لحیم کاری موجی چیست؟ یک راهنمای کامل

در تولید الکترونیکی مدرن، لحیم‌کاری موجی یک فناوری بسیار بالغ و قابل اعتماد است. اگرچه اکنون اکثر محصولات SMT با چگالی بالا از لحیم‌کاری جریان برگشتی استفاده می‌کنند، اما لحیم‌کاری موجی هنوز در مونتاژ قطعات سوراخ‌دار و فناوری ترکیبی PCB ضروری است.

اگر می‌خواهید بدانید لحیم‌کاری موجی چیست، یا فرآیند لحیم‌کاری موجی چگونه انجام می‌شود، یا چه زمانی باید آن را به عنوان فرآیند لحیم‌کاری خود در تولید واقعی انتخاب کنید، این مقاله گام به گام آن را توضیح می‌دهد. از اصول تجهیزات گرفته تا پارامترهای کلیدی و سپس نحوه کنترل عیوب و بهبود نرخ بازده، همه چیز پوشش داده خواهد شد.

برای درک واقعی لحیم‌کاری موجی، نه تنها دانستن نحوه‌ی کارکرد آن، بلکه مهم‌تر از آن، یادگیری کنترل فرآیند و کاهش انواع مختلف نقص‌های لحیم‌کاری و پایدارتر و قابل اعتمادتر کردن تولید انبوه است.

لحیم کاری موجی چیست؟

به عبارت ساده، لحیم کاری موجی یک فرآیند لحیم کاری انبوه است. در فرآیند لحیم کاری موجی، برد مدار چاپی از روی یک "موج" تشکیل شده توسط لحیم مذاب عبور می‌کند. لحیم با سطح زیرین برد مدار تماس پیدا می‌کند و پایه‌های قطعات سوراخ‌دار را محکم به پدها لحیم می‌کند تا یک اتصال الکتریکی و استحکام مکانیکی ایجاد شود.

در مقایسه با لحیم کاری دستی، لحیم کاری موجی خودکار است و این امر آن را سریعتر و پایدارتر می کند. تا زمانی که پارامترها به درستی تنظیم شوند، وقتی PCB از موج لحیم عبور می کند، تمام موقعیت های فلزی که توسط ماسک لحیم پوشانده نشده اند توسط لحیم خیس می شوند و اتصالات لحیم کاری محکمی را تشکیل می دهند.

لحیم کاری موجی عمدتاً برای قطعات سوراخ‌دار استفاده می‌شود و همچنین برای بردهای مدار چاپی با فناوری ترکیبی (همراه با فناوری SMT) مناسب است. این روش برای تولید انبوه مناسب است و یک فرآیند لحیم کاری پایدار و تکرارپذیر است.

لحیم کاری موجی در مقابل لحیم کاری جریانی

چیست؟ لحیم کاری مجدد?

لحیم کاری Reflow یک روش لحیم کاری رایج برای نصب سطحی SMT است. این روش در واقع بسیار ساده است: ابتدا یک لایه خمیر لحیم را روی پدهای PCB چاپ کنید و سپس قطعات را در موقعیت های مربوطه قرار دهید. کل برد برای گرم شدن وارد کوره Reflow می شود. پس از ذوب شدن خمیر لحیم، پایه های قطعات و پدها به هم لحیم می شوند. در نهایت، خنک و جامد می شود تا یک اتصال محکم تشکیل شود.

به عبارت ساده، لحیم کاری جریانی با گرم کردن کل برد به طور همزمان برای ذوب شدن خمیر لحیم و تکمیل لحیم کاری کار می‌کند. این روش عمدتاً برای قطعات نصب سطحی استفاده می‌شود و به ویژه برای PCB های با چگالی بالا و گام ریز مناسب است.

لحیم کاری موجی در مقابل لحیم کاری جریانی

هنگام بحث در مورد لحیم کاری موجی، مقایسه آن با لحیم کاری جریانی اجتناب ناپذیر است.

تجهیزات کلیدی در لحیم کاری موجی

یک فرآیند لحیم کاری موج استاندارد معمولاً شامل تجهیزات زیر است:

•  دیگ لحیم (حمام لحیم مذاب)

•  سیستم پمپ برای ایجاد موج لحیم

•  سیستم نوار نقاله

•  واحد فلاکسینگ

•  منطقه پیش گرم

•  بخش خنک کننده

تجهیزات لحیم‌کاری موجی مدرن ممکن است از ساختار پیک دو موجی یا سیستم پمپ الکترومغناطیسی استفاده کنند تا از پایداری بیشتر موج لحیم اطمینان حاصل شود. در کاربردهای با دقت بالا، از سیستم‌های لحیم‌کاری موج انتخابی نیز استفاده می‌شود که در آن‌ها فقط نواحی خاصی لحیم می‌شوند به جای اینکه اجازه داده شود کل برد مدار از یک موج کامل عبور کند.

درباره PCBasic

زمان در پروژه‌های شما حکم پول را دارد – و PCBasic آن را دریافت می کند. PCاساسی هست یک شرکت مونتاژ PCB که هر بار نتایج سریع و بی‌نقصی ارائه می‌دهد. خدمات جامع ما خدمات مونتاژ PCB شامل پشتیبانی مهندسی متخصص در هر مرحله، تضمین کیفیت برتر در هر تخته. به عنوان یک پیشرو سازنده مونتاژ PCB, ما یک راهکار جامع ارائه می‌دهیم که زنجیره تأمین شما را ساده می‌کند. با تیم پیشرفته ما همکاری کنید کارخانه نمونه اولیه PCB برای تحویل سریع و نتایج عالی که می‌توانید به آنها اعتماد کنید.

جریان فرآیند لحیم کاری موجی

کل فرآیند لحیم کاری موجی را می‌توان به چهار مرحله تقسیم کرد:

•  برنامه شار

•  پیش گرم کردن

•  تماس موج لحیم

•  خنک سازی

این چهار مرحله همگی ضروری هستند. اگر هر مرحله به خوبی کنترل نشود، ممکن است انواع مختلفی از عیوب لحیم کاری ایجاد شود.

۲. کاربرد فلاکس

قبل از لحیم کاری موجی، باید از فلاکس استفاده شود تا اکسیداسیون از سطح فلز پاک شود و به چسبندگی بهتر لحیم کمک کند. روش‌های رایج شامل فلاکس اسپری و فلاکس فومی است.

مقدار روان‌ساز باید با دقت کنترل شود. اگر خیلی کم باشد، ممکن است باعث خیس شدن ضعیف لحیم شود، در حالی که اگر خیلی زیاد باشد، بقایایی روی برد باقی می‌ماند. هر دو حالت متعلق به انواع رایج نقص‌های لحیم‌کاری هستند.

پاشش ناهموار شار مستقیماً بر پایداری کل فرآیند لحیم کاری موج تأثیر می گذارد.

2. مرحله پیش گرم کردن

پس از اعمال شار، برد مدار چاپی وارد منطقه پیش گرمایش خواهد شد. پیش گرمایش به برد اجازه می‌دهد تا به تدریج گرم شود، همزمان شار را فعال کند و شوک حرارتی را کاهش دهد.

محدوده‌های دمایی رایج در منطقه پیش‌گرمایش

•  ۹۰ تا ۱۱۰ درجه سانتی‌گراد برای تخته‌های استاندارد

•  ۱۱۵ تا ۱۲۵ درجه سانتی‌گراد برای تخته‌های چندلایه

اگر برد از قبل گرم نشده باشد یا دما کافی نباشد، تماس ناگهانی با موج لحیم با دمای بالا ممکن است باعث ترک یا اتصالات لحیم سرد شود. این موارد نیز جزو انواع نقص لحیم کاری هستند.

۳. مرحله تماس موج لحیم

این مهمترین مرحله در لحیم کاری موجی است.

برد مدار چاپی از روی موج لحیم مذاب عبور می‌کند. برای لحیم بدون سرب، دما معمولاً بین ۲۴۵ تا ۲۶۰ درجه سانتیگراد است. زمان تماس معمولاً بین ۲ تا ۴ ثانیه کنترل می‌شود.

پارامترهای کلیدی که در این مرحله باید کنترل شوند شامل سرعت نوار نقاله، ارتفاع موج، ترکیب لحیم و جهت حرکت PCB است. اگر ارتفاع موج خیلی زیاد باشد، پل زدن لحیم به راحتی می‌تواند رخ دهد که یکی از رایج‌ترین انواع نقص لحیم کاری است.

۵. مرحله خنک‌سازی

پس از عبور موج لحیم، برد مدار چاپی (PCB) باید به آرامی خنک شود. اگر خنک شدن خیلی سریع باشد، برد مدار چاپی ممکن است تاب بردارد یا دچار شکستگی‌های ناشی از تنش شود؛ اگر خنک شدن خیلی آهسته باشد، ساختار اتصال لحیم ممکن است ناپایدار باشد. سرعت خنک شدن مناسب می‌تواند قابلیت اطمینان اتصالات لحیم را بهبود بخشد و عیوب لحیم کاری را کاهش دهد.

خلاصه اینکه، فرآیند لحیم کاری موجی پیچیده نیست، اما هر مرحله باید به خوبی کنترل شود؛ در غیر این صورت، مشکلات مختلفی ایجاد خواهد شد.

کنترل فرآیند لحیم کاری موجی در تولید انبوه

در تولید انبوه، اگر می‌خواهید لحیم‌کاری موجی پایدار بماند و نرخ بازده بالایی داشته باشد، باید هر پارامتر به خوبی کنترل شود. تا زمانی که نوساناتی در فرآیند وجود داشته باشد، ایجاد انواع مختلف نقص لحیم‌کاری بسیار آسان است.

کنترل سرعت نوار نقاله

•  سرعت معمول → ۱.۰-۱.۵ متر در دقیقه.

•  خیلی سریع → لحیم اتصالات را کاملاً خیس نمی‌کند

•  خیلی کند → ممکن است پل لحیم ایجاد شود

مدیریت چگالی شار

وزن مخصوص روان‌ساز باید ثابت نگه داشته شود و سیستم اسپری نیز باید مرتباً کالیبره شود. اگر روان‌ساز خیلی ضعیف یا خیلی غلیظ باشد، بر عملکرد خیس شدن تأثیر می‌گذارد. این یکی از رایج‌ترین انواع نقص لحیم‌کاری است.

نظارت بر ترکیب حمام لحیم

ترکیب دیگ لحیم باید به طور منظم بررسی شود، به خصوص برای آلودگی‌هایی مانند مس و آهن. اگر لحیم آلوده باشد، اکسیداسیون را تسریع می‌کند و در نتیجه باعث انواع مختلف عیوب لحیم کاری می‌شود.

بهینه‌سازی ارتفاع موج و طول تماس

ارتفاع موج مستقیماً بر کیفیت اتصال لحیم تأثیر می‌گذارد.

•  عمق غوطه‌وری معمولاً در ۱ تا ۲ میلی‌متر کنترل می‌شود.

•  طول تماس معمولاً 20 تا 40 میلی‌متر است.

با تنظیم سرعت پمپ، می‌توان شکل ایده‌آل را در طول فرآیند لحیم‌کاری موجی حفظ کرد.

کنترل دما در لحیم کاری موجی

کنترل دما در لحیم کاری موجی بسیار مهم است.

•  لحیم بدون سرب معمولاً در دمای ۲۵۰ تا ۲۶۰ درجه سانتیگراد نگهداری می‌شود.

•  سعی کنید از ۲۶۰ درجه سانتیگراد بالاتر نرود.

•  منطقه پیش گرم معمولاً بین ۱۰۰ تا ۱۲۰ درجه سانتیگراد تنظیم می‌شود.

کنترل ضعیف دما می‌تواند منجر به مفاصل سرد, ترک خوردگی اتصالات و اکسیداسیون بیش از حد. همه اینها انواع رایج نقص لحیم کاری در تولید انبوه هستند.

به طور خلاصه، لحیم کاری موجی به خودی خود پیچیده نیست، اما این فرآیند باید پایدار بماند تا کیفیت ثابتی را تضمین کند.

عیوب رایج لحیم کاری موجی و پیشگیری از آنها

مورد	پل‌ها/اتصالات کوتاه لحیم‌کاری	پر کردن ضعیف سوراخ	سوراخ‌های پین/دمشی	اتصال سرد لحیم کاری	پدهای بلند شده	توپ های لحیم کاری
تصاویر
توضیحات:	لحیم اضافی، پین‌های مجاور را به هم متصل می‌کند	سوراخ سرتاسری کاملاً با لحیم پر نشده است	سوراخ‌ها یا حفره‌های کوچک قابل مشاهده در اتصالات لحیم‌کاری	سطح کدر با مقاومت مکانیکی ضعیف	پد مسی از زیرلایه PCB جدا می‌شود	کره‌های لحیم کوچک پراکنده روی سطح PCB
دلایل اصلی	ارتفاع موج بیش از حد، سرعت پایین نوار نقاله، فاصله کم پین‌ها، کنترل ضعیف شار	دمای لحیم پایین، زمان تماس ناکافی، نسبت نامناسب حفره به سرب	رطوبت در برد مدار چاپی، شار الکتریکی بیش از حد، پیش گرمایش ناکافی	دمای لحیم پایین، زمان تماس ناکافی، پدهای اکسید شده	گرمای بیش از حد، فشار مکانیکی، کیفیت پایین PCB	شار اضافی، گرمایش سریع، آلودگی
مزایا	تنظیم ارتفاع موج، بهینه‌سازی زاویه نوار نقاله، بهبود طراحی پد	افزایش دمای محفظه لحیم، تنظیم سرعت نوار نقاله، بهبود طراحی PCB	قبل از لحیم کاری، PCB را بپزید، مشخصات پیش گرم را بهینه کنید، مقدار شار را کنترل کنید	افزایش دمای لحیم، بهبود فعال‌سازی شار، تمیز کردن سطوح PCB	کاهش زمان توقف، بهبود درجه مواد PCB	بهینه سازی چگالی شار، بهبود شیب پیش گرمایش
تأثیر	نقص شدید در اتصالات لحیم کاری، ممکن است باعث اتصال کوتاه الکتریکی شود	نقص‌های معمول لحیم‌کاری، بر استحکام مکانیکی تأثیر می‌گذارد	انواع رایج عیوب لحیم کاری	عیوب رایج اتصالات لحیم، که اغلب در نمونه‌های لحیم‌کاری بد مشاهده می‌شود	نقص‌های جدی لحیم‌کاری، بر قابلیت اطمینان درازمدت تأثیر می‌گذارد	اشتباهات رایج لحیم کاری، که اغلب ناشی از شرایط لحیم کاری موج ناپایدار است

بازرسی کیفیت پس از لحیم کاری موجی

هدف از بازرسی کیفیت بسیار ساده است: اطمینان از اینکه بردهای مدار دریافتی توسط مشتریان هیچ مشکل کیفی ندارند.

پس از اتمام لحیم کاری موجی، معمولاً روش‌های بازرسی متنوعی برای تأیید کیفیت لحیم کاری، اتصالات الکتریکی و عملکرد محصول مورد نیاز است.

بازرسی بصری

اساسی‌ترین روش بازرسی، بازرسی چشمی دستی است.

اپراتور مستقیماً اتصالات لحیم کاری روی PCB را مشاهده می‌کند تا انواع آشکار نقص لحیم کاری، مانند موارد زیر را بررسی کند:

•  پل لحیم کاری

•  اتصالات لحیم کاری از دست رفته

•  اتصالات لحیم ناقص

این روش ساده است، اما می‌تواند به سرعت بسیاری از مشکلات قابل مشاهده را شناسایی کند.

بازرسی نوری خودکار، AOI

AOI از دوربین‌ها و سیستم‌های تشخیص تصویر برای بازرسی سطح PCBها استفاده می‌کند. این سیستم می‌تواند موارد زیر را تشخیص دهد:

•  آیا شکل اتصال لحیم طبیعی است؟

•  آیا قرارگیری اجزا صحیح است؟

•  آیا ناهنجاری‌های لحیم‌کاری وجود دارد؟

در مقایسه با بازرسی دستی، AOI سریع‌تر و سازگارتر است.

بازرسی اشعه ایکس

برای بردهای چند لایه یا PCB های پیچیده، بازرسی سطح به تنهایی کافی نیست. در این مرحله، از بازرسی با اشعه ایکس استفاده می‌شود. این روش می‌تواند شرایط داخلی اتصال لحیم، مانند موارد زیر را آشکار کند:

•  حفره‌های داخل اتصالات لحیم‌کاری

•  لحیم کاری ناکافی

•  عیوب پنهان لحیم کاری

مزایا و محدودیت‌های لحیم‌کاری موجی

مزایای

•  بازدهی بالا

•  تولید انبوه مقیاس‌پذیر

•  اتصالات مکانیکی قوی

•  مقرون به صرفه برای حجم زیاد

•  قابل اعتماد برای مجموعه‌های با توان بالا

محدودیت ها

•  برای SMT با گام ریز مناسب نیست

•  محدودیت های طراحی

•  محدودیت‌های ارتفاع اجزا

•  مشکلات سایه‌زنی

در مواردی که لحیم کاری موضعی مورد نیاز است، لحیم کاری موج انتخابی می‌تواند به عنوان جایگزینی دقیق‌تر برای لحیم کاری موج سنتی مورد استفاده قرار گیرد.

نتیجه

درک لحیم کاری موجی فقط دانستن تعریف آن نیست، بلکه مهمتر از آن، درک چگونگی کنترل خوب کل فرآیند لحیم کاری است.

در فرآیند لحیم‌کاری موجی، هر مرحله از اعمال شار تا خنک‌سازی نهایی، بر بازده و قابلیت اطمینان محصول تأثیر می‌گذارد. اگر پارامترهایی مانند دما، ارتفاع موج، سرعت نوار نقاله و ترکیب لحیم به درستی کنترل شوند، می‌توان بسیاری از انواع نقص‌های لحیم‌کاری را کاهش داد و تولید را پایدارتر کرد.

اگرچه بسیاری از محصولات SMT اکنون از لحیم کاری جریانی استفاده می‌کنند، لحیم کاری موجی هنوز برای PCB های با فناوری ترکیبی و مجموعه‌های سوراخ‌دار بسیار مهم است. در برخی موارد، لحیم کاری موج انتخابی نیز استفاده می‌شود که فقط در موقعیت تعیین شده لحیم می‌شود، که انعطاف‌پذیرتر و دقیق‌تر است.

لحیم کاری موجی همچنان یک فرآیند کلیدی در مونتاژ PCB برای صنایعی است که به قابلیت اطمینان بالا و اتصالات با استحکام بالا نیاز دارند.

اگر می‌خواهید محصولات الکترونیکی را به طور پایدار و قابل اعتماد در مقیاس بزرگ تولید کنید، تسلط بر لحیم‌کاری موجی یک قابلیت بسیار اساسی و بسیار مهم است.