مروری کوتاه
تفاوت اصلی بین لحیمکاری ریفلو و لحیمکاری موجی این است: لحیمکاری ریفلو برای بردهایی استفاده میشود که قطعات سطحی دارند، در حالی که لحیمکاری موجی برای بردهایی با قطعات سوراخگذر به کار میرود. ریفلو یکی از سه فرآیند اصلی در SMT قراردهی. بازپخت عمدتاً بردهای مدار چاپی را لحیم میکند که قطعات قبلاً روی آنها قرار گرفتهاند. در طول بازپخت، خمیر لحیم ذوب شده و سپس خنک میشود. خنک شدن قطعات و پدها را به هم ثابت میکند.
در زیر، بخش تجهیزات لحیمکاری ریفلو نیتو اصول فنی لحیمکاری ریفلو را توضیح میدهد. همچنین نگاهی دقیق به فناوری جایگذاری مورد استفاده در صنعت SMT ارائه میدهد. دستگاههای ریفلو نیتو دنکو از طراحی ماژولار، دیجیتال و کاربرپسند برخوردارند. آنها عملکرد قوی، قابلیت اطمینان، ایمنی، سهولت در نگهداری و کاربری آسان را ارائه میدهند. این ویژگیها به مشتریان کمک میکنند تا هزینههای عملیاتی خود را کاهش دهند و همچنین به تولید بهموقع محصولات باکیفیت یاری میرسانند. برای محصولات لحیمکاری موجی، این دستگاهها انتخابی برتر و سرمایهگذاری خوبی هستند.
چهار فناوری جدید در سیستم کوره لحیمکاری موج
۱) اسپری عمودی روی سطح PCB (با سیستم بهینهسازی مسیر)
الف. وقتی نازل بهصورت عمود بر PCB اسپری میکند، جریان روی برد بهطور یکنواختتری پخش میشود. اسپری نفوذ به سوراخها را بهتر انجام میدهد. این امر توانایی قلع مذاب را در بالا رفتن و تر کردن بهبود میبخشد.
ب. یک سیستم خودکار بهینهسازی مسیر، یکنواختی پوشش جریان را تضمین میکند.
C. نرمافزار پیشرفته میتواند تنظیمات اسپری را بر اساس سرعت نوار نقاله و عرض برد مدار چاپی تنظیم کند.
(تصاویر مرجع در متن اصلی در اینجا گنجانده نشدهاند.)
۲) لحیمکاری موج از یک مخزن ریختهگری آهنی با سطح سرامیکی استفاده میکند تا عمر آن افزایش یابد.
الف. استفاده از دیوارهی ۱۰ میلیمتری مخزن چدنی، مقاومت مخزن در برابر تغییر شکل هنگام گرم شدن را بهطور قابل توجهی افزایش میدهد.
B. چدن ریختهگریشده حاوی مقدار زیادی گرافیت است. گرافیت بهخوبی با قلع جوش نمیچسبد، بنابراین خوردگی اندکی در مخزن ایجاد میکند. برای بهبود بیشتر مقاومت در برابر خوردگی و صافی مخزن، یک پوشش سرامیکی روی سطح چدن اعمال میشود. این امر عمر مفید را بیشتر افزایش میدهد.
۳) کانالهای جریان جدید و طراحیهای نازل جدید برای کاهش اکسیداسیون و پایین آوردن هزینههای عملیاتی
این تغییرات میزان اکسیداسیون را کاهش داده و در نتیجه هزینههای عملیاتی مشتری را پایین میآورند.
۴) طراحی پروانه و کانال جریان جدید برای پایدارتر کردن موج لحیم
- نازل، کانال جریان و ساختار پروانه بهطور مستقیم بر پایداری موج تأثیر میگذارند.
- ارتفاع موج را میتوان در محدودهٔ ±۰٫۵ میلیمتر کنترل کرد.
- مزایای پیشگرمایش ترکیبی الف. پیشگرمایش با اشعه مادونقرمز دما را بهسرعت افزایش میدهد. پیشگرمایش با هوای گرم به یکنواخت نگهداشتن دما کمک میکند. ب. استفاده همزمان از مادونقرمز و هوای گرم، گرمایش سریع و دمای یکنواختتری فراهم میآورد. ج. پیشگرمایش ترکیبی بهویژه برای فلاکسهای محلول در آب مناسب است.
- سیستم اسپری انتخابی موضعی داخلی A. اسپری موضعی در محورهای X و Y با استفاده از موتور استپر مجهز به تسمه تایم، پیچ توپی و راهنمای خطی حرکت میکند. این امکان را میدهد که فلوکس بهصورت موضعی و انتخابی اسپری شود. ب. نازلهای منتخب میتوانند اسپری نقطهای، خطی و مستطیلی انجام دهند. ج. سیستم از یک رایانه شخصی بههمراه برد کنترل حرکت استفاده میکند. پاسخدهی آن سریع، دقت بالایی دارد و قابل برنامهریزی است. کار با آن و تمیز کردنش آسان است. د. این روش زمانی مناسب است که ناحیه اسپری کمتر از 50% از کل ناحیه باشد. میتواند بیش از 50% فلوکس را صرفهجویی کند.
- دستگاه محلی پر کردن نیتروژن در ناحیه کوره لحیم A. یک دستگاه محلی پر کردن نیتروژن در کوره لحیم میتواند با استفاده از مقدار کمی نیتروژن، غلظت بالای نیتروژن را زیر برد و اطراف نازل لحیم فراهم کند. B. این دستگاه از لوله نانو-میکرو متخلخل ویژهٔ استیل ضدزنگ استفاده میکند. نیتروژن پخش شده و ناحیه را بهطور یکنواخت با غلظت بالا پر میکند. C. سه فلومتر سه خط نیتروژن را کنترل میکنند. مصرف نیتروژن حدود ۱۲ متر مکعب در ساعت است. غلظت اکسیژن در نزدیکی جریان لحیمکاری در نزدیکی نازل حدود ۱۰۰۰ قسمت در میلیون است. D. این امر کیفیت لحیمکاری را بهبود میبخشد و اکسیداسیون لحیم را کاهش میدهد. دستگاه قابلیت تشخیص آنلاین غلظت اکسیژن را ندارد.
۱. اصل لحیمکاری مجدد
از آنجا که بردهای PCB الکترونیکی هر روز کوچکتر میشوند، قطعات چیپی رایجتر شدهاند. روشهای لحیمکاری سنتی دیگر پاسخگوی نیاز نیستند. برای مونتاژ برد مدار مجتمع ترکیبی از روش لحیمکاری مجدد (reflow soldering) استفاده میشود. قطعات مورد استفاده در این مونتاژ معمولاً خازنهای چیپی، القاکنندههای چیپی، ترانزیستورهای چیپی، دیودها و غیره هستند.
با توسعه و کاملتر شدن فناوری SMT، قطعات SMC و دستگاههای SMD بیشتری پدیدار شدند. فرآیند و تجهیزات لحیمکاری بازپخت نیز بهبود یافتند. کاربرد بازپخت بهطور گستردهای رایج شد. تقریباً همه محصولات الکترونیکی اکنون از لحیمکاری بازپخت استفاده میکنند.
حلحلهکاری مجدد (انگلیسی: جریان مجدد) خمیر قلع را که قبلاً روی پدهای PCB اعمال شده است، ذوب میکند. در این فرایند، پایهها یا ترمینالهای قطعات سطحی (SMD) بهصورت مکانیکی و الکتریکی به پدهای PCB متصل میشوند. ریفلو قطعات را به برد متصل میکند. ریفلو با جریان هوای گرم که بر اتصالات قلع اثر میکند، کار میکند. فلو خمیر تحت دمای بالا واکنش نشان میدهد تا اتصالات SMD شکل بگیرند. نام جریان مجدد به گردش گاز داغ در داخل دستگاه اشاره دارد که دمای بالا مورد نیاز برای لحیمکاری را فراهم میکند.
۲. شرح کلی دستگاه لحیمکاری ریفلو (با منحنی دما)
وقتی یک PCB وارد ناحیهٔ گرمشدن میشود:
الف. حلالها و گازهای موجود در خمیر لحیم تبخیر میشوند. در همین حال فلوکس پدها، بخش سیمها و پینها را خیس میکند. خمیر نرم شده و فرو میریزد. آن پدها را میپوشاند و مانع رسیدن اکسیژن به پدها و بخش سیمها میشود.
B. وقتی PCB وارد ناحیهٔ پیشگرمشدن میشود، برد و قطعات بهاندازهٔ کافی پیشگرم میشوند. این کار از آسیب ناشی از جهش ناگهانی به دمای لحیمکاری جلوگیری میکند.
C. وقتی PCB وارد ناحیه ریفلو میشود، دما بهسرعت افزایش مییابد و خمیر لحیم ذوب میشود. لحیم مایع روی پدها، پایههای نیمهآماده و پینها مینشیند. آن پخش و جاری میشود و با چسبیدن و آمیختن، اتصالات لحیم را شکل میدهد.
د. برد مدار چاپی وارد ناحیه خنککننده میشود و قلع ذوبشده جامد میشود. این فرآیند لحیمکاری ریفلو را به پایان میرساند.
(معمولاً در این بخش از دفترچههای راهنما، نمودار استاندارد پروفایل دمای ریفلو نشان داده میشود.)
۳. الزامات فرآیند لحیمکاری مجدد
بازپخت مجدد در تولیدات الکترونیکی رایج است. بردهای کامپیوترهای ما از این فرایند استفاده میکنند. مزایای آن عبارتند از: دمای کار به راحتی قابل کنترل است، اکسیداسیون در حین لحیمکاری محدود میشود و هزینه تولید آسانتر کنترل میشود.
ماشین دارای سیستم گرمایشی است. نیتروژن داغ یا هوای گرم به بردی که قبلاً قطعات روی آن نصب شدهاند دمیده میشود. قلع ذوب شده و قطعات را به برد مدار چاپی متصل میکند.
نکات کلیدی:
- یک پروفایل دمای ریفلو مناسب تنظیم کنید. پروفایل را بهصورت بلادرنگ با یک پروب حرارتی آزمایش کنید.
- در حین پردازش، جهت لحیمکاری طراحیشده توسط برد را دنبال کنید.
- از لرزش نوار نقاله در حین لحیمکاری خودداری کنید.
- بردهای لحیمشده را از نظر کیفیت بازرسی کنید.
- بررسی کنید که قلعکاری کامل باشد، سطح اتصال مرطوب باشد، شکل اتصال نیمدایرهای مناسب داشته باشد و به دنبال گلولههای قلع و باقیماندهها، پدیده تاماستونینگ و اتصالات سرد باشید. همچنین تغییر رنگ سطح PCB را بررسی کنید. بر اساس نتایج بازرسی، پروفایل دما را تنظیم کنید. در طول یک دوره تولید کامل، بهطور منظم کیفیت قلعکاری را بررسی کنید.
۴. عواملی که بر لحیمکاری ریفلو تأثیر میگذارند
- قطعات بزرگ مانند PLCC و QFP و برخی قطعات چیپ جداگانه جرم حرارتی بیشتری دارند. لحیمکاری یک قطعه بزرگ دشوارتر از یک قطعه کوچک است.
- نقاله در فر ریفلو قطعات را بهصورت حلقهای جابهجا میکند. نقاله همچنین مانند یک منبع گرمایی عمل میکند. شرایط حرارتی در لبه و مرکز بخش گرمکننده متفاوت است. بنابراین حتی در داخل یک ناحیه دماها متغیر هستند. هر ناحیه دمایی در فر و هر موقعیت روی برد میتواند دماهای متفاوتی داشته باشد.
- بارگذاری محصول بر قابلیت تکرارپذیری تأثیر میگذارد. هنگام تنظیم منحنی دمای ریفلو، مهندسان باید اطمینان حاصل کنند که نتایج در شرایط بدون بار، با بار و تحت عوامل بار مختلف، یکنواخت باشد. عامل بار LF = L / (L + S) است که در آن L طول بردهای مونتاژشده روی نوار نقاله و S فاصله بین بردها میباشد. هرچه LF بزرگتر باشد، دستیابی به تکرارپذیری خوب دشوارتر است. محدوده معمول ضریب بار بالا بین ۰.۵ تا ۰.۹ است که به محصول (تراکم قطعات، نوع برد) و نوع فر بستگی دارد. لحیمکاری و تکرارپذیری خوب نیازمند تجربه عملی است.
۵. مزایای فرآیند لحیمکاری ریفلو
- لحیمکاری مجدد برد مدار چاپی را در قلع مذاب فرو نمیبرد. در عوض از گرمایش موضعی استفاده میکند. بنابراین قطعات شوک حرارتی کمتری را تجربه میکنند و احتمال آسیب دیدن آنها بهدلیل داغ شدن بیش از حد کمتر است.
- از آنجا که قلع تنها در محل اتصال اعمال میشود و حرارت بهصورت موضعی اعمال میگردد، عیوب مانند پلزنی آسانتر قابل اجتناب هستند.
- قلع در فرایند ریفلو تنها یکبار استفاده میشود. قلع دوباره استفاده نمیشود. این کار قلع را تمیز و عاری از ناخالصی نگه میدارد و به تضمین اتصالات قلع خوب کمک میکند.
۶. جریان فرآیند ریفلو
ریفلو برای بردهای نصب سطحی استفاده میشود. جریان آن نسبتاً پیچیده است و دو نوع اصلی دارد: نصب یکطرفه و نصب دوطرفه.
الف. نصب یکطرفه: اعمال خمیر قلع → قرار دادن قطعات (به صورت دستی یا ماشینی) → ریفلو → بازرسی و تست الکتریکی.
B. نصب دوطرفه: – طرف A: اعمال خمیر → قرار دادن قطعات → ریفلو → – طرف B: اعمال خمیر → قرار دادن قطعات → ریفلو → بازرسی و تست الکتریکی.
خلاصهٔ ساده این است: “چاپ شابلون خمیر لحیم → قرار دادن قطعات → ریفلو”. نکتهٔ کلیدی، چاپ دقیق شابلون است. بازده قرار دادن قطعات به PPM دستگاه پیکاندپلیس بستگی دارد. برای ریفلو، شیب دما، دمای اوج و منحنی خنکسازی را کنترل کنید.
۷. قوانین نگهداری دستگاه ریفلو
پس از استفاده از دستگاه ریفلو باید نگهداری انجام دهید. این کار به افزایش طول عمر تجهیزات کمک میکند.
- هر روز هر قسمت دستگاه را بررسی کنید. به تسمهٔ مشبک نوار نقاله توجه ویژهای داشته باشید. مطمئن شوید که گیر نکند یا از جای خود جدا نشود.
- هنگام تعمیر دستگاه، برق را قطع کنید تا از برقگرفتگی یا اتصال کوتاه جلوگیری شود.
- دستگاه را پایدار نگه دارید. نباید تکان بخورد یا ناپایدار باشد.
- اگر یک منطقه گرمایشی متوقف شود، ابتدا فیوز مربوطه را بررسی کنید. (در متن اصلی این جمله ناقص به نظر میرسد؛ فیوز اغلب اولین چیزی است که باید بررسی شود.)
۸. نکات ایمنی و عملیاتی برای دستگاههای ریفلو
- برای تضمین ایمنی شخصی، اپراتورها باید نشانهای نام و زیورآلات آویخته را بردارند. آستینهای گشاد نپوشید.
- مراقب دمای بالا باشید و از سوختگی جلوگیری کنید. از تجهیزات حفاظتی مناسب استفاده کنید.
- بدون اجازه، نواحی دمای فر یا سرعت نوار نقاله را تغییر ندهید.
- اطمینان حاصل کنید که اتاق تهویه شود. کانال هواکش باید به بیرون از پنجره منتهی شود.
خلاصهٔ پایانی کوتاه
- ریفلو برای بردهای SMD است. ویو سولدرینگ برای بردهای با سوراخهای عبوری است.
- ریفلو خمیر از پیش اعمالشده را با حرارت و خنکسازی کنترلشده ذوب میکند. ویو برد را در موج لحیم متحرک فرو میبرد.
- بازپخت مجدد کنترل خوبی بر دما و اکسیداسیون فراهم میکند و به طور گسترده در مونتاژ SMT استفاده میشود.
- سیستمهای مدرن لحیمکاری موج با افزودن اسپری عمودی، مواد کوره باکیفیتتر، طراحی جریان بهبودیافته، پیشگرمکن ترکیبی، اسپری موضعی و نیتروژن موضعی، بازده را افزایش داده و هزینهها را کاهش میدهند.
- پروفایلهای دمایی صحیح، برنامهریزی بار، بازرسی دقیق و نگهداری منظم، کلید دستیابی به بازده پایدار برای هر دو فرآیند ریفلو و ویو هستند.
