گردش پروفایل های لحیم کاری

این دستورالعمل ها مخصوصاً برای اجاق های دسته ای (اجاق گازهای بالا یا اجاق های سبک به روش کوره) نیز کاربرد دارند. مشخصات دما در بخشی از طراحی (مکانیکی) اجاق تنظیم شده است و اجاق های دسته ای نسبت به اجاق های تسمه نقاله طراحی کاملاً متفاوت دارند.

به ویژه ، این دستورالعملها برای اجاق گاز بازتابی "eC-reflow -mate" از Eurocircuits اعمال می شود .

یک تفاوت خاص تأثیر عدم تحرک حرارتی است. اینرسی حرارتی در خود اجاق گاز و PCB (و اجزای سازنده) وجود دارد. در اجاق گاز کمربند نوار نقاله ، PCB از لحاظ جسمی در مناطق مختلف گرم کردن در اجاق گاز جابجا می شود و بنابراین ، اینرسی حرارتی در این مناطق گرمایش عواقب کمی بر روی PCB (به محض خارج شدن PCB از اجاق گاز) ندارد. بیشتر چه مدت فر داغ می ماند).

در اجاق گاز تسمه نقاله ، فاصله بین مناطق گرمایش ثابت است و تسمه نقاله در تمام مناطق جریان دارد و بنابراین ، PCB در تمام مناطق با همان سرعت حرکت می کند. مشکل کالیبره کردن پروفایل برای اجاق گاز کمربند نقاله این است که تغییر پارامتر برای یک منطقه به طور معمول بر خصوصیات مناطق دیگر تأثیر می گذارد. در مقایسه ، اجاق گاز دسته ای امکان انعطاف پذیری در پروفایل را فراهم می آورد. به گفته این ، به دلیل عدم تحرک حرارتی نسبتاً بزرگ ، منحنی دمای واقعی از مشخصات (نظری) منحرف می شود.

بنابراین ، راه حل پیش بینی عدم تحرک حرارتی در پروفایل است. دانش مورد نیاز برای تصمیم گیری باید با اندازه گیری های واقعی بدست آید.

ویژگی های "eC-reflow-mate"

Eurocircuits eC - reflow -mate یک اجاق گاز دسته ای با بخاری های مادون قرمز کوارتز در بالا و پایین به علاوه همرفت (جریان هوا کنترل شده) است. اجاق گاز دارای دو سنسور درجه حرارت شناور (بالا و پایین) و مقرر اتصال یک سنسور بر روی PCB (سنسور "خارجی") است.

Eurocircuits اسناد می کند که لامپ های مادون قرمز 20 تا 30 ثانیه طول می کشد تا در دمای مطلوب گرم شود. سیستم عامل اجاق گاز قبل از رسیدن به دمای مطلوب ، لامپ های مادون قرمز را از 8 درجه سانتیگراد خاموش می کند تا اینرسی را از نظر حرارتی لامپ ها جبران کند.

حداکثر سطح رمپ دما (برای گرم کردن) تقریباً 1.5 درجه سانتی گراد در ثانیه است. رمپ دمای خنک کننده برای فر تقریباً 0.8 درجه سانتیگراد در ثانیه است ، اما PCB کندتر (به دلیل بی تحرکی حرارتی) کندتر می شود. در دمای از قبل تنظیم شده ، درب اجاق گاز برای سرمایش سریع (خنک کننده هوا آزاد) باز می شود.

سنسور دمای PCB (سنسور "خارجی") یک ترموکوپل از نوع K با سیمهای نیمه سفت و سخت است. سنسور را می توان روی PCB ضبط کرد ، اما نباید لحیم شود.

قاب PCB در مقابل صفحه مشبک در مقابل فاصله دهنده های PCB

در بعضی از اجاق های بازتابنده ، PCB در یک قاب قرار می گیرند که PCB را فقط در لبه ها لمس می کند. هدف از این فریم ، به حداقل رساندن سطح تماس بین PCB و فر است ، تا از گرما از PCB دور نشود. اجاق گازهای دیگر دارای یک صفحه مشبک هستند که PCB ها را روی آن قرار می دهید. نقطه ضعف شبکه این است که اجازه می دهد تا گرما از PCB دور شود ، یک مزیت این است که گرما به طور مساوی در انتهای PCB پخش می شود.

فاصله دهنده PCB (حالت ایستاده)

eC-reflow-mate دارای صفحه مشبک و دارای مجموعه ای از فاصله دهنده ها است. در هنگام استفاده از فاصله دهنده ها ، eC-reflow-mate دارای همان ویژگی های اجاق گاز است که PCB را در یک قاب بست می کند. در اصل ، فاصله دهنده ها از جنس آلومینیوم (روکش آبی) بودند. اخیراً ، Eurocircuits برای ایجاد بهبود عایق حرارتی ، فاصله هایی از یک ترکیب مصنوعی (سفید) را فراهم می کند. یک قاب PCB به عنوان گزینه ای برای eC-reflow-mate در دسترس است.

یک عارضه جانبی استفاده از فاصله دهنده ها روی یک شبکه (یا استفاده از یک قاب) این است که PCB کندتر کند می شود. از آنجا که خنک کننده معمولاً در اجاق گاز دسته ای کند است ، این باید در پروفایل جبران شود.

بدیهی است که وقتی یک PCB از دو طرف دارای اجزای سازنده باشد ، شما گزینه دیگری برای استفاده از اسپیسر یا یک فریم ندارید.

موقعیت یابی سنسور دما PCB

بسیاری از اجاق های بازتابنده دسته ای از سنسور ترموکوپل برای اندازه گیری دمای PCB استفاده می کنند. این سنسور باید دمای نقطه سرد مربوطه را در PCB اندازه گیری کند. بنابراین در حالت ایده آل ، این سنسور در پین زمین یک قطعه بزرگ لحیم شده است ، یا در داخل یک نزدیکی از این پین زمین بسته شده است.

سردترین نقطه در PCB نباید جایی باشد که اجزای آن لحیم شوند. به عنوان مثال ، یک منطقه مس بزرگ (به عنوان مثال یک منطقه زمینی) اما در غیر این صورت غیرقابل استفاده ، ممکن است "نقطه سرد" PCB باشد. با این وجود ، از آنجا که هیچ اجزایی در آن مکان خالی برای لحیم کاری وجود ندارد ، درجه حرارت آن اهمیتی ندارد. نقطه سرد مربوط به PCB سردترین نقطه اتصال (یا نزدیک) اتصال لحیم است.

همه ترموکوپل ها در برابر لحیم کاری مقاومت نمی کنند ، و حتی در هنگام استفاده از یک ترموکوپل مقاوم در برابر لحیم کاری ، معمولاً غیرممکن است - حداقل حداقل غیر عملی ، حسگر درجه حرارت را در PCB بعد از انجام انتخاب و مکان لحیم کنید ، یا از آنجا پیدا کنید که در آن نزدیکی باشد. ، با یک سوراخ که اندازه مناسب داشته باشد و از مقاومت در برابر لحیم کاری پوشیده نشده باشد.

در عمل ، سنسور روی یک نقطه خالی روی PCB ضبط می شود (یا گیره می شود). بهترین نقطه برای ضبط یا بستن سنسور هنوز در نزدیکی یک نقطه سرد است که می تواند در یک قطعه زمین / منطقه در نزدیکی یک جزء بزرگ باشد. مناطق پرجمعیت در PCB همچنین سردتر از مناطق غیرمجاز است.

خواص خمیر لحیم کاری

لحیم کاری مشترک آلیاژی از قلع ، نقره ، سرب و مس فلزات است. نقاط ذوب این فلزات عبارتند از:

با این وجود آلیاژها دمای ذوب کمتری نسبت به فلزات خالص دارند:

برای لحیم کاری با سرب ، آلیاژ Sn63Pb37 تقریباً بصورت جهانی مورد استفاده قرار می گیرد. برای لحیم کاری بدون سرب ، آلیاژ Sn96.5Ag3Cu0.5 رایج ترین است. این آلیاژ به اختصار SAC305 نیز معروف است.

فلزات خالص دارای انتقال شدید از جامد به مایع هستند: در زیر نقطه ذوب ، ماده جامد است ، بالاتر از نقطه ذوب ، مایع است. آلیاژ ممکن است دارای یک "محدوده پلاستیکی" باشد که ماده بین فازهای جامد و مایع باشد. آلیاژهایی با نقطه ذوب به جای محدوده ذوب ، آلیاژهای اتیکتریک نامیده می شوند. آلیاژ Sn63Pb37 یک آلیاژ eutectic است.

"ماندگاری" خمیر لحیم به طور کلی 6 تا 9 ماه است. گلدان های خمیر لحیم کاری را باید در فضای خنک نگه داشته شود (1 درجه سانتیگراد تا 6 درجه سانتیگراد) ، اما اجازه داده می شود قبل از استفاده ، دمای اتاق را جمع کند.

خمیر لحیم کاری معمولاً از طریق یک استنسیل بطور معمول از ورق های استیل ضدزنگ برش داده می شود. ضخامت استنسیل بسته به کلاس چگالی قطعات و سطح سطح PCB انتخاب می شود. برای اجزای سطح بسیار ریز (ماسک ≤ 0.4 میلی متر) ، استنسیل ها می توانند ضخامت 0.10 میلی متر (0.004 اینچ) داشته باشند ، در حالی که برای قطعات با سطح 1.27 میلی متر ≥ ، 0.2 میلی متر (0.008 اینچ) مناسب است. PCB های دارای HAL ("هوای گرم") به خمیر لحیم کاری کمتری نسبت به نقره های نقره یا طلای کمتری احتیاج دارند و بنابراین استنسیل می تواند نازک تر باشد. با ترکیبی از اجزای قیر ریز و درشت ، می توانید یک استنسیل ضخیم را انتخاب کنید ، اما دیافراگم ها را برای اجزای ریز ظریف تا 20٪ کوچکتر از اندازه پد قرار دهید.

مشخصات مشخصات

نمای استاندارد بازتابی دارای چهار منطقه است: گرم کردن ، خیساندن ، جریان و خنک کننده. این پروفایل منحنی دمای ایده آل لایه بالای PCB را توصیف می کند.

پروفایل لحیم کاری استاندارد گردش جریان

منطقه پیش گرمایش باید دما را با حداکثر سرعت 3 درجه سانتی گراد در ثانیه افزایش دهد. هدف از پیش گرم کردن ، این است که اجازه دهیم حلال ها تبخیر شوند و شار را فعال کنند.

منطقه خیساندن دمای کلیه قطعات و نواحی بورد را به یک اندازه مساوی می رساند. با توجه به اختلاف در عدم تحرک حرارتی ، اجزا با همان سرعت گرم نمی شوند - به خصوص در مورد گرمایش مادون قرمز ، به دلیل جذب ناموزون انرژی مادون قرمز توسط اجزاء (بسته به رنگ و بازتابی) وجود دارد.

در منطقه بازتاب ، دما با سرعت تقریبی 2 درجه سانتیگراد به دمای بالاتر از نقطه ذوب ( دمای بالاتر از سیال یا TAL) افزایش می یابد. دمای اوج برای منطقه بازتاب حداقل 25 درجه سانتیگراد بالاتر از TAL است ، زیرا لحیم کاری هر دو با مس بهتر انسجام می یابد و باعث گرم شدن لنت ها و پین های قطعات در هنگام گرمتر شدن می شود - از این طریق اتصالات بهتری ایجاد می شود. این امر به ویژه برای لحیم کاری های بدون سرب (SAC305) بسیار مهم است ، زیرا این لحیم کاری در خیس کردن نسبت به لحیم های سرب کمتر است.

TAL ( درجه حرارت بالاتر از مایعات ) باید 40 تا 80 ثانیه نگه داشته شود ، به طوری که یک ترکیب بین فلزی (IMC) قادر به شکل گیری باشد. توجه داشته باشید که مدت زمان گردش خون کوتاه تر از دوره TAL است زیرا در شروع منطقه خنک کننده دما هنوز بالاتر از مایع است.

نقاط تصمیم گیری در یک پروفایل

منطقه خنک کننده در حالت ایده آل دارای یک سطح شیب دار 4 درجه سانتی گراد در ثانیه است (برای خنک شدن سریع ، اما از استرس گرمایی خودداری کنید) خنک کننده هوا رایگان کافی است.

شار در خمیر لحیم تقریباً 100 درجه سانتیگراد فعال می شود. پس از فعال شدن ، TAL باید تقریباً 3 دقیقه برسد - یا کمتر برای خمیر لحیم کاری بدون تمیز ، زیرا این خمیرها از شار کمتری برخوردار هستند. بیش از آن زمان باعث کاهش اثر بخشی شار می شود. به عبارت دیگر ، شار در خمیر لحیم کاری حد بالایی را برای مدت زمان منطقه خیساندن تعیین می کند.

پالایش منطقه خیس

نمایه با یک مرحله خیس خورده

برای لحیم کاری بدون جریان سرب ، یک نقطه ضعف از مشخصات استاندارد ارتفاع نسبی اوج ناحیه بازتابی است. با داشتن منطقه خیساندن در دمای 150 درجه سانتیگراد و منطقه بازتابی در دمای 245 درجه سانتیگراد (مقدار معمولی برای لحیم کاری بدون بازده سرب) ، افزایش دما از منطقه خیس به ناحیه بازتاب 95 درجه سانتیگراد است. به دلیل عدم تحرک حرارتی ، چنین افزایش درجه حرارت سریع ممکن است دوباره منجر به اختلاف دما در سراسر PCB شود. به جای افزایش درجه حرارت منطقه خیساندن در کل ، یک مشخصات جایگزین این است که دمای منطقه خیس خیس تبدیل به یک سطح شیب آهسته از 150 درجه سانتیگراد تا 180 درجه سانتیگراد شود. قله نسبی پایین تر از منطقه بازتاب منجر به یکسان سازی دمای بیشتر در سطح PCB و اجزای سازنده می شود.

همانطور که در بالا نوشته شد ، شما ممکن است بخواهید مدت زمان منطقه خیساندن را کم کنید ، به خصوص هنگام استفاده از خمیر لحیم کاری بدون تمیز (خمیر بدون تمیز شار کمتری دارد). مدت زمان بهینه منطقه خیساندن نیز به PCB بستگی دارد ، بنابراین برخی از آزمایشات توصیه می شود.

پالایش منطقه بازتابی

در هنگام بازتاب ، "ترکیب بین فلزی" شکل می گیرد که قلع لنت های PCB را لمس می کند. تشکیل این ترکیب بین فلزی (IMC) ، که در درجه اول از مس و قلع تشکیل شده است ، یک الزام برای اتصال خوب لحیم کاری است. سرعتی که در آن شکل می گیرد تابعی از دما است.

اگرچه تشکیل IMC یک الزام برای اتصال لحیم کاری خوب است ، اما باید از رشد بیش از حد جلوگیری شود. ترکیب بین فلزی مس / قلع شکننده است و به همین دلیل هرچه بزرگتر شود ، در صورت برخورد مفصل در معرض فشار ، احتمال ترک ایجاد می کند - از جمله استرس ناشی از انبساط مکرر و انقباض مؤلفه هایی که در طول عملیات خود گرم و سرد می شوند. زندگی)

برای لحیم کاری فشار بدون جریان ، دمای لحیم کاری توصیه شده 245 درجه سانتیگراد است ، که بسیار پایین تر از دمای توصیه شده یک آهن لحیم کاری برای لحیم کاری دستی است. دلیل اصلی این توصیه این است که ترکیب بین فلزی در دماهای پایین تر آهسته تر رشد می کند و بنابراین از رشد بیش از حد جلوگیری می کند. اگر ، برای PCB خاص ، معلوم شود که نقاط سرد به اندازه کافی برای گردش مناسب گرم نشده اند ، توصیه می شود که منطقه بازتابی را طولانی تر کنید (اما دمای اوج را در دمای 245 درجه سانتیگراد نگه دارید).

گذشته از این: با لحیم کاری دستی (با استفاده از آهن لحیم کاری) ، "زمان بالاتر از مایعات" (TAL) لحیم کاری بسیار کوتاه تر از هنگام بازتاب است ، و بنابراین درجه حرارت لحیم کاری بالاتر قابل قبول است.

با eC-reflow-mate ، مدت زمان گردش می تواند به دو طریق تنظیم شود: یا با تنظیم نقاط در منحنی نمایه ، یا با فعال کردن و تنظیم گزینه "زمان نگه داشتن جریان". با هر دو روش ، اجاق گاز هنگام رسیدن به دمای بازتاب (معمولاً در دمای 245 درجه سانتیگراد تنظیم می شود) درجه حرارت را نگه می دارد. تفاوت بین این دو گزینه ، شروع فاز خنک کننده است. هنگام استفاده از پروفایل ، مرحله خنک کننده در زمان نمایه شروع می شود. هنگام استفاده از گزینه "زمان نگه داشتن جریان" ، خنک شدن تعداد مشخصی از ثانیه را از زمان رسیدن اولین بار به دمای بازتاب آغاز می کند. گزینه نگه داشتن reflow معمولاً ساده تر است و کنترل بهتری نسبت به دوره کل جریان می دهد.

پالایش منطقه خنک

مرحله Cooldown

مانند بسیاری از اجاق های دسته ای ، eC-reflow-mate دارای یک سطح شیب دار خنک کننده پایین است. برای خنک شدن سریع تر ، فر در برخی از دمای از قبل تنظیم شده ، درب را باز می کند. این درجه حرارت باید به گونه ای انتخاب شود که لحیم کاری تضمین شود که جامد شود. تنظیم دمای پیش فرض برای این مقدار 190 درجه سانتیگراد است (برای لحیم کاری بدون سرب). این در قسمت امن است ، برای بسیاری از تخته ها دمای باز درب می تواند تا 195-200 درجه سانتی گراد افزایش یابد.

رمپ دما برای خنک شدن تا حد زیادی توسط بی تحرکی حرارتی مشخص می شود و تصمیم به باز کردن درب توسط دمای PCB تعیین می شود (بالاترین مقدار اندازه گیری شده توسط سه سنسور برای تصمیم گیری در مورد باز کردن درب استفاده می شود). بنابراین ، زمان تعیین شده برای خنک شدن به سختی مرتبط است. معمول است که دوره خنک کردن را تا باز کردن درب فقط 1 ثانیه تنظیم کنید. رمپ خنک کننده با باز کردن درب نیز بی ربط است: PCB در معرض خنک کننده هوا رایگان است.

گرمایش پایین

eC-reflow-mate دارای بخاری در بالا و پایین است و اینها به صورت جداگانه کنترل می شوند. بخاری پایین به کاهش تفاوت بین نقاط داغ و نقاط سرد در PCB کمک می کند. برای PCB هایی که فقط اجزای آن در یک طرف هستند ، دمای پایین را می توان برابر با درجه حرارت بالا ("0 درجه سانتیگراد را دنبال کنید"). برای PCB های دارای قطعات در هر دو طرف ، بخاری پایین می تواند تنظیم شود تا بخاری بالا را در -40 درجه سانتیگراد دنبال کند ، یا در دمای ثابت تقریباً 180 درجه سانتیگراد تنظیم شود.

توصیه های پروفایل

جدول زیر یک نقطه شروع برای پروفایل اجاق گاز دسته ای است. مشخصات مطلوب به PCB نیز بستگی دارد ، بنابراین مناسب بودن یک پروفایل باید با اندازه گیری های واقعی تأیید شود.

باید تأیید کرد که (با اندازه گیری) دمای اوج از مشخصات اجزای تجاوز نمی کند (هم در دما و هم در دوره در این دما) و اینکه طول دما بالاتر از مایعات در یک پنجره 40 ثانیه تا 80 ثانیه است.

پروفایل ایده آل در مقابل پروفایل اندازه گیری شده

برای نشان دادن مشخصات دما در عمل ، در اینجا یک صفحه نمایش از نرم افزار برای eC-reflow-mate قرار دارد که نمایه تجویز شده آنرا برچیده می کند. در این گرافیک ، منحنی قرمز نمایانگر یک سنسور است که بالای PCB شناور می شود ، منحنی زرد برای سنسور شناورهای زیر PCB است ، منحنی سبز نمایانگر حسگرهایی است که PCB را لمس می کند و منحنی آبی رنگ مشخصات آن است.

به وضوح قابل مشاهده است که اثر بی تحرکی حرارتی و چگونگی جابجایی eC-reflow-mate آن را با overshooting منحنی هدف جبران می کند (به عنوان مثال منحنی زرد نزدیک ساعت 1:30 از ابتدا را ببینید). همچنین قابل مشاهده است که چگونه PCB هنوز گرم می شود در حالی که خود اجاق گاز در حال خنک شدن است (از ابتدا منحنی سبز را نزدیک 4:15 ببینید). PCB به آرامی خنک می شود ، تا زمانی که درب باز می شود - هنگامی که منحنی سبز به 200 درجه سانتیگراد برسد اتفاق می افتد.

فاصله دهنده PCB (حالت ایستاده)

منحنی ها به PCB با اندازه 100 × 150 میلی متر مطابق با فاصله بین PCB در وسط فر مطابقت دارند (تصویر را در سمت راست مشاهده کنید). گرمایش پایین تنظیم شده است تا گرمایش بالا را دنبال کند ("0 درجه سانتیگراد را دنبال کنید").

سخنان پایانی

انواع مختلف PCB به پروفایل های مختلفی احتیاج دارند. این یادداشت کاربردی PCB را از مواد معمولی FR4 فرض می کند. برای لوازم الکترونیکی قدرت و به ویژه LED های LED ، از PCB مبتنی بر "بستر فلزی عایق بندی شده" (IMS) اغلب استفاده می شود. IMS از یک حامل فلزی (معمولاً آلومینیوم) تشکیل شده است که یک لایه اپوکسی نازک بر روی آن چسبانده شده و یک لایه مس اچ دار برای مدار روی لایه اپوکسی. در صورت لزوم ، PCB های IMS مدارهای یک طرفه هستند که تنها اثری از لایه بالایی دارند (لایه "مؤلفه") و فقط برای اجزای سطح سوار (SMD) مناسب هستند. از نظر مشخصات لحیم کاری ، ویژگی اصلی IMS این است که آلومینیوم اینرسی حرارتی کم و هدایت حرارتی خوبی دارد. اختلاف دما در سراسر صفحه حداقل است (بدون نقاط گرم در مقابل نقاط سرد). بنابراین منطقه خیس ممکن است کوتاه شود (یا در کل برداشته شود).

بیشتر اجاق های بازتابی می توانند به عنوان یک واحد مستقل و دارای خود کار کنند. تمام اجاق های جاروبرقی که ما از آن آگاه هستیم ، می توانند با یک کامپیوتر کنترل شوند. ما در صورت عدم وجود اتصالات لحیم کاری مشکل ، توصیه می کنیم که منحنی های دما را کنترل کرده و در برابر مشخصات آن را بررسی کنید. ما همچنین به شما توصیه می کنیم که برای اجرای موفقیت آمیز و ناموفق ، سیاهههای مربوط به جریانهای بازتابی را نگه دارید ، تا این موارد قابل مقایسه و تحلیل باشند. به عنوان مثال ، با پیگیری نمودار اندازه گیری شده (تصویر بالا) ، ما بعد از بازتاب با کاهش زمان بازتاب در پروفایل از 30 ثانیه به 10 ثانیه ، خنک شدن آهسته را کاهش می دهیم (از آنجا که زمان اندازه گیری شده بالای مایعات مشخص شد. به راحتی 30 ثانیه بیشتر از زمان گردش تجویز شده برای این PCB).