีแบบรีโฟลว์จึงควรมีอัตราการระบายความร้อนที่สูงขึ้นเพื่อให้อุณหภูมิของข้อต่อประสานลดลงอย่างรวดเร็ว โดยปกติจะกำหนดให้อัตราการระบายความร้อนอยู่ที่ 5 ถึง 6°C/วินาที

อิทธิพลของอัตราการทำให้เย็นลงต่อความต้านทานการคืบ

• อิทธิพลของอัตราการเย็นตัวของบัดกรีปลอดสารตะกั่วต่อความต้านทานการคืบ

a. การเพิ่มอัตราการทำให้เย็นลงช่วยให้ความต้านทานต่อครีปของอุปกรณ์เพิ่มขึ้น เนื่องจากการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วจะเปลี่ยนแปลงโครงสร้างจุลภาค เดนไดรต์ขนาดเล็กที่เกิดจากการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วและอนุภาค Ag3Sn ในเนื้อวัสดุจะเสริมความทนทานต่อการแตกของหน้าสัมผัส ทำให้ความต้านทานต่อครีปของข้อต่อประสานดีขึ้น
b. การทำให้เย็นตัวลงอย่างช้า ๆ ทำให้อนุภาคผลึกเติบโต ซึ่งมักก่อให้เกิดการเกิดและการขยายตัวของรอยร้าว การปรับปรุงความต้านทานครีปของ SnAg ส่วนใหญ่เกิดจากการกระจายตัวของอนุภาคที่มีหน้าที่เสริมความแข็งแรง

• อิทธิพลของอัตราการเย็นตัวของบัดกรีตะกั่วต่อความต้านทานการคืบ

แตกต่างจากโลหะผสม SAC ตะกั่วจะมีลักษณะเป็นทรงกลมเมื่อประสานยูเทคติกตะกั่วผ่านกระบวนการทำให้เย็นตัวอย่างรวดเร็ว และทุกเฟสจะถูกทำให้ละเอียดขึ้นเมื่อเพิ่มความเร็วในการทำให้เย็น อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างอยู่ที่ตะกั่วมีความแข็งต่ำกว่าฐาน Sn และมีปริมาณมากกว่า Ag ในโลหะผสม SnAg และ SAC

PCBCart นำเสนอเทคนิคการผลิตการบัดกรีด้วยตะกั่วและการบัดกรีปลอดตะกั่วสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB Assembly)

เราเข้าใจดีว่าโครงการแต่ละประเภทต้องการเทคนิคการบัดกรีที่แตกต่างกัน เพื่อให้ตอบสนองความต้องการของลูกค้าทุกราย เราจึงมีให้บริการทั้งเทคนิคการบัดกรีแบบมีสารตะกั่วและแบบปลอดสารตะกั่วสำหรับการประกอบแผงวงจรพิมพ์ ต้องการทราบว่าค่าใช้จ่ายงานประกอบ PCB ของคุณเท่าไหร่หรือไม่ คลิกปุ่มด้านล่างเพื่อรับใบเสนอราคา PCBA ได้ฟรีโดยไม่เสียค่าใช้จ่าย!

ขอใบเสนอราคาประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) - การบัดกรีแบบมีตะกั่ว/ปลอดตะกั่ว

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•บริการผลิตแผงวงจรพิมพ์ (PCB) แบบครบทุกฟังก์ชัน
•บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์ขั้นสูงพร้อมตัวเลือกเสริมเพิ่มมูลค่าหลากหลาย
•การแนะนำเทคโนโลยีการผลิตแผงวงจรพิมพ์ปลอดสารตะกั่ว
•การเปรียบเทียบระหว่างกระบวนการผลิตการบัดกรีด้วยตะกั่วและการบัดกรีปลอดตะกั่วใน PCBA
•การเปรียบเทียบเทคโนโลยีการบัดกรีที่ใช้ในกระบวนการบัดกรีแบบคลื่นด้วยตะกั่วและปลอดตะกั่ว
•การเปรียบเทียบความเชื่อถือได้ระหว่างรอยประสานตะกั่วและรอยประสานปลอดตะกั่ว