PCBA Üretiminde Dalga Lehimleme Nedir?

Giriş

Baskılı devre kartı (PCB) üretiminin karmaşık dünyasında, sağlam ve güvenilir elektrik bağlantıları elde etmek son derece önemlidir. Dalga lehimleme, bu süreçte önemli bir adımdır.

Bu teknik, delikli bileşenlerin PCB'lere kusursuz bir şekilde yapışmasını ve bunları amaçlanan elektronik uygulamalar için güvenli bir şekilde sabitlemesini sağlar.

PCBA üretiminde dalga lehimleme işlemi, her biri genel sonuç için önemli olan karmaşık adımları içerir. PCB'nin titizlikle hazırlanmasından akının hassas bir şekilde uygulanmasına, lehim sıcaklığının ve dalga yüksekliğinin kontrolüne kadar, bu yöntem güvenilir lehim bağlantıları oluşturmanın sırlarını barındırır.

Bu keşifte, dalga lehimleme dünyasına dalacağız. Ön ısıtma, lehim dalgası oluşturma, lehimleme, soğutma ve son kontrolün önemi gibi konuların ayrıntılarını anlatacağız. 

Dalga Lehimleme Nedir?

Dalga lehimleme, baskılı devre kartı üretimi sırasında toplu lehimleme için yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir. Bu işlemde, devre kartını sıvı lehim dolu bir kabın üzerinde hareket ettiririz. 

Bu kabın içinde, bir pompa cihazı, durağan bir dalgaya benzeyen yükselen bir lehim dalgası oluşturur. Devre kartı bu lehim dalgasıyla etkileşime girdiğinde, bileşenlerinin karta lehimlenmesini kolaylaştırır. 

Dalga lehimleme esas olarak delikli bileşenlerin lehimlenmesinde kullanılırken, belirli senaryolarda yüzey montajında da kullanılabilir.

Dalga lehimleme PCB prosesinde kullanılan temel ekipman, baskılı devre kartını çeşitli ardışık bölgelerden taşıyan bir konveyörü kapsar. 

Lehim banyosu, lehimleme işleminde hayati önem taşır ve bir pompa, gerekli lehim dalgasını üretir. Ayrıca, bu sistem, akı püskürtücü ve ön ısıtma pedi gibi entegre bileşenler içerir.

Çeşitli tipte dalga lehim makinelerinin mevcut olduğunu, ancak bunların temel bileşenlerinin ve çalışma prensiplerinin aynı kaldığını belirtmek gerekir. 

Dalga Lehimleme Makinesi

MKS dalga lehimleme makinesi Gerekli sıcaklığı korumak için ısıtılmış bir lehim kabından oluşur. Bu kabın içinde bir lehim dalgası oluştururuz ve baskılı devre kartı bu dalganın içinden geçerek, yalnızca kartın alt tarafının lehim dalgasıyla temas etmesini sağlar.

Lehimin kartın üst yüzeyindeki istenmeyen bölgelere sızmasını önlemek için dalganın yüksekliğini ayarlamak önemlidir. Genellikle kartları yüksek sıcaklıklara dayanıklı bir konveyör tepsisine güvenli bir şekilde monte ederiz. Elektronik üretim tesislerinde, genellikle çift modlu veya elektromanyetik pompalı dalga lehimleme makinelerinin kullanıldığını görürsünüz. Ayrıca, dalga lehimleme fiyatı modele, özelliklere ve kapasiteye göre değişir.

Dalga Lehimleme İşleminde Yer Alan Adımlar

Dalga lehimleme PCB sürecinde yer alan kritik adımlar şunlardır:

PCB Hazırlığı

Öncelikle PCB'yi hazırlayarak, temiz ve kirletici veya kalıntı içermediğinden emin olun. Bu adım, lehim yapışmasını optimize etmek için PCB yüzeyinin temizlenmesini içerebilir.

Akı Uygulaması

Akı, dalga lehimleme işleminde, özellikle lehimlenen bileşenlerin temizlenmesinde, oluşmuş olabilecek oksit tabakalarının giderilmesinde önemli bir rol oynar. 

İki farklı akı türü kullanılır: aşındırıcı ve aşındırıcı olmayan. Aşındırıcı olmayan akılar ön temizlik gerektirir ve düşük asitlik gerektiğinde kullanılır. Daha hızlı olan ve daha az ön temizlik gerektiren aşındırıcı akılar ise daha yüksek asitlik seviyesine sahiptir. 

Lehimlemek istediğimiz kartın alt kısmına akı koymamız gerekiyor. Doğru miktarda kullanmak çok önemli. Çok az kullanmak zayıf lehim bağlantılarına yol açabilirken, çok fazla kullanmak kartta fazla akı bırakabilir. İyi bir lehimleme için doğru miktarda kullanmak şarttır.

Dalga lehimleme PCB prosesinde akıyı uygulamak için iki temel teknik kullanıyoruz.

1. Sprey Akı Uygulaması: Bu yöntem, lehimlenecek kartın alt yüzeyine ince bir akı püskürtmeyi içerir. Bazı sistemlerde, basınçlı hava jeti fazla akıyı gidererek hassas bir uygulama sağlar.

2. Köpük Akı Uygulaması: Bu yaklaşımda, elektronik baskılı devre kartı, kademeli bir akı köpüğü başlığının üzerinden geçer. Köpüğü, bir tanka akı koyarak üretiriz. Tankın içinde, küçük delikleri olan plastik bir silindir bulunur. Metal bir baca silindiri kaplar ve operatörler içinden havayı iterek akı köpüğünün havalandırma deliğinin içinde yükselmesini sağlar.

Bu iki uygulama yöntemi, güvenilir lehimlemenin sağlanmasında önemli bir adım olan PCB üzerine kontrollü ve etkili akı birikimini mümkün kılmaktadır.

Ön ısıtma

Dalga lehimleme işlemi sırasında, elle lehimlemede yaşananlardan çok daha yüksek sıcaklıklar, PCB kartlarını ve bileşenlerini açığa çıkarır. Termal şok adı verilen bu ani sıcaklık değişimi, arıza riskini artırabilir. 

Bu nedenle, levhaların istenen sıcaklığa ulaşmasını ve böylece termal şoku en aza indirmesini sağlayacak şekilde kademeli olarak önceden ısıtılması gerekir; bu da bu sorunu çözecektir. Ön ısıtma bölgesinde genellikle sıcak hava ısıtıcıları kullanırız. 

Kullanıcılar, PCB'ler dalga lehimleme makinesinde hareket ederken üzerlerine sıcak hava üflemelidir. Kızılötesi ısıtıcı, kartın yoğun olduğu durumlarda gölgeli alanları önleyerek eşit ısıtma sağlayabilir.

Ön ısıtma sıcaklığının ayarlanması, montaj veya PCB türüne göre değişir:

• Tek taraflı dalga lehimleme için sıcaklığı 90 ila 100 dereceye ayarlayın.
• Çift taraflı dalga lehimleme ve çift taraflı reflow lehimleme için sıcaklığı 100 ila 110 derece aralığında tutun.
• Çok katmanlı PCB dalga lehimleme ve çok katmanlı PCB reflow lehimleme için sıcaklığı 115 ile 125 derece arasına ayarlayın.

Lehim Dalgası Oluşturma ve Lehimleme İşlemi

Makinenin içindeki bir lehim kabı veya tepsisi, dalga lehimleme işlemi sırasında erimiş lehimi tutar. Bir pompa, lehimin kontrollü bir şekilde yukarı doğru hareket etmesini sağlayarak belirgin bir durağan dalga oluşturur. Lehimleme işlemini etkili bir şekilde kolaylaştırmak için bu dalganın doğru yükseklik ve sıcaklıkta tutulması çok önemlidir.

Baskılı devre kartını (PCB) önceden ısıttıktan sonra, erimiş lehim dalgasının üzerinde dikkatlice gezdiriyoruz. PCB lehim dalgasıyla temas ettiğinde, lehim, açıkta kalan metal pedler ve bileşen uçlarıyla birleşir. Bu etkileşim, sağlam ve güvenilir lehim bağlantılarının oluşmasını sağlar.

Lehim Malzemesi Seçimi

Lehim malzemesi seçimi kritik öneme sahiptir. Geleneksel olarak en yaygın kullanılan lehim alaşımı, %63 kalay ve %37 kurşundan oluşan Sn63Pb37'dir. Bu kombinasyon, mükemmel lehimleme özellikleri sunarak elektronik üretiminde popülerlik kazanmıştır.

Ancak kurşun, insan sağlığına ve çevreye zarar verebilen tehlikeli bir maddedir. Lehimleme malzemelerinde bulunması, çalışanlar için risk oluşturur ve kirliliğe yol açabilir. 

Üreticiler, bu endişeleri gidermek için daha güvenli bir alternatif olarak kurşunsuz lehim alaşımlarını piyasaya sürdüler. Bu kurşunsuz lehimler genellikle farklı malzemelerden oluşur ve iki yaygın seçenek Cu6Sn5 ve Ni3Sn4'tür.

Lehim Sıcaklığı 

Dalga lehimleme işleminde, lehim sıcaklığı lehim bağlantılarının kalitesini etkileyen önemli bir faktördür. Başarılı bir dalga lehimleme için hem lehim potasının hem de baskılı devre kartının (PCB) sıcaklığını dikkatlice yönetmek çok önemlidir. Etkili bir dalga lehimleme işlemi için önerilen sıcaklık aralıkları ve dikkat edilmesi gereken noktalar aşağıdadır:

• Üst Taraf Sıcaklığı: Kurşunsuz dalga lehimlemede, tipik üst yüzey sıcaklığı 180 ila 225°C arasındadır. Ancak, spesifik sıcaklık, kullandığımız akı türüne bağlı olarak değişiklik gösterebilir.
• Dalga Lehim Potası Sıcaklığı: Kurşunsuz lehimlemede, operatörlerin dalga lehim potasının sıcaklığını ideal olarak 265-270°C aralığında tutmaları gerekir.
• PCB Alt Yüzey Sıcaklığı: PCB'nin alt tarafındaki son ön ısıtma bölgesindeki sıcaklık yaklaşık 150°C olmalıdır.
• Kalay Noktası Sıcaklığı: Operatörler lehimleme sırasında kalay noktası sıcaklık aralığını 245±10℃'de sıkı bir şekilde kontrol etmelidirler.
• CHIP ve WAVE Arası Sıcaklık: CHIP ile WAVE arasındaki bölgedeki sıcaklığın 180℃'nin altına düşmemesi hayati önem taşımaktadır.
• Ön Isıtma Sıcaklık Artış Oranı: Operatörler ön ısıtma sırasında PCB kartının alt kısmının sıcaklık artış hızını saniyede 5°C veya daha düşük bir oranda tutmalıdır.
• PCB Çıkış Sıcaklığı: Fırının çıkışında PCB kartının sıcaklığının 100 derecenin altında kalmasını sağlamak için dikkatli bir şekilde kontrol etmeliyiz.

Güvenilir lehim bağlantıları elde etmek ve dalga lehimleme işleminin genel başarısını sağlamak için bu sıcaklık parametrelerinin etkili bir şekilde yönetilmesi esastır.

Lehim Dalga Yüksekliği

Dalga lehimleme işlemini yapılandırırken dikkate alınması gereken kritik parametrelerden biri lehim dalgasının yüksekliğidir. Lehim dalgası ile lehimlenen bileşenler arasındaki temas süresi genellikle 2 ila 4 saniye sürer. 

Bu temas süresini düzenleyen iki temel makine ayarı vardır: konveyör hızı ve dalga yüksekliği. Bu parametrelerden herhangi birinin değiştirilmesi, temas süresini doğrudan etkiler. Dalga yüksekliğini ayarlamak için genellikle makinedeki pompa hızını buna göre artırır veya azaltırız. 

Ayrıca, dalga yüksekliğindeki değişiklikleri daha hassas bir şekilde değerlendirmek için temperli cam bir plaka kullanabiliriz. Bir fikstür yerleştirildiğinde, kapsamlı proses kontrolü için temas süresi, dalga yüksekliği ve hızın dijital olarak kaydedilmesine olanak tanır.

Soğutma işlemi

Baskılı devre kartı (PCB) için lehimleme sonrası uygun bir soğutma hızının korunması çok önemlidir. Hızlı soğutma, PCB'nin eğrilmesine ve lehim bağlantılarında olası hasara yol açabilir.

Öte yandan, PCB çok yavaş soğursa kırılgan hale gelebilir ve yüksek sıcaklıklara uzun süre maruz kalması nedeniyle bazı bileşenlerin hasar görme riskiyle karşı karşıya kalabilir. Doğru dengeyi sağlamak için, soğutma sürecini düzenlemeye ve PCB'ye gelebilecek olası zararı en aza indirmeye yardımcı olan su soğutma veya hava soğutma gibi yöntemlerin kullanılması önerilir.

Kırpma ve Temizleme

Bazen, düzgün ve sağlam bir bağlantı için düzeltilmesi gereken çok fazla lehiminiz olabilir. Bunu yapmak için, PCB'den fazla lehimi veya lehim toplarını çıkararak her şeyi temiz ve güvenilir hale getirmeniz gerekebilir.

Son denetim

Baskılı devre kartının (PCB) son kontrolü, tüm lehim bağlantılarının gerekli kalite standartlarını karşıladığından ve PCB'nin herhangi bir hatadan arınmış olduğundan emin olmak için önemlidir. Bu adım, kartın bütünlüğünü ve lehimleme kalitesini doğrulamak için hayati önem taşır.

Dalga Lehimleme İşleminde Kullanılan Temel Ekipmanlar

Dalga lehimleme işleminde kullanılan temel ekipmanlar şunlardır:

• Konveyör bant: Konveyör bant, baskılı devre kartının lehimleme makinesinin farklı bölümleri arasında hareket etmesini kolaylaştırır.

• Lehim tepsisi: Lehimleme işleminin çekirdeğini oluşturur ve işlem için gerekli olan erimiş lehimi içerir.

• Pompa: Pompa, ayakta duran dalgalara benzeyen belirgin lehim dalgaları üreterek etkili lehimlemeyi mümkün kılar.

• Akı püskürtücü: Akı püskürtücü, PCB'nin alt tarafına akı püskürterek, PCB'yi ön ısıtmaya ve sıvı lehime daldırmaya hazırlar.

• Ön ısıtma pedi: Bu eleman PCB'yi önceden ısıtarak optimum lehimleme koşullarını sağlar.

Dalga Lehimleme İşleminde Güvenlik Önlemleri

Dalga lehimleme yaparken, olası risklere karşı korunmak ve nihai ürünün kalitesini garanti altına almak için çeşitli önlemlere uymak çok önemlidir. Bu önlemlerden bazıları şunlardır:

Makine Muayenesi

Başlamadan önce dalga lehimleme makinesini iyice kontrol etmek çok önemlidir; bu, fırın yüzeyinin durumunu incelemeyi, kalay cürufunun iyi durumda olduğundan emin olmayı ve basınçlı hava beslemesini doğrulamayı içerir.

Makine Bakımı

Gevşek vidalar, düşük zincir hızı ve paslanmış tahrik milleri gibi olası tehlikeleri önlemek için düzenli bakım şarttır. Bu sorunlar, lehimlemeden sonra kartın çıkmasına ve kalitenin düşmesine neden olabilir.

Bileşen Kaldırmasını Önleme

Lehimleme sırasında oluşan ısı, bakırın yapışmasını zayıflatarak kartın kırılgan hale gelmesine neden olabilir. Lehimleme makinesinden çıkarırken bileşenlerin kalkmasını önlemek için kartı dikkatlice tutmak çok önemlidir.

Lehim Kısa Devrelerinden Kaçınma

Lehim kısa devreleri, lehimin katılaşmadan önce iki veya daha fazla uçtan ayrılmaması durumunda ortaya çıkar. Bu sorunu önlemek için, pedin uzunluğunu ve boyutunu azaltmak, karta yapışan lehim miktarını en aza indirmeye yardımcı olabilir. Bu önlemler, daha güvenli ve daha kaliteli bir dalga lehimleme işlemine katkıda bulunur.

Uygun Delik Doldurma

Yavaş lehim drenajından kaynaklanabilecek yetersiz delik dolumunu önlemek için sabit bir lehim akışı sağlamak çok önemlidir. Yavaş drenaj, uçta aşırı lehim birikmesine ve bunun sonucunda eşit olmayan bir şekilde akmasına ve kart üzerinde lehim izleri oluşmasına neden olabilir. Kartın lehim dalgasından zamanında çıkarılması da bu sorunun önlenmesine yardımcı olabilir.

Lehim Miktarını Yönetme

Aşırı lehim, lehimin yanlışlıkla iki veya daha fazla ucu birbirine bağlaması gibi sorunlara yol açabilir. Bunu önlemek için, lehimin köprüleme yapmasını engelleyen koruyucu bir kaplama uygulamak gerekir.

Lehim Toplanmasını Önleme

Kart üzerinde küçük lehim toplarının oluşması anlamına gelen lehim topu oluşumu, uygun miktarda akı kullanılarak ve lehimlemeden önce kartın temizliğinin sağlanmasıyla azaltılabilir.

Yanlış Lehimlemeden Kaçınma

Islak bir delikten yanlış lehimleme ve hava kabarcıkları oluşabilir. İşleme başlamadan önce deliğin kuru olduğundan emin olmak çok önemlidir.

Kalay Bileşiminin İzlenmesi

Fırından çıktıktan sonra kalitesiz sonuçlar ve rayların yatay yönde deformasyona uğraması gibi sorunların önüne geçmek için kalay bileşiminin düzenli olarak kontrol edilmesi önemlidir.

Bu önlemlerin genel kılavuz niteliğinde olduğunu ve özel uyarıların dalga lehimleme makinesinin türüne ve kullanılan malzemelere bağlı olarak değişebileceğini belirtmekte fayda var. Dalga lehimleme makinesini çalıştırmadan önce daima üreticinin talimatlarına ve güvenlik talimatlarına uyun.

Dalga Lehimleme İşleminde Bulunan Yaygın Kusurlar

Dalga lehimleme işlemi sırasında çeşitli kusurlar, nihai ürünün kalitesini etkileyebilir. İşte bazı yaygın kusurlar, olası nedenleri, etkileri ve çözümleri:

İğne deliği veya Üfleme deliği kusurları

Bu kusurlar bakır kaplamanın kalınlığından kaynaklanır. Kartın içindeki nem, ince kaplamadan veya boşluklardan dışarı çıkar.

Bu kusurların olası nedenleri, kalitesiz bakır kaplama, akı ve lehimdir. Bu kusurların etkileri ise zayıf elektriksel iletkenlik ve düşük mekanik dayanımdır. Bu sorunun çözümü ise yüksek kaliteli bakır kaplama, akı ve lehim kullanmaktır.

Yetersiz Delik Doldurma

Bu sorun, bileşenlerin kart üzerine monte edilmesi için önceden delinmiş deliklere sahip baskılı devre kartlarında ortaya çıkar. Bu kusurun olası nedenleri arasında düşük sıcaklık, kirli lehim, akının kullanılamayacağı kadar oksitlenmiş yüzeyler, kirli akı ve akının yetersiz uygulanması yer alır.
 
Bu kusurun etkileri, zayıf elektriksel iletkenlik ve zayıf mekanik dayanıklılıktır. Bu sorunun çözümü, olası her nedeni araştırmak ve lehimlenebilirlik geri kazanılana kadar şüphelenilen tutarsızlıkları tek tek düzeltmektir.

Kaldırılmış Bileşenler

Bu kusur, kullanıcının bileşenleri karta düzgün bir şekilde lehimlememesi durumunda ortaya çıkar. Bu sorunun olası nedenleri arasında düşük kaliteli lehim, düşük kaliteli lehim ve yetersiz ön ısıtma sayılabilir. 

Bu kusurun sonuçları, elektriksel iletkenliğin zayıflaması ve mekanik dayanımın azalması olarak ortaya çıkar. Bu sorunun çözümü, yüksek kaliteli akı, lehim ve ön ısıtma tekniklerinin kullanılmasıdır.

Aşırı Lehim

Bu kusur, karta aşırı lehim uygulandığında ortaya çıkar. Bu soruna katkıda bulunan olası faktörler arasında standart altı akı, kalitesiz lehim ve yetersiz ön ısıtma yer alır. 

Bu kusurun sonuçları, elektriksel iletkenliğin azalmasına ve mekanik dayanımın zayıflamasına neden olur. Bu sorunu çözmek için yüksek kaliteli akı, lehim ve ön ısıtma yöntemlerinin kullanılması şarttır.

Lehim Topu

Bu kusur, kart üzerinde küçük lehim topları oluştuğunda ortaya çıkar. Bu soruna katkıda bulunan faktörler arasında yetersiz akı, düşük kaliteli lehim ve yetersiz ön ısıtma sayılabilir. 

Bu kusurun etkileri arasında elektriksel iletkenliğin azalması ve mekanik dayanımın zayıflaması yer alır. Bu sorunun üstesinden gelmek için yüksek kaliteli akı, lehim ve ön ısıtma prosedürlerinin uygulanması önerilir. 

Dalga Lehimleme ve Reflow Lehimleme

Reflow ve dalga lehimleme, baskılı devre kartları (PCB) üretmenin farklı yöntemleridir. Reflow lehimleme, esas olarak, özellikle küçük bileşenler için uygun olan yüzey montaj teknolojisi (SMT) bileşenlerini birleştirir. 

Buna karşılık, dalga lehimleme, genellikle daha büyük bileşenleri barındıran delikli teknoloji (THT) veya çift sıralı paket (DIP) montajı için tercih edilen yöntemdir.

Reflow lehimleme, uygun maliyetli avantajlar sunarak PCB endüstrisinde giderek daha popüler hale geliyor. Buna karşılık, dalga lehimleme hız ve verimlilik açısından öne çıkıyor ve bu da onu yüksek hacimli üretim senaryoları için ideal bir seçim haline getiriyor. 

Hem dalga hem de reflow lehimlemenin kendine özgü avantajları ve sınırlamaları vardır ve hangisinin kullanılacağına dair seçim PCB'nin özel gereksinimlerine bağlıdır.

Her tekniğin avantaj ve dezavantajlarına bir göz atalım:

Reflow Lehimlemenin Artıları:

• Küçük bileşenler için idealdir
• Yüksek kaliteli lehim bağlantıları oluşturur
• Küçük ölçekli üretim için iyi çalışır
• Uygun maliyetli

Reflow Lehimlemenin Eksileri:

• Önemli bileşenler için uygun değildir
• Hassas sıcaklık kontrolü gerektirir
• Yüksek hacimli üretim için daha az etkilidir

Dalga Lehimlemenin Artıları:

• Büyük bileşenler için uygundur
• Hızlı ve verimli
• Yüksek hacimli üretim için mükemmel
• Daha az titiz sıcaklık kontrolü gerektirir

Dalga Lehimlemenin Eksileri:

• Küçük bileşenler için uygun değildir
• Nitelikli operasyon çağrıları
• Uzmanca yapılmadığı takdirde, özellikle kalkık parçalar ve aşırı lehim gibi sorunlara yol açabilir.

Sonuç

Sonuç olarak dalga lehimlemede ustalaşmak sadece bir endüstri zorunluluğu değil; hassasiyet, teknoloji ve çevre sorumluluğunu bir araya getiren bir sanat biçimidir. 

Üreticiler, karmaşıklığını anlayarak, çevre dostu ayak izlerini en aza indirirken doğru kalite standartlarını karşılayan PCB üretimi sağlayabilirler. 

Dalga lehimleme, PCB üretiminin temelini oluşturmaya devam ediyor ve gelecek nesil elektronik yeniliklerin önünü açıyor.