सतह पर चढ़ने की प्रक्रिया

मुद्रित सर्किट बोर्ड (पीसीबी) पर सतह माउंट घटकों को जोड़ने के लिए रिफ्लो सोल्डरिंग सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल की जाने वाली विधि है।प्रक्रिया का उद्देश्य पहले घटकों/पीसीबी/सोल्डर पेस्ट को पहले से गर्म करके और फिर सोल्डर को ज़्यादा गरम करके नुकसान पहुंचाए बिना पिघलाकर स्वीकार्य सोल्डर जोड़ों का निर्माण करना है।

प्रभावी रीफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया को जन्म देने वाले प्रमुख पहलू इस प्रकार हैं:

1. उपयुक्त मशीन
2. स्वीकार्य रीफ़्लो प्रोफ़ाइल
3. पीसीबी/घटक पदचिह्न डिजाइन
4. अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए स्टेंसिल का उपयोग करके सावधानीपूर्वक मुद्रित पीसीबी
5. सतह माउंट घटकों का दोहराव योग्य प्लेसमेंट
6. अच्छी गुणवत्ता वाला पीसीबी, घटक और सोल्डर पेस्ट

उपयुक्त मशीन

संसाधित होने वाली पीसीबी असेंबलियों की आवश्यक लाइन गति और डिजाइन/सामग्री के आधार पर विभिन्न प्रकार की रिफ्लो सोल्डरिंग मशीन उपलब्ध हैं।पिक एंड प्लेस उपकरण की उत्पादन दर को संभालने के लिए चयनित ओवन का आकार उपयुक्त होना चाहिए।

लाइन गति की गणना नीचे दिखाए अनुसार की जा सकती है:-

लाइन गति (न्यूनतम) =बोर्ड प्रति मिनट x लंबाई प्रति बोर्ड
लोड फैक्टर (बोर्डों के बीच की जगह)

प्रक्रिया की पुनरावृत्ति पर विचार करना महत्वपूर्ण है और इसलिए 'लोड फैक्टर' आमतौर पर मशीन निर्माता द्वारा निर्दिष्ट किया जाता है, गणना नीचे दिखाई गई है:

सही आकार के रिफ्लो ओवन का चयन करने में सक्षम होने के लिए प्रक्रिया गति (नीचे परिभाषित) न्यूनतम गणना की गई लाइन गति से अधिक होनी चाहिए।

प्रक्रिया गति =ओवन चैम्बर गरम लंबाई
प्रक्रिया में रुकने का समय

ओवन का सही आकार स्थापित करने के लिए गणना का एक उदाहरण नीचे दिया गया है:-

एक एसएमटी असेंबलर 180 प्रति घंटे की दर से 8-इंच बोर्ड का उत्पादन करना चाहता है।सोल्डर पेस्ट निर्माता 4 मिनट, तीन चरणों वाली प्रोफ़ाइल की अनुशंसा करता है।इस थ्रूपुट पर बोर्डों को संसाधित करने के लिए मुझे कितने समय तक ओवन की आवश्यकता होगी?

बोर्ड प्रति मिनट = 3 (180/घंटा)
प्रति बोर्ड लंबाई = 8 इंच
लोड फैक्टर = 0.8 (बोर्डों के बीच 2 इंच की जगह)
प्रक्रिया रुकने का समय = 4 मिनट

लाइन गति की गणना करें:(3 बोर्ड/मिनट) x (8 इंच/बोर्ड)
0.8

लाइन गति = 30 इंच/मिनट

इसलिए, रिफ्लो ओवन की प्रक्रिया गति कम से कम 30 इंच प्रति मिनट होनी चाहिए।

प्रक्रिया गति समीकरण के साथ ओवन चैम्बर की गर्म लंबाई निर्धारित करें:

30 इंच/मिनट =ओवन चैम्बर गरम लंबाई
4 मिनट

ओवन गर्म करने की लंबाई = 120 इंच (10 फीट)

ध्यान दें कि ओवन की कुल लंबाई कूलिंग सेक्शन और कन्वेयर लोडिंग सेक्शन सहित 10 फीट से अधिक होगी।गणना गर्म लंबाई के लिए है - ओवन की कुल लंबाई के लिए नहीं।

2. संवहन प्रशंसकों की गति के लिए बंद लूप नियंत्रण - कुछ सतह माउंट पैकेज हैं जैसे कि SOD323 (इंसर्ट देखें) जिनमें द्रव्यमान अनुपात के लिए एक छोटा संपर्क क्षेत्र होता है जो रिफ्लो प्रक्रिया के दौरान परेशान होने के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं।ऐसे भागों का उपयोग करने वाली असेंबलियों के लिए कन्वेंशन प्रशंसकों का बंद लूप गति नियंत्रण एक अनुशंसित विकल्प है।

3. कन्वेयर और सेंटर-बोर्ड-सपोर्ट चौड़ाई का स्वचालित नियंत्रण - कुछ मशीनों में मैन्युअल चौड़ाई समायोजन होता है, लेकिन अगर अलग-अलग पीसीबी चौड़ाई के साथ कई अलग-अलग असेंबली को संसाधित किया जाना है, तो एक सुसंगत प्रक्रिया को बनाए रखने के लिए इस विकल्प की सिफारिश की जाती है।

स्वीकार्य रीफ़्लो प्रोफ़ाइल

रिफ्लो प्रोफ़ाइल बनाने के लिए थर्मोकपल को पीसीबी में तापमान की सीमा को मापने के लिए कई स्थानों पर एक नमूना असेंबली (आमतौर पर उच्च तापमान सोल्डर के साथ) से जोड़ा जाता है।यह अनुशंसा की जाती है कि कम से कम एक थर्मोकपल पीसीबी के किनारे की ओर पैड पर स्थित हो और एक थर्मोकपल पीसीबी के मध्य की ओर पैड पर स्थित हो।आदर्श रूप से पीसीबी में तापमान की पूरी श्रृंखला को मापने के लिए अधिक थर्मोकपल का उपयोग किया जाना चाहिए - जिसे 'डेल्टा टी' के रूप में जाना जाता है।

एक सामान्य रीफ़्लो सोल्डरिंग प्रोफ़ाइल में आमतौर पर चार चरण होते हैं - पहले से गरम करना, सोखना, रीफ़्लो करना और ठंडा करना।मुख्य उद्देश्य सोल्डर को पिघलाने और घटकों या पीसीबी को कोई नुकसान पहुंचाए बिना सोल्डर जोड़ों को बनाने के लिए असेंबली में पर्याप्त गर्मी स्थानांतरित करना है।

पहले से गरम कर लें- इस चरण के दौरान घटकों, पीसीबी और सोल्डर सभी को एक निर्दिष्ट सोख या डवेल तापमान पर गर्म किया जाता है, इस बात का ध्यान रखा जाता है कि वे बहुत जल्दी गर्म न हों (आमतौर पर 2ºC/सेकंड से अधिक नहीं - सोल्डर पेस्ट डेटाशीट की जांच करें)।बहुत तेजी से गर्म करने से घटकों में दरार और सोल्डर पेस्ट के छींटे पड़ने जैसे दोष हो सकते हैं, जिससे रिफ्लो के दौरान सोल्डर बॉल्स बन सकते हैं।

डुबाना- इस चरण का उद्देश्य यह सुनिश्चित करना है कि रिफ्लो चरण में प्रवेश करने से पहले सभी घटक आवश्यक तापमान तक हों।असेंबली के 'द्रव्यमान अंतर' और मौजूद घटकों के प्रकार के आधार पर सोख आमतौर पर 60 से 120 सेकंड के बीच रहता है।भिगोने के चरण के दौरान गर्मी हस्तांतरण जितना अधिक कुशल होगा उतना कम समय की आवश्यकता होगी।

यदि रिफ्लो प्रोफ़ाइल में रिफ्लो चरण के दौरान अपर्याप्त गर्मी लागू होती है तो नीचे दी गई छवियों के समान सोल्डर जोड़ दिखाई देंगे: -

सोल्डर ने सीसे के साथ पट्टिका का निर्माण नहीं किया

सभी सोल्डर गेंदें नहीं पिघलीं

रिफ्लो के बाद एक सामान्य सोल्डरिंग दोष मध्य-चिप सोल्डर बॉल्स/मोतियों का बनना है जैसा कि नीचे देखा जा सकता है।इस दोष का समाधान स्टेंसिल डिज़ाइन को संशोधित करना है -अधिक विवरण यहां देखा जा सकता है.

मजबूत फ्लक्स वाले सोल्डर पेस्ट से दूर जाने की प्रवृत्ति के कारण रिफ्लो प्रक्रिया के दौरान नाइट्रोजन के उपयोग पर विचार किया जाना चाहिए।मुद्दा वास्तव में नाइट्रोजन में पुनः प्रवाहित होने की क्षमता का नहीं है, बल्कि ऑक्सीजन की अनुपस्थिति में पुनः प्रवाहित होने की क्षमता का है।ऑक्सीजन की उपस्थिति में सोल्डर को गर्म करने से ऑक्साइड बनेंगे, जो आम तौर पर गैर-सोल्डर योग्य सतहें होती हैं।

शीतलक- यह बस वह चरण है जिसके दौरान असेंबली को ठंडा किया जाता है, लेकिन यह महत्वपूर्ण है कि असेंबली को बहुत तेजी से ठंडा न किया जाए - आमतौर पर शीतलन की अनुशंसित दर 3ºC/सेकंड से अधिक नहीं होनी चाहिए।

पीसीबी/घटक पदचिह्न डिजाइन

पीसीबी डिज़ाइन के कई पहलू हैं जो इस बात पर प्रभाव डालते हैं कि असेंबली कितनी अच्छी तरह रिफ्लो होगी।एक उदाहरण घटक पदचिह्न से जुड़ने वाले ट्रैक का आकार है - यदि घटक पदचिह्न के एक तरफ से जुड़ने वाला ट्रैक दूसरे से बड़ा है तो इससे थर्मल असंतुलन हो सकता है जिससे भाग 'समाधि' हो सकता है जैसा कि नीचे देखा जा सकता है: -

एक अन्य उदाहरण 'कॉपर बैलेंसिंग' है - कई पीसीबी डिज़ाइन बड़े तांबे के क्षेत्रों का उपयोग करते हैं और यदि विनिर्माण प्रक्रिया में सहायता के लिए पीसीबी को पैनल में रखा जाता है तो इससे तांबे में असंतुलन हो सकता है।इससे रिफ्लो के दौरान पैनल ख़राब हो सकता है और इसलिए अनुशंसित समाधान पैनल के अपशिष्ट क्षेत्रों में 'कॉपर बैलेंसिंग' जोड़ना है जैसा कि नीचे देखा जा सकता है: -

देखना'निर्माण के लिए डिज़ाइन'अन्य विचारों के लिए.

अच्छी तरह से डिज़ाइन किए गए स्टेंसिल का उपयोग करके सावधानीपूर्वक मुद्रित पीसीबी

सरफेस माउंट असेंबली के भीतर पहले की प्रक्रिया के चरण प्रभावी रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया के लिए महत्वपूर्ण हैं।सोल्डर पेस्ट मुद्रण प्रक्रियापीसीबी पर सोल्डर पेस्ट का लगातार जमा होना सुनिश्चित करने की कुंजी है।इस स्तर पर कोई भी गलती अवांछित परिणामों को जन्म देगी और साथ ही इस प्रक्रिया पर पूर्ण नियंत्रण भी होगाप्रभावी स्टैंसिल डिजाइनज़रूरी है।

सतह माउंट घटकों का दोहराव योग्य प्लेसमेंट

घटक प्लेसमेंट भिन्नता

सतह पर लगे घटकों का प्लेसमेंट दोहराए जाने योग्य होना चाहिए और इसलिए एक विश्वसनीय, अच्छी तरह से बनाए रखा गया पिक एंड प्लेस मशीन आवश्यक है।यदि घटक पैकेजों को सही तरीके से नहीं पढ़ाया जाता है, तो इससे मशीन की दृष्टि प्रणाली प्रत्येक भाग को एक ही तरीके से नहीं देख पाएगी और इसलिए प्लेसमेंट में भिन्नता देखी जाएगी।इससे रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया के बाद असंगत परिणाम सामने आएंगे।

कंपोनेंट प्लेसमेंट प्रोग्राम पिक एंड प्लेस मशीनों का उपयोग करके बनाए जा सकते हैं लेकिन यह प्रक्रिया पीसीबी गेरबर डेटा से सीधे सेंट्रोइड जानकारी लेने जितनी सटीक नहीं है।अक्सर यह सेंट्रोइड डेटा पीसीबी डिज़ाइन सॉफ़्टवेयर से निर्यात किया जाता है लेकिन कभी-कभी उपलब्ध नहीं होता हैGerber डेटा से सेंट्रोइड फ़ाइल उत्पन्न करने की सेवा सरफेस माउंट प्रोसेस द्वारा प्रदान की जाती है.

सभी घटक प्लेसमेंट मशीनों में 'प्लेसमेंट सटीकता' निर्दिष्ट होगी जैसे: -

35um (क्यूएफपी) से 60um (चिप्स) @ 3 सिग्मा

रखे जाने वाले घटक प्रकार के लिए सही नोजल का चयन करना भी महत्वपूर्ण है - विभिन्न घटक प्लेसमेंट नोजल की एक श्रृंखला नीचे देखी जा सकती है: -

अच्छी गुणवत्ता वाला पीसीबी, घटक और सोल्डर पेस्ट

प्रक्रिया के दौरान उपयोग की जाने वाली सभी वस्तुओं की गुणवत्ता उच्च होनी चाहिए क्योंकि खराब गुणवत्ता वाली कोई भी चीज़ अवांछनीय परिणाम देगी।पीसीबी की विनिर्माण प्रक्रिया और जिस तरह से उन्हें संग्रहीत किया गया है, उसके आधार पर पीसीबी की फिनिश रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया के दौरान खराब सोल्डरबिलिटी का कारण बन सकती है।नीचे एक उदाहरण दिया गया है कि जब पीसीबी की सतह खराब होती है तो क्या देखा जा सकता है, जिससे 'ब्लैक पैड' नामक दोष उत्पन्न हो जाता है:-

अच्छी गुणवत्ता वाली पीसीबी फिनिश

कलंकित पीसीबी

सोल्डर घटक की ओर प्रवाहित हो रहा है, पीसीबी की ओर नहीं

इसी प्रकार विनिर्माण प्रक्रिया और भंडारण की विधि के आधार पर सतह माउंट घटक लीड की गुणवत्ता खराब हो सकती है।

सोल्डर पेस्ट की गुणवत्ता इससे काफी प्रभावित होती हैजमा करना और संभालना.यदि खराब गुणवत्ता वाले सोल्डर पेस्ट का उपयोग किया जाए तो परिणाम मिलने की संभावना है जैसा कि नीचे देखा जा सकता है:-