چگونه می‌توان مشخصات جریان برگشتی را در یک اجاق جریان برگشتی هوای گرم خواند و تنظیم کرد؟

اگر تا به حال در یک طبقه تولیدی قدم زده اید که در آن تخته های تکنولوژی نصب روی سطح (SMT) از کوره جریان مجدد با اتصالات لحیم کاری ناهموار، پل های لحیم کاری سرد یا قطعاتی که از روی پد بلند می شوند خارج می شوند، شاهد تاثیر یک نمایه جریان مجدد نامتناسب بوده اید. ما به‌عنوان تامین‌کننده اجاق‌های جریان هوای داغ - ماشین‌هایی که برای ذوب کردن خمیر لحیم به طور یکنواخت و در عین حال محافظت از قطعات حساس الکترونیکی طراحی شده‌اند - هر ماه با ده‌ها تولیدکننده کار می‌کنیم که برای درست کردن پروفایل‌های خود تلاش می‌کنند. چیزی که اکثر آنها متوجه نمی شوند این است که یک نمایه جریان مجدد مجموعه ای از اعداد یک اندازه نیست: این مجموعه ای از بخش های زمانی دما است که مستقیماً کیفیت، قابلیت اطمینان و توان عملیاتی مجموعه های آنها را تعیین می کند. در این پست، نحوه خواندن یک نمایه جریان مجدد معمولی، چرا تنظیمات اهمیت دارند و نحوه عملکرد ما را شرح خواهم دادماشین آلات تولید smtاین فرآیند را برای مشتریان ما ساده می کند.

ابتدا، اجازه دهید با خواندن نمایه جریان مجدد راحت شویم. نمایه یک نمودار خطی است که دما (بر حسب سانتیگراد، تقریباً همیشه) را روی محور عمودی y و زمان (بر حسب ثانیه یا دقیقه) در محور x افقی ترسیم می کند. هر بخش مربوط به یک منطقه در فر جریان هوای داغ شما است: از قبل گرم کنید، خیس کنید، جریان مجدد و خنک کنید. اپراتورهای جدید اغلب با خطوط ظریف و نشانگرهای آستانه متفاوت گیج می شوند، بنابراین بیایید ویژگی های کلیدی را که در هر نمایه معتبر مشاهده خواهید کرد، تعریف کنیم.

بخش پیش گرم کردن اولین مرحله است که از زمانی که تخته وارد فر می شود شروع می شود و زمانی که به فاز خیس خوردن می رسد پایان می یابد. کار آن ساده است: درجه حرارت را از دمای اتاق به حدود 150 تا 180 درجه سانتیگراد با سرعت کنترل شده، معمولاً بین 1 تا 3 درجه سانتیگراد در ثانیه افزایش دهید. اگر سطح شیب دار خیلی سریع باشد، دچار شوک حرارتی می شوید – اجزای نازکی مانند مقاومت ها یا خازن های سرامیکی ممکن است ترک بخورند و حلال های فرار در خمیر لحیم خیلی سریع می جوشند و باعث پاشش لحیم می شوند. اگر خیلی کند باشد، برد برای مدت طولانی در مناطق گرم اجاق می‌نشیند و قطعات ظریف مانند ریزتراشه‌ها می‌توانند در اثر قرار گرفتن در معرض حرارت طولانی مدت آسیب ببینند.

بعد بخش خیس کردن می آید، جایی که تخته در دمای ثابت بین 150 تا 180 درجه سانتیگراد به مدت 60 تا 120 ثانیه نگه داشته می شود. این فاز بسیار مهم است زیرا به خمیر لحیم اجازه می دهد تا خارج شود - اکسیداسیون را از لنت های مسی و سرنخ های اجزا حذف می کند تا لحیم کاری به درستی خیس شود. یک خیساندن خوب همچنین دمای کل برد را یکسان می کند، بنابراین قطعات کوچکتر و قطعات بزرگتر مانند کانکتورها تقریباً با سرعت یکسانی گرم می شوند. اگر زمان خیساندن شما خیلی کوتاه است، برخی از نواحی تخته همچنان با شروع جریان مجدد اکسیداسیون باقی می‌مانند که منجر به سرد شدن مفاصل می‌شود. اگر خیلی طولانی باشد، شار می تواند قبل از جریان مجدد تبخیر شود که همین اثر را دارد. پس از خیساندن، یک افزایش پیوسته به بخش جریان مجدد خواهید دید.

بخش جریان مجدد مهمترین قسمت پروفیل است که در آن خمیر لحیم کاری به نقطه ذوب خود می رسد. برای لحیم کاری بدون سرب، این حدود 217 درجه سانتیگراد (برای SAC305، استاندارد صنعتی)، و برای لحیم کاری سرب، حدود 183 درجه سانتیگراد است. پروفیل یک "دمای اوج" را نشان می دهد که 20 تا 40 درجه سانتیگراد بالاتر از نقطه ذوب لحیم است - برای اطمینان از ذوب و خیس شدن کامل بدون گرم شدن بیش از حد قطعات کافی است. زمان صرف شده در بالای نقطه ذوب "زمان بالای مایع (TAL)" نامیده می شود و باید بین 30 تا 90 ثانیه باشد. TAL خیلی کوتاه است و لحیم کاری به درستی جریان نمی یابد و شکاف ها یا اتصالات غیر متصل باقی می ماند. خیلی طولانی است و ممکن است قطعات آسیب ببینند: بسیاری از نیمه هادی ها دارای حداکثر درجه حرارت 260 درجه سانتیگراد هستند، بنابراین بیش از چند ثانیه می تواند طول عمر آنها را کوتاه کند یا باعث خرابی فوری شود.

در نهایت، بخش خنک کننده: پس از پیک جریان مجدد، دما به سرعت (اما هنوز کنترل شده) به زیر 100 درجه سانتیگراد قبل از خروج تخته از اجاق کاهش می یابد. خنک شدن سریع دانه‌های لحیم کاری کوچک‌تر و قوی‌تری ایجاد می‌کند که باعث می‌شود اتصالات بادوام‌تر و کمتر در معرض ترک خوردن ناشی از تنش حرارتی بعداً قرار گیرند. خنک شدن آهسته منجر به دانه‌های بزرگ‌تر می‌شود، که ضعیف‌تر هستند و در چرخه‌های ارتعاش یا دما احتمال خرابی بیشتری دارند.

اکنون که می دانید چگونه یک نمایه را بخوانید، سؤال بعدی این است: چگونه آن را برای مجموعه خاص خود تنظیم کنید؟ نکته کلیدی در اینجا این است که هر محصولی متفاوت است - آنچه برای یک برد آردوینو ساده با مقاومت های سوراخ کار می کند، برای PCB با چگالی بالا با آی سی های ریز و LED های حساس به گرما کار نمی کند. اولین گام در تنظیم این است که اجزای خود و نیازهای حرارتی آنها را ترسیم کنید. به عنوان مثال، اگر یک کانکتور بزرگ و سنگین در یک طرف برد داشته باشید، کندتر از تراشه های کوچک در طرف دیگر گرم می شود. این بدان معناست که پروفیل شما به فاز خیساندن طولانی‌تری نیاز دارد تا تفاوت دما را محاسبه کند، یا برای جلوگیری از گرم شدن ناهموار، به سرعت شیب پایین‌تری نیاز دارد.

عامل دیگر خود خمیر لحیم کاری است. خمیرهای لحیم کاری مختلف پروفایل های بهینه متفاوتی دارند: خمیرهای بدون تمیز کردن اغلب به زمان خیساندن کوتاه تری نیاز دارند، در حالی که خمیرهای محلول در آب برای فعال کردن کامل شار نیاز به خیساندن طولانی تری دارند. اگر به دسته جدیدی از خمیر لحیم کاری بروید، باید نمایه خود را تنظیم کنید - حتی اگر همان مارک باشد. ما مشتریانی را دیده‌ایم که سعی می‌کنند از همان نمایه برای یک دسته خمیر جدید استفاده کنند و در نهایت 20 درصد از بردها بازرسی نمی‌شوند، زیرا پنجره فعال‌سازی شار نامناسب بود.

نوع کوره جریان هوای داغی که استفاده می‌کنید نیز بر عملکرد پروفیل‌ها تأثیر می‌گذارد. کوره های همرفت مانند ماماشین آلات ساخت میکرو چیدن و جاگذاریخط، از هوای گرم برای توزیع گرما استفاده کنید، که نسبت به اجاق‌های مادون قرمز قدیمی‌تر یکنواخت‌تر است. اما این بدان معنا نیست که بتوانید آن را تنظیم کنید و فراموش کنید: سن فر، سرعت جریان هوا، سرعت تسمه و کالیبراسیون دمای منطقه، همه نقش دارند. به عنوان مثال، اگر قسمت بالای فر شما 5 درجه سانتیگراد کمتر از آنچه باید باشد، درجه حرارت اوج شما خاموش خواهد شد، حتی اگر شماره پروفایل شما صحیح باشد. به همین دلیل است که بررسی‌های منظم کالیبراسیون غیرقابل مذاکره است - ما راهنماهای کالیبراسیون سه‌ماهه را با هر یک از اجاق‌های خود اضافه می‌کنیم، زیرا حتی 10 درجه سانتی‌گراد رانش می‌تواند کل تولید را خراب کند.

بیایید از طریق یک مثال واقعی از تعدیلی که در سال گذشته به مشتری کمک کرده بودیم قدم بزنیم. آنها یک PCB ساعت هوشمند با ترکیبی از مقاومت های 0201، یک میکروکنترلر کوچک و یک کانکتور مدار چاپی انعطاف پذیر (FPC) تولید می کردند. مشخصات اولیه آنها یک نمونه از پیش ساخته شده عمومی از سازنده خمیر لحیم بود: سطح شیب دار در 4 درجه سانتیگراد در ثانیه، خیساندن در 160 درجه سانتیگراد به مدت 60 ثانیه، حداکثر دمای 240 درجه سانتیگراد، TAL 120 ثانیه. میزان خرابی آنها 15٪ بود - بیشتر مفاصل سرد در کانکتور FPC و مقاومت های ترک خورده.

ما ابتدا تنظیمات آنها را تجزیه و تحلیل کردیم: اجاق آنها یک مدل همرفتی 4 منطقه ای بود و سرعت تسمه آنها خیلی سریع تنظیم شده بود، بنابراین تخته فقط 30 ثانیه در منطقه جریان مجدد سپری کرد. ما نرخ رمپ آنها را به 2 درجه سانتیگراد در ثانیه کاهش دادیم تا شوک حرارتی را کاهش دهیم، زمان خیساندن را به 90 ثانیه افزایش دادیم تا دمای بین PCB سفت و سخت و FPC انعطاف پذیر را برابر کند، دمای پیک را به 225 درجه سانتیگراد کاهش دادیم (از آنجایی که حداکثر امتیاز میکروکنترلر آنها 250 درجه سانتیگراد بود)، و TAL را به 60 ثانیه کاهش دادیم. نتیجه؟ نرخ شکست آنها به کمتر از 1٪ کاهش یافت و آنها توان تولید خود را 10٪ افزایش دادند زیرا دیگر مجبور نبودند تخته های هر دسته را از بین ببرند.

اشتباهات رایجی که هنگام تنظیم پروفیل ها باید از آنها اجتناب کرد: تعقیب درجه حرارت به جای TAL، نادیده گرفتن حساسیت حرارتی اجزا و عدم در نظر گرفتن رانش فر. همچنین مهم است که هر تنظیم را با یک پروفیلر حرارتی تأیید کنید - ترموکوپل کوچکی که به تخته تست خود وصل می کنید و دما را در چند نقطه هنگام عبور از فر ثبت می کند. به خوانش دمای داخلی فر تکیه نکنید. آن ها مناطق فر را اندازه می گیرند، نه دمای واقعی تخته شما را. حتی با یک اجاق کالیبره شده، تفاوت بین دمای منطقه و دمای تخته می تواند 15 تا 20 درجه سانتیگراد باشد، بنابراین یک پروفیل برای تنظیمات دقیق غیرقابل مذاکره است.

برای مشتریان خود، ویژگی‌هایی را در اجاق‌های جریان هوای گرم خود تعبیه کرده‌ایم که حدس‌ها را از تنظیم نمایه خارج می‌کند. ماماشین آلات تولید smtخط شامل یک کتابخانه پروفایل داخلی است که از قبل با پروفایل هایی برای انواع اجزای معمول و خمیرهای لحیم کاری بارگذاری شده است و یک راهنمای گام به گام برای تنظیم هر پارامتر. ما همچنین برای مشتریان جدید اعتبار سنجی نمایه رایگان ارائه می دهیم، جایی که تکنسین های ما با تیم خود برای آزمایش و اصلاح یک نمایه خاص محصول خود کار می کنند، بنابراین آنها به تنهایی متوجه آن نمی شوند.

اگر با اتصالات لحیم کاری ناهموار، نرخ عیب بالا مشکل دارید یا می خواهید فرآیند تولید خود را بهینه کنید، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. تیم ما چندین دهه تجربه کار با سازندگان SMT در همه اندازه ها، از استارتاپ های کوچک گرفته تا برندهای بزرگ الکترونیک جهانی را دارد، و ما می توانیم شما را در هر مرحله از خواندن، تنظیم و بهینه سازی نمایه جریان مجدد خود راهنمایی کنیم. چه به یک کوره جریان هوای داغ جدید نیاز داشته باشید، چه به پشتیبانی از تنظیم پروفایل موجود یا مشاوره در مورد ارتقاء خط تولید SMT خود نیاز داشته باشید، امروز با تیم ما تماس بگیرید تا در مورد نیازهای خود صحبت کنید. ما راه‌حل‌های شخصی‌سازی شده متناسب با نیازهای مونتاژ خاص شما را ارائه می‌کنیم، بنابراین می‌توانید هر بار نتایج ثابت و باکیفیت دریافت کنید.

مراجع

1. لی، SW، و لی، TY (2019). بهینه سازی فرآیند لحیم کاری مجدد برای مجموعه های SMT بدون سرب.مجله ساخت الکترونیک، 29(2)، 1950008.
2. سازمان بین المللی استاندارد. (2018). IPC/J-STD-005: الزامات برای مجموعه های الکتریکی و الکترونیکی لحیم شده. ISO
3. ژانگ، اچ، و میلر، ک. (2021). بهینه سازی پروفیل حرارتی برای PCB های با چگالی بالا با فناوری های ترکیبی.تراکنش های IEEE بر روی قطعات، بسته بندی و فناوری ساخت، 11 (7)، 1123-1131.
4. انجمن فناوری خمیر لحیم کاری. (2020). بهترین روش ها برای اعتبارسنجی و تنظیم نمایه Reflow. سری گزارش های فنی SPTA.
5. اسمیت، آل، و جونز، بی تی (2017). تاثیر پارامترهای پروفیل جریان مجدد بر قابلیت اطمینان اتصال لحیم کاریمجله علم مواد: مواد در الکترونیک، 28 (12)، 8672-8681.