چگونه یک پروفیل فر reflow بسازیم؟

سلام، اگر در مونتاژ SMT هستید، می‌دانید که نمایه اجاق‌های جریان مجدد فقط یک دسته از اعداد روی صفحه نمایش نیست - این چیزی است که تخته‌های لحیم کاری شما را می‌سازد یا می‌شکند. به‌عنوان فردی که سال‌ها با تجهیزات لحیم کاری reflow کار کرده‌ام، تیم‌های زیادی را دیده‌ام که از تنظیم پروفیل صرفنظر کرده و در نهایت با اتصالات سرد، سنگ قبر یا حتی اجزای آسیب دیده مواجه شده‌اند. امروز، من دقیقاً نحوه ساختن یک پروفیل فر با جریان مجدد جامد را توضیح می‌دهم که کار می‌کند، بدون نیاز به اصطلاحات فانتزی. بیایید شیرجه بزنیم

اول، بیایید آن را واقعی نگه داریم: یک نمایه بد فقط یک دردسر نیست - می تواند بازده تولید را از بین ببرد و هزینه زیادی برای شما داشته باشد. من مشتریانی را دیده‌ام که «تنظیم پیش‌فرض اجاق» را اجرا می‌کنند و تعجب می‌کنند که چرا بردهای بدون سرب آن‌ها بازرسی‌ها را با مشکل مواجه می‌کنند. حقیقت این است که هر تخته متفاوت است و مشخصات شما باید با خمیر لحیم کاری، اجزا و فر شما مطابقت داشته باشد. اگر به دنبال تجهیزات قابل اعتماد برای کارکرد پروفایل خود هستید، گزینه‌هایی مانند اجاق گاز 3 منطقه‌ای یا سیستم لحیم کاری مجدد هشت ناحیه‌ای چند منظوره ما را که برای مجموعه‌های ترکیبی مناسب است، بررسی کنید.

صبر کنید، قبل از اینکه وارد مراحل شویم، بیایید اصول اولیه مورد نیاز خود را از قبل پوشش دهیم. شما نمی توانید یک پروفیل کور بسازید—شما به سه چیز کلیدی نیاز دارید: مشخصات خمیر لحیم کاری، ترکیب اجزا و قابلیت های فر. برای خمیر لحیم کاری، بدون سرب (مانند SAC305) در حال حاضر استاندارد است، بنابراین باید به زمان توصیه شده آن بالاتر از مایع (TAL) -معمولا 60 تا 90 ثانیه- و دمای اوج آن در حدود 245 درجه سانتی گراد پایبند باشید. اگر با خمیر سرب کار می‌کنید، دمای آن کمتر است، حدود 217 درجه سانتی‌گراد. سپس، اجزاء: مقاومت های کوچک 0201 به گرمایش متفاوتی نسبت به BGAهای بزرگ یا قطعات حساس به حرارت مانند LED نیاز دارند. و فر شما؟ همه فرهای جریان مجدد یکسان نیستند. کوره لحیم کاری ده منطقه ای HW-R10 ما برای مونتاژ SMT به شما امکان کنترل منطقه ای بیشتری را نسبت به مدل های کوچکتر دو منطقه ای می دهد، که برای گرم کردن یکنواخت روی تخته های پیچیده بازی را تغییر می دهد. اگر با دوش های با حجم بالا سر و کار دارید، فر هشت منطقه ای HW-R816Z ما با نوار نقاله دوگانه برای SMT به شما امکان می دهد دو اندازه تخته را به طور همزمان بدون آلودگی متقاطع اجرا کنید، در حالی که اجاق چرخشی تسمه مشبک هشت منطقه ای HW-R816E ما برای خط SMT برای تخته های نازک بسیار ظریف کار می کند.

اکنون، مرحله اول: برد و ترموکوپل خود را آماده کنید. این قسمتی است که بیشتر مردم به هم می ریزند. شما نمی توانید فقط یک ترموکوپل را در هر جایی بچسبانید، بلکه باید گرم ترین و سردترین نقاط روی تخته شما را نشان دهد. به عنوان مثال، اگر یک BGA در وسط و SMD های کوچک در لبه ها دارید، باید ترموکوپل ها را روی هر دو قرار دهید. من معمولاً 5-6 نقطه را انجام می دهم: یکی روی یک قطعه بزرگ (مانند یک کانکتور یا BGA)، یکی روی یک 0402 یا 0201 کوچک، یکی روی لبه برد، یکی روی یک پد حرارتی (اگر از آن استفاده می کنید) و دو مورد اضافی برای تشخیص ناهنجاری ها. نکته حرفه ای: از لحیم کاری با دمای بالا یا نوار کاپتون برای چسباندن ترموکوپل ها استفاده کنید—نوار اسکاچ در اواسط جریان مجدد آب می شود و داده های بدی به شما می دهد. اگر به تازگی شروع به کار کرده اید و به ابزاری برای ثابت کردن این فرآیند نیاز دارید، مجموعه تجهیزات تولید مدار مدار چاپی الکترونیکی مدار ما همه ابزارهایی را دارد که برای پروفایل های ثابت در هر زمان نیاز دارید.

مرحله دوم: نمایه خود را به چهار مرحله کلیدی تقسیم کنید و عجله نکنید. فر به دلایلی چند مرحله ای بالا می رود – خیلی سریع، و تخته شما پیچ می خورد. خیلی کند می شود و خمیر لحیم شروع به اکسید شدن می کند. بیایید هر مرحله را به سادگی تجزیه کنیم:

1. مرحله پیش گرم کردن: این جایی است که از دمای اتاق به حدود 150 درجه سانتی گراد می رسید و در مجموع باید 60 تا 120 ثانیه طول بکشد. هدف در اینجا تبخیر تمام حلال خمیر لحیم بدون سوزاندن آن است. اگر سرعت رمپ‌آپ شما در اینجا از 1 تا 2 درجه سانتی‌گراد در ثانیه (درجه سانتی‌گراد در ثانیه) بیشتر باشد، با پاشیدن یا خمیری مواجه می‌شوید که یکنواخت نیست. من همیشه 0.8-1.2 درجه سانتیگراد را برای پیش گرم کردن هدف قرار می دهم - به اندازه کافی آهسته برای جلوگیری از ترک خوردن قطعات، به اندازه کافی سریع برای معقول نگه داشتن زمان چرخه. نیازی به افزایش گرما در اینجا نیست. همه چیز در مورد خشک کردن است، نه لحیم کاری.

2. مرحله خیساندن: در مرحله بعد، در دمای 150-180 درجه سانتیگراد به مدت 60-90 ثانیه نگه دارید. این قسمت کم ارزش‌گذاری‌شده پروفیل است - اینجا جایی است که شار فعال می‌شود و اکسیداسیون را از لیدهای پد و اجزا حذف می‌کند. اگر از خیساندن صرفنظر کنید، در نهایت با مفاصل سردی مواجه خواهید شد که خوب به نظر می رسند اما بعداً از کار می افتند. دمای خیساندن لازم نیست دقیق باشد، اما باید در کل صفحه ثابت باشد. باز هم مراقب سطح شیب دار خود از پیش گرم شدن تا خیساندن باشید – آن را در دمای زیر 1.5 درجه سانتیگراد در ثانیه نگه دارید تا از قطعات شوکه کننده جلوگیری کنید. برای تخته هایی با ترکیبی از قطعات بزرگ و کوچک، زمان خیساندن بیشتر می تواند به گرم شدن یکنواخت همه اجزا کمک کند.

3. فاز Reflow: این قسمت داغ است. ابتدا، دمای 0.5 تا 1 درجه سانتیگراد در ثانیه را از حالت خیساندن به دمای اوج افزایش می دهید - منظورم این است که سریعتر نیست. اگر در اینجا بیش از 1 درجه سانتیگراد در ثانیه بروید، در BGA یا QFP شوک حرارتی دریافت خواهید کرد که می تواند باعث ایجاد ترک های داخلی شود که نمی توانید آنها را ببینید. دمای اوج بستگی به خمیر لحیم کاری شما دارد: بدون سرب 240-250 درجه سانتیگراد، سرب 210-220 درجه سانتیگراد است. نکته کلیدی در اینجا زمان بالاتر از مایع (TAL) است - برای بدون سرب، 60-90 ثانیه است. شما نمی خواهید TAL خیلی کم (شار کار خود را انجام نمی دهد) یا خیلی زیاد (قطعات بیش از حد گرم شوند). من معمولاً دمای منطقه جریان مجدد خود را طوری تنظیم می‌کنم که تخته در انتهای سطح شیب دار به مایع برخورد کند، سپس قبل از رسیدن به اوج، درست بالای مایع برای آن پنجره TAL نگه دارد.

4. مرحله خنک شدن: در آخر، دما را به سرعت - مانند 2-3 درجه سانتیگراد در ثانیه - قبل از تخلیه به حدود 50 درجه سانتیگراد کاهش می دهید. خنک شدن سریع یک لایه بین فلزی خوب قلع سرب را تشکیل می دهد که اتصالات را محکم می کند. اگر خیلی آهسته خنک می‌شوید، مفاصل شکننده می‌شوند، مخصوصاً با بدون سرب. هر چند از ریختن هوای سرد خیلی سریع روی برد خودداری کنید - افت ناگهانی دما می تواند باعث تاب برداشتن PCB های بزرگ شود. اجاق‌های جریان مجدد ما دارای مناطق خنک داخلی هستند که به شما امکان می‌دهند نرخ رمپ را تنظیم کنید، بنابراین می‌توانید بدون حدس و گمان آن را طوری تنظیم کنید که با برد خود مطابقت داشته باشد.

صبر کنید، بیایید در مورد آزمایش نمایه شما صحبت کنیم - زیرا اولین نسخه هرگز کامل نیست. هنگامی که دمای منطقه خود را تنظیم کردید، یک برد آزمایشی اجرا کنید و داده های ترموکوپل را بررسی کنید. به دنبال سردترین نقطه باشید: اگر لبه شما 10 درجه سانتیگراد خنک تر از وسط است، باید دمای آن منطقه را برای دور بعدی کمی افزایش دهید. اگر یک BGA گرمتر از بقیه است، ممکن است لازم باشد آن منطقه را پایین بیاورید یا نرخ رمپ را تنظیم کنید. من همیشه قبل از قفل کردن یک نمایه حداقل سه آزمایش آزمایشی انجام می‌دهم—تولید جایی برای حدس و گمان نیست. و اگر در حال ارتقاء فر خود هستید تا کنترل منطقه بهتری برای پروفایل‌های دقیق‌تر داشته باشید، طیف ما دارای گزینه‌هایی مانند فر تسمه مشبک هشت منطقه‌ای HW-R816E برای خط SMT است که دارای گرمایش منطقه مستقل برای رفع نقاط گرم/سرد روی هر تخته است.

اشتباهات رایجی که من همیشه می بینم: اول، نادیده گرفتن جرم حرارتی جزء. یک هیت سینک بزرگ روی یک آی سی برقی به گرمای بیشتری نسبت به یک مقاومت کوچک 0201 نیاز دارد—بنابراین پروفایل شما نمی تواند یک اندازه باشد. دوم، عجله در افزایش سطح شیب دار. من یک مشتری داشتم که یک بار پروفایلی را با پیش گرمایش 3 درجه سانتیگراد در ثانیه اجرا کرد و نیمی از BGAهای آنها دارای ترک های داخلی بودند که بعداً 100 تخته نشان داده شد - کابوس کامل. سوم، کالیبره نکردن مناطق فر. فرها با گذشت زمان جابجا می شوند، بنابراین باید هر 3 ماه یکبار دمای منطقه را بررسی کنید، یا اگر متوجه مشکلات نمایه شدید. تیم ما می‌تواند به شما کمک کند فر خود را کالیبره کنید، یا اگر به دنبال یک واحد قابل اعتماد جدید هستید، خط لحیم کاری مجدد هشت ناحیه چند منظوره ما را که از روز اول برای پروفایل‌های ثابت از قبل کالیبره شده است، بررسی کنید.

چیز دیگر: پروفایل های بدون سرب در مقابل پروفایل های سربی. قابل تعویض نیستند لحیم کاری سرب در دمای 183 درجه سانتی گراد ذوب می شود، بنابراین TAL 30-60 ثانیه است، دمای اوج آن حدود 217 درجه سانتی گراد است. بدون سرب در دمای ~217 درجه سانتیگراد نیز ذوب می شود، اما به دمای پیک بالاتر و TAL طولانی تر نیاز دارد زیرا آلیاژهای SAC سیال کمتری دارند. اگر بین دوهای بدون سرب و بدون سرب جابجا می‌شوید، باید کل نمایه خود را تنظیم کنید—تنها تغییر دمای یک منطقه باعث کاهش آن نمی‌شود. به همین دلیل است که یک اجاق لحیم کاری با نواحی بیشتر کمک می کند—فر لحیم کاری ده منطقه ای HW-R10 ما برای مونتاژ SMT به شما امکان می دهد هر بخش را طوری تنظیم کنید که با انواع مختلف لحیم کاری مطابقت داشته باشد بدون اینکه کل مشخصات را به هم بریزد.

در حال حاضر، قرار دادن همه آن ها برای اجراهای تولید. هنگامی که نمایه شما قفل شد، آن را مستند کنید! دمای هر منطقه، نرخ های شیب دار، زمان در هر فاز و TAL را بنویسید. اگر طراحی تابلو تغییر کرد، ابتدا یک نمایه جدید را تست کنید، فقط نمایه قبلی را تغییر ندهید. من همیشه برای هر نوع بردی که اجرا می‌کنیم یک گزارش نمایه نگه می‌دارم—اگر مشتری دسته‌ای بد داشته باشد، می‌توانیم به عقب برگردیم و بررسی کنیم که آیا نمایه خاموش بوده است، نه طراحی برد. و اگر در حال تولید با حجم بالا هستید، اجاق‌هایی مانند اجاق‌های نوار نقاله هشت منطقه‌ای HW-R816Z ما برای SMT به شما امکان می‌دهند چندین تخته را همزمان اجرا کنید، بنابراین می‌توانید پروفایل‌های ثابتی داشته باشید در حالی که قطعات را بدون افت کیفیت از بین ببرید.

در پایان روز، یک پروفیل فر با جریان مجدد خوب تماماً مربوط به متعادل کردن زمان، دما و نیازهای قطعات است. این علم موشک نیست، اما به جزئیات توجه دارد. اگر با عملکرد نامناسب، اتصالات ناسازگار مشکل دارید، یا نیاز به ارتقای چرخ دنده لحیم کاری خود دارید تا پروفیل های بهتری را بچسبانید، تیم ما اینجاست تا به شما کمک کند. ما با انواع تیم های SMT کار می کنیم، از مغازه های کوچک گرفته تا OEM های بزرگ، بنابراین دریغ نکنید که با تیم فروش ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای خود صحبت کنید، خواه به دنبال یک واحد جمع و جور مانند اجاق گاز 3 منطقه ای ما باشید یا یک سیستم با کارایی بالا برای بردهای پیچیده.

مراجع

1. جی لیو، طراحی فرآیند SMT برای لحیم کاری مجدد، الزویر، 2018.
2. IPC-7530، دستورالعمل‌هایی برای بازسازی، تعمیر و مونتاژ مجموعه‌های الکترونیکی، انجمن اتصال صنایع الکترونیک، 2020.
3. K. Gilleo، فن آوری نصب سطحی: اصول و تمرین، مک گراو-هیل، 2019.