Lehimleme İşlemi ve Tekniklerine Dair Detaylı Bir Kılavuz

Modern elektronik üretiminde, yüzeye monte edilen bileşenlerin baskılı devre kartlarına (PCB) montajı için ana lehimleme yöntemi reflow lehimlemedir. Prototipleme veya seri üretimde olsun, reflow lehimlemenin kalitesi ürünün güvenilirliğini, performansını ve kullanım ömrünü doğrudan etkiler.

Basitçe anlatmak gerekirse, reflow lehimleme işlemi şu şekildedir: Öncelikle, lehim macunu PCB pedlerine basılır; daha sonra bileşenler lehim macununun üzerine yerleştirilir; bundan sonra, devre kartı ısıtılmış bir reflow fırınından geçirilir. Sıcaklık yükseldikçe, lehim macunu erir ve bileşenleri PCB üzerine sıkıca bağlayarak kararlı elektriksel ve mekanik bağlantılar oluşturur.

Lehimleme işleminin çalışma prensibi karmaşık olmasa da, gerçek üretimde lehimleme sonuçlarını etkileyen birçok faktör vardır; bunlar arasında lehim macunu türü, şablon tasarımı, ped yapısı ve lehimleme profilinin ve lehimleme sıcaklığının çok önemli kontrolü yer almaktadır.

Bu makale, çeşitli teknik kaynakların içeriğini bir araya getirerek, reflow lehimlemenin ne olduğunu daha basit ve anlaşılır bir şekilde açıklıyor; reflow lehimleme işleminin adım adım nasıl tamamlandığını, uygun reflow lehimleme makinesinin nasıl seçileceğini, istikrarlı bir reflow profilinin nasıl oluşturulacağını ve üretimde sık karşılaşılan lehimleme hatalarının nasıl azaltılacağını anlatıyor.

Reflow Lehimleme Nedir?

Reflow lehimleme nedir? Basitçe ifade etmek gerekirse, reflow lehimleme, SMT bileşenlerini bir PCB üzerine ısıtma yöntemiyle lehimleme yöntemidir.

Temel işlem şu şekildedir: Öncelikle, PCB pedlerine lehim macunu (lehim macunu lehim tozu ve akıdan oluşur) basılır ve ardından bileşenler ilgili pozisyonlara yerleştirilir. Daha sonra, devre kartı ısıtılmış reflow fırınına girer. Sıcaklık yükseldiğinde, lehim macunu erir ve akarak pedleri ve bileşen uçlarını kaplar. Sıcaklık düştüğünde, lehim soğur ve katılaşarak güçlü bir lehim bağlantısı oluşturur.

Lehimleme işleminin yaygın olarak kullanılmasının çeşitli nedenleri vardır:

•  Yüksek verimlilik ve istikrarlı üretim sonuçlarıyla aynı anda birçok bileşeni lehimleyebilir.

•  Cep telefonları, bilgisayarlar, otomotiv elektroniği ve IoT cihazları gibi yüksek yoğunluklu baskılı devre kartları (PCB'ler) için uygundur.

•  Şablon baskı, yerleştirme ve lehimleme fırını gibi otomatik SMT üretim hatlarında kullanımı çok kolaydır.

Ayrıca, reflow lehimleme ve dalga lehimlemenin aynı işlem olmadığını da belirtmek gerekir. Genel olarak, dalga lehimleme esas olarak delikli (THT) bileşenlerin lehimlenmesinde kullanılırken, reflow lehimleme tipik olarak SMT bileşenleri için kullanılır.

Reflow Lehimleme İşlemine Genel Bakış 

İstikrarlı bir lehimleme işlemi, önceki her adımın tutarlı bir şekilde kontrol edilmesi olmadan mümkün değildir. İyi bir lehimleme etkisi, standartlaştırılmış üretim prosedürleri ve süreç kontrolü ile elde edilir.

Tipik bir SMT üretim hattında, reflow lehimleme genellikle aşağıdaki adımlarla gerçekleştirilir:

•  PCB hazırlığı ve temizliği

•  Lehim macunu baskısı (genellikle şablon baskısı)

•  Parça yerleştirme (al ve yerleştir)

•  Reflow fırında ısıtma

•  Soğuma aşamasında lehim katılaşır ve lehim bağlantıları oluşur.

•  Muayene ve kalite kontrol

PCB Hazırlama ve Temizleme

Lehimleme işleminden önce PCB yüzeyi temiz olmalıdır. PCB üzerinde kirlilik varsa, lehimleme işleminden sonra soğuk lehim bağlantıları, açık devreler veya eksik lehim bağlantıları gibi sorunlar ortaya çıkabilir.

Yaygın PCB temizleme yöntemleri şunlardır:

• Ultrasonik temizlik – İnatçı kirleri gidermek için uygundur

• Sulu temizlik – su bazlı temizlik çözümleri kullanır

• Solventle temizleme – Yağı veya kalıntıları gidermek için kimyasal çözücüler kullanır

Temizleme yönteminin seçimi, kirliliğin türüne, PCB malzemelerine ve çevresel gereksinimlere bağlıdır.

Lehim Pastası Uygulaması

Çoğu reflow lehimleme üretim hattında, lehim macunu bir şablon kullanılarak PCB pedlerine basılır. İyi tasarlanmış bir şablon, lehim macununun hacmini etkili bir şekilde kontrol ederek lehim köprülenmesi veya yetersiz lehim sorununu azaltabilir.

Lehim macunu baskısının kalitesini etkileyen başlıca faktörler şunlardır:

• Şablon kalınlığı ve açıklık tasarımıBu değerler, pedlere basılan lehim macunu miktarını belirler.

• Silecek basıncı, hızı ve açısı, Bu durum, lehim macununun PCB üzerine eşit şekilde aktarılıp aktarılamayacağını etkiler.

• Lehim macununun özellikleri (viskozite ve akış davranışı gibi) ve saklama koşulları baskı stabilitesini etkileyecektir.

Parça Yerleştirme / Seçme ve Yerleştirme

Yerleştirme aşamasında, bileşenler lehim macunu üzerine doğru bir şekilde yerleştirilmelidir. Bileşen doğru yerleştirilmezse, lehimleme işlemi sırasında lehim dağılımı düzensiz olur ve bu da lehimleme kalitesini etkileyebilir.

Yerleştirme işleminde sorun varsa, lehimleme sonrası genellikle parçaların yanlış yerleştirilmesi, kayması veya hizalanması, açık devreler ve lehim köprüleri gibi kusurlar meydana gelir.

Lehim Reflow Fırını

Lehimleme işleminde en önemli ekipman reflow fırınıdır. Görevi, PCB'yi ısıtarak lehim macununun uygun bir sıcaklıkta erimesini ve ardından soğuyarak sağlam lehim bağlantıları oluşturmasını sağlamaktır.

İyi bir lehimleme fırını sadece ısıtma özelliğine sahip olmakla kalmamalı, aynı zamanda PCB'yi doğru sıcaklıkta, doğru zamanda ve kontrollü bir şekilde tüm kart boyunca ısıtabilmelidir.

Reflow Fırınlarının Türleri

Lehimleme makinesi seçerken ısıtma yöntemi önemli bir faktördür. İki yaygın tür kızılötesi ısıtma ve sıcak hava konveksiyonlu ısıtmadır.

Reflow Fırın Bölgeleri

Lehimleme fırınlarının çoğu birden fazla sıcaklık bölgesine ayrılmıştır ve her bölge bağımsız olarak kontrol edilebilir.

Bu sıcaklık bölgeleri birlikte, PCB'nin lehimleme işlemi sırasında maruz kaldığı genel lehimleme profilini oluşturur.

Genellikle aşağıdaki 4 aşamaya ayrılabilir:

Ön Isıtma Bölgesi

Ön ısıtma aşamasında, bileşenlere termal şok gelmesini önlemek için PCB sıcaklığı kademeli olarak artırılacaktır.

Islatma Bölgesi

Islatma aşaması, baskılı devre kartını belirli bir süre orta sıcaklık aralığında tutarak, tüm baskılı devre kartının sıcaklığının daha homojen olmasını sağlar ve aynı zamanda lehim macunundaki akıyı aktif hale getirir.

Yeniden Akış Bölgesi

Lehimleme bölgesinde sıcaklık lehimin erime noktasının üzerine çıkar ve lehim macunu eriyerek pedleri ve bileşen uçlarını ıslatır.

Soğutma Bölgesi

Soğuma aşamasında lehim katılaşır ve nihai lehim bağlantısını oluşturur.

Sıcaklık Profilleri / Lehimleme Profili

Lehimleme profili, bir baskılı devre kartının (PCB) lehimleme fırını içinde maruz kaldığı sıcaklık değişim eğrisidir. Lehimleme kalitesini ve üretim verimliliğini etkileyen önemli bir faktördür.

Yaygın lehimleme profilleri şunlardır:

• Ramp-Soak-Spike (RSS)

Sıcaklık önce artar, sonra bir süre sabit bir seviyede kalır ve sonunda en yüksek yeniden akış sıcaklığına ulaşır.

• Yükselişten Zirveye (RTS)

Sıcaklık, neredeyse hiç bekleme aşaması olmadan, zirveye ulaşana kadar sürekli olarak yükselir.

• Özel Profil

Profil, PCB yapısına, bileşen türlerine ve lehim macununun özelliklerine göre ayarlanır.

Lehimleme makinesinin durumu zamanla değiştiği için lehimleme profilini düzenli olarak kontrol etmek çok önemlidir. Örneğin, fan performansı değişebilir, ısıtıcılar eskiyebilir ve konveyör bantları aşınabilir.

İstikrarlı bir lehimleme kalitesi elde etmek istiyorsanız, lehimleme profilini düzenli olarak kontrol etmeli ve ayarlamalısınız.

Lehimleme İşleminde Sık Karşılaşılan Sorunlar ve Çözümleri

Olgun bir üretim hattında bile, lehimleme işlemi sırasında çeşitli lehimleme hataları meydana gelebilir. Mükemmel bir üretim hattı, sorunun temel nedenini hızlı bir şekilde belirleyebilir ve lehim macunu baskısı, bileşen yerleşimi ve lehim fırını gibi birden fazla aşamada iyileştirmeler yapabilir.

Aşağıda bazı yaygın arızalar ve bunlara karşılık gelen çözümler yer almaktadır.

mezar taşı

"Manhattan etkisi" olarak da bilinen "tombstoning", lehimleme işlemi sırasında bir çip bileşeninin bir ucunun kalkıp dik durması ve bunun sonucunda açık devre oluşması durumunu ifade eder. Bu, lehimleme işlemi sırasında oluşan dengesizlikten kaynaklanan tipik bir kusurdur.

Yaygın sebepler

•  İki ped arasında eşit olmayan ısıtma

•  Her bir ped üzerinde farklı miktarda lehim macunu bulunur.

•  Yanlış hizalanmış bileşen yerleşimi

•  PCB üzerindeki bakırın düzensiz dağılımından kaynaklanan termal dengesizlik

Çözümler

•  Lehim macunu hacmini dengelemek için şablon açıklıklarını optimize edin.

•  Yerleştirme doğruluğunu kontrol edin.

•  Yeniden akış profilini ayarlayın.

•  Ped tasarımını ve bakır dengelemesini iyileştirin.

boşluklar

Lehim bağlantısı içinde hapsolmuş gaz ceplerine boşluk denir. Bu olgu BGA, QFN veya büyük termal pedlerde daha yaygındır. Boşluklar lehim bağlantılarının termal iletkenliğini azaltabilir ve güvenilirliklerini etkileyebilir.

Yaygın sebepler

•  Lehimleme işlemi sırasında sıkışan gaz

•  Lehimin ıslanmasını etkileyen oksidasyon

•  Lehim macununun uygunsuz şekilde saklanması veya kullanılması

•  Uygun olmayan bir lehimleme profili

Çözümler

•  Yeniden akış profilini optimize edin

•  Düşük boşluklu lehim macunu kullanın.

•  Şablon tasarımını iyileştirin

•  PCB yüzeylerini temiz tutun.

Soğuk Lehim Bağlantıları

Soğuk lehim bağlantıları genellikle lehimin yüzeyinde mat veya çatlak bir görünüm sergiler; bu da lehimin tamamen erimediğini veya zayıf ıslatma özelliğine sahip olduğunu gösterir.

Yaygın sebepler

•  Lehimleme sıcaklığı çok düşük

•  Sıvılaşma noktasının üzerindeki süre çok kısa

•  PCB'nin belirli bölgelerine ısı transferinin yetersiz olması

•  Akı bozulması veya oksidasyonu

Çözümler

•  En yüksek yeniden akış sıcaklığını artırın.

•  Sıvılaşma noktasının üzerindeki süreyi biraz uzatın.

•  Isıtma homojenliğini iyileştirin

•  Taze lehim macunu kullanıldığından emin olun.

Lehim Köprüleri

Lehim köprüleri, lehimin bitişik pedleri birbirine bağlayarak kısa devreye neden olduğu durumu ifade eder. Bu tür bir sorun, ince aralıklı cihazlarda veya yüksek yoğunluklu PCB'lerde nispeten yaygındır.

Yaygın sebepler

•  Fazla lehim macunu

•  Kötü şablon baskısı

•  Bileşen yanlış hizalaması

•  Kararsız bir yeniden akış profili

Çözümler

•  Lehim macunu miktarını azaltın

•  Şablon baskı kalitesini iyileştirin

•  Yerleştirme doğruluğunu kontrol edin.

•  Yeniden akış profilini ayarlayın.

Lehim Topu

Lehim topaklanması, lehimleme işleminden sonra lehim bağlantılarının etrafında birçok küçük lehim topunun oluşması anlamına gelir. Bu lehim topakları kısa devreye neden olabilir ve ürünün güvenilirliğini de etkileyebilir.

Yaygın sebepler

•  Ön ısıtma aşamasında çok hızlı ısıtma

•  Lehim macununun yetersiz durumu

•  Tutarsız baskı

•  Yanlış lehimleme profili

Çözümler

•  Ön ısıtma hızını yavaşlatın.

•  Lehim macununun saklanması ve kullanımı konusunda iyileştirmeler yapın.

•  Şablon tasarımını optimize edin

•  PCB yüzeylerinin temiz olduğundan emin olun.

Bu lehimleme hataları tek bir noktayı vurguluyor: yeniden akışlı lehimleme, eksiksiz bir sistem işlemidir. Lehim macunu baskısı, bileşen yerleşimi ve yeniden akış sıcaklığı kontrolü, istikrarlı lehimleme kalitesini sağlamak için birlikte çalışmalıdır.

Muayene ve Kalite Kontrol

Denetimin rolü, süreç bilgisini ölçülebilir ve nicel kalite kontrolüne dönüştürmektir. Mükemmel bir kalite sistemi genellikle yalnızca bir test yöntemine dayanmaz, birden fazla yöntemi birleştirir.

Gözle Muayene

En temel muayene yöntemi, elle yapılan görsel muayenedir.

Operatör, PCB üzerindeki lehim bağlantılarını doğrudan gözlemleyerek, aşağıdaki gibi belirgin lehimleme kusurlarını kontrol edecektir:

•  Lehim köprüleme

•  Eksik lehim bağlantıları

•  Eksik lehim bağlantıları

Bu yöntem basit olmasına rağmen, birçok görünür sorunu hızla tespit edebiliyor.

Otomatik Optik Muayene, AOI

AOI, baskılı devre kartlarının yüzeyini incelemek için kameralar ve görüntü tanıma sistemleri kullanır. Şunları tespit edebilir:

•  Lehim bağlantısının şeklinin normal olup olmadığı

•  Bileşen yerleşiminin doğru olup olmadığı

•  Lehimlemede anormallikler olup olmadığı

AOI, manuel incelemeye kıyasla daha hızlı ve daha tutarlıdır.

Röntgen Muayenesi

Çok katmanlı devre kartları veya karmaşık baskılı devre kartları için, yalnızca yüzey incelemesi yeterli değildir. Bu noktada, X-ışını incelemesi kullanılacaktır. Bu yöntem, lehim bağlantısının iç koşullarını ortaya çıkarabilir, örneğin:

•  Lehim bağlantılarının içindeki boşluklar

•  yetersiz lehim

•  Gizli lehimleme hataları

Sonuç

Güvenilir elektronik ürünler, güvenilir lehim bağlantıları olmadan çalışamaz ve reflow lehimleme, SMT üretiminde en yaygın lehimleme yöntemi haline gelmiştir. Reflow lehimlemeyi anlamak, sadece lehimin ısıtıldığında eridiğini bilmekle sınırlı değildir. Daha da önemlisi, SMT şablonunun tasarımı, lehim macununun performansı, yerleştirme doğruluğu ve reflow fırınının parametrelerinin birlikte tüm reflow lehimleme sürecinin kararlılığını nasıl etkilediğini anlamak gerekir.

Aynı zamanda, tüm elektronik üretim sürecine de bakmak gerekiyor. Birçok üründe hem SMT bileşenleri hem de delikli bileşenler bulunur. Bu nedenle, dalga lehimleme ve reflow lehimleme arasındaki farkları anlamak, maliyet, verimlilik ve güvenilirlik arasında daha uygun bir seçim yapmaya yardımcı olabilir.

SSS

1. Reflow lehimleme nedir?

Reflow lehimleme, SMT bileşenlerini PCB'ye bağlamak için kullanılan bir yöntemdir. Lehim macunu pedlere basılır, bileşenler yerleştirilir ve kart, lehimin eriyip lehim bağlantıları oluşturduğu bir reflow fırınından geçirilir.

2. Dalga lehimleme ile reflow lehimleme arasındaki fark nedir?

Yeniden akışlı lehimleme esas olarak SMT bileşenleri için kullanılırken, dalga lehimleme delikli bileşenler için kullanılır. Birçok PCB montajında ​​her iki işlem de kullanılır.

3. Yeniden akış profili nedir?

Reflow profili, bir PCB'nin reflow lehimleme işlemi sırasında reflow fırını içinde izlediği sıcaklık eğrisidir. Tipik olarak ön ısıtma, bekleme, reflow ve soğutma aşamalarını içerir.

4. Tipik lehimleme sıcaklığı nedir?

Kurşunsuz lehim macunlarının çoğu için, lehim macununa ve bileşenlere bağlı olarak, en yüksek yeniden akış sıcaklığı genellikle 235°C ile 250°C arasındadır.

5. Lehimleme işlemi sırasında hangi kusurlar oluşabilir?

Sık görülen lehimleme hataları arasında lehimin düzleşmesi, lehim köprüleri, soğuk lehim bağlantıları, boşluklar ve lehim topaklanması bulunur.

6. Lehimleme fırını neden önemlidir?

Lehimleme fırını, lehimleme işlemi sırasında ısıyı kontrol ederek doğru lehimleme sıcaklığını ve tutarlı lehim bağlantı kalitesini sağlar.