كيفية إعداد ملف تعريف إعادة التدفق للحام الخالي من الرصاص في فرن إعادة التدفق بالهواء الساخن؟

باعتباري أحد موردي أفران إعادة تدفق الهواء الساخن، فقد أمضيت العقد الماضي في العمل مع فرق تصنيع الإلكترونيات التي تكافح من أجل تثبيت ملفات إعادة تدفق اللحام الخالية من الرصاص. لقد رأيت لوحات تتفرقع، ومفاصل تتشقق، وتوقف الإنتاج الذي يقتل الأهداف ربع السنوية - كل ذلك بسبب تخطي شخص ما الخطوات الأساسية لإنشاء ملف تعريف صالح خالٍ من الرصاص. لا يقتصر اللحام الخالي من الرصاص على مجرد تبديل معجون اللحام لسبائك SnAgCu (SAC)؛ إنها رقصة حرارية دقيقة تحتاج إلى مراعاة كل متغير في فرنك ومجموعتك وأجزائك. اليوم، أكشف الستار عن كيفية عملنا مع عملائنا لإعداد ملفات تعريف موثوقة وخالية من الرصاص، ولماذا تكلف الأخطاء الصغيرة هنا أكثر مما تعتقد.

أولاً، دعونا نوضح سبب اختلاف الملفات الشخصية الخالية من الرصاص. يذوب اللحام التقليدي المصنوع من القصدير والرصاص عند درجة حرارة تصل إلى 183 درجة مئوية تقريبًا، لذا تكون الملامح متسامحة، مع معدلات انحدار بطيئة ودرجات حرارة منخفضة للذروة. تتمتع سبائك SAC، وهي المعيار العالمي للإلكترونيات الخالية من الرصاص، بنقطة انصهار تصل إلى 217 درجة مئوية تقريبًا، أي أعلى بنحو 34 درجة من الرصاص القصدير. قد يبدو ذلك صغيرا، لكنه تحول حاسم. معدلات الانحدار سريعة جدًا، والصدمة الحرارية بين غرفة تبلغ درجة حرارتها 25 درجة مئوية و217 درجة مئوية ستؤدي إلى تشقق المكثفات الخزفية، والمقاومات ذات الأغشية الرقيقة، وحتى حزم IC الدقيقة. درجات الحرارة القصوى مرتفعة جدًا، وسوف تحرق تدفق اللحام، مما يترك المفاصل ذات ترطيب ضعيف، أو تتحلل شرائح اللوحة، مما يؤدي إلى تشوه المجموعة بأكملها. حتى أفضل آلات التصنيع الخاصة بالالتقاط والوضع الدقيق لا يمكنها إصلاح التدفق السيئ - إن ملف التعريف الخاص بك هو العمود الفقري لمفاصل اللحام الموثوقة.

قبل حتى أن تلمس مناطق درجة حرارة الفرن الخاص بك، تحتاج إلى جمع البيانات الأساسية. هذه هي الخطوة التي تتخطاها العديد من الفرق، وهي النقطة التي تخطئ فيها معظم الملفات الشخصية. أولاً، اسحب BOM (فاتورة المواد) الخاصة بك وتحقق من مواصفات جميع الأجزاء الخاصة بك. غالبًا ما تدرج الدوائر المتكاملة للمستهلك الحد الأقصى لدرجة حرارة الجسم (عادةً 260 درجة مئوية للتعريضات القصيرة، وأحيانًا أقل للمكونات ذات عدد الدبوس العالي)، وقد تحتوي مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور السميكة على درجات حرارة أقل للتزجج (Tg) والتي تحدد ذروة درجات الحرارة، كما أن 0201 أو 01005 السلبي أكثر حساسية للصدمات الحرارية من المكونات الأكبر مثل الموصلات.

بعد ذلك، عليك بناء مركبة اختبارية. ليس من الضروري أن تكون لوحة إنتاج كاملة - نوصي بلوحة صغيرة تتضمن كل مكون في قائمة مكونات الصنف لديك، بدءًا من أصغر 01005 إلى أكبر BGAs. ستحتاج أيضًا إلى إعداد مزدوج حراري: نطلب من العملاء دائمًا وضع أربع مزدوجات حرارية على الأقل، وليس واحدًا فقط. واحد على الجانب السفلي من PCB (الأقرب إلى عناصر التسخين في الفرن)، وواحد في الجزء العلوي من BGA كبير، وواحد على 0201 سلبي، وواحد على حافة اللوحة حيث يمكن أن تكون درجة الحرارة غير متساوية. قم بإرفاقها باستخدام معجون لحام عالي الحرارة أو شريط حراري - يمكن أن ينفصل الغراء في منتصف التشغيل، مما يؤدي إلى إتلاف بياناتك.

بمجرد تشغيل سيارتك الاختبارية والمزدوجات الحرارية، فقد حان الوقت لبدء معايرة فرن إعادة تدفق الهواء الساخن. تم تصميم أفران إعادة التدفق ذات الـ 6 مناطق لتحقيق أقصى قدر من التحكم، ولكن حتى الفرن الجديد يحتاج إلى معايرة أولية قبل الاستخدام. أولاً، أغلق جميع أبواب الفرن الناقلة وقم بتشغيل دورة فارغة عند درجة حرارة الذروة المتوقعة، مع التأكد من أن درجة حرارة كل منطقة تقع ضمن ±5 درجة مئوية من نقطة الضبط. تعتمد أفران الهواء الساخن على تدفق هواء موحد، لذا فإن الانسداد الناتج عن حطام الإنتاج السابق يمكن أن يسبب بقعًا باردة - قم بتنظيف عناصر التسخين وفوهات الهواء في الفرن على الأقل كل 500 دورة، أو بعد أي تغيير كبير في قائمة مكونات الصنف. بالنسبة للسياق، فإن آلات تصنيع smt عالية الجودة مثل نظام اللحام بإعادة التدفق ذو الست مناطق HW-R612 لديها عناصر تحكم مستقلة في تدفق الهواء لكل منطقة، مما يجعل ضبط الملامح الخالية من الرصاص أكثر دقة بكثير من الأفران القديمة ذات المنطقتين مع حرارة موحدة.

الآن، جوهر الملف الشخصي: تقسيم دورة إعادة التدفق إلى أربع مراحل متميزة، لكل منها قواعدها الخاصة للحام الخالي من الرصاص. دعونا نقسم ذلك خطوة بخطوة، مع الأرقام التي نوصي بها لمعظم التجميعات القياسية.

1. مرحلة التسخين المسبق (25 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية)
   الهدف هنا هو رفع درجة حرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ببطء لتنشيط تدفق اللحام، دون حدوث صدمة للمكونات. بالنسبة للخلوية من الرصاص، ينبغي أن يكون معدل المنحدر من درجة حرارة الغرفة إلى 150 درجة مئوية من 0.5 درجة مئوية إلى 1.5 درجة مئوية في الثانية. تعني المعدلات الأسرع هنا أن التدفق يمكن أن يحترق قبل أن يقوم بوظيفته في تنظيف أسلاك المكونات والوسادات، مما يؤدي إلى برودة المفاصل. يحدث تنشيط التدفق عادةً بين 100 درجة مئوية و120 درجة مئوية، لذا يجب أن تستغرق هذه المرحلة ما بين 60 و90 ثانية إجمالاً - وهي فترة كافية لتنشيط التدفق بالكامل، ولكن ليس لفترة طويلة بحيث تضيع وقت الإنتاج. راقب بيانات المزدوجات الحرارية هنا: إذا كان مكون صغير 01005 يقرأ 10 درجات مئوية أكثر سخونة من BGA كبير في هذه المرحلة، فستحتاج إلى ضبط تدفقات هواء المنطقة لموازنة درجات الحرارة. غالبًا ما يساعد فريقنا العملاء على تعديل تدفق الهواء في أفران إعادة التدفق لإصلاح هذه التناقضات في النقاط الساخنة أثناء إعداد الملف الشخصي الأولي.

2. مرحلة النقع (150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية)
   هذا هو الجزء الأكثر استخفافًا في الملفات الشخصية الخالية من الرصاص، حيث يقوم الكثير من الشركات المصنعة بقص الزوايا. تتمثل مهمة مرحلة النقع في الاحتفاظ بلوحة PCB عند درجة حرارة ثابتة أقل بقليل من ذوبان اللحام، بحيث تصل جميع المكونات إلى التوازن الحراري. للحصول على خالي من الرصاص، نوصي بالاحتفاظ به عند درجة حرارة 150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية لمدة 60 إلى 120 ثانية. القاعدة الأساسية هنا هي أن درجة حرارة PCB بأكملها يجب ألا تختلف بما لا يزيد عن ±5 درجة مئوية أثناء هذا الانتظار. درجات الحرارة غير المتساوية تعني أن بعض المفاصل تبدأ في التدفق قبل أخرى، مما يؤدي إلى سد اللحام أو المفاصل الجافة. يعد هذا أمرًا بالغ الأهمية بشكل خاص للوحات ذات المكونات المختلطة الكبيرة والصغيرة: تستغرق BGAs الكبيرة وقتًا أطول للتسخين، وبالتالي فإن مرحلة النقع تمنحها الوقت لتتناسب مع بقية اللوحة. عندما نعمل مع عملاء جدد، فإننا غالبًا ما نضبط المناطق الوسطى للفرن (المناطق 2 و3 و4 في طرازنا المكون من 6 مناطق) لضبط درجة حرارة التثبيت هذه، بدلاً من تحريك جميع المناطق مرة واحدة.

   

3. مرحلة إنحسر (200 درجة مئوية إلى درجة حرارة الذروة)
   هنا حيث يذوب اللحام. يبدأ معجون اللحام الخالي من الرصاص في الذوبان عند درجة حرارة 217 درجة مئوية تقريبًا، لذا يجب أن يكون المنحدر من النقع إلى الذروة بطيئًا ويمكن التحكم فيه. نوصي بمعدل انحدار يتراوح بين 0.5 درجة مئوية إلى 1 درجة مئوية في الثانية هنا - فالمعدلات الأعلى ستتسبب في حدوث صدمة حرارية، كما ذكرت سابقًا. درجة حرارة الذروة غير قابلة للتفاوض بالنسبة للخلو من الرصاص: يجب أن تكون 20 درجة مئوية إلى 40 درجة مئوية فوق نقطة انصهار اللحام، أي بين 237 درجة مئوية و257 درجة مئوية. لا تتجاوز أبدًا 260 درجة مئوية، حتى في فترات التعريض القصيرة (لا يزيد إجماليها عن 10 ثوانٍ). نحن نرى العديد من العملاء الجدد يرتكبون خطأ تحديد القمم عالية جدًا "لضمان ترطيب جيد"، ولكن هذا يؤدي إلى تدهور التدفق، وتشوه اللوحة، وحتى انفصال IC. بالنسبة لـ BGAs ذات عدد المسامير المرتفع أو مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور السميكة، سنقوم بضبط الذروة إلى الطرف الأدنى من هذا النطاق، بينما بالنسبة للألواح الصغيرة الرفيعة، قد نستخدم الحد الأعلى، طالما أننا نؤكد أن درجات حرارة جسم المكونات تظل ضمن المواصفات.

4. مرحلة التبريد (الذروة حتى 50 درجة مئوية)
   بمجرد إعادة تدفق اللحام بالكامل، تحتاج إلى تبريد اللوحة ببطء لتجنب الصدمة الحرارية مرة أخرى، ولتشكيل وصلات لحام قوية وموحدة. يجب أن يكون معدل التبريد من 1 درجة مئوية إلى 3 درجات مئوية في الثانية. تجنب التبريد السريع، الذي يمكن أن يخلق طبقات معدنية هشة في وصلات اللحام، مما يؤدي إلى فشل مبكر. تحتوي أفراننا على مناطق تبريد مخصصة مع تدفق هواء يتم التحكم فيه، حتى نتمكن من مساعدة العملاء على ضبط هذه المرحلة لتتناسب مع سمك اللوحة الخاصة بهم - تحتاج الألواح السميكة إلى تبريد أبطأ، ويمكن للألواح المرنة الرقيقة التعامل مع معدلات أسرع قليلاً دون تلف.

الآن، الفحص النهائي الحاسم: التحقق من الصحة. لا يمكنك فقط تعيين هذه الأرقام وتشغيلها. بمجرد الانتهاء من إنشاء ملف التعريف الخاص بك، قم بتشغيل لوحة اختبار وتحقق من قراءات مزدوجة حرارية عبر المجموعة بأكملها. التحقق من ثلاثة مقاييس رئيسية:

1. الوقت الإجمالي فوق 217 درجة مئوية: يجب أن يكون بين 30 و90 ثانية. قصير جدًا، ولن يبتل اللحام تمامًا؛ طويلة جدًا، وسوف تتحلل المكونات.
2. اختلاف درجات الحرارة عبر جميع المكونات: لا يزيد عن ±5 درجة مئوية في أي مرحلة. إذا كانت قراءة المزدوجات الحرارية الموجودة على الموصل أكثر سخونة بمقدار 10 درجات مئوية من BGA، فارجع واضبط تدفقات هواء المنطقة.
3. درجات حرارة جسم المكونات: لا تتجاوز أبدًا الحد الأقصى المدرج من قبل الشركة المصنعة (عادةً 260 درجة مئوية لمعظم الأجزاء المثبتة على السطح).

لقد رأيت فرقًا تهدر مئات الآلاف من الدولارات في محاولة إصلاح المفاصل السيئة بعد الإنتاج، فقط لأنهم تخطوا التحقق من الصحة. بمجرد حصولك على ملف تعريف قوي، ستحتاج إلى تحديثه في كل مرة تقوم فيها بتغيير قائمة مكونات الصنف الخاصة بك، أو تبديل معجون اللحام، أو حتى ضبط سرعة ناقل الفرن الخاص بك - تؤدي التغييرات الصغيرة إلى زيادة الاختلافات الكبيرة في الحرارة.

إذا كنت تقوم بإعداد ملف تعريف خالٍ من الرصاص لأول مرة، أو كان ملفك الشخصي الحالي يسبب لك عيوبًا مثل الجسور أو المفاصل الباردة، فلا تخمن. الأدوات والخبرة المناسبة تصنع الفارق. سواء كنت بحاجة إلى ضبط دقيق لفرن إعادة تدفق الهواء الساخن الموجود لديك، أو كنت تقوم بالترقية إلى نظام مصمم لتحقيق أداء ثابت خالٍ من الرصاص، فإن فريقنا موجود لمساعدتك في تنفيذ عملية إعادة التدفق بشكل صحيح. بالنسبة لمعدات SMT الاحترافية المصممة لتلبية المتطلبات الصارمة للحام الخالي من الرصاص، تواصل معنا اليوم لمناقشة احتياجات الإنتاج الخاصة بك والعثور على الحل المناسب لخط إنتاجك.

مراجع

1. IPC-A-610H: مقبولية التجميعات الإلكترونية، الجمعية الدولية للدوائر المطبوعة
2. دليل اللحام الخالي من الرصاص، J-STD-001، الجمعية الدولية للدوائر المطبوعة
3. أساسيات عملية اللحام بإعادة التدفق، جمعية تكنولوجيا التركيب السطحي (SMTA)
4. تطبيق معجون اللحام وتحسين التدفق، الدليل الفني للمواد الإلكترونية من Henkel