ما هي درجة حرارة إعادة التدفق للحام الخالي من الرصاص؟

إذا كنت قد عملت من قبل في مجال تصنيع الإلكترونيات - سواء كنت تصنع الهواتف الذكية، أو مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور للسيارات، أو الأجهزة الاستهلاكية القابلة للارتداء - فمن المحتمل أنك سمعت مصطلح "لحام إعادة التدفق". وإذا كنت تستخدم لحامًا خاليًا من الرصاص (وهو أمر إلزامي في معظم المناطق الآن، وذلك بفضل اللوائح البيئية مثل RoHS)، فإن السؤال الكبير الذي يطرحه الجميع هو: ما هي درجة حرارة اللحام المناسبة لإعادة التدفق؟ باعتباري مورد لحام بإعادة التدفق والذي عمل مع فرق SMT لأكثر من عقد من الزمان، فقد رأيت الكثير من المشاريع تسير بشكل جانبي بسبب ملف تعريف درجة الحرارة السيئ - إما ساخن جدًا وتحرق المكونات، أو بارد جدًا وتكون مفاصلك هشة. دعونا نحلل هذا الأمر ببساطة، بدون مصطلحات زائدة، مجرد حديث حقيقي من شخص كان في خضم الأمر مع آلات الالتقاط والمكان وأفران إعادة التدفق كل أسبوع.

أولاً، دعونا نوضح الأساسيات: اللحام الخالي من الرصاص ليس مثل المواد القديمة التي تحتوي على الرصاص والتي انصهرت عند درجة حرارة مريحة تبلغ 183 درجة مئوية (361 درجة فهرنهايت). أكثر السبائك الخالية من الرصاص شيوعًا هذه الأيام هي SAC305 - القصدير والفضة والنحاس - لأنها توازن بين القوة والقدرة على تحمل التكاليف والامتثال. تبلغ نقطة انصهاره حوالي 217 درجة مئوية (423 درجة فهرنهايت)، لذا يجب أن يصل ملف إعادة التدفق الخاص بك إلى ذلك، لكن الأمر ليس سهلاً مثل مجرد تحريك الفرن حتى يتدفق اللحام. تحتاج إلى إنشاء ملف تعريف بمراحل محددة لتجنب قتل لوحاتك أو مكوناتك.

دعونا نسير عبر المراحل الأربع الرئيسية لملف إعادة التدفق القياسي الخالي من الرصاص. المرحلة الأولى هي التسخين المسبق، عادة من 150 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية (302 درجة فهرنهايت إلى 392 درجة فهرنهايت) لمدة 60 إلى 120 ثانية. يؤدي هذا إلى شيئين كبيرين: فهو يجفف أي تدفق على عجينة اللحام (التدفق هو تلك المادة اللزجة التي تنظف الأسطح المعدنية بحيث يلتصق اللحام) ويسخن اللوحة بالتساوي حتى لا تتعرض لصدمة حرارية. تحدث الصدمة الحرارية عندما يتعرض PCB البارد للحرارة مرة واحدة - ستندهش من عدد الشقوق الصغيرة في PCBs أو الشقوق الصغيرة في مقاومات الرقائق التي تأتي من تخطي هذه المرحلة. إذا كنت تستخدم إعدادًا أصغر، مثل أفران إعادة التدفق ثلاثية المناطق للنماذج الأولية، فقد تحتاج إلى تعديل وقت التسخين المسبق لأن الألواح الأصغر حجمًا تسخن بشكل أسرع.

المرحلة الثانية هي مرحلة النقع، والتي يتخطاها أو يتعجلها الكثير من الشباب الجدد. هذا هو المكان الذي تحتفظ فيه بدرجة الحرارة المسبقة - عادةً من 180 درجة مئوية إلى 200 درجة مئوية (356 درجة فهرنهايت إلى 392 درجة فهرنهايت) - لمدة 60 إلى 90 ثانية أخرى. الهدف هنا هو جعل جميع المكونات (الكبيرة والصغيرة) تصل إلى نفس درجة الحرارة، والتأكد من أن التدفق نشط بما يكفي لإزالة الأكسدة من الوسادة وكرة اللحام. إذا لم تنقع الماء بدرجة كافية، فسوف تصاب بمفاصل باردة - تلك الوصلات الباهتة والمحببة التي تنكسر بمرور الوقت، وهو ما يمثل كابوسًا للفشل الميداني. أتذكر عميلاً استخدم فرنًا رخيصًا بثلاث مناطق وتخطى النقع؛ كان عليهم إعادة صياغة 30% من لوحاتهم. وذلك عندما أوصينا بالترقية إلى وحدة أكثر دقة، مثلفرن لحام بإعادة التدفق بعشر مناطق HW-R10 لتجميع SMT، والتي تحتوي على مناطق مخصصة لنقع الأظافر بشكل مثالي.

التالي هو مرحلة إعادة التدفق، الجزء الذي يهتم به الجميع. هذا هو المكان الذي تصل فيه إلى الذروة عند 245 درجة مئوية (473 درجة فهرنهايت) كحد أقصى، أليس كذلك؟ انتظر، انتظر، لا تصل إلى تلك الذروة بالضبط بأقصى سرعة. أنت تريد منحدرًا لطيفًا يصل إلى الذروة، مع 10 إلى 15 ثانية فقط فوق نقطة انصهار SAC305 البالغة 217 درجة مئوية. لماذا؟ لأن المكونات مثل الدوائر المتكاملة لا يمكنها التعامل مع الحرارة العالية جدًا لفترة طويلة. تتمتع معظم أجزاء SMT القياسية بتصنيف أقصى يبلغ 260 درجة مئوية، لذلك لن ترغب أبدًا في تجاوز ذلك. أرى الكثير من المهندسين الجدد يحددون ذروتهم عند 250 درجة مئوية لأنها "تنجز المهمة بسرعة" - ولكن هذه هي الطريقة التي تقتل بها BGAs أو الموصلات الحساسة. المفتاح هنا هو مراقبة درجة الحرارة في جميع أنحاء اللوحة، وليس في مكان واحد فقط. إذا كان هناك مكون طاقة كبير بجوار شريحة 0201 صغيرة، فستكون احتياجاته الحرارية مختلفة، لذا فإن الفرن متعدد المناطق غير قابل للتفاوض من أجل الاتساق. المعدات تصنيع الدوائر الإلكترونية PCBتحتوي الصفحة على تفاصيل رائعة لكيفية تأثير عدد المناطق على دقة الملف الشخصي، لذا تحقق من ذلك إذا كنت قد بدأت للتو.

ثم هناك مرحلة التهدئة، والتي غالبًا ما يتم تجاهلها ولكنها مهمة للغاية. تحتاج إلى تبريد اللوح إلى درجة حرارة الغرفة (أو على الأقل 75 درجة مئوية/ 167 درجة فهرنهايت) خلال 30 إلى 60 ثانية، ويجب أن يكون التبريد ثابتًا وبطيئًا، وليس دفقة مفاجئة من الهواء البارد. التبريد السريع يجعل حبيبات اللحام أصغر، مما يخلق مفاصل أقوى وأكثر موثوقية. إذا قمت بالتبريد ببطء شديد، فستحصل على حبيبات أكبر وأكثر هشاشة، وهذا أمر رائع بدون مقابل، خاصة في قطع غيار السيارات أو الأجزاء الطبية التي تتعرض للاهتزاز. لقد عملت ذات مرة مع أحد عملاء الطيران الذين تحولوا إلى خدماتناHW-R816Z فرن إنحسر ثنائي الناقل بثمانية مناطق لـ SMTلأن فرنهم القديم كان تبريده ضعيفًا؛ لقد انخفض معدل فشلهم المشترك بنسبة 40٪ بين عشية وضحاها. تعد الناقلات المزدوجة أيضًا بمثابة فوز إذا كنت تقوم بتشغيل كميات كبيرة، حيث يمكنك عمل لوحين في وقت واحد دون التلوث المتبادل.

الآن، هذا هو الأمر: لا يوجد ملف تعريف واحد يناسب الجميع. يعتمد ذلك على حجم اللوحة ومزيج المكونات وحتى مواصفات الشركة المصنعة لمعجون اللحام. تتطلب بعض معاجين اللحام فترات نقع أقصر، والبعض الآخر يحتاج إلى ذروة أعلى. ولهذا السبب فإن الاختبار غير قابل للتفاوض. أنا دائمًا أطلب من العملاء تشغيل لوحة اختبار باستخدام المزدوجات الحرارية المتصلة بمواقع مختلفة - المكونات الكبيرة، والرقائق الصغيرة، وحواف ثنائي الفينيل متعدد الكلور - للتأكد من أن كل نقطة تقع ضمن النطاق الموصى به. إذا كنت تقوم بإنشاء نماذج أولية بكميات صغيرة، فلن تحتاج إلى فرن ضخم بعشر مناطق؛ مدمجماكينة تصنيع الرقائق CNC اختيار ومكانمقترنًا بفرن إنحسر ثلاثي المناطق يعمل بشكل جيد. بالنسبة للحجم المتوسط، وحدة من 6 مناطق منتصنيع آلات الالتقاط والوضع الدقيقالخط مثالي، لأنه يوازن بين الدقة والسرعة دون كسر البنك.

انتظر، دعونا نتحدث عن الأخطاء الشائعة. أولاً، لا نأخذ في الاعتبار حساسية درجة حرارة المكونات. قد يكون لشيء مثل LED درجة حرارة قصوى أقل من وحدة التحكم الدقيقة، لذلك تحتاج إلى ضبط ملف التعريف على أضعف رابط. ثانيا، تجاهل نشاط التدفق. إذا كانت درجة حرارة إعادة التدفق منخفضة جدًا، فلن يتم تنشيط التدفق بشكل صحيح، مما يؤدي إلى حدوث فراغات. الفراغات عبارة عن فقاعات هواء صغيرة في وصلات اللحام، فهي تضعف الاتصال، وفي التطبيقات عالية الضغط، تعتبر هذه قنبلة موقوتة. ثالثا، اكتظاظ الفرن. إذا قمت بتشغيل الألواح بالقرب من بعضها البعض، فإن الهواء الساخن يدور بشكل خاطئ، وبالتالي سيكون ملف التعريف الخاص بك غير متسق. اترك دائمًا مسافة بين الألواح في الفرن، وتحقق من سرعة الناقل مقابل درجة حرارة منطقتك.

شيء كبير آخر: الامتثال. تتطلب معظم المناطق الآن لحامًا خاليًا من الرصاص، لذا فإن قطع الزوايا باستخدام درجة حرارة منخفضة جدًا سيؤدي إلى تعليق منتجاتك في الجمارك أو حظرها من الأسواق. لقد جاء إلي عملاء بعد دفعة سيئة لأنهم استخدموا ملف تعريف اللحام المحتوي على الرصاص على الألواح المحتوية على الرصاص - كارثة كاملة. التزم بـ SAC305 (أو SAC-Q إذا كنت بحاجة إلى مقاومة أفضل لدرجات الحرارة العالية) والتزم بنطاقات الحرارة التي تحدثنا عنها.

إذا كنت تقوم فقط بإعداد خط إعادة التدفق الأول، فلا تبخل بالمعدات. قد يوفر لك الفرن الرخيص الذي لا يحمل اسمًا المال مقدمًا، لكن تكاليف إعادة العمل بسبب الوصلات السيئة والنماذج الأولية الفاشلة ستستنزف ميزانيتك. إن الاستثمار في فرن إعادة التدفق الموثوق الذي يتيح لك تخصيص الملفات الشخصية يستحق كل قرش. لقد ساعدنا العشرات من المتاجر الصغيرة على التوسع من النماذج الأولية إلى الإنتاج الكامل باستخدام أفراننا، لذلك نحن نعرف خصوصيات وعموميات مطابقة الماكينة المناسبة لاحتياجاتك.

في نهاية المطاف، درجة حرارة اللحام بإعادة التدفق للحام الخالي من الرصاص ليست رقمًا عشوائيًا، بل هي توازن بين الحرارة والوقت والتحكم. احصل على الشكل الصحيح، واستخدم الفرن المناسب لحجمك ومزيج المكونات، وستحصل على وصلات لحام قوية وموثوقة في كل مرة. إذا كنت لا تزال في حيرة من أمرك بشأن ملف التعريف الذي يناسب مشروعك المحدد، أو ترغب في ترقية إعداد إعادة التدفق الخاص بك للتوقف عن التعامل مع حالات الفشل المشتركة، فاتصل بنا للدردشة حول احتياجاتك. نحن لسنا مجرد موردين، بل نحن الفريق الذي يتواجد معك فعليًا، حيث نقوم باستكشاف الأخطاء وإصلاحها في الملفات الشخصية ومساعدتك في اختيار المعدات المناسبة لجعل خطوط SMT الخاصة بك تعمل بسلاسة.

مراجع

IPC-J-STD-020، "تصنيف حساسية الرطوبة/إعادة التدفق لأجهزة التركيب السطحية ذات الحالة الصلبة غير المحكمية"
IPC-SM-817، "متطلبات التجميعات الكهربائية والإلكترونية الملحومة"
ورقة البيانات الفنية لمعجون اللحام SAC305، شركة Indium، 2022
توجيه ROHS 2.0 2011/65/EU، البرلمان الأوروبي، 2011