چگونه عملکرد فر بدون سرب را آزمایش کنیم؟

اگر تا به حال کف یک مرکز تولید لوازم الکترونیکی مدرن را طی کرده باشید، می دانید که هر مرحله از فرآیند مونتاژ چقدر حیاتی است. برای شرکت‌هایی که به لحیم کاری بدون سرب متکی هستند - چه برای دستگاه‌های مصرف‌کننده، لوازم الکترونیکی خودرو یا تجهیزات پزشکی - اجاق جریان مجدد قلب این جریان کار است. من 12 سال به عنوان بخشی از یک تیم تامین کننده جهانی با اجاق های بدون سرب کار کرده ام، و یک سوال از من بیشتر از هر سوال دیگری پرسیده می شود: "چگونه بفهمم اجاق گاز من واقعاً همانطور که باید کار می کند؟" این فقط در مورد رسیدن به دمای تنظیم شده نیست. این در مورد سازگاری، دقت و قابلیت اطمینان است، که همه آنها مستقیماً بر عملکرد، کیفیت محصول و هزینه های عملیاتی بلند مدت تأثیر می گذارد. امروز، من علم آزمایش عملکرد اجاق‌های بدون سرب را تجزیه می‌کنم، مراحل عملی را که استفاده می‌کنیم با هر مشتری به اشتراک می‌گذارم، و توضیح می‌دهم که چرا این فرآیند چیزی نیست که بخواهید از آن صرفنظر کنید.

ابتدا، بیایید زمینه را تنظیم کنیم: لحیم کاری بدون سرب برای اکثر تولید کنندگان در حال حاضر غیرقابل مذاکره است، که ناشی از الزامات نظارتی و تقاضای مصرف کنندگان برای محصولات سازگار با محیط زیست است. برخلاف لحیم کاری سنتی قلع سرب، آلیاژهای بدون سرب (مانند SAC305 یا قلع-نقره-مس) به نقاط ذوب بالاتر، مشخصات دمایی دقیق تر و کنترل دقیق اتمسفر (معمولاً نیتروژن یا هوا) نیاز دارند تا از نقص هایی مانند اتصالات سرد، سنگ قبر یا بلند کردن لنت جلوگیری شود. کوره‌ای که کالیبراسیون ندارد یا عملکرد ضعیفی دارد می‌تواند صدها تخته کاملاً مونتاژ شده را به قراضه تبدیل کند، بنابراین آزمایش فقط یک وظیفه تعمیر و نگهداری نیست، بلکه یک ضرورت کنترل کیفیت است. اما از کجا شروع کنید؟

اولین و اساسی ترین آزمایش، پروفیل حرارتی است، و فقط وصل کردن یک ترموکوپل به اجاق و نامگذاری آن در روز نیست. یک تست پروفیل حرارتی خوب نیاز به برنامه ریزی دارد. اول، شما به یک PCB آزمایشی نیاز دارید که با نوع بردهایی که تاسیسات شما تولید می کند مطابقت داشته باشد - برای مثال، یک برد کوچک 0402 جزء اگر دستگاه های تلفن همراه را مونتاژ می کنید، یا یک PCB با چگالی بالا با BGA برای ECU های خودرو. همچنین به چندین ترموکوپل نیاز دارید (ما 8 تا 12 عدد را برای اکثر اجاق‌های استاندارد توصیه می‌کنیم) که در مکان‌های استراتژیک قرار گیرند: زیر اجزای بزرگ و سنگین، نزدیک دستگاه‌های کوچک روی سطح، در امتداد لبه‌های برد و در مرکز. چرا؟ از آنجا که یکنواختی دما در سراسر PCB یکی از بزرگترین شاخص های عملکرد فر است - اگر یک منطقه 10 درجه سانتیگراد گرمتر از منطقه دیگر باشد، اتصالات لحیم کاری ناسازگاری خواهید داشت.

هنگامی که ترموکوپل های شما روی PCB آزمایشی محکم می شوند، یک دسته به اندازه تولید را با سرعت خط استاندارد خود از داخل فر عبور می دهید. دیتالاگر خوانش دما را در فواصل 1 ثانیه ای ثبت می کند و منحنی دقیقی از کل چرخه جریان مجدد ایجاد می کند. اکنون بخش مهم می آید: مقایسه آن منحنی با استانداردهای IPC برای جریان مجدد بدون سرب. IPC-A-610 و IPC J-STD-020 پارامترهای خاص را بیان می کنند: نرخ رمپ پیش گرمایش 1 تا 3 درجه سانتی گراد در ثانیه برای جلوگیری از شوک حرارتی، منطقه خیساندن بین 150 درجه سانتی گراد و 200 درجه سانتی گراد به مدت 60 تا 120 ثانیه برای فعال کردن شار لحیم کاری، دمای اوج جریان مجدد 5 تا 204 درجه سانتی گراد (حداکثر دمای 5 تا 204 درجه سانتی گراد) سرعت خنک شدن بیش از 4 درجه سانتیگراد در ثانیه برای جلوگیری از استرس اجزاء. اگر نمایه شما حتی چند درجه از این محدوده ها منحرف شود، نشانه این است که فر شما نیاز به تنظیم دارد.

اما پروفایل حرارتی به تنهایی کافی نیست. شما همچنین باید کنترل اتمسفر را آزمایش کنید، به خصوص اگر از اتمسفر نیتروژن برای بردهای با چگالی بالا یا BGA استفاده می کنید. از نیتروژن برای کاهش اکسیداسیون روی لحیم کاری استفاده می شود که برای اتصالات قابل اطمینان بسیار مهم است. یک آزمایش رایج در اینجا اندازه گیری سطح اکسیژن در منطقه فرآوری اجاق با استفاده از یک آنالایزر اکسیژن قابل حمل است. برای کاربردهای بدون سرب، بیشتر سازندگان سطح اکسیژن کمتر از 1000 ppm (قسمت در میلیون) را هدف قرار می دهند - سطوح بالاتر می تواند منجر به خیس شدن ضعیف و سرد شدن مفاصل شود. کوره‌های بی‌شماری را دیده‌ایم که یکنواختی حرارتی خوبی از خود نشان می‌دهند، اما سطح اکسیژن 5000 ppm دارند، که برای خراب کردن حتی بهترین لحیم‌شده‌ها کافی است. این آزمایش به ویژه برای نصب های جدیدتر یا پس از هر گونه تعمیر و نگهداری که بر آب بندی اجاق یا سیستم تحویل نیتروژن تأثیر می گذارد، مهم است.

بعد، تست عملکرد عملکردی برای شبیه سازی شرایط تولید در دنیای واقعی. در اینجاست که ما اجاق آزمایشی خود را با دسته کوچکی از PCBهای استاندارد که شامل انواع مختلفی از قطعات هستند-مقاومت‌ها، خازن‌ها، BGAs، QFPs 0201 و حتی اگر خط شما از آنها استفاده می‌کند، جفت می‌کنیم. این تخته‌ها را از داخل اجاق عبور می‌دهیم، سپس آن‌ها را از نظر عیوب رایج بررسی می‌کنیم: سنگ قبر (اجازه‌ها روی هم ایستاده‌اند)، پل‌های لحیم کاری (لحیم کاری که دو پد مجاور را به هم متصل می‌کند)، اتصالات سرد (لحیم‌کننده کسل‌کننده، دانه‌دار)، و بلند کردن پد (لحیم کاری که پد را از روی PCB می‌کشد). ما همچنین از بازرسی اشعه ایکس برای BGAها برای بررسی وجود فضای خالی در اتصالات لحیم کاری استفاده می‌کنیم—حفره‌های بزرگ‌تر از 25 درصد ناحیه اتصال می‌توانند باعث مشکلات قابلیت اطمینان طولانی مدت شوند.

ما متوجه شده‌ایم که تست‌های عملکردی همچنین به شناسایی مشکلاتی که ممکن است پروفایل حرارتی از دست داده کمک کند. به عنوان مثال، یک ترموکوپل ممکن است دمای یکنواخت را نشان دهد، اما یک موتور دمنده ضعیف می‌تواند باعث جریان ناهموار هوا شود که منجر به پل زدن لحیم در نزدیکی لبه‌های فر شود. اجرای تخته های تولید واقعی از طریق اجاق این مشکلات ظریف را که داده های حسگر به تنهایی ممکن است آشکار نکنند، برطرف می کند. این مرحله همچنین مرحله ای است که بسیاری از مشتریان متوجه می شوند که چقدر مهم است که اجاقی داشته باشید که به خوبی با بقیه خط تولید آنها ادغام شود - مانند آنهایی که با سیستم های قرار دادن قطعات قابل اعتماد جفت شده اند. به عنوان مثال، هنگام کار با تجهیزاتی که در بردهای کوچک و با حجم بالا تخصص دارند، اغلب توصیه می‌کنیم کوره‌های بدون سرب را با تجهیزاتی از شرکای قابل اعتمادی مانند انتخاب و مکان CNC دستگاه ساخت تراشه (/reflow-soldering/3-zone-reflow-soldering/smt-reflow-oven.html) جفت کنید تا از یکپارچگی خط یکپارچه اطمینان حاصل شود. قرار دادن و تجهیزات لحیم کاری مناسب با هم کار می کنند تا خطاها را کاهش دهند، بنابراین آزمایش عملکرد در زمینه کلیدی است.

تست کلیدی دیگر تست پایداری بلند مدت است. یک کوره جریان مجدد ممکن است برای یک دسته عملکرد عالی داشته باشد، اما پس از 8 ساعت تولید مداوم، یا بعد از یک تعطیلات آخر هفته در زمان بیکاری چطور؟ ما یک آزمایش تولید مداوم 24 ساعته را اجرا می کنیم که در آن هر ساعت 50 تخته تست استاندارد را در فر می چرخانیم، پروفایل های حرارتی را می گیریم و در فواصل زمانی تخته ها را بازرسی می کنیم. این آزمایش مشکلاتی مانند رانش عنصر گرمکن، سایش موتور دمنده یا تخریب آب بندی را نشان می دهد که تنها پس از استفاده طولانی مدت ظاهر می شوند. به عنوان مثال، زمانی با یک سازنده قراردادی کار می کردیم که فر جدیدی داشت که تمام آزمایشات یک ساعته را گذرانده بود، اما پس از 6 ساعت کارکرد، المنت بخاری بالا 12 درجه سانتیگراد از کالیبراسیون خارج شد که منجر به نرخ 15 درصد نقص در بردهای تولیدی آنها شد. آزمایش پایداری طولانی مدت قبل از اینکه بر تولید در مقیاس کامل تأثیر بگذارد، این نوع سایش تدریجی را نشان می دهد.

ما همچنین آزمایش کالیبراسیون الکتریکی را به عنوان بخشی از ارزیابی عملکرد خود، به ویژه برای اجاق‌های دیجیتال، لحاظ می‌کنیم. این شامل بررسی دقت سنسورهای دمای فر در برابر دماسنج مرجع است که مطابق با استانداردهای ملی کالیبره شده است. با گذشت زمان، سنسورها می توانند جابجا شوند، بنابراین کالیبراسیون سالانه توصیه می شود، اما آزمایش در حین نصب یا بعد از تعمیر و نگهداری بسیار مهم است. ما همچنین توانایی سیستم کنترل را برای تنظیم تغییرات در سرعت خط آزمایش می کنیم - اگر سرعت خط را 10٪ افزایش دهید، آیا فر به طور خودکار دما و طول منطقه را برای حفظ مشخصات صحیح تنظیم می کند؟ سیستم کنترلی که نمی تواند خود را با تغییرات خط تطبیق دهد، نشانه عملکرد ضعیف است، که می تواند منجر به نقص در هنگام افزایش تولید شود.

شایان ذکر است که آزمایشی که انتخاب می کنید به عملکرد شما بستگی دارد. یک مرکز نمونه کوچک ممکن است فقط به پروفایل حرارتی و آزمایش جوی فصلی نیاز داشته باشد، در حالی که یک تولیدکننده خودرو با حجم بالا به آزمایش عملکرد هفتگی و بررسی پایداری ماهانه نیاز دارد. به عنوان مثال، امکاناتی که دستگاه‌های بلوتوث یا سایر لوازم الکترونیکی مصرفی با بردهای پیچیده تولید می‌کنند به یکپارچه‌سازی خط دقیق متکی هستند، بنابراین جفت کردن کوره‌های جریان مجدد آن‌ها با تجهیزاتی مانند خط تولید بلوتوث ماشین‌های تولید PCB بزرگ (/reflow-soldering/3-zone-reflow-soldering/hw-r306-three-zone-reflow-soldering) تضمین می‌کند که هر مرحله بهینه‌سازی مرحله‌ای-reflow-html به فروش می‌رسد. ترکیب مناسب تجهیزات نیاز به آزمایش مداوم را کاهش می دهد، اما بررسی های منظم عملکرد هنوز قابل مذاکره نیست.

اشتباهات رایجی که می بینیم تولیدکنندگان هنگام آزمایش عملکرد اجاق های جریان مجدد مرتکب می شوند عبارتند از گذراندن مراحل یا استفاده از مواد آزمایشی اشتباه. به عنوان مثال، استفاده از یک برد آزمایشی ساده که فقط دارای مقاومت است، با BGA یا اجزای بزرگ که به تغییرات دما حساس تر هستند، مشکلی ایجاد نمی کند. اشتباه دیگر اجرای آزمایش‌ها در سرعت‌های پایین خط است و فرض می‌کنیم که عملکرد در سرعت تولید باقی می‌ماند—ما همیشه با سرعت خط دقیقی که کارخانه برای تولید استفاده می‌کند آزمایش می‌کنیم، زیرا سرعت‌های سریع‌تر خط به این معنی است که برد زمان کمتری را در هر منطقه صرف می‌کند و فشار بیشتری بر کنترل دمای اجاق وارد می‌کند.

پس از انجام تمام این تست ها، تصویر واضحی از عملکرد فر خود خواهید داشت. اگر همه پارامترها با استانداردهای IPC مطابقت داشته باشند، میزان نقص در هدف شما باشد و پایداری طولانی مدت ثابت باشد، اجاق گاز شما عملکرد خوبی دارد. در غیر این صورت، باید عیب یابی کنید: عناصر بخاری را بررسی کنید، فیلترها را تمیز یا تعویض کنید، جریان نیتروژن را تنظیم کنید، سنسورها را کالیبره کنید یا تعمیرات مکانیکی انجام دهید.

برای امکاناتی که به دنبال ارتقای سیستم‌های اجاق‌های باز جریان خود هستند، اغلب اجاق‌های بدون سرب خود را برجسته می‌کنیم که برای گذراندن تمام این تست‌های عملکردی با رنگ‌های مختلف طراحی شده‌اند. اجاق‌های ما دارای گرمایش ویژه منطقه با کنترل دمای مستقل، جریان هوای یکنواخت در کل PCB، تنظیم دقیق جو، و ادغام آسان با تجهیزات خط خودکار مانند کنترل عددی است که الکترونیک را می‌گیرد (/reflow-soldering/3-zone-reflow-soldering/infrared-hot-air-lead-free-mate smt-reflow-robots. (/reflow-soldering/3-zone-reflow-soldering/smd-reflow-soldering.html). ما همچنین خدمات تست جامعی را برای کمک به مشتریان برای اعتبارسنجی عملکرد قبل از اجرای کامل ارائه می‌کنیم، و اطمینان حاصل می‌کنیم که سیستمی را دریافت می‌کنند که نیازهای تولیدی خاص آنها را برآورده می‌کند.

چه یک استارت‌آپ کوچک باشید که به تازگی خط تولید خود را راه‌اندازی می‌کند یا یک تولیدکننده بزرگ که تولید را گسترش می‌دهد، آزمایش عملکرد کوره بدون سرب کاری نیست که بتوانید از آن چشم پوشی کنید. این تفاوت بین اتصالات لحیم کاری ثابت و باکیفیت است که محصولات شما را قابل اعتماد نگه می‌دارد و عیب‌های پرهزینه‌ای که به ارزش و اعتبار شما آسیب می‌زند. اگر آماده‌اید راه‌حل‌های قابل اعتماد اجاق‌های بدون سرب را بررسی کنید و با تیمی کار کنید که علم تست عملکرد را می‌شناسد، ما اینجا هستیم تا به شما کمک کنیم. برای بحث در مورد نیازهای تولید خود با تیم ما تماس بگیرید و بیاموزید که چگونه تجهیزات ما می توانند به طور یکپارچه با خط فعلی شما ادغام شوند، خواه روی نمونه های اولیه PCB، دستگاه های مصرف کننده با حجم بالا یا لوازم الکترونیکی خودرو کار می کنید.

مراجع

IPC-A-610، قابلیت پذیرش مجموعه های الکترونیکی
IPC J-STD-020، طبقه‌بندی حساسیت رطوبت/جریان مجدد برای دستگاه‌های غیرهرمتیک نصب سطحی حالت جامد
ASM International، "لحیم کاری بدون سرب: مواد، فرآیندها و تجهیزات"
انجمن فناوری نصب سطحی (SMTA)، «بهترین روش‌های تست عملکرد اجاق‌های جریان مجدد»