Temperaturmålinger av loddeprofil for EKKO II kretskort

Abstract

I forbindelse med produksjon av et EKKO II kretskort i OPEK prosjektet ved FFI, ble det oppdaget at RAM brikkene ikke lenger fungerte etter lodding i dampfaseovnen. EKKO II kretskortet består av både blyholdige og blyfri komponenter, noe som i utgangspunktet ikke er forenelig da blyfrie komponenter trenger høyere temperatur en blyholdige for å loddes. Det ble antatt at loddeprofilen som ble brukt ikke var egnet for kortet slik at: 1. Komponentenes maksimale temperatur på 225 ºC ble overskredet i loddeprosessen 2. Komponentenes maksimale temperaturgradient på 3 ºC/sekund ble overskredet i loddeprosessen For å sikre at komponentene skulle fungere etter neste lodding ble det utført temperaturmålinger på et defekt EKKO II kretskortet. Basert på målingene skulle en ny loddeprofil defineres som ikke overstiger kretskortkomponentenes maksimale temperatur og temperaturgradient. Det ble festet temperatursensorer på tre komponenter på kretskortet, en FPGAbrikke og to RAMbrikker, samt en temperatursensor for å måle omgivelsestemperaturen. For å kunne måle kjernetemperaturen til komponentene ble det borret 2mm hull fra undersiden av kretskortet og inn til midten av FPGA- og RAMbrikkene som er festet på kretskortet. Temperatursensorene ble stukket inn i hullene og plassert godt mot innsiden av komponenten før hullene ble tettet med høytemperaturteip for strekkavlastning og termisk beskyttelse. Det ble utført en rekke målinger og loddeprofilen som tilslutt ble valgt overskred ikke komponentens maksimale temperatur og hadde lavest temperaturgradient av alle temperaturprofilene vi testet. Et nytt EKKO II kretskort er nå blitt loddet med vellykket resultat ved bruk av denne temperaturprofilen. Det er viktig å merke seg at den nye loddeprofilen ble stilt etter komponentenes loddeprofil og ikke loddetinnets loddeprofil. Dette betyr at profilen for optimal lodding nødvendigvis ikke er ivaretatt. Ved fremtidige målinger for å finne loddeprofiler bør temperaturen i et av loddepunktene måles sammen med eventuelle kritiske komponenter.

In connection with the production of an EKKO II circuit board in the OPEK project at FFI, it was discovered that the RAM circuits no longer functioned after soldering in the vapor phase oven. The EKKO II circuit board contains both lead and lead-free components, which in this case is not consistent since the lead-free components require higher temperature than the components containing lead to solder. It was assumed that the soldering profile that was used was not suitable for the card so that: 1. The components maximum temperature of 225 º C was exceeded in the soldering process 2. The components maximum temperature gradient of 3 ºC / second was exceeded in the soldering process To ensure that the next EKKO II circuit board would survive the soldering, temperature measurements were carried out on a defect EKKO II circuit board. Based on the measurements, a new soldering profile was defined which did not exceed the components maximum temperature and temperature gradient. Temperature sensors were mounted on three components on the circuit board, one FPGA chip and two RAM chips, and one additional temperature sensor was used to measure the ambient temperature. A 2mm hole was drilled through the circuit board and in to the middle of the FPGA and the two RAM chips mounted on the circuit board in order to measure the core temperature of the components. The temperature sensors were put through the drilled holes and placed with good contact with the components. A special tape for use in high temperature environment was then placed over the holes for cable anchorage and thermal protection. A series of measurements was performed and the soldering profile which in the end was chosen did not exceed the components maximum temperature and had the lowest temperature gradient of all the profiles tested. A new EKKO II circuit board has now successfully been made using the new soldering profile. It is however important to note that the new soldering profile defined was created based on the components soldering profile and not that of the tin solder. This means that this profile might not give optimal soldering, and it is therefore necessary to measure the temperature in one or several soldering points in addition to critical components in future measurements in order to find new soldering profiles.