ل soldering موجی در مقابل ل soldering بازگشتی

ل soldering موجی و چسباندن موج ل soldering بازплав‌شدن یکی از مهم‌ترین تصمیماتی است که یک مهندس تولید با آن مواجه خواهد شد. ل soldering موجی برای دهه‌ها پایه‌ای از مونتاژ قطعات سوراخ‌دار (through-hole) بوده و از نظر ظرفیت تولید بالا و تشکیل اتصالات قابل اعتماد برای کاربردهای مناسب، عملکردی مستحکم ارائه می‌دهد. درک مقایسه ل soldering موجی با ل soldering بازплав‌شدن به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا فرآیند خود را با انواع قطعات، طراحی برد و نیازهای حجم تولید خود همسو کنند.

لایه‌گذاری موجی و لایه‌گذاری بازگشتی (رفلو) از جنس فناوری‌های رقابتی در معنای صفر-جمع نیستند. هر یک از این روش‌ها در اکوسیستم تولید الکترونیک کاربرد متمایزی دارد. لایه‌گذاری موجی در پردازش قطعات سوراخ‌دار (through-hole)، مجموعه‌های ترکیبی و خطوط تولید با حجم بالا که در آن‌ها کارایی لحیم‌کاری تماسی اولویت دارد، عملکرد برجسته‌ای از خود نشان می‌دهد. در مقابل، لایه‌گذاری بازگشتی در مونتاژ فناوری سطح‌ mounted (SMT) غالب است. انتخاب نادرست بین این دو فرآیند می‌تواند منجر به اتصالات معیوب، افزایش هزینه‌های بازکاری و کاهش قابلیت اطمینان برد شود. این مقاله تفاوت‌های این دو روش را به‌صورت شفاف توضیح می‌دهد تا شما بتوانید تصمیم درست فرآیندی را اتخاذ کنید.

روش کار لایه‌گذاری موجی

جریان فرآیند لایه‌گذاری موجی

لیست soldering موجی فرآیندی برای لحیم‌کاری انبوه است که در آن یک برد مدار چاپی (PCB) از روی ظرفی حاوی سولدر مذاب عبور می‌کند. در طول لحیم‌کاری موجی، ابتدا برد با فلوکس پوشانده می‌شود تا سطوح سر رساناها و پد‌ها آماده شوند؛ سپس برد گرم‌شده تا فلوکس فعال شده و صدمه حرارتی کاهش یابد؛ و در نهایت از روی موجی پیوسته از سولدر مذاب عبور می‌کند. این موج سولدر به سطح زیرین برد تماس پیدا کرده، سر رساناها را مرطوب می‌کند و همزمان اتصالات را در چندین جزء تشکیل می‌دهد. لحیم‌کاری موجی این کار را در یک عبور کنترل‌شده و تنها یک بار انجام می‌دهد و بنابراین برای برد‌هایی که با قطعات سوراخ‌دار (through-hole) پر شده‌اند، بسیار کارآمد است.

ماشین‌های مدرن لحیم‌کاری موجی اغلب دارای سیستم‌های دو موجی هستند که موج «تراشه‌ای» آشفته را با موج «اصلی» لامینار ترکیب می‌کنند. موج تراشه‌ای در فرآیند لحیم‌کاری موجی، بقایای فلکس و حباب‌های هوا را از شکاف‌های تنگ قطعات خارج می‌کند، در حالی که موج اصلی اتصال نهایی لحیم را ایجاد می‌نماید. این رویکرد دو موجی در لحیم‌کاری موجی، عیوب رایجی مانند اتصال اشتباه (bridging) و پر شدن ناقص (insufficient fill) را به‌طور چشمگیری کاهش داده است که در سیستم‌های قدیمی‌تر لحیم‌کاری تک‌موجی بیشتر دیده می‌شدند. کل چرخه لحیم‌کاری موجی — از اعمال فلکس تا سرد شدن نهایی — از طریق پارامترهای سرعت نوار نقاله، دمای پیش‌گرمایش، دمای مخزن لحیم و ارتفاع موج به‌دقت کنترل می‌شود.

مواد و راه‌اندازی در لحیم‌کاری موجی

لحیم‌کاری موجی نیازمند ظرف لحیم با دقت بالا است که معمولاً با آلیاژهای سرب‌دار یا بدون سرب مانند SAC305 پر می‌شود. شیمی فلوکس مورد استفاده در لحیم‌کاری موجی بر اساس نیازهای تمیزی برد و اینکه آیا فرآیند بدون شستشو یا محلول در آب ترجیح داده می‌شود، انتخاب می‌گردد. صفحات یا فیکسچرهای نگهدارنده اغلب در لحیم‌کاری موجی برای پوشاندن قطعات سطحی (SMD) روی سطح پایینی مونتاژهای ترکیبی به کار می‌روند تا از قرار گرفتن آنها در معرض موج لحیم مذاب محافظت شود. طراحی مناسب فیکسچر در لحیم‌کاری موجی برای جلوگیری از عیوب سایه‌زنی و اطمینان از تشکیل کامل هر اتصال در سرپایه‌های سوراخ‌دار ضروری است.

نحوه عملکرد لحیم‌کاری ریفلو

جریان فرآیند لحیم‌کاری ریفلو

لایه‌گذاری مجدد لحیم‌کاری از خمیر لحیم استفاده می‌کند که ترکیبی از فلوکس و ذرات لحیم است و پیش از قرار دادن قطعات، از طریق چاپ با استنسیل روی برد اعمال می‌شود. پس از قرار دادن قطعات سطحی (SMD)، برد از داخل کورهٔ لایه‌گذاری مجدد عبور می‌کند که در آن بر اساس منحنی دقیقی از تغییرات دما گرم می‌شود. این منحنی شامل منطقهٔ گرم‌کردن اولیه، منطقهٔ نگهداری دما (Soak)، منطقهٔ اوج لایه‌گذاری مجدد و منطقهٔ خنک‌کردن است. برخلاف لحیم‌کاری موجی، در لایه‌گذاری مجدد لحیم‌کاری برد با حمام لحیم مذاب تماسی ندارد؛ بلکه خمیر لحیم در همان مکان ذوب شده و دور تک‌تک پدهای قطعات جریان یافته و هنگام خنک‌شدن، اتصال را تشکیل می‌دهد.

لایه‌گذاری مجدد لحیم‌کاری به‌طور ایده‌آل برای دستگاه‌های سطحی با فاصله‌ی بسیار کوچک (fine-pitch)، آرایه‌های گرید کروی (BGA) و سایر اجزایی که نیازمند توزیع دقیق پاست لحیم و پروفایل‌های حرارتی کنترل‌شده هستند، مناسب است. فرآیند لایه‌گذاری مجدد لحیم‌کاری امکان قرارگیری تراکم بسیار بالای اجزا را فراهم می‌کند؛ به همین دلیل در تولید مدرن الکترونیک مصرفی و تولید صنعتی فشرده‌ی برد‌های مدار چاپی (PCB) غالب است. با این حال، لایه‌گذاری مجدد لحیم‌کاری برای کار با اجزای سوراخ‌دار با پایه (leaded through-hole) طراحی نشده است که این اجزا را لحیم‌کاری موجی (wave soldering) به‌خوبی پوشش می‌دهد. در بسیاری از مونتاژهای پیشرفته، هم لحیم‌کاری موجی و هم لحیم‌کاری لایه‌گذاری مجدد به‌صورت متوالی روی یک خط تولید اجرا می‌شوند.

کنترل پروفایل حرارتی در لایه‌گذاری مجدد لحیم‌کاری

یکی از تفاوت‌های اصلی بین لحیم‌کاری با بازگشت حرارتی (Reflow Soldering) و لحیم‌کاری با موج (Wave Soldering)، درجه‌ی قابلیت تنظیم پروفایل حرارتی است. کوره‌های لحیم‌کاری با بازگشت حرارتی به مهندسان اجازه می‌دهند مناطق دمایی مستقل و سرعت نوار نقاله را تعیین کنند تا برای هر نوع برد الکترونیکی پروفایلی منحصر به فرد ایجاد شود. لحیم‌کاری با موج نیز شامل مدیریت حرارتی است، اما در این روش، پایه‌های قطعات فقط برای مدت زمان بسیار کوتاه‌تری با سرب‌آهنگ تماس پیدا می‌کنند تا زمانی که در چرخه‌ی کامل کوره‌ی بازگشت حرارتی تحت قرار گرفتن کامل حرارتی قرار می‌گیرند. هر دو فرآیند نیازمند پروفایل‌بندی دقیق هستند، اما انواع عیوب و حالت‌های خرابی در لحیم‌کاری با موج و لحیم‌کاری با بازگشت حرارتی تفاوت قابل توجهی دارند.

انتخاب بین لحیم‌کاری با موج و لحیم‌کاری با بازگشت حرارتی

نوع قطعه به عنوان عامل اصلی تصمیم‌گیری

عامل اصلی مؤثر در انتخاب بین لحیم‌کاری موجی و لحیم‌کاری بازتابی، نوع قطعات روی برد است. لحیم‌کاری موجی روش استاندارد صنعتی برای قطعات سوراخ‌دار (Through-hole) مانند کانکتورها، خازن‌های بزرگ و مجموعه‌های ترانسفورماتور می‌باشد. این قطعات دارای پایه‌هایی هستند که از طریق سوراخ‌های ایجادشده در برد مدار چاپی (PCB) عبور می‌کنند و لحیم‌کاری موجی به‌صورت کارآمد و قابل‌اطمینان این سوراخ‌ها را با لحیم پر می‌کند. لحیم‌کاری بازتابی گزینه‌ی ترجیحی برای قطعات سطح‌ mounted (Surface-mount) از جمله مقاومت‌ها، خازن‌ها، مدارات مجتمع (ICها) و بسته‌بندی‌های با فاصله‌ی کوچک بین پایه‌ها (fine-pitch) است که نمی‌توانند در موج لحیم مذاب غوطه‌ور شوند. زمانی که برد حاوی هم قطعات سوراخ‌دار و هم قطعات سطح‌mounted باشد، لحیم‌کاری موجی اغلب به‌عنوان عملیات ثانویه پس از اتمام مونتاژ قطعات سطح‌mounted با لحیم‌کاری بازتابی انجام می‌شود.

حجم تولید، هزینه و پیچیدگی برد

لایه‌برداری موجی به‌طور کلی هزینه‌ی کمتری برای هر اتصال در حجم‌های بالا ارائه می‌دهد، زیرا در این روش، تعداد زیادی اتصال به‌صورت همزمان و در یک مرحله لحیم‌کاری می‌شوند. برای برد‌هایی که تعداد زیادی قطعه‌ی سوراخ‌دار (through-hole) دارند، لایه‌برداری موجی زمان چرخه و نیروی کار را در مقایسه با روش‌های لحیم‌کاری انتخابی یا دستی کاهش می‌دهد. لحیم‌کاری با بازگشت حرارت (reflow soldering) نیازمند مرحله‌ی چاپ پاست لحیم و تجهیزات دقیق برای قراردهی قطعات است که این امر پیچیدگی راه‌اندازی را افزایش می‌دهد، اما نتایج برجسته‌ای برای برد‌های SMT با تراکم بالا ارائه می‌کند. در سناریوهایی که تولیدکننده برد‌های ترکیبی (mixed-technology) را به‌صورت انبوه انجام می‌دهد، ترکیب لایه‌برداری موجی و لحیم‌کاری با بازگشت حرارت در یک خط تولید کامل، از نظر فنی منطقی و از نظر اقتصادی توجیه‌پذیر است. مرحله‌ی لایه‌برداری موجی تمام اتصال‌های سوراخ‌دار را پوشش می‌دهد، در حالی که لحیم‌کاری با بازگشت حرارت سمت SMT را پوشش می‌دهد و فرآیند مونتاژی کامل و قابل‌اطمینانی ایجاد می‌کند.

برای تولید با حجم پایین یا نمونه‌های اولیه، لحیم‌کاری انتخابی ممکن است مزایایی نسبت به لحیم‌کاری موجی داشته باشد، زیرا از نیاز به فیکسچرهای ماسک‌زنی لحیم جلوگیری می‌کند. با این حال، برای حجم‌های تولیدی که لحیم‌کاری موجی امکان‌پذیر است، این روش همچنان یکی از مقرون‌به‌صرفه‌ترین و اثبات‌شده‌ترین روش‌های لحیم‌کاری در اختیار سازندگان الکترونیک است. ارزیابی طراحی برد، ترکیب قطعات و حجم سالانه به‌صورت همزمان، تصمیم نهایی بین لحیم‌کاری موجی، لحیم‌کاری ریفلو یا ترکیبی از هر دو روش را تعیین می‌کند.

سوالات متداول

آیا لحیم‌کاری موجی را می‌توان برای اجزای سطحی (SMD) استفاده کرد؟

لوله‌جوشی موجی معمولاً به‌عنوان فرآیند اصلی برای اجزای سطحی (SMT) استفاده نمی‌شود. با این حال، لوله‌جوشی موجی می‌تواند اجزای SMT موجود در سمت پایین برد را که قبلاً با چسب به برد متصل شده‌اند، لوله‌جوشی کند. این روش در لوله‌جوشی موجی نیازمند انتخاب دقیق اجزا و پخت مناسب چسب است، زیرا تمام اجزای SMT قادر به تحمل تماس مستقیم با موج مذاب نیستند. دستگاه‌های با گام ریز و BGAs هرگز از طریق لوله‌جوشی موجی پردازش نمی‌شوند، چرا که خطر اتصال کوتاه (بریدجینگ) و آسیب حرارتی وجود دارد.

شایع‌ترین عیوب در لوله‌جوشی موجی چیست؟

شایع‌ترین عیوب در لحیم‌کاری موجی شامل پل‌زدن، کمبود لحیم، قطع‌شدن لحیم و تشکیل شاخه‌های لحیمی (آب‌انداز) است. پل‌زدن در لحیم‌کاری موجی زمانی رخ می‌دهد که لحیم دو پایهٔ مجاور را به هم متصل کند که باید از هم جدا باشند. کمبود لحیم در لحیم‌کاری موجی معمولاً ناشی از فعالیت نامناسب فلاکس، سرعت نادرست نوار نقاله یا زمان تماس ناکافی با موج لحیم است. شاخه‌های لحیمی (آب‌انداز) در لحیم‌کاری موجی زمانی تشکیل می‌شوند که لحیم به یک پایه چسبیده و هنگام خروج برد از موج باقی می‌ماند. بهینه‌سازی صحیح پارامترهای لحیم‌کاری موجی و نگهداری منظم ظرف لحیم و نازل موج، از عوامل کلیدی برای حداقل‌سازی این عیوب هستند.

آیا لحیم‌کاری موجی هنوز در تولید مدرن برد‌های مدار چاپی (PCB) اهمیت دارد؟

لایه‌گذاری موجی همچنان از اهمیت بالایی در تولید مدرن برد مدار چاپی (PCB) برخوردار است، به‌ویژه در کاربردهای صنعتی، خودرویی و الکترونیک قدرت، جایی که از اجزای سوراخ‌دار (Through-hole) به‌دلیل مقاومت مکانیکی و ظرفیت عبور جریان بالای آن‌ها همچنان به‌طور گسترده استفاده می‌شود. لایه‌گذاری موجی همچنین در مونتاژهای ترکیبی (Mixed-technology) حیاتی است که در آن اتصال‌دهنده‌های سوراخ‌دار و اجزای SMT روی یک برد واحد همزمان وجود دارند. اگرچه لایه‌گذاری بازتابی (Reflow soldering) سهم خود را در بازار در کنار گسترش فناوری نصب سطحی (SMT) افزایش داده است، اما لایه‌گذاری موجی همچنان نقشی حیاتی و جایگزین‌ناپذیر در فرآیندهای کامل مونتاژ برد مدار چاپی ایفا می‌کند.