Reflow profili ayarı: ön ısıtmadan soğutmaya adım adım yöntem

Reflow profili nedir, neden ayarlanır?

Reflow fırını, SMT hattında lehim pastası baskılanmış ve komponentler dizilmiş kartı kontrollü bir sıcaklık eğrisinden geçirerek lehim bağlantılarını oluşturur. Bu eğriye reflow profili denir: zamana karşı kartın gerçek sıcaklığıdır, fırın bölgelerinin ayar değeri değildir. İkisi arasındaki fark profil çalışmasının özüdür, çünkü kartın kütlesi, komponent yoğunluğu ve konveyör hızı kartın ısınma biçimini değiştirir.

Profil yanlış olduğunda bağlantı kusurları ortaya çıkar. Çok yavaş ısınma pastanın akı ömrünü tüketebilir. Çok hızlı ısınma komponentlerde termal şoka ve lehim topları oluşumuna yol açabilir. Yetersiz tepe sıcaklığı soğuk lehime, aşırı sıcaklık ise komponent hasarına ve kart bozulmasına neden olur.

Profilin dört evresi

Reflow eğrisi, genel olarak dört evrede okunur. Her evrenin ayrı bir görevi vardır:

• Ön ısıtma: Kart ve komponentler oda sıcaklığından kontrollü bir eğimle ısıtılır. Hedef, çözücülerin yumuşak buharlaşması ve termal şokun önlenmesidir.
• Bekletme (soak): Kartın farklı bölgeleri birbirine yaklaşır, pastanın akısı yüzeyleri temizlemeye başlar. Büyük ve küçük komponentlerin sıcaklık farkı bu evrede kapanmalıdır.
• Reflow: Sıcaklık lehimin erime noktasının üzerine çıkar, lehim erir ve yüzeyleri ıslatır. Tepe sıcaklığı ve erime noktası üzerindeki süre bu evrenin ana ölçütleridir.
• Soğutma: Lehimin kontrollü katılaşması. Çok yavaş soğuma iri kristal yapı oluşturabilir; aşırı hızlı soğuma gerilme yaratır.

Bu evrelerin tam sayısal sınırları kullandığınız lehim pastasının veri sayfasında ve komponent üreticilerinin önerilerinde belirtilir; ezber değer yerine her zaman o belgelere bakın.

Başlangıç noktası: lehim pastası ve komponent verisi

Profil çalışması, kâğıt üzerindeki hedef pencerenin belirlenmesiyle başlar. Üç kaynak okunur. Birincisi lehim pastası veri sayfasıdır: önerilen ısınma eğimi, bekletme süresi, tepe sıcaklığı ve erime üzerindeki süre aralığı. İkincisi, kart üzerindeki en hassas komponentin üretici veri sayfasıdır; tepe sıcaklığı ve süre sınırı oradan gelir. Üçüncüsü kartın kendisidir: katman yapısı, bakır alanları ve en büyük ısıl kütleli komponentin konumu.

Örneğin kartta hem küçük dirençler hem büyük bir BGA bileşeni varsa, pencere dar olacaktır: küçük komponentler hızlı ısınır, BGA geç ısınır. Profil, her ikisinin de pastanın gerektirdiği sıcaklığa uygun sürede ulaşacağı şekilde kurulmalıdır.

Ölçüm: termokupl ve profil cihazı

Profil, fırın ayarından değil kartın gerçek sıcaklığından ölçülür. Bunun için kart üzerine termokupllar yerleştirilir ve kartla birlikte fırından geçen bir profil cihazı sıcaklıkları kaydeder. Termokupl konumları temsil edici olmalıdır: en hızlı ısınan küçük komponent, en yavaş ısınan büyük komponent ve kartın kenarı ile ortası gibi.

Termokuplun montajı sonucu belirler. Kötü temas, ölçülen sıcaklığın gerçekten düşük görünmesine neden olur. Termokupl ucunun lehim bağlantısına ya da komponent gövdesine iyi temasla, dayanıklı bir yöntemle sabitlenmesi gerekir. Ölçümler genelde gerçek ürüne benzer yoğunlukta, çalışan bir referans kartla yapılır; boş kart ısıl davranışı yansıtmaz.

Çift taraflı kartlarda ikinci reflow geçişinde ilk taraftaki ağır komponentlerin lehimi yeniden eriyebilir; bu risk için ağır komponentlerin hangi tarafa dizildiği ve ikinci geçiş profili ayrıca değerlendirilir.

Profil cihazının verisi dosya olarak saklanmalıdır: hangi kart, hangi pasta partisi, hangi fırın ayarı ve hangi tarihte ölçüldüğü eğriyle birlikte kaydedilirse, sonradan çıkan bir kusur eski bir profil kaydıyla karşılaştırılabilir. Aksi halde yalnızca fırının o günkü ayarına bakarak neyin değiştiğini anlamak zorlaşır.

Ayarı iteratif yürütmek

İlk koşuda ölçülen eğri hedef pencereyle karşılaştırılır. Her sapma için fırın tarafında bir karşılığı vardır. Isınma eğimi yüksekse ön ısıtma bölgesi sıcaklıkları düşürülür ya da konveyör hızı azaltılır. Bekletme evresi çok kısaysa o bölgelerdeki sıcaklıklar ayarlanır. Tepe sıcaklığı düşükse son bölgeler yükseltilir. Konveyör hızı tüm evreleri aynı anda etkilediği için tek başına değiştirilirse dengeyi bozabilir.

Çalışma düzeni şöyledir: tek parametreyi değiştir, kartı fırından geçir, eğriyi tekrar al, pencereyle karşılaştır. Aynı anda birçok ayarı değiştirmek hangisinin işe yaradığını gizler. Pencereye giren profil bulunduğunda, kart üzerindeki farklı noktaların da pencerede olduğu doğrulanır ve profil, ürün koduyla ilişkilendirilerek kaydedilir.

Çok kartlı panellerde (panelize üretim) kartın kenarı ile ortası farklı ısınır; termokupllar yalnızca tek bir noktaya değil bu farklara da yerleştirilmelidir. Fırının atmosferi (hava ya da azot) ve fırın bölge sayısı da seçeneklerinizi belirler; azotlu ortam oksidasyonu azaltarak ıslanmayı iyileştirebilir ama işletme maliyeti getirir. Bu karar, kusur verisine bakılarak verilir.

Görünen hatadan profile geri gitmek

Bitmiş kartta görülen kusur, profil ayarı için ipucu verir:

• Lehim topları: çok hızlı ön ısıtma ya da pasta nemi şüphesi. Isınma eğimi ve pasta saklama koşulları kontrol edilir.
• Mezar taşı (tombstoning): küçük komponentin iki ucunun eşit ısınmaması. Isıl dengesizlik ve ped tasarımı incelenir.
• Soğuk lehim ve donuk görünüm: yetersiz tepe sıcaklığı ya da erime üzerindeki kısa süre.
• Boşluklar (voiding): akı gazının çıkamaması. Bekletme evresi ve pasta tipi gözden geçirilir.
• Islanma kusuru: oksitlenmiş yüzeyler ya da yetersiz akı etkinliği.
• Aşırı yanık görünüm ya da kart renk değişimi: gereğinden yüksek sıcaklık ya da uzun süre.

Her kusurda tek neden yoktur; stensil baskısı, dizgi hassasiyeti ve komponent kalitesi de rol oynar. Bu nedenle profil değiştirmeden önce hattın önceki aşamaları da kontrol edilmelidir.

Bu beceriyi Mindset programlarında nerede çalışırsınız?

SMT Prosesleri ve IPC-A-610 Kabul Kriterleri programında Reflow Profili Tasarımı ayrı bir modüldür; öncesinde Stensil Tasarımı ve Pasta Baskısı ile Dizgi Prosesi modülleri, sonrasında Lehim Metalurjisi ve Bağlantı Kalitesi modülü gelir. Bu sıralama, bir proses mühendisinin kusuru hangi aşamaya bağlayacağını düşünmesine yardım eder. Elektronik üretim hattında proses, kalite ya da bakım rolünde çalışan ekipler için, aynı kusur dilini kullanmayı sağlayan ortak bir zemin sunar.