Měřit teplotní profil pájecí pece nebo desky?

Server circuitnet.com informoval před časem o studii [1] provedené na Binghamton University / Unovis v americkém státě New York, která se zaměřila na možnosti ověření dodržení potřebného teplotního profilu pájené desky měřením teplotního profilu reflow pece. I když je tato studie („On the Use of 3 Thermocouples to Verify a Printed Circuit Board Profile During the Reflow Operation“ [2]) již staršího data, její význam neztrácí na aktuálnosti.

Dodržení potřebného teplotního profilu v peci pro pájení přetavením (reflow) je při výrobě nutností, má-li se udržet vysoká kvalita procesu osazování desek.

Při výrobě malých sérií různých typů desek může být pro výrobce výhodné vyzkoušet a ohodnotit několik metod získání vhodného teplotního profilu tak, aby si mohl vybrat cenově výhodný, a přitom kvalitativně vyhovující způsob profilování.

V podstatě existují dvě možnosti sledování teplotního profilu: buď desky (tzv. golden board), nebo pájecí pece.

Je důležité vědět, kdy může profilování pece efektivně nahradit profilování desky, proč a kdy by se měl technolog pro tento způsob rozhodnout, a znát parametry požadované pro úspěšné implementování.

Při profilování produktu jsou na zkušební „zlaté“ desce umístěny termočlánky, které měří teplotu v daných místech během jejího průchodu pecí. Tento proces je opakován vždy při pájení další dávky desek, aby bylo možné ověřit dodržení nastaveného teplotního profilu, stejně jako dokumentovat proces pájení pro zákazníka. Opakované použití zkušební desky má ovšem své nevýhody v podobě jistého opotřebení, které může někdy způsobit ztrátu měřených dat, takže nezbývá než použít další, novou „zlatou“ desku. Kromě výměny desky dochází k časové prodlevě také kvůli nutnosti upevnění termočlánků, ať už jakýmkoli způsobem. Pokud se osazuje na více linkách najednou, vyžaduje i každá pec profilování teploty, čímž se zvyšují náklady.

Druhou možností by mohla být kontrola profilu pájecí pece bez opakované potřeby používat zkušební „zlatou“ desku s termočlánky. Je rozdíl mezi ujištěním se, že produkt dosáhne určitého cílového profilu (při profilování desky) a ověřením profilu pece. Účelem profilování reflow pece je ujištění, že pec replikuje předem stanovený teplotní profil produktu bez požadavku na použití osazené desky. Požadavek na dokumentaci a ověření je zcela základní: výrobce musí ukázat, že následující profily pece souhlasí s původním cílovým profilem.

Studie provedená na Binghamton University / Unovis dokládá, že k ověření původního cílového profilu může být použito profilování pece prostřednictvím tří termočlánků. V ideálním případě může profilování pece třemi termočlánky doplňovat tradiční šesti-, dvanácti- nebo dvacetikanálové teplotní profiloměry, které byly použity na zkušební desce ke stanovení nezbytného cílového profilu. Profilování pece nabízí možnost ušetřit čas ve výrobě, maximalizovat využití linky a snížit zmetkovitost.

Studie uvádí, že zmíněné tři termočlánky určené k zachycení profilu pece byly uchyceny páskou Kapton na přední hraně zkušební desky ve směru jejího posuvu pecí. Vycházelo se přitom z poznatku, že samotný laminát představuje malou tepelnou zátěž a může tudíž reprezentovat teplotu pece v daném místě při průchodu desky pecí. Na zkušební desce byly také na různých místech obvyklým způsobem umístěny další termočlánky. Všechny termočlánky (3 + 17) byly připojené k 20kanálovému profiloměru (obr. 1). Studie porovnávala naměřené výsledky tří termočlánků na okraji desky s výsledky zbývajících termočlánků (obr. 2).

Jakmile byl teplotní profil pece podle potřeby nastaven pomocí termočlánků profiloměru, bylo dodržení tohoto profilu sledováno pomocí tří termočlánků na okraji desky. Simulováním změn teploty v peci změnou rychlosti posuvu a teploty zón pece se prokázalo, že je možné ověřit dodržení charakteristického profilu teplot v peci pomocí těchto tří termočlánků místo opakovaného použití zkušební desky s více termočlánky na různých místech.