رابطه بین مشخصات دمای کوره SMT Reflow و دلایل جوشکاری خمیر لحیم کاری

مقدمه
در زمینه تولید الکترونیکی، اجاق گاز مجدد یک قطعه مهم از تجهیزات است که برای لحیم کردن قطعات الکترونیکی بر روی بردهای مدار استفاده می شود. مشخصات دما، که تغییر دمای داخل کوره جریان مجدد را در طول زمان نشان می دهد، تأثیر تعیین کننده ای بر کیفیت لحیم کاری دارد. این مقاله در مورد فرآیند تغییر مشخصات دمای کوره جریان مجدد توضیح می دهد و از طریق تجزیه و تحلیل عمیق هر مرحله، به خوانندگان در درک و کنترل بهتر فرآیند جوش کمک می کند.

II. نمای کلی دمای کوره Reflow
مشخصات دمای اجاق باز جریان معمولاً شامل چهار مرحله اصلی است: پیش گرم کردن، خیساندن، جریان مجدد و خنک کردن. هر مرحله دارای دما و زمان خاصی برای اطمینان از کیفیت لحیم کاری است. در زیر روند تغییرات این چهار مرحله را یکی یکی شرح خواهیم داد.

III. مرحله پیش گرم کردن
مرحله پیش گرم کردن، مرحله اولیه مشخصات دمای کوره جریان مجدد و پایه فرآیند جوشکاری است. در این مرحله، برد مدار به تدریج وارد کوره جریان مجدد می شود و دما به آرامی شروع به افزایش می کند.

1. گرمایش اولیه
   پس از اینکه برد مدار وارد کوره جریان مجدد شد، ابتدا با ناحیه گرمایش اولیه داخل فر تماس پیدا می کند. دما در اینجا معمولاً پایین‌تر است و هدف آن این است که برد مدار و اجزای آن به تدریج با محیطی با دمای بالا سازگار شوند و از تغییرات ناگهانی دما و آسیب رساندن به قطعات جلوگیری شود. در این مرحله، پروفیل دما یک روند صعودی تدریجی را با نرخ افزایش دما نسبتاً آهسته نشان می‌دهد.

2. تبخیر رطوبت
   با افزایش تدریجی دما، رطوبت روی برد مدار شروع به تبخیر می کند. این یک فرآیند ضروری است زیرا رطوبت می تواند به سرعت منبسط شود و در دماهای بالا فشار بخار ایجاد کند و به اجزای بالقوه آسیب برساند. بنابراین، مرحله پیش گرم به زمان کافی برای اطمینان از تبخیر کامل رطوبت نیاز دارد. در طول این مرحله، شیب پروفیل دما ممکن است کمی افزایش یابد، زیرا برای تسریع تبخیر رطوبت به حرارت بیشتری نیاز است.

3. فرار با حلال
   علاوه بر رطوبت، شار روی برد مدار حاوی اجزای حلال خاصی نیز می باشد. در مرحله بعدی پیش گرم کردن، با افزایش بیشتر دما، این حلال ها نیز شروع به تبخیر می کنند. نقش اصلی شار کمک به لحیم کاری در خیس شدن و جریان بهتر در طول فرآیند جوشکاری است. بنابراین، در هنگام تبخیر حلال، لازم است اطمینان حاصل شود که مواد فعال در شار بیش از حد مصرف نمی شود تا کیفیت جوش تضمین شود. در این زمان، شیب پروفیل دما ممکن است افزایش یابد تا گرمای کافی برای تسریع تبخیر حلال فراهم شود.

IV. مرحله خیساندن
مرحله خیساندن یکی از مراحل حیاتی مشخصات دمای کوره جریان مجدد است که کیفیت جوش را تعیین می کند. در طی این مرحله، برد مدار برای مدتی در دمای ثابت باقی می ماند تا اطمینان حاصل شود که لحیم کاری کاملاً ذوب شده و اتصال محکمی با قطعات ایجاد می کند.

1. ذوب لحیم کاری
   هنگامی که دما به نقطه ذوب لحیم می رسد، لحیم کاری شروع به ذوب شدن می کند. این یک فرآیند ضروری است زیرا شکل گیری و قدرت اتصال نقاط جوش را تعیین می کند. در مرحله اولیه مرحله خیساندن، شیب پروفیل دما ممکن است کاهش یابد یا ثابت بماند تا اطمینان حاصل شود که لحیم کاری به تدریج در دمای ثابت ذوب می شود.

2. خیس شدن و انتشار
   با ذوب شدن لحیم، شروع به خیس شدن می کند و روی پین های اجزا و لنت های لحیم کاری روی برد مدار پخش می شود. این فرآیند به زمان کافی برای اطمینان از جریان کامل لحیم کاری و پر کردن تمام شکاف ها نیاز دارد. در مراحل میانی و بعدی فاز خیساندن، شیب پروفیل دما ممکن است ثابت بماند یا کمی افزایش یابد تا اطمینان حاصل شود که لحیم کاری به مرطوب شدن و انتشار در دمای ثابت ادامه می دهد.

3. حذف لایه اکسید
   در طول فرآیند جوشکاری، لایه‌های اکسید روی پین‌های اجزا و لنت‌های لحیم کاری تخته مدار ممکن است بر کیفیت جوش تأثیر منفی بگذارد. بنابراین، در مرحله بعدی مرحله خیساندن، لازم است اطمینان حاصل شود که لحیم کاری می تواند این لایه های اکسیدی را به اندازه کافی حذف کند. این معمولاً با افزودن عوامل کاهنده (مانند هیدروژن فعال) به دست می آید. در طول این مرحله، شیب پروفیل دما ممکن است ثابت بماند یا اندکی کاهش یابد تا اطمینان حاصل شود که عامل کاهنده می تواند به طور کامل عمل کند.

IV. فاز حفظ حرارت
فاز حفظ حرارت یکی از مراحل حیاتی در مشخصات دمای کوره جریان مجدد است که کیفیت جوش را تعیین می کند. در طی این مرحله، برد مدار برای مدتی در دمای ثابت نگه داشته می شود تا اطمینان حاصل شود که لحیم کاری کاملاً ذوب شده و اتصال مطمئنی با قطعات ایجاد می کند.

1. ذوب لحیم کاری
   هنگامی که دما به نقطه ذوب لحیم می رسد، لحیم کاری شروع به ذوب شدن می کند. این یک فرآیند ضروری است زیرا شکل گیری و قدرت اتصال نقاط جوش را تعیین می کند. در مرحله اولیه مرحله حفظ حرارت، شیب مشخصات دمای کوره ممکن است کاهش یابد یا ثابت بماند تا اطمینان حاصل شود که لحیم کاری به تدریج در دمای ثابت ذوب می شود.

2. خیس شدن و پخش شدن
   با ذوب شدن لحیم، شروع به خیس شدن می کند و روی پین های اجزا و لنت های روی برد مدار پخش می شود. این فرآیند به زمان کافی برای اطمینان از جریان کامل لحیم کاری و پر کردن تمام شکاف ها نیاز دارد. در مراحل میانی و بعدی فاز حفظ حرارت، شیب مشخصات دمای کوره ممکن است بدون تغییر باقی بماند یا کمی افزایش یابد تا اطمینان حاصل شود که لحیم کاری به خیس شدن و پخش شدن در دمای ثابت ادامه می دهد.

3. حذف لایه اکسید
   در طول فرآیند جوشکاری، لایه‌های اکسید روی پین‌های اجزا و لنت‌های برد مدار ممکن است بر کیفیت جوش تأثیر منفی بگذارد. بنابراین، در مرحله بعدی مرحله حفظ حرارت، لازم است اطمینان حاصل شود که لحیم کاری می تواند به اندازه کافی این لایه های اکسید را حذف کند. این معمولاً با افزودن عوامل کاهنده (مانند هیدروژن فعال) به دست می آید. در طی این مرحله، شیب مشخصات دمای فر ممکن است ثابت بماند یا اندکی کاهش یابد تا اطمینان حاصل شود که عامل کاهنده می تواند به طور کامل عمل کند.

V. فاز جریان مجدد
فاز جریان مجدد یکی دیگر از مراحل مهم در مشخصات دمای کوره جریان مجدد است که شکل و کیفیت نهایی نقاط جوش را تعیین می کند. در طول این مرحله، دما به اوج خود می رسد و به تدریج شروع به کاهش می کند و لحیم کاری شروع به جامد شدن و ایجاد یک اتصال مطمئن می کند.

1. پیک دما
   در مرحله اولیه فاز جریان مجدد، دما به اوج خود می رسد. این بالاترین نقطه دما در طول فرآیند جوشکاری و لحظه ای حیاتی است که لحیم کاری کاملاً ذوب می شود. در این زمان، شیب پروفیل دمای فر ممکن است به شدت افزایش یابد تا به حداکثر درجه حرارت برسد. سپس، با انتقال تدریجی گرما از صفحه مدار به سایر قسمت‌های محفظه کوره (مانند دیواره‌های کوره و پایین)، دما شروع به کاهش تدریجی می‌کند.

2. انجماد لحیم کاری
   با کاهش دما، لحیم کاری به تدریج شروع به جامد شدن می کند. این یک فرآیند مهم است زیرا شکل نهایی و استحکام اتصال نقاط جوش را تعیین می کند. در مراحل میانی و بعدی فاز جریان مجدد، شیب پروفیل دمای کوره ممکن است به تدریج کاهش یابد یا ثابت بماند تا اطمینان حاصل شود که لحیم کاری به تدریج در دمای ثابت جامد می شود. در طی این مرحله، لازم است از سرعت سرد شدن بیش از حد سریع جلوگیری شود تا از عیوب جوشکاری مانند لحیم کاری سرد و ترک جلوگیری شود.

VI. فاز خنک کننده
مرحله خنک‌سازی، مرحله نهایی پروفیل دمای کوره جریان مجدد و پایان فرآیند جوشکاری است. در طی این مرحله، برد مدار به تدریج از محیط با دمای بالا خارج می شود و به طور طبیعی تا دمای اتاق خنک می شود.

1. خنک کننده طبیعی
   در مرحله اولیه فاز خنک‌کننده، برد مدار هنوز در دمای نسبتاً بالایی قرار دارد و به کاهش تدریجی دما برای جلوگیری از آسیب دیدن قطعات یا تغییر شکل برد نیاز دارد. در طول این مدت، ممکن است شیب نمایه دمای فر به تدریج کاهش یابد تا زمان خنک سازی کافی برای برد مدار فراهم شود تا به تدریج تا دمای اتاق خنک شود.

2. اتلاف حرارت باقیمانده
   همانطور که برد مدار به تدریج تا دمای اتاق خنک می شود، گرمای باقیمانده داخل آن نیز شروع به دفع می کند. این یک فرآیند کند است که به زمان کافی نیاز دارد تا اطمینان حاصل شود که برد مدار کاملاً تا دمای اتاق خنک می شود تا از مشکلاتی در پردازش بعدی مانند تغییر شکل ناشی از تنش حرارتی جلوگیری شود. در طی این مرحله، شیب مشخصات دمای فر ممکن است ثابت بماند یا اندکی کاهش یابد تا زمان خنک شدن کافی برای خنک شدن کامل صفحه مدار تا دمای اتاق فراهم شود.

VII. همبستگی بین اصل جوشکاری خمیر لحیم کاری و نمایه دمای کوره جریان مجدد
اصل جوشکاری خمیر لحیم شامل استفاده از خمیر لحیم بر روی صفحه مدار و ذوب لحیم در دمای بالا برای تشکیل یک ترکیب آلیاژی با سطح دستگاه های متصل است که در طول فرآیند خنک سازی یک اتصال مطمئن ایجاد می کند. تغییرات در مشخصات دمای کوره جریان مجدد مستقیماً بر اثربخشی جوشکاری خمیر لحیم کاری تأثیر می گذارد.

1. در مرحله اول، در طول مراحل پیش گرم کردن و حفظ حرارت، شیب مشخصات دمای کوره، میزان تبخیر حلال ها در خمیر لحیم کاری و درجه ذوب لحیم کاری را کنترل می کند. پیش گرم کردن مناسب و حفظ گرما تضمین می کند که لحیم کاری به طور کامل ذوب شده و اتصال خوبی با لنت ها و پین های اجزا ایجاد می کند. پیش گرم کردن کافی یا حفظ گرما ممکن است منجر به ذوب ناقص یا جریان ناهموار لحیم شود که منجر به کاهش کیفیت جوش می شود.

2. ثانیاً، در طول فاز جریان مجدد، شیب مشخصات دمای کوره، سرعت ذوب و جریان لحیم کاری را تعیین می کند. شیب بسیار تند که منجر به افزایش سریع دما می شود ممکن است باعث شود که لحیم کاری خیلی سریع ذوب شود و پاشش ایجاد کند. برعکس، یک شیب بسیار کم که منجر به افزایش آهسته دما می شود، ممکن است از ذوب شدن کامل یا جریان یکنواخت لحیم کاری جلوگیری کند. بنابراین، کنترل دقیق دما و زمان در مرحله جریان مجدد برای اطمینان از کیفیت جوش بسیار مهم است.

3. در نهایت، در طول فاز خنک‌کننده، شیب پروفیل دمای کوره بر سرعت انجماد و کیفیت جوش اتصالات لحیم کاری تأثیر می‌گذارد. سرعت خنک کننده مناسب انجماد سریع و اتصال مطمئن اتصالات لحیم کاری را تضمین می کند. سرعت سرد شدن بیش از حد سریع ممکن است منجر به نقص هایی مانند ترک یا تغییر شکل در اتصالات لحیم شود. بنابراین، کنترل معقول دما و زمان در مرحله سرد شدن برای بهبود کیفیت جوش ضروری است.