ما هو الحد الأقصى للوقت المسموح به فوق درجة حرارة الانصهار في عملية اللحام بالتدفق؟

مرحبًا يا رفاق، دعنا ننتقل إلى المطاردة إذا كنت تعمل في تجميع SMT: إن المرحلة الأكثر أهمية في عملية اللحام بإعادة التدفق هي الوقت الذي تقضيه لوحاتك فوق السائل (TAL، باختصار). إذا أفسدت هذا الأمر، فسوف تحصل على مفاصل باردة، وشواهد القبور، وتلف المكونات - كل الأشياء التي تقتل الإنتاجية وتجعل مديريك المباشرين يسحبون شعرهم. باعتباري أحد موردي اللحام بإعادة التدفق الذي قضى سنوات في تعديل الأفران واستكشاف أخطاء خطوط الإنتاج وإصلاحها، يُطرح علي هذا السؤال كل يوم: ما هو الحد الأقصى للوقت الذي يمكننا أن نسمح فيه بالانزلاق فوق السائل؟

أولاً، دعونا نرتكز على الأساسيات لأي شخص جديد هنا. اللحام الخالي من الرصاص (المعيار الآن، لا مزيد من مواد الرصاص القصدير 63/37 القائمة على الصنوبري) له نقطة انصهار تبلغ حوالي 217 درجة مئوية (423 درجة فهرنهايت) لـ SAC305، وهي السبائك الأكثر شيوعًا. عندما نتحدث عن TAL، فهذه هي الفترة التي تبدأ من تحول كريات عجينة اللحام الأولى إلى سائلة إلى عندما تتصلب آخر كريات مرة أخرى - أي ما يقرب من 217 درجة مئوية (اضبط قليلاً إذا كنت تستخدم سبيكة مختلفة، مثل SAC405، لكننا نلتزم بـ SAC305 هنا نظرًا لأنه معيار الصناعة).

هنا تصبح الأمور صعبة: لا يوجد رقم واحد يناسب الجميع. يعتمد ذلك على مكوناتك، والكتلة الحرارية للوحة، وسبائك اللحام التي تختارها، وما هي أهداف العملية الخاصة بك. ولكن لنبدأ بخط الأساس الذي أقوله دائمًا لعملائنا: بالنسبة لمعظم تجميعات SMT القياسية، لا ترغب في دفع TAL لأكثر من 90 ثانية. انتظر، انتظر - قبل أن تثير حاجبك، هذا هو الحد الأعلى للوحات ذات التعقيد المنخفض إلى المتوسط. ولكن إذا كنت تعمل مع مكونات صغيرة حساسة للحرارة مثل الدوائر المتكاملة أو الرقائق الدقيقة، فإن هذا العدد ينخفض. لقد رأيت لوحة تحتوي على مجموعة من المقاومات 0201 وBGA تفرقع مفصلًا لأننا سمحنا لـ TAL بالوصول إلى 85 ثانية، لكن لوحة أخرى بها طائرات نحاسية ثقيلة تعمل بشكل جيد في 82 ثانية. كل شيء متغير.

لماذا يهم TAL كثيرا؟ دعونا كسرها. عندما يكون اللحام سائلاً، فهو معرض لخطر نمو المركب المعدني (IMC). IMCs عبارة عن طبقات هشة تتشكل بين أسلاك اللحام والمكونات / منصات ثنائي الفينيل متعدد الكلور. إذا كانت TAL طويلة جدًا، فإن تلك IMC تصبح سميكة جدًا، مثل أكثر من 5 ميكرون. IMCs السميكة لا تنثني؛ فهي تتشقق عندما تتعرض اللوحة لاهتزاز أو صدمة حرارية، مما يؤدي إلى توصيلات متقطعة أو فشل كامل. علاوة على ذلك، يمكن للمكونات الحساسة للحرارة (مثل مصابيح LED أو المكثفات البلاستيكية أو حتى بعض وحدات التحكم الدقيقة) أن تتحلل إذا بقيت في درجات حرارة عالية لفترة طويلة جدًا. لقد جاء إليّ أحد العملاء ذات مرة ومعه مجموعة من أجهزة تنظيم الحرارة الذكية المعيبة - وتبين أن فرن إعادة التدفق القديم الخاص بهم كان يعمل لمدة 110 ثانية، مما أدى إلى إذابة البلاستيك في وحدات استشعار درجة الحرارة. أوه.

الآن، دعونا نتحدث عن كيفية تغيير إعداد الفرن الخاص بك لهذا. إذا كنت تستخدم فرنًا أساسيًا لإعادة التدفق ثلاثي المناطق (مثل فرن الهواء الساخن بالأشعة تحت الحمراء الذي نقدمه لعمليات التشغيل الصغيرة)، فقد تجد وقتًا أكثر صعوبة قليلاً في الحفاظ على TAL محكم لأن عدد المنطقة أقل. لكن الأفران الحديثة التي يتم التحكم فيها باستخدام الحاسب الآلي تتيح لك إجراء مرحلتي النقع وإعادة التدفق بدقة فائقة. بالنسبة للخطوط ذات الحجم الكبير، توفر أفران إعادة التدفق ذات 8 مناطق أو الطرازات ذات 10 مناطق تحكمًا أفضل، بحيث يمكنك الوصول إلى TAL الموجود في المكان المناسب دون ارتفاع درجة حرارة الأجزاء. على سبيل المثال، إذا كنت تقوم بتشغيل لوحة ذات كتلة حرارية تبلغ 100 جرام، فقد تقوم بتشغيل TAL أطول (يصل إلى 85 ثانية) لأن الكتلة تعمل على موازنة الحرارة، وبالتالي لا تبقى المكونات في المنطقة الساخنة لفترة طويلة جدًا. لكن اللوحة ذات الكتلة المنخفضة، مثل لوحة PCB الرقيقة ذات المقاومات الصغيرة، تحتاج إلى حد أقصى لـ TAL عند 70-75 ثانية كحد أقصى.

انتظر، دعنا نوضح أمور الاختبار، لأن الكثير من الأشخاص يتخطون هذا الجزء. لا يمكنك تخمين TAL فحسب، بل عليك قياسه. قم بلصق مزدوج حراري على العنصر الأكثر بعدًا وحساسًا للحرارة على اللوحة الخاصة بك (ليس فقط BGAs الكبيرة أو المقاومات الصغيرة 01005 أو الموصلات الدقيقة) وقم بتشغيل ملف تعريف اختبار. هذه هي الطريقة الوحيدة للحصول على أرقام TAL دقيقة، لأنه إذا قمت بقياس درجة الحرارة على مستوى نحاسي كبير، فسوف يؤدي ذلك إلى تحريف البيانات ويجعلك تعتقد أن TAL جيد عندما تكون في الواقع مرتفعة جدًا بالنسبة للأجزاء الحساسة لديك.

الآن، دعونا نصل إلى الحدود الصعبة. لقد كنت في هذه الصناعة لفترة كافية لأعلم أن شخصًا ما سيدفع الظرف ويسأل: "هل يمكننا أن نمضي 100 ثانية؟" الإجابة المختصرة هي: فقط في حالات محددة للغاية. إذا كنت تستخدم لحام يحتوي على الرصاص، فستكون نقطة الانصهار أقل (183 درجة مئوية)، لذا من الناحية الفنية يمكن أن يكون لديك تل أطول، لكن الرصاص أصبح قديمًا الآن بسبب اللوائح البيئية. بالنسبة إلى المنتجات الخالية من الرصاص، فإن 100 ثانية تعتبر علامة حمراء إلا إذا كنت تقوم بتجميع متخصص للغاية بمكونات مصنفة لدرجات حرارة إعادة التدفق العالية - مثل وحدات الطاقة ذات القواعد النحاسية السميكة. وحتى ذلك الحين، أنصح باختباره أولاً. أكثر من 100 ثانية؟ لم يسبق لي أن رأيت تلك النهاية بشكل جيد. كان لدينا عميل جرب 120 ثانية على مجموعة من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور للسيارات، وطور نصف BGAs شقوقًا صغيرة في غضون 6 أشهر من الاستخدام. أدت مطالبات الضمان إلى مقتل أرباحهم في ذلك الربع.

دعونا نتطرق أيضًا إلى كيفية ارتباط معدات الالتقاط والوضع بهذا الأمر، نظرًا لأن الكثير من الأشخاص يتجاهلون العلاقة بين دقة تحديد الموضع وإعادة تدفق TAL. انتظر، نعم - إذا كان الاختيار والمكان الخاص بك لا يضع المكونات بشكل صحيح، فقد تضطر إلى تشغيل خطوة إعادة العمل، ولكن أيضًا، يمكن أن يؤدي وضع المكونات غير المتساوي إلى نقاط فعالة على اللوحة، مما يؤدي إلى إفساد TAL الخاص بك. عندما تقوم بالتقاط الأجهزة الإلكترونية ووضعها، فإنك تحتاج إلى محاذاة دقيقة للتأكد من أن كل مكون ثابت بشكل مسطح، بحيث يتم توزيع الحرارة بالتساوي أثناء إعادة التدفق. ولهذا السبب فإن العمل باستخدام آلات الالتقاط والوضع الموثوقة والدقيقة أمر مهم - فقد رأينا الخطوط ذات المقاومات 0201 المنحرفة تنتهي بمفاصل باردة لأن اللحام لم يتدفق بشكل صحيح، حتى مع ملف تعريف TAL الصحيح. إذا كنت في السوق للحصول على معدات يمكن إقرانها بفرن إعادة التدفق الخاص بك، فاطلع على مواردنا الخاصة بالتحكم الرقمي في التقاط الأجهزة الإلكترونية ووضعها هنا.

نقطة أخرى: نوع معجون اللحام الخاص بك. عدم التنظيف مقابل الذوبان في الماء، أصبح عدم التنظيف أكثر شيوعًا الآن، ويؤثر على كيفية تنشيط اللحام. تحتوي المعاجين غير النظيفة على نافذة تنشيط حول درجة حرارة السائل، لذلك إذا كان TAL قصيرًا جدًا، فإن التدفق لا يعمل بشكل كامل، مما يؤدي إلى تلف المفاصل. إذا كانت طويلة جدًا، فإن التدفق يحترق، ولا يترك أي حماية، ومرة ​​أخرى، المزيد من IMCs. لذلك يجب على TAL أن يتوافق مع مواصفات المعجون الخاص بك. تتم معايرة آلات تصنيع المكونات الإلكترونية smt الخاصة بنا للعمل مع جميع المعاجين الرئيسية الخالية من الرصاص، حتى نتمكن من مساعدتك في مزامنة ملف التعريف الخاص بك مع الجدول الزمني لتنشيط المعجون الخاص بك.

دعونا نحلل مثالًا من العالم الحقيقي لجعل هذا الأمر ملموسًا. في الربع الأخير، جاء إلينا أحد العملاء الذين يصنعون الأجهزة الطبية القابلة للارتداء (معايير جودة صارمة للغاية، ولا يمكنهم تحمل العيوب) مع فرن إعادة التدفق ثلاثي المناطق الخاص بهم، وحصلوا على TAL لمدة 95 ثانية. لقد حصلوا على معدل عيب بنسبة 3٪ من المفاصل السيئة. قمنا بتبديل فرن إعادة التدفق ثنائي الناقل ذو الثماني مناطق HW-R816Z الخاص بنا بـ SMT، وقمنا بتعديل ملف التعريف الخاص بهم ليصل إلى TAL 72 ثانية، وانخفض معدل الخلل إلى 0.2٪. هذه هي قوة الحصول على TAL بشكل صحيح. عميل آخر، وهو مصنع لإلكترونيات الطاقة مزود بمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ثقيلة وعالية الكتلة، يستخدم فرن اللحام بإعادة التدفق ذو العشر مناطق HW-R10 لتجميع SMT ويقوم بتشغيل TAL لمدة 88 ثانية دون مشاكل - تم تصنيف أجزائه لتدفق 260 درجة مئوية، حتى يتمكنوا من التعامل مع النوافذ الأطول.

أرى الآن أخطاء شائعة: يخلط الأشخاص بين TAL وإجمالي وقت إعادة التدفق. الوقت الإجمالي فوق 150 درجة مئوية (منطقة النقع) ليس هو نفسه TAL. يعتقد العديد من المهندسين الجدد، "أوه، لدينا إجمالي 180 ثانية فوق 150، هذا جيد"، ولكن إذا كانت 70 ثانية فقط منها أعلى من 217 درجة مئوية، فهذا في الواقع ملف تعريف جيد. منطقة النقع مخصصة لتجفيف المعجون وتسخين المكونات مسبقًا، وليس لإعادة التدفق. ركز على تلك النافذة السائلة، وليس على درجة الحرارة المنخفضة.

خطأ آخر: عدم احتساب سرعة الناقل. إذا كان ناقل فرن إعادة التدفق الخاص بك سريعًا جدًا، فإن اللوحة الخاصة بك تقضي وقتًا أقل في منطقة إعادة التدفق، لذلك ينخفض ​​TAL. إذا كان بطيئًا جدًا، فإن TAL يزحف. عندما نقوم بإعداد خط جديد، نقوم بمعايرة سرعة الناقل وفقًا لعدد مناطق إعادة التدفق، بحيث يكون لدى اللوحة الوقت المناسب تمامًا في كل منطقة للوصول إلى الهدف TAL. بالنسبة للخطوط ذات الحجم الكبير، يتيح لك وجود فرن مزدوج الناقل (مثل طراز HW-R816Z) تشغيل ملفين مختلفين في نفس الوقت، وهو أمر رائع للألواح المختلطة ذات احتياجات المكونات المختلفة.

لذا، في الختام، ما هو الحد الأقصى المسموح به لـ TAL؟ يعتمد الأمر، لكن هذه هي القاعدة الأساسية التي أعطيها لكل عميل:

1. بالنسبة لتجميعات SMT القياسية (الإلكترونيات الاستهلاكية، مكونات 0201-0805، اللوحات منخفضة الكتلة): الحد الأقصى 75-85 ثانية.
2. بالنسبة للوحات متوسطة الكتلة (مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الخاصة بالسيارات، وBGAs بمسافة 0.5 مم): بحد أقصى 80-90 ثانية.
3. بالنسبة للتركيبات ذات الكتلة العالية والمقاومة للحرارة (وحدات الطاقة، وأدوات التحكم الصناعية): الحد الأقصى للمدة من 90 إلى 100 ثانية، ولكن فقط إذا قمت باختبار معدلات حرارة مكوناتك.
4. لا تتجاوز أبدًا 100 ثانية من اللحام الخالي من الرصاص - توقف كامل.

إذا كنت لا تزال غير متأكد من مكان خطك، أو كنت تتطلع إلى ترقية فرن إعادة التدفق أو معدات الانتقاء والمكان للحصول على تحكم أكثر إحكامًا في TAL، فتواصل مع فريقنا للدردشة من خلال الإعداد المحدد الخاص بك. نحن لا نقدم نصيحة مقاس واحد يناسب الجميع هنا، لأننا نعرف أن كل سطر وكل لوحة وكل مكون مختلف. سواء كنت بحاجة إلى فرن إعادة تدفق صغير ثلاثي المناطق للنماذج الأولية، أو نموذج كبير الحجم مكون من 8 مناطق، أو آلات الالتقاط والوضع CNC للاقتران بخط إعادة التدفق الخاص بك، فلدينا المعدات والخبرة لمساعدتك في تأمين TAL المثالي وخفض معدل الخلل لديك.

مراجع

1. IPC-A-610، قبول التجميعات الإلكترونية. جمعية IPC لربط الصناعات الإلكترونية، 2023.
2. إرشادات عملية اللحام الخالية من الرصاص. J-STD-020، التصنيف الدولي للبراءات، 2022.
3. تحسين ملف درجة حرارة اللحام بإعادة التدفق: الوقت فوق تأثيرات Liquidus. مجلة تكنولوجيا تركيب السطح، المجلد. 35، العدد 2، 2021.
4. الحساسية الحرارية لمكونات SMT: حدود TAL للأجهزة البلاستيكية والسيراميك. تقرير تكنولوجيا المكونات، المبادرة الدولية لتصنيع الإلكترونيات (iNEMI)، 2020.