સરફેસ માઉન્ટ પ્રક્રિયા

રીફ્લો સોલ્ડરિંગ એ પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ્સ (PCBs) સાથે સપાટી માઉન્ટ ઘટકોને જોડવાની સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતી પદ્ધતિ છે.પ્રક્રિયાનો ઉદ્દેશ્ય ઘટકો/PCB/સોલ્ડર પેસ્ટને પહેલાથી ગરમ કરીને અને પછી વધુ ગરમ થવાથી નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના સોલ્ડરને પીગળીને સ્વીકાર્ય સોલ્ડર સાંધા બનાવવાનો છે.

મુખ્ય પાસાઓ જે અસરકારક રિફ્લો સોલ્ડરિંગ પ્રક્રિયા તરફ દોરી જાય છે તે નીચે મુજબ છે:

1. યોગ્ય મશીન
2. સ્વીકાર્ય રીફ્લો પ્રોફાઇલ
3. PCB/કમ્પોનન્ટ ફૂટપ્રિન્ટ ડિઝાઇન
4. સારી રીતે ડિઝાઇન કરેલ સ્ટેન્સિલનો ઉપયોગ કરીને કાળજીપૂર્વક પ્રિન્ટેડ PCB
5. સપાટી માઉન્ટ ઘટકોની પુનરાવર્તિત પ્લેસમેન્ટ
6. સારી ગુણવત્તાયુક્ત PCB, ઘટકો અને સોલ્ડર પેસ્ટ

યોગ્ય મશીન

પ્રોસેસ કરવા માટેની PCB એસેમ્બલીની જરૂરી લાઇન સ્પીડ અને ડિઝાઇન/સામગ્રીના આધારે વિવિધ પ્રકારના રિફ્લો સોલ્ડરિંગ મશીન ઉપલબ્ધ છે.પસંદ કરેલ પકાવવાની નાની ભઠ્ઠી પસંદ અને સ્થાન સાધનોના ઉત્પાદન દરને નિયંત્રિત કરવા માટે યોગ્ય કદનું હોવું જરૂરી છે.

નીચે બતાવ્યા પ્રમાણે લાઇન સ્પીડની ગણતરી કરી શકાય છે:-

રેખા ગતિ (ન્યૂનતમ) =બોર્ડ પ્રતિ મિનિટ x લંબાઈ બોર્ડ દીઠ
લોડ ફેક્ટર (બોર્ડ વચ્ચે જગ્યા)

પ્રક્રિયાની પુનરાવર્તિતતા ધ્યાનમાં લેવી મહત્વપૂર્ણ છે અને તેથી 'લોડ ફેક્ટર' સામાન્ય રીતે મશીન ઉત્પાદક દ્વારા નિર્દિષ્ટ કરવામાં આવે છે, ગણતરી નીચે દર્શાવેલ છે:

યોગ્ય કદના રિફ્લો ઓવનને પસંદ કરવામાં સક્ષમ થવા માટે પ્રક્રિયાની ઝડપ (નીચે વ્યાખ્યાયિત) લઘુત્તમ ગણતરી કરેલ લાઇનની ઝડપ કરતાં વધુ હોવી જોઈએ.

પ્રક્રિયા ઝડપ =પકાવવાની નાની ભઠ્ઠી ચેમ્બર ગરમ લંબાઈ
પ્રક્રિયા રહેવાનો સમય

પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીનું યોગ્ય કદ સ્થાપિત કરવા માટે નીચે ગણતરીનું ઉદાહરણ છે:-

એક SMT એસેમ્બલર 180 પ્રતિ કલાકના દરે 8-ઇંચના બોર્ડ બનાવવા માંગે છે.સોલ્ડર પેસ્ટ ઉત્પાદક 4 મિનિટ, ત્રણ પગલાની પ્રોફાઇલની ભલામણ કરે છે.આ થ્રુપુટ પર બોર્ડ પર પ્રક્રિયા કરવા માટે મારે કેટલા સમય સુધી ઓવનની જરૂર છે?

બોર્ડ પ્રતિ મિનિટ = 3 (180/કલાક)
બોર્ડ દીઠ લંબાઈ = 8 ઇંચ
લોડ ફેક્ટર = 0.8 (બોર્ડ વચ્ચે 2-ઇંચ જગ્યા)
પ્રક્રિયા રહેવાનો સમય = 4 મિનિટ

લાઇન સ્પીડની ગણતરી કરો:(3 બોર્ડ/મિનિટ) x (8 ઇંચ/બોર્ડ)
0.8

લાઇન સ્પીડ = 30 ઇંચ/મિનિટ

તેથી, રિફ્લો ઓવનમાં ઓછામાં ઓછી 30 ઇંચ પ્રતિ મિનિટની પ્રક્રિયાની ઝડપ હોવી આવશ્યક છે.

પ્રક્રિયા ઝડપ સમીકરણ સાથે ઓવન ચેમ્બરની ગરમ લંબાઈ નક્કી કરો:

30 in/min =પકાવવાની નાની ભઠ્ઠી ચેમ્બર ગરમ લંબાઈ
4 મિનિટ

ઓવન ગરમ કરેલ લંબાઈ = 120 ઇંચ (10 ફૂટ)

નોંધ કરો કે પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીની એકંદર લંબાઈ 10 ફૂટથી વધી જશે જેમાં કૂલિંગ સેક્શન અને કન્વેયર લોડિંગ સેક્શનનો સમાવેશ થાય છે.ગણતરી હીટેડ લેન્થ માટે છે - એકંદર ઓવન લેન્થ નહીં.

2. સંવહન ચાહકોની ઝડપ માટે ક્લોઝ્ડ લૂપ કંટ્રોલ - SOD323 (જુઓ ઇન્સર્ટ) જેવા અમુક સરફેસ માઉન્ટ પેકેજો છે કે જેમાં સામૂહિક ગુણોત્તરથી નાનો સંપર્ક વિસ્તાર હોય છે જે રિફ્લો પ્રક્રિયા દરમિયાન ખલેલ પહોંચાડવા માટે સંવેદનશીલ હોય છે.સંમેલન ચાહકોનું બંધ લૂપ ઝડપ નિયંત્રણ આવા ભાગોનો ઉપયોગ કરીને એસેમ્બલી માટે ભલામણ કરેલ વિકલ્પ છે.

3. કન્વેયર અને સેન્ટર-બોર્ડ-સપોર્ટ પહોળાઈઓનું સ્વચાલિત નિયંત્રણ - કેટલાક મશીનોમાં મેન્યુઅલ પહોળાઈ ગોઠવણ હોય છે પરંતુ જો ત્યાં વિવિધ PCB પહોળાઈઓ સાથે પ્રક્રિયા કરવાની ઘણી અલગ-અલગ એસેમ્બલીઓ હોય તો સુસંગત પ્રક્રિયા જાળવવા માટે આ વિકલ્પની ભલામણ કરવામાં આવે છે.

સ્વીકાર્ય રીફ્લો પ્રોફાઇલ

રિફ્લો પ્રોફાઇલ બનાવવા માટે થર્મોકોપલ્સ સમગ્ર PCBમાં તાપમાનની શ્રેણીને માપવા માટે સંખ્યાબંધ સ્થળોએ નમૂના એસેમ્બલી (સામાન્ય રીતે ઉચ્ચ તાપમાન સોલ્ડર સાથે) સાથે જોડાયેલા હોય છે.ઓછામાં ઓછું એક થર્મોકોલ PCB ની ધાર તરફના પેડ પર અને એક થર્મોકોલ PCB ની મધ્યમાં પેડ પર સ્થિત રાખવાની ભલામણ કરવામાં આવે છે.આદર્શ રીતે સમગ્ર PCB પરના તાપમાનની સંપૂર્ણ શ્રેણીને માપવા માટે વધુ થર્મોકોલનો ઉપયોગ થવો જોઈએ - જે 'ડેલ્ટા ટી' તરીકે ઓળખાય છે.

સામાન્ય રિફ્લો સોલ્ડરિંગ પ્રોફાઇલમાં સામાન્ય રીતે ચાર તબક્કા હોય છે - પ્રીહિટ, સોક, રિફ્લો અને કૂલિંગ.મુખ્ય ઉદ્દેશ્ય એસેમ્બલીમાં પૂરતી ગરમી સ્થાનાંતરિત કરવાનો છે જેથી કમ્પોનન્ટ્સ અથવા પીસીબીને કોઈ નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના સોલ્ડરને ઓગળે અને સોલ્ડર સાંધા બનાવે.

પ્રીહિટ- આ તબક્કા દરમિયાન ઘટકો, પીસીબી અને સોલ્ડર બધાને એક નિર્દિષ્ટ સોક અથવા રહેવાના તાપમાને ગરમ કરવામાં આવે છે જેથી તે ખૂબ ઝડપથી ગરમ ન થાય તેની કાળજી રાખે છે (સામાન્ય રીતે 2ºC/સેકન્ડથી વધુ નહીં - સોલ્ડર પેસ્ટ ડેટાશીટ તપાસો).ખૂબ ઝડપથી ગરમ થવાથી ખામીઓ થઈ શકે છે જેમ કે ઘટકોમાં તિરાડ પડી જાય છે અને સોલ્ડર પેસ્ટ સ્પ્લેટ થાય છે જેના કારણે રિફ્લો દરમિયાન સોલ્ડર બોલ્સ થાય છે.

ખાડો- આ તબક્કાનો હેતુ એ સુનિશ્ચિત કરવાનો છે કે રિફ્લો સ્ટેજમાં પ્રવેશતા પહેલા તમામ ઘટકો જરૂરી તાપમાન સુધી છે.એસેમ્બલીના 'માસ ડિફરન્સિયલ' અને હાજર ઘટકોના પ્રકારને આધારે સામાન્ય રીતે 60 થી 120 સેકન્ડ સુધી સૂકવવાનું રહે છે.પલાળવાના તબક્કા દરમિયાન હીટ ટ્રાન્સફર જેટલું વધુ કાર્યક્ષમ છે તેટલો ઓછો સમય જરૂરી છે.

જો રિફ્લો સ્ટેજ દરમિયાન રિફ્લો પ્રોફાઇલમાં અપૂરતી ગરમી લાગુ કરવામાં આવી હોય તો નીચેની છબીઓ જેવી જ સોલ્ડર સાંધા જોવા મળશે:-

સોલ્ડર લીડ સાથે ફીલેટ બનાવતું નથી

બધા સોલ્ડર બોલ ઓગળ્યા નથી

રિફ્લો પછી સામાન્ય સોલ્ડરિંગ ખામી એ મધ્ય-ચિપ સોલ્ડર બોલ્સ/માળાની રચના છે જે નીચે જોઈ શકાય છે.આ ખામીનો ઉકેલ સ્ટેન્સિલ ડિઝાઇનમાં ફેરફાર કરવાનો છે -વધુ વિગતો અહીં જોઈ શકાય છે.

રિફ્લો પ્રક્રિયા દરમિયાન નાઇટ્રોજનનો ઉપયોગ સોલ્ડર પેસ્ટથી દૂર જવાના વલણને કારણે ધ્યાનમાં લેવો જોઈએ જેમાં મજબૂત પ્રવાહ હોય છે.મુદ્દો ખરેખર નાઇટ્રોજનમાં રિફ્લો કરવાની ક્ષમતાનો નથી, પરંતુ ઓક્સિજનની ગેરહાજરીમાં રિફ્લો કરવાની ક્ષમતાનો છે.ઓક્સિજનની હાજરીમાં સોલ્ડરને ગરમ કરવાથી ઓક્સાઇડ્સ બનશે, જે સામાન્ય રીતે સોલ્ડર ન કરી શકાય તેવી સપાટી છે.

ઠંડક– આ એક એવો તબક્કો છે જે દરમિયાન એસેમ્બલીને ઠંડુ કરવામાં આવે છે પરંતુ એસેમ્બલીને ખૂબ ઝડપથી ઠંડું ન કરવું મહત્વપૂર્ણ છે – સામાન્ય રીતે ભલામણ કરેલ ઠંડકનો દર 3ºC/સેકન્ડથી વધુ ન હોવો જોઈએ.

PCB/કમ્પોનન્ટ ફૂટપ્રિન્ટ ડિઝાઇન

PCB ડિઝાઇનના સંખ્યાબંધ પાસાઓ છે જેનો પ્રભાવ એસેમ્બલી કેટલી સારી રીતે રિફ્લો થશે તેના પર છે.કમ્પોનન્ટ ફૂટપ્રિન્ટ સાથે જોડાતા ટ્રેકનું કદ હોવાનું ઉદાહરણ – જો ઘટક ફૂટપ્રિન્ટની એક બાજુ સાથે જોડતો ટ્રેક બીજી બાજુથી મોટો હોય તો આ થર્મલ અસંતુલન તરફ દોરી શકે છે જેના કારણે ભાગને 'કબરના પથ્થર'માં પરિણમી શકે છે જે નીચે જોઈ શકાય છે:-

બીજું ઉદાહરણ 'કોપર બેલેન્સિંગ' છે - ઘણી PCB ડિઝાઇનમાં તાંબાના મોટા વિસ્તારોનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે અને જો pcbને ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં મદદ કરવા માટે પેનલમાં મૂકવામાં આવે તો તે તાંબામાં અસંતુલન તરફ દોરી શકે છે.આનાથી રિફ્લો દરમિયાન પેનલ વિકૃત થઈ શકે છે અને તેથી ભલામણ કરેલ ઉકેલ એ છે કે પેનલના કચરાવાળા વિસ્તારોમાં 'કોપર બેલેન્સિંગ' ઉમેરવું જે નીચે જોઈ શકાય છે:-

જુઓ'ઉત્પાદન માટે ડિઝાઇન'અન્ય વિચારણાઓ માટે.

સારી રીતે ડિઝાઇન કરેલ સ્ટેન્સિલનો ઉપયોગ કરીને કાળજીપૂર્વક પ્રિન્ટેડ PCB

સરફેસ માઉન્ટ એસેમ્બલીમાં અગાઉના પ્રક્રિયાના પગલાં અસરકારક રિફ્લો સોલ્ડરિંગ પ્રક્રિયા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.આસોલ્ડર પેસ્ટ પ્રિન્ટીંગ પ્રક્રિયાપીસીબી પર સોલ્ડર પેસ્ટની સાતત્યપૂર્ણ ડિપોઝિટની ખાતરી કરવા માટે ચાવીરૂપ છે.આ તબક્કે કોઈપણ ખામી અનિચ્છનીય પરિણામો તરફ દોરી જશે અને તેથી આ પ્રક્રિયા પર સંપૂર્ણ નિયંત્રણઅસરકારક સ્ટેન્સિલ ડિઝાઇનજરૂરી છે.

સપાટી માઉન્ટ ઘટકોની પુનરાવર્તિત પ્લેસમેન્ટ

ઘટક પ્લેસમેન્ટ વિવિધતા

સરફેસ માઉન્ટ ઘટકોની પ્લેસમેન્ટ પુનરાવર્તિત હોવી જોઈએ અને તેથી વિશ્વસનીય, સારી રીતે જાળવવામાં આવેલ પિક એન્ડ પ્લેસ મશીન જરૂરી છે.જો ઘટક પેકેજો યોગ્ય રીતે શીખવવામાં ન આવે તો તે મશીનની વિઝન સિસ્ટમ દરેક ભાગને સમાન રીતે જોશે નહીં અને તેથી પ્લેસમેન્ટમાં વિવિધતા જોવા મળશે.આ રિફ્લો સોલ્ડરિંગ પ્રક્રિયા પછી અસંગત પરિણામો તરફ દોરી જશે.

પિક એન્ડ પ્લેસ મશીનનો ઉપયોગ કરીને કમ્પોનન્ટ પ્લેસમેન્ટ પ્રોગ્રામ્સ બનાવી શકાય છે પરંતુ આ પ્રક્રિયા પીસીબી ગેર્બર ડેટામાંથી સીધી સેન્ટ્રોઇડ માહિતી લેવા જેટલી સચોટ નથી.ઘણી વાર આ સેન્ટ્રોઇડ ડેટા PCB ડિઝાઇન સોફ્ટવેરમાંથી નિકાસ કરવામાં આવે છે પરંતુ ક્યારેક ઉપલબ્ધ નથી અને તેથીસરફેસ માઉન્ટ પ્રોસેસ દ્વારા ગેર્બર ડેટામાંથી સેન્ટ્રોઇડ ફાઇલ જનરેટ કરવાની સેવા આપવામાં આવે છે.

તમામ ઘટકોના પ્લેસમેન્ટ મશીનોમાં 'પ્લેસમેન્ટ એક્યુરેસી' ઉલ્લેખિત હશે જેમ કે:-

35um (QFPs) થી 60um (ચિપ્સ) @ 3 સિગ્મા

ઘટક પ્રકાર મૂકવા માટે યોગ્ય નોઝલ પસંદ કરવામાં આવે તે પણ મહત્વનું છે - વિવિધ ઘટકો પ્લેસમેન્ટ નોઝલની શ્રેણી નીચે જોઈ શકાય છે:-

સારી ગુણવત્તાયુક્ત PCB, ઘટકો અને સોલ્ડર પેસ્ટ

પ્રક્રિયા દરમિયાન ઉપયોગમાં લેવાતી તમામ વસ્તુઓની ગુણવત્તા ઊંચી હોવી જોઈએ કારણ કે નબળી ગુણવત્તાની કોઈપણ વસ્તુ અનિચ્છનીય પરિણામો તરફ દોરી જશે.PCB ની મેન્યુફેક્ચરિંગ પ્રક્રિયા અને PCB ના ફિનિશને જે રીતે સંગ્રહિત કરવામાં આવ્યા છે તેના આધારે રિફ્લો સોલ્ડરિંગ પ્રક્રિયા દરમિયાન નબળી સોલ્ડરેબિલિટી થઈ શકે છે.જ્યારે PCB પર સપાટીની પૂર્ણાહુતિ નબળી હોય ત્યારે શું જોઈ શકાય છે તેનું ઉદાહરણ નીચે આપેલ છે જે 'બ્લેક પેડ' તરીકે ઓળખાતી ખામી તરફ દોરી જાય છે:-

સારી ગુણવત્તાયુક્ત પીસીબી ફિનિશ

કલંકિત પીસીબી

કમ્પોનન્ટ પર વહેતું સોલ્ડર અને PCB નહીં

એવી જ રીતે ઉત્પાદન પ્રક્રિયા અને સંગ્રહની પદ્ધતિના આધારે સપાટી માઉન્ટ ઘટકોની ગુણવત્તા નબળી હોઈ શકે છે.

સોલ્ડર પેસ્ટની ગુણવત્તા દ્વારા મોટા પ્રમાણમાં અસર થાય છેસંગ્રહ અને હેન્ડલિંગ.નબળી ગુણવત્તાવાળી સોલ્ડર પેસ્ટનો ઉપયોગ કરવામાં આવે તો તે પરિણામ આપે તેવી શક્યતા છે જે નીચે જોઈ શકાય છે:-