Lehimleme fırını profili nasıl oluşturulur?

Merhaba, SMT montajı konusunda derinlemesine bilginiz varsa, yeniden akışlı fırın profilinin yalnızca ekrandaki bir dizi sayı olmadığını, lehimli kartlarınızı oluşturan veya bozan şeyin bu olduğunu bilirsiniz. Yıllardır yeniden akışlı lehimleme ekipmanıyla çalışan biri olarak, çok fazla ekibin profil kurulumunu atladığını ve soğuk bağlantılarla, mezar taşıyla ve hatta hasarlı bileşenlerle sonuçlandığını gördüm. Bugün, süslü bir jargona gerek kalmadan işe yarayan sağlam bir yeniden akışlı fırın profilinin nasıl oluşturulacağını tam olarak açıklayacağım. Hadi dalalım.

Öncelikle şunu gerçekçi tutalım: Kötü bir profil yalnızca sorun yaratmaz; üretim verimini düşürebilir ve size büyük zaman kaybettirebilir. Müşterilerin "varsayılan fırın ayarını" çalıştırdığını gördüm ve kurşunsuz tahtalarının neden denetimlerde başarısız olmaya devam ettiğini merak ettim. Gerçek şu ki, her kart farklıdır ve profilinizin lehim pastanız, bileşenleriniz ve fırınınızla eşleşmesi gerekir. Profillerinizin çalışmasını sağlayacak güvenilir donanım arıyorsanız, 3 bölgeli yeniden akışlı fırınımız veya karışık montajlar için mükemmel olan çok işlevli sekiz bölgeli yeniden akışlı lehimleme sistemimiz gibi seçeneklere göz atın.

Durun, adımlara geçmeden önce ihtiyacınız olan temel bilgileri baştan ele alalım. Kör bir profil oluşturamazsınız; üç temel şeye ihtiyacınız vardır: lehim pastası özellikleriniz, bileşen karışımınız ve fırınınızın yetenekleri. Lehim pastası için kurşunsuz (SAC305 gibi) artık standarttır, bu nedenle önerilen sıvılaşma (TAL) süresine (genellikle 60-90 saniye) ve 245°C civarındaki tepe sıcaklığına bağlı kalmanız gerekir. Kurşunlu macunla çalışıyorsanız bu daha düşük, en yüksek sıcaklık 217°C civarındadır. Daha sonra bileşenler: minik 0201 dirençleri, büyük BGA'lardan veya LED'ler gibi ısıya duyarlı parçalardan farklı bir ısıtmaya ihtiyaç duyar. Peki fırının? Tüm yeniden akışlı fırınlar aynı değildir. SMT montajına yönelik HW-R10 on bölgeli yeniden akışlı lehimleme fırınımız, daha küçük 2 bölgeli modellere göre çok daha fazla bölge kontrolü sağlar; bu, karmaşık kartlarda eşit ısıtma için oyunun kurallarını değiştirir. Yüksek hacimli çalışmalarla uğraşıyorsanız, SMT için HW-R816Z sekiz bölgeli çift konveyörlü yeniden akış fırınımız, çapraz kontaminasyon olmadan aynı anda iki tahta boyutunu çalıştırmanıza olanak tanırken, SMT hattı için HW-R816E sekiz bölgeli örgü bantlı yeniden akış fırınımız, sert konveyörleri sevmeyen hassas panolar için harika çalışır.

Şimdi birinci adım: panonuzu ve termokupllarınızı hazırlayın. Çoğu insanın karıştırdığı kısım burası. Bir termokupl herhangi bir yere yapıştıramazsınız; panonuzdaki en sıcak ve en soğuk noktaları temsil etmesi gerekir. Örneğin ortada BGA ve kenarlarda minik SMD'ler varsa her ikisine de termokupl yerleştirmeniz gerekir. Genellikle 5-6 nokta yapıyorum: biri büyük bir bileşene (konektör veya BGA gibi), biri küçük 0402 veya 0201'e, biri kartın kenarına, biri termal yüzeye (eğer kullanıyorsanız) ve anormallikleri yakalamak için iki ekstra. Profesyonel ipucu: Termokuplları takmak için yüksek sıcaklıkta lehim veya Kapton bant kullanın; bant yeniden akışın ortasında eriyecek ve size kötü veriler verecektir. Yeni başlıyorsanız ve bu süreci tamamlamak için donanıma ihtiyacınız varsa, devre elektronik PCB üretim ekipmanı serimiz her zaman tutarlı profiller için ihtiyacınız olan tüm araçlara sahiptir.

İkinci adım: Profilinizi dört ana aşamaya ayırın ve acele etmeyin. Fırının kademeli olarak hızlanmasının bir nedeni var; çok hızlı olursa tahtanız eğrilir; çok yavaştır ve lehim pastası oksitlenmeye başlar. Her aşamayı basitçe parçalayalım:

1. Ön ısıtma aşaması: Oda sıcaklığından yaklaşık 150°C'ye ulaştığınız aşamadır ve toplamda 60-120 saniye sürmelidir. Burada amaç lehim pastasındaki tüm solventin yanmadan buharlaştırılmasıdır. Burada artış hızınız saniyede 1-2°C'den (°C/s) daha hızlıysa, düzgün olmayan sıçrama veya macun elde edersiniz. Ön ısıtma için her zaman 0,8-1,2°C/s'yi hedeflerim; bileşenlerin çatlamasını önleyecek kadar yavaş, döngü sürelerini makul tutacak kadar hızlı. Burada ısıyı artırmaya gerek yok; bu tamamen kurutma ile ilgilidir, lehimlemeyle değil.

2. Islatma aşaması: Daha sonra 150-180°C'de 60-90 saniye tutulur. Burası profilin küçümsenen kısmıdır; burası akının etkinleştirildiği ve ped ve bileşen uçlarındaki oksidasyonu ortadan kaldırdığı yerdir. Eğer ıslatmayı atlarsanız veya eksik bırakırsanız, iyi görünen ancak daha sonra başarısız olan soğuk eklemlerle karşılaşırsınız. Islatma sıcaklığının kesin olması gerekmez, ancak tüm panoda tutarlı olması gerekir. Yine rampanızı ön ısıtmadan ıslatmaya kadar izleyin; bileşenlerin çarpmasını önlemek için sıcaklığı 1,5°C/s'nin altında tutun. Büyük ve küçük parçalardan oluşan kartlar için daha fazla ıslatma süresi, tüm bileşenlerin eşit şekilde ısınmasına yardımcı olabilir.

3. Yeniden akış aşaması: Bu sıcak kısımdır. İlk olarak, 0,5-1°C/sn'lik bir hızla ıslatma modundan en yüksek sıcaklığa çıkarsınız; daha hızlı değil, ciddiyim. Burada 1°C/s'nin üzerine çıkarsanız BGA'lar veya QFP'ler üzerinde göremediğiniz iç çatlaklara neden olabilecek termal şoka maruz kalırsınız. En yüksek sıcaklık lehim pastanıza bağlıdır: kurşunsuz 240-250°C, kurşunlu ise 210-220°C'dir. Buradaki anahtar, sıvılaşmanın (TAL) üzerindeki süredir; kurşunsuz için bu 60-90 saniyedir. Çok az TAL (akı işini yapmıyor) veya çok fazla (bileşenler aşırı ısınıyor) istemezsiniz. Genellikle yeniden akış bölgesi sıcaklıklarımı, kart rampanın sonunda sıvılaşma noktasına ulaşacak ve ardından zirveye çıkmadan önce o TAL penceresi için sıvılaşmanın hemen üzerinde tutacak şekilde ayarlarım.

4. Soğuma aşaması: Son olarak, boşaltmadan önce sıcaklığı hızlı bir şekilde (saniyede 2-3°C gibi) yaklaşık 50°C'ye düşürürsünüz. Hızlı soğutma, eklemleri güçlü kılan iyi bir kalay-kurşun intermetalik katman oluşturur. Eğer çok yavaş soğursanız, özellikle kurşunsuz olanlarda, bağlantı noktaları kırılganlaşır. Ancak karta soğuk havayı çok hızlı boşaltmaktan kaçının; ani sıcaklık düşüşleri büyük PCB'lerde deformasyona neden olabilir. Yeniden akışlı fırınlarımız, rampa oranlarını ayarlamanıza olanak tanıyan yerleşik soğutma bölgelerine sahiptir, böylece bunu tahtanıza uyacak şekilde tahminde bulunmadan ayarlayabilirsiniz.

Durun, profilinizi test etmekten bahsedelim; çünkü ilk sürüm asla mükemmel değildir. Bölge sıcaklıklarınızı ayarladıktan sonra bir test panosu çalıştırın ve termokupl verilerini kontrol edin. En soğuk noktayı arayın: Eğer kenarınız ortanızdan 10°C daha soğuksa, bir sonraki koşuda o bölgenin sıcaklığını biraz artırmanız gerekir. BGA diğerlerinden daha sıcak çalışıyorsa bu bölgeyi düşürmeniz veya artış hızını ayarlamanız gerekebilir. Bir profili kilitlemeden önce her zaman en az üç test çalıştırması yaparım; üretimde tahmine yer yoktur. Daha doğru profiller için daha iyi bölge kontrolü elde etmek amacıyla fırınınızı yükseltiyorsanız, serimiz, herhangi bir tahtadaki sıcak/soğuk noktaları düzeltmek için bağımsız bölge ısıtmasına sahip olan, SMT hattı için HW-R816E sekiz bölgeli örgü bantlı yeniden akışlı fırın gibi seçeneklere sahiptir.

Her zaman gördüğüm yaygın hatalar: Birincisi, bileşenin termal kütlesini göz ardı etmek. Güç IC'sindeki büyük bir ısı emici, küçük bir 0201 rezistörden daha fazla ısıya ihtiyaç duyacaktır; dolayısıyla profiliniz herkese uygun tek boyutlu olamaz. İkincisi, yükselişi hızlandırmak. Bir müşterim, bir profili 3°C/s ön ısıtmada çalıştırmıştı ve BGA'larının yarısında, 100 kart sonra ortaya çıkan dahili çatlaklar vardı; tam bir kabus. Üçüncüsü, fırın bölgelerinizi kalibre etmemek. Fırınlar zamanla kayar, bu nedenle bölge sıcaklıklarını her 3 ayda bir veya profil sorunları fark ederseniz kontrol etmelisiniz. Ekibimiz fırınınızı kalibre etmenize yardımcı olabilir veya yeni ve güvenilir bir ünite arıyorsanız, ilk günden itibaren tutarlı profiller için önceden kalibre edilmiş çok işlevli sekiz bölgeli yeniden akışlı lehimleme hattımıza göz atın.

Başka bir şey: kurşunsuz ve kurşunlu profiller. Değiştirilemezler. Kurşunlu lehim 183°C'de erir, yani TAL 30-60 saniyedir, tepe sıcaklığı 217°C civarındadır. Kurşunsuz da ~217°C'de erir, ancak SAC alaşımları daha az akışkan olduğundan daha yüksek tepe sıcaklığına ve daha uzun TAL'ye ihtiyaç duyar. Kurşunlu ve kurşunsuz çalışmalar arasında geçiş yapıyorsanız, tüm profilinizi ayarlamanız gerekir; yalnızca bir bölgenin sıcaklığını değiştirmek onu kesmez. Bu nedenle daha fazla bölgeye sahip bir yeniden akış fırını yardımcı olur; SMT montajına yönelik HW-R10 on bölgeli yeniden akışlı lehimleme fırınımız, tüm profili bozmadan farklı lehim türlerine uyacak şekilde her bölüme ince ayar yapmanızı sağlar.

Şimdi üretim çalışmaları için hepsini bir araya getiriyoruz. Profiliniz kilitlendikten sonra belgeleyin! Her bölgenin sıcaklığını, rampa oranlarını, faz başına zamanı ve TAL'yi yazın. Bir pano tasarımı değişirse, önce yeni bir profili test edin; yalnızca eskisinde değişiklik yapmayın. Çalıştırdığımız her pano türü için her zaman bir profil günlüğü tutuyorum; eğer bir müşterinin kötü bir grubu varsa, geri dönüp pano tasarımının değil, profilin kapalı olup olmadığını kontrol edebiliriz. Yüksek hacimli üretim yapıyorsanız, SMT için HW-R816Z sekiz bölgeli çift konveyörlü yeniden akışlı fırınımız gibi fırınlar, aynı anda birden fazla panoyu çalıştırmanıza olanak tanır, böylece kaliteden ödün vermeden parçaları çıkarırken tutarlı profilleri koruyabilirsiniz.

Günün sonunda, iyi bir yeniden akışlı fırın profili tamamen süreyi, sıcaklığı ve bileşen ihtiyaçlarını dengelemekle ilgilidir. Roket bilimi değil ama detaylara dikkat gerektiriyor. Kötü verimle, tutarsız bağlantılarla mücadele ediyorsanız veya daha iyi profiller elde etmek için yeniden akışlı lehimleme ekipmanınızı yükseltmeniz gerekiyorsa, ekibimiz yardım etmek için burada. Küçük mağazalardan büyük OEM'lere kadar her türden SMT ekibiyle çalışıyoruz; bu nedenle, ister 3 bölgeli yeniden akışlı fırınımız gibi kompakt bir ünite, ister karmaşık panolar için yüksek performanslı bir sistem arıyor olun, ihtiyaçlarınız hakkında konuşmak için satış ekibimizle iletişime geçmekten çekinmeyin.

Referanslar

1. J. Liu, Yeniden Akış Lehimleme için SMT Proses Tasarımı, Elsevier, 2018.
2. IPC-7530, Elektronik Düzeneklerin Yeniden İşlenmesi, Onarımı ve Montajı Yönergeleri, Association Connecting Electronics Industries, 2020.
3. K. Gilleo, Yüzeye Montaj Teknolojisi: İlkeler ve Uygulama, McGraw-Hill, 2019.