لحیم‌کاری موجی (Wave Soldering) یک فرآیند لحیم‌کاری توده‌ای و پیوسته برای قطعات پایه‌دار (THT) است. بردی که قطعات از لایه بالایی روی آن سوار شده‌اند، روی یک نقاله حرکتی هدایت می‌شود و از روی موجی از قلع مذاب پمپاژشده عبور می‌کند. با تماس سطح زیرین برد با موج، قلع مذاب پایه‌ها و پدهای بدون پوشش را تر می‌کند، درون سوراخ‌های متالیزه بالا می‌رود و کلیه اتصالات THT آن لایه را در یک مرحله رفت تشکیل می‌دهد.
برد پیش از رسیدن به موج قلع، فلاکس‌پاشی و پیش‌گرم (Preheat) می‌شود و پس از عبور از آن، اتصالات شکل‌گرفته خنک و منجمد می‌گردند. توالی پاشش فلاکس، پیش‌گرمایش، برخورد با موج قلع و خنک‌کاری، کل فرآیند لحیم‌کاری موجی را تعریف می‌کند. هر گام تنظیمات حرارتی و مکانیکی ویژه‌ای دارد و ریشه بخش عمده‌ای از عیوب لحیم‌کاری به تنظیم نبودن این پارامترها یا نقص در طراحی چیدمان برد برمی‌گردد.
لحیم‌کاری موجی در بردهایی با تراکم بالای اتصالات THT سرعت و تکرارپذیری فوق‌العاده‌ای ارائه می‌دهد؛ با این حال برای بردهایی که وجه زیرین آن‌ها از قطعات SMT پوشیده شده مناسب نیست. در ادامه مکانیزم این فرآیند، پارامترهای کنترلی پروفایل موج، شرایط ارجحیت روش موجی نسبت به لحیم‌کاری انتخابی (Selective Soldering) یا روش Reflow، و قواعد طراحی برای دستیابی به لحیم‌کاری تمیز و بی‌نقص شرح داده شده است.
نکات کلیدی
- لحیم‌کاری موجی (Wave soldering) با عبور دادن برد از روی موجی ایستاده از قلع مذاب، تمام اتصالات پایه‌دار (through-hole) لایه زیرین را به‌طور هم‌زمان لحیم می‌کند.
- این فرآیند از چهار مرحله تشکیل شده است: اعمال flux، پیش‌گرمایش (preheat)، تماس با موج قلع، و خنک‌سازی. پیش‌گرمایش حلال‌های flux را تبخیر کرده و دمای برد را برای پر شدن کامل سوراخ متالیزه بالا می‌برد.
- اغلب دستگاه‌ها از دو موج بهره می‌برند: یک موج متلاطم (turbulent wave) برای نفوذ قلع به داخل سوراخ‌ها و اطراف پایه‌ها، و سپس یک موج لامینار صاف (smooth laminar wave) برای جمع‌کردن قلع اضافی و کاهش اتصال کوتاه یا پل قلع (bridging).
- قطعات SMT زیر برد حتماً باید با چسب مخصوص تثبیت شده و مناسب عبور از موج طراحی شوند، یا با استفاده از پالت ماسک شوند؛ در غیر این صورت، لحیم‌کاری انتخابی (selective soldering) انتخاب مطمئن‌تری است.
- طراحی چیدمان برد (layout) عامل اصلی تعیین‌کننده بازدهی تولید است: جهت‌گیری قطعات نسبت به جهت حرکت برد، میزان بیرون‌زدگی پایه‌ها، فاصله مجاز سوراخ تا پایه، و دفع حرارت به صفحات مس (planes).
لحیم‌کاری موجی چیست؟
لحیم‌کاری موجی (wave soldering) یک فرایند مکانیزه است که در آن، بخش زیرین برد مدار چاپی از روی موجی از قلع مذاب عبور می‌کند تا پایه‌های قطعات THT (through-hole) و در مواردی قطعات SMT چسبانده‌شده، در یک مرحله لحیم شوند. این موج توسط یک پمپ درون حوضچه قلع (solder pot) شکل می‌گیرد که قلع مذاب را از طریق یک نازل به بالا می‌راند و تاجی پیوسته و تازه از مذاب لحیم پدید می‌آورد.
پیش از پیدایش فناوری نصب سطحی، این روش راهکار اصلی مونتاژ بردهای مدار چاپی بود. امروزه بیشتر بردها مبتنی بر SMT هستند و با روش reflow لحیم‌کاری می‌شوند؛ بنابراین کاربرد لحیم‌کاری موجی عمدتاً به کانکتورهای THT، ترمینال‌ها، ترانسفورماتورها، رله‌ها و سایر قطعات حجیم محدود شده است. در بردهای با فناوری مختلط، معمولاً ابتدا لحیم‌کاری SMT reflow انجام می‌شود (مطلب فرایند لحیم‌کاری reflow را ببینید)، سپس قطعات پایه‌دار درون برد جاگذاری شده و از طریق لحیم‌کاری موجی اتصال می‌یابند.
خط مونتاژ SMT و THT در APT، توالی ساخت، استنسیل، فرایندهای reflow، لحیم‌کاری موجی یا انتخابی (selective soldering) و موارد استثنای لحیم‌کاری دستی را پیش از شروع مونتاژ مشخص می‌کند تا مراحل قطعات THT به‌جای تصمیم‌گیری در لحظه، با برنامه‌ریزی دقیق مهندسی اجرا شود.
چه زمانی لحیم‌کاری موجی برای قطعات THT بر لحیم‌کاری انتخابی برتری دارد؟
| مرحله | شرح فرایند | عملکرد تحت کنترل | مشکل رایج در صورت انحراف |
|---|---|---|---|
| ۱. فلاکس‌پاشی | فلاکس مایع به زیر برد اسپری یا فوم می‌شود | اکسیدزدایی از پدها و پایه‌ها؛ ترشوندگی | مقدار کم: لحیم‌نشدگی، پر نشدن سوراخ. مقدار زیاد: باقی‌مانده اضافی، ایجاد گلوله لحیم |
| ۲. پیش‌گرمایش | هیترهای زیرین و در مواردی بالایی دمای برد را افزایش می‌دهند | تبخیر حلال فلاکس، فعال‌سازی فلاکس، کاهش شوک حرارتی، کمک به پر شدن سوراخ | دمای کم: پاشش قلع، ایجاد حفره، پر نشدن سوراخ. دمای بالا: سوختن فلاکس پیش از موج |
| ۳. تماس با موج قلع | برد با زاویه و سرعت مشخص از روی یک یا دو موج قلع عبور می‌کند | زمان تماس، ترشوندگی، پر شدن سوراخ، تخلیه قلع اضافی | تماس کوتاه: پر نشدن کافی سوراخ. تماس طولانی: آسیب حرارتی، حل شدن مس |
| ۴. خنک‌کاری | برد از موج قلع خارج شده و سرد می‌شود | انجماد اتصال، مهار تنش برد | لرزش حین انجماد: اتصال لحیم مات و آسیب‌دیده |
مرحله ۱: فلاکس‌پاشی
فلاکس‌پاش‌های اسپری، لایه کنترل‌شده‌ای از فلاکس مایع را روی سطح زیرین برد اعمال می‌کنند. در سیستم‌های فومی، برد از روی یک هد فوم‌ساز عبور می‌کند. فلاکس باید به تمام پدها رسیده و جداره داخلی سوراخ‌ها را مرطوب کند. نوع فلاکس تعیین می‌کند که آیا مجموعه نهایی نیاز به شستشو دارد یا خیر؛ برای بررسی گزینه‌های No-Clean و محلول در آب، راهنمای انواع فلاکس لحیم‌کاری را ببینید.
مرحله ۲: پیش‌گرمایش
پیش‌گرمایش سه وظیفه را انجام می‌دهد: حلال درون فلاکس را تبخیر می‌کند تا حین تماس با موج نجوشد و پاشش ایجاد نکند؛ دمای فلاکس را به آستانه فعال‌سازی می‌رساند؛ و دمای برد و پایه‌ها را به نقطه ذوب قلع نزدیک می‌کند تا مذاب پیش از سرد شدن بتواند کل ارتفاع سوراخ را پر کند. بردهای ضخیم و بردهایی با صفحات مسی بزرگ در مقایسه با بردهای نازک و کم‌تراکم، به توان پیش‌گرمایش بالاتری نیاز دارند.
مرحله ۳: تماس با موج قلع
برد با زاویه‌ای شیب‌دار و رو به بالا از روی موج قلع رد می‌شود. دستگاه‌های دو‌موجی از یک موج متلاطم اولیه برای هدایت قلع به درون سوراخ‌ها و اطراف قطعات استفاده می‌کنند و سپس یک موج آرام ثانویه برای تمیزکاری اتصالات و تخلیه قلع اضافه به کار می‌گیرند. زمان تماس هر اتصال با مذاب به سرعت نقاله، ارتفاع موج و زاویه حرکت برد بستگی دارد.
برخی دستگاه‌ها حوضچه قلع را زیر پوشش گاز نیتروژن کار می‌اندازند تا اکسیداسیون و تشکیل سرباره کاهش یافته و فرایند ترشوندگی روی آبکاری‌های حساس تسهیل شود.
مرحله ۴: خنک‌کاری
به‌محض خروج برد از موج، اتصالات منجمد می‌شوند. تکان یا لرزش در این مقطع، اتصالاتی کدر و دندانه‌دار بر جا می‌گذارد. پس از سرد شدن، برد بازرسی چشمی شده و در صورت نوع خاص فلاکس، شسته می‌شود.
دمای حوضچه قلع، dwell time و طول تماس: کدام ترکیب با lead pitch قطعات همخوانی دارد؟
پروفایل لحیم‌کاری موجی، نمودار ثبت تغییرات دمایی برد حین عبور از دستگاه است. این پروفایل درست مانند پروفایل reflow، با اتصال مستقیم ترموکوپل‌ها به برد واقعی ثبت می‌شود و نباید به مقادیر تنظیمی روی نمایشگر دستگاه اکتفا کرد. پارامترهایی که باید دقیقاً مشخص شوند عبارتند از:
- نوع flux و حجم اعمال‌شده
- تنظیمات پیش‌گرمایش (preheat) و دمای نهایی حاصل‌شده در سطح بالا و پایین برد پیش از ورود به موج قلع
- آلیاژ لحیم و دمای حوضچه (pot temperature)
- سرعت و زاویه کانوایر که مستقیماً زمان تماس (contact time) را تعیین می‌کنند
- ارتفاع موج و تک‌موج یا دو‌موج بودن فرآیند
- اتمسفر کاری (هوا یا نیتروژن)
تعیین دقیق این متغیرها به دیتاشیت flux و آلیاژ لحیم، آستانه تحمل حرارتی قطعات و جرم حرارتی برد وابسته است. آلیاژهای lead-free معمولاً به دمای حوضچه بالاتری نیاز دارند و نرخ انحلال مس در آن‌ها نسبت به آلیاژهای قلع-سرب شدیدتر است؛ از این رو کنترل زمان تماس و پایش کیفیت سوراخ‌های متالیزه اهمیت دوچندانی پیدا می‌کند. این پروفایل حرارتی را در پکیج مستندات نمونه اول (first-article) ثبت کنید تا همین تنظیمات در بچ‌های بعدی تولید نیز دقیقاً پیاده‌سازی شوند.
مقایسه لحیم‌کاری موجی، انتخابی، Pin-in-Paste و دستی: کدام روش برای کدام قطعه THT مناسب است؟
جدول تصمیم‌گیری زیر برای انتخاب روش لحیم‌کاری قطعات THT روی برد طراحی شده است. ردیف متناسب با شرایط برد خود را بررسی کنید.
| شرایط برد | لحیم‌کاری موجی (Wave) | لحیم‌کاری انتخابی (Selective) | روش Pin-in-paste (Reflow) | لحیم‌کاری دستی |
|---|---|---|---|---|
| اتصالات THT زیاد، لایه زیرین فاقد قطعات SMT | بهترین گزینه: اجرای تمامی اتصالات در یک گذر | قابل انجام، اما سرعت پردازش هر برد پایین‌تر است | تنها در صورتی ممکن است که قطعات دمای reflow را تحمل کنند | بسیار کند و دارای خطای تکرارپذیری زیاد |
| اتصالات THT زیاد، لایه زیرین شامل تعدادی قطعه SMT | امکان‌پذیر با پالت ماسک‌کننده SMT، یا چسباندن قطعات SMT سازگار با موج | اغلب گزینه مناسب‌تر | امکان‌پذیر برای قطعات سازگار | بسیار کند |
| اتصالات THT اندک روی برد متراکم با فناوری ترکیبی | توجیه هزینه ساخت پالت دشوار است | بهترین گزینه | مناسب در صورت تحمل دمای reflow توسط قطعات | قابل قبول صرفاً برای تیراژ بسیار پایین |
| قطعات THT با عدم تحمل حرارت کامل موج لحیم | پرریسک | گزینه بهتر: اعمال حرارت به‌صورت موضعی | معمولاً نامناسب | قابل قبول با اعمال کنترل دقیق |
| اتصالات با جرم حرارتی بالا (مس ضخیم، پین‌های بزرگ) | مناسب، مشروط به پیش‌گرمایش کافی | مناسب: زمان مکث (dwell time) برای هر اتصال قابل تنظیم است | احتمال پر نشدن کامل سوراخ (fill) | دشواری در پر کردن مطمئن سوراخ متالیزه |
| نمونه‌های اولیه و تیراژهای بسیار محدود | بار کاری تنظیمات اولیه و ابزارسازی | بار کاری برنامه‌ریزی دستگاه | نیازمند اصلاح شابلون استنسیل | اغلب عملی‌ترین انتخاب |
| دوباره‌کاری (Rework) و موارد استثنا | کاربرد ندارد | امکان‌پذیر | کاربرد ندارد | روش استاندارد |
از نظر نرخ تولید (throughput)، در مواردی که تعداد اتصالات THT زیاد بوده و لایه زیرین برد در دسترس باشد، لحیم‌کاری موجی بازدهی بالاتری دارد. در مقابل، زمانی که قطعات SMT لایه زیرین را متراکم کرده باشند یا تنها تعداد معدودی پین نیاز به لحیم‌کاری داشته باشد، لحیم‌کاری انتخابی اولویت دارد. در صفحه لحیم‌کاری انتخابی APT این تفکیک بدین صورت مطرح شده است: موج لحیم برای پوشش یکپارچه سطح و تیراژ بالا مناسب است؛ لحیم‌کاری انتخابی برای نقاط مشخص THT با امکان حرکت آزادانه نازل به کار می‌رود؛ لحیم‌کاری دستی به موارد استثنا و دوباره‌کاری محدود می‌شود؛ و reflow عمدتاً در خدمت قطعات SMT است که در قطعات سازگار THT از تکنیک pin-in-paste نیز بهره می‌گیرد.
اغلب راهنماها صرفاً ۲ روش را مقایسه می‌کنند. این جدول ۴ روش مختلف شامل pin-in-paste و دستی را پوشش می‌دهد تا بتوان مسیر فرایند مونتاژ را در بردهای فناوری ترکیبی به‌ازای هر قطعه مشخص کرد.
برای جزئیات بیشتر درباره تفاوت‌ها و مشخصات روش‌های مونتاژ THT، به مبانی لحیم‌کاری قطعات THT مراجعه کنید.
بردهای با فناوری ترکیبی و پالت‌ها
در بردی که در لایه زیرین آن قطعات SMT چیده شده باشد، حرکت مستقیم موج لحیم به آن‌ها آسیب می‌زند. مدیریت این چیدمان دو مسیر دارد: قطعات پسیو کوچک SMT را می‌توان با چسب روی لایه زیرین مهار کرد و پدها و راستای استقرار آن‌ها را متناسب با جهت عبور موج در نظر گرفت. روش دیگر، قرار دادن برد داخل پالت (فریم نگهدارنده کامپوزیتی) است؛ پالت، قطعات SMT زیر برد را می‌پوشاند و فقط در محدوده پایه‌های THT بازشو (پنجره) دارد. راهنمای فیکسچر و پالت لحیم‌کاری موجی اصول طراحی و فواصل ایمن این پالت‌ها را بررسی می‌کند.
قوانین طراحی برای لحیم‌کاری موجی
طراحی لایه‌اوت برد، تعیین‌کننده اصلی بازده نهایی فرآیند لحیم‌کاری موجی است. الزامات زیر به‌صورت عمومی ارائه شده‌اند؛ بررسی فرآیند توسط سازنده و مونتاژکار باید این موارد را برای دستگاه و پالت اختصاصی پروژه شما تایید کند.
- جهت‌گیری کانکتورها و قطعات چندپایه را به‌گونه‌ای تنظیم کنید که ردیف پین‌های آن‌ها در راستای جهت حرکت برد درون دستگاه لحیم‌کاری موجی قرار گیرد؛ این جهت را با مونتاژکار نهایی کنید. قلع مذاب در امتداد آخرین پین ردیف تخلیه می‌شود و دقیقاً در همین نقطه ریسک ایجاد پل لحیم (Bridge) بالا می‌رود.
- در انتهای ردیف پایه‌های THT با گام ریز (fine-pitch) طبق توصیه مونتاژکار، پدهای قلع‌گیر (Solder thieving pads) تعبیه کنید تا لحیم اضافی را از روی آخرین پین جذب کنند.
- میزان بیرون‌زدگی پایه‌ها از زیر برد را در بازه مجاز استاندارد پذیرش و دستورالعمل‌های مونتاژکار نگه دارید. پایه‌های بسیار بلند موجب کشیدگی قلع و تشکیل قندیل لحیم (Icicle) می‌شوند؛ در مقابل، پایه‌های بیش‌از‌حد کوتاه فیلت (Fillet) لحیم مناسبی ایجاد نمی‌کنند.
- ابعاد سوراخ متالیزه را متناسب با قطر پایه قطعه انتخاب کنید، به‌طوری که فاصله لقی لازم برای بالا کشیده شدن لحیم مذاب در استوانه سوراخ (Barrel) فراهم باشد، بدون اینکه لقی آن‌قدر زیاد شود که قلع نتواند حفره را پر کند.
- در نقاط اتصال پایه‌های قطعات THT به سطوح مسی بزرگ، از اتصالات حرارتی (Thermal relief) استفاده کنید. اتصال مستقیم پین به پلی‌گان‌های مسی حرارت را جذب کرده و مانع از پر شدن صحیح لوله سوراخ می‌شود.
- از قرار دادن قطعات SMT با ارتفاع زیاد در سطح زیرین برد و دقیقاً در جلوی پین‌های THT در جهت حرکت کانوایر خودداری کنید. این قطعات روی موج لحیم سایه ایجاد می‌کنند و باعث ایجاد لحیم‌نشدگی (Skip) می‌شوند.
- قطعات SMT زیر برد را که با موج لحیم در تماس هستند، منحصراً به پکیج‌ها و جهت‌گیری‌های مورد تایید واحد مونتاژ محدود کرده و از تثبیت آن‌ها با چسب اطمینان حاصل کنید.
- حاشیه لازم برای لبه کانوایر (Conveyor clearance) و سوراخ‌های موقعیت‌یابی (Tooling holes) را مطابق نیازمندی‌های خط مونتاژ تعبیه کنید، یا استفاده از لبه‌های کمکی پنل (Panel rail) را در دستور کار بگذارید.
عیوب رایج در لحیم‌کاری موجی: پل‌زدگی، قندیل، حفره‌های گازی و وضعیت فلاکس عامل هرکدام
| عیب | ظاهر فیزیکی | دلایل متداول |
|---|---|---|
| پل‌زدگی (Bridging) | اتصال قلع میان پایه‌های مجاور | جهت‌گیری پایه‌ها نسبت به موج، نبود thieving pad، فلاکس ناکافی، زمان تماس نامناسب، طول اضافه پایه |
| پر نشدن کامل سوراخ متالیزه | بالا نیامدن کامل قلع در طول سوراخ | دمای پیش‌گرم پایین، اتلاف حرارتی در صفحات مس، پوشش ناکافی فلاکس، زمان تماس کوتاه، فاصله بیش از حد کم پایه با سوراخ |
| عدم اتصال / لحیم‌نخوردگی (Skips) | پد کاملاً بدون قلع | اثر سایه‌اندازی قطعات، نرسیدن فلاکس به پد، حبس شدن گازها |
| قندیل قلع (Icicles) | زوائد نوک‌تیز قلع معلق روی پایه‌ها | طول زیاد پایه‌ها، دمای پایین قلع مذاب، اکسیداسیون و آلودگی شمش قلع |
| گلوله‌های قلع (Solder balls) | کره‌های ریز قلع روی برد یا سولدرماسک | ورود فلاکس خیس به موج، نوع سطح نهایی سولدرماسک، مقدار مازاد فلاکس |
| حفره‌های گازی و پین‌هول‌ها (Blowholes و Pinholes) | حفرات ریز در سطح و حجم اتصال قلع | خروج رطوبت یا گاز از دیواره سوراخ، عیوب آبکاری مس دیواره |
| بلند شدن قطعات | فاصله گرفتن قطعه از سطح بالایی برد | فشار موج قلع، عدم مهار مکانیکی قطعه، خم نکردن (clinch) یا ثابت نگه‌نداشتن پایه‌ها |
پیش از تغییر پارامترهای دستگاه، نقطه تمرکز عیوب را شناسایی کنید. تکرار دائم پل‌زدگی روی یک کانکتور خاص نشان‌دهنده جهت‌گیری نامناسب نسبت به موج قلع یا نیاز به thieving pad است. پر نشدن سوراخ صرفاً روی پایه‌های زمین (GND) به ضعف طراحی thermal relief بازمی‌گردد. عدم اتصال‌های تصادفی و پراکنده نیز معمولاً حاکی از عدم یکنواختی پوشش فلاکس یا اثر سایه‌اندازی قطعات است.
تمرکز اصلی در اینجا روی وضعیت فلاکس ایجادکننده هر نقص است تا بهینه‌سازی از طریق اصلاح خود فرایند انجام شود، نه با دوباره‌کاری دستی قطعات.
اطلاعات مورد نیاز برای استعلام قیمت (RFQ) لحیم‌کاری موجی
- داده‌های Gerber یا ODB++، فهرست قطعات (BOM)، فایل جانمایی قطعات (placement file) و نقشه مونتاژ با تعیین دقیق قطعات THT
- ضخامت برد، ضخامت مس و پین‌های متصل به پِلین‌های حرارتی و زمین بزرگ
- چیدمان قطعات SMT لایه زیرین برد، جهت تصمیم‌گیری در خصوص استفاده از چسب‌کاری، پالت محافظ یا لحیم‌کاری انتخابی (selective soldering)
- مشخصات کانکتورها، پوشش نهایی پایه‌ها (lead finish) و طول پایه‌ها
- محدودیت‌های آلیاژ لحیم‌کاری و نوع flux، به همراه الزامات مربوط به شستشو یا اعمال conformal coating
- کلاس پذیرش کیفی (IPC-A-610 Class ۲ یا Class ۳) و الزامات درصد پر شدن سوراخ‌های متالیزه (hole-fill) در صورت مغایرت با استاندارد پایه
- تعداد سفارش و حجم تولید برآوردشده، جهت ارزیابی توجیه فنی و اقتصادی ساخت پالت موج (pallet tooling)
صفحه لحیم‌کاری انتخابی APT نیز ورودی‌های اصلی مشابهی را برای قطعات THT طلب می‌کند: مشخصات کانکتورها، پوشش و میزان بیرون‌زدگی پایه‌ها، ضخامت برد و مشخصات مس، محدودیت‌های آلیاژ و flux، الزامات شستشو و پوشش‌دهی نهایی، و مستندات آزمون و بازرسی درخواستی.
مزایای اجرای لحیم‌کاری Through-Hole در APTPCB
تیم مهندسی APT طی ارزیابی اولیه، بر اساس چیدمان برد، مشخصات قطعات و تیراژ تولید، بهینه‌ترین روش را از میان لحیم‌کاری موجی، لحیم‌کاری انتخابی (selective soldering)، روش pin-in-paste یا لحیم‌کاری دستی انتخاب می‌کند. مراحل مونتاژ THT تحت کنترل دقیق متغیرهای جاگذاری قطعات، اعمال flux، پیش‌گرمایش (preheat)، دمای حوضچه مذاب، زمان تماس (dwell time) و بازرسی نهایی اجرا می‌شوند. همچنین پروفایل حرارتی فرایند به همراه سوابق بازرسی SPI، AOI و داده‌های آزمون در مدارک traveler محصول ثبت و بایگانی می‌گردد.
استانداردها و مراجع حاکم بر این فرایندها عبارتند از:
- IPC J-STD-001: الزامات مجموعه‌های الکتریکی و الکترونیکی لحیم‌کاری‌شده
- IPC-A-610: استانداردهای پذیرش مجموعه‌های الکترونیکی، شامل درصد پر شدن حفره‌های پایه‌دار (through-hole fill)
- IPC-7530: دستورالعمل‌های پروفایل‌بندی دمایی در فرایندهای لحیم‌کاری پیوسته
- IPC J-STD-004: مشخصات فنی و الزامات fluxهای لحیم‌کاری
پرسش‌های متداول
لحیم‌کاری موجی (Wave Soldering) چه کاربردی دارد؟
لحیم‌کاری موجی برای اتصال پایه‌های قطعات THT نظیر کانکتورها، ترمینال‌ها، ترانسفورماتورها و رله‌ها در یک مرحله به کار می‌رود. همچنین در صورت رعایت الزامات طراحی برد، می‌توان قطعات کوچک SMT چسبانده‌شده در لایه زیرین را با این روش لحیم‌کاری کرد.
مراحل فرایند لحیم‌کاری موجی چیست؟
فرایند لحیم‌کاری موجی ۴ مرحله دارد: اعمال flux به زیر برد، پیش‌گرمایش برد، عبور لایه زیرین از روی یک یا دو موج قلع مذاب، و سرد شدن و انجماد اتصالات. پس از این مراحل، بازرسی و در صورت نیاز شست‌وشو انجام می‌شود.
تفاوت بین لحیم‌کاری موجی و لحیم‌کاری بازتابی (Reflow) چیست؟
در لحیم‌کاری موجی، قلع مذاب از طریق یک موج به زیر برد برخورد می‌کند و کاربرد اصلی آن برای قطعات THT است. لحیم‌کاری reflow خمیر قلع چاپ‌شده روی پدها را پس از چیدمان قطعات ذوب می‌کند و برای قطعات SMT به کار می‌رود. در بردهای دارای قطعات مختلط، ابتدا فرایند reflow و سپس لحیم‌کاری موجی یا selective انجام می‌شود.
چه زمانی باید از لحیم‌کاری انتخابی (Selective Soldering) به‌جای لحیم‌کاری موجی استفاده کرد؟
هنگامی که در لایه لحیم‌کاری قطعات SMT وجود دارند و پالت محافظ قادر به پوشش آن‌ها نیست، یا زمانی که تنها تعداد محدودی پایه THT نیاز به اتصال دارند، یا وقتی برخی اتصالات نیازمند حرارت و dwell time اختصاصی هستند، از selective soldering استفاده کنید. لحیم‌کاری موجی برای مواردی که تعداد زیادی اتصال THT در دسترس در لایه زیرین وجود دارد، سرعت بسیار بالاتری ارائه می‌دهد.
علت ایجاد پل قلع (Bridging) در لحیم‌کاری موجی چیست؟
اتصال کوتاه یا پل قلع معمولاً ناشی از زاویه قرارگیری پایه‌ها نسبت به جهت حرکت موج، نبود پد قلع‌گیر (thieving pad) در انتهای ردیف پایه‌ها، اعمال ناکافی یا نامنظم flux، طول بیش از حد پایه‌ها، یا تنظیمات نادرست پارامترهای تماس با موج است. بررسی موقعیت تشکیل پل‌ها روی برد، علت دقیق بروز مشکل را مشخص می‌کند.
آیا قطعات SMT را می‌توان با لحیم‌کاری موجی مونتاژ کرد؟
برخی از آن‌ها را بله. قطعات پسیو کوچک که با چسب در لایه زیرین محکم شده و ابعاد پد و زاویه قرارگیری آن‌ها متناسب با موج طراحی شده باشد، در بردهای متعددی با لحیم‌کاری موجی متصل می‌شوند. قطعات fine-pitch، پکیج‌های BGA و قطعات با پایه‌های زیرین نباید وارد موج قلع شوند؛ این قطعات در کوره reflow لحیم‌کاری شده و با پالت محافظت می‌شوند، یا کل مونتاژ از طریق selective soldering انجام می‌گیرد.
چک‌لیست استعلام قیمت لحیم‌کاری موجی
هنگام استعلام قیمت برای لحیم‌کاری موجی یا مونتاژ برد با فناوری مختلط (Mixed-Technology)، از این موارد استفاده کنید:
- ترکیب قطعات THT و SMT روی یک برد: نسبت تقریبی THT به SMT را قید کنید
- لحیم‌کاری موجی یک‌رو یا دورو: نوع فرآیند را مشخص کنید
- فرآیند مونتاژ: لحیم‌کاری موجی، selective soldering یا pin-in-paste (روش مدنظر برای هر بخش را تفکیک کنید)
- نیاز به پالت (Pallet) یا فیکسچر: بله/خیر، و طرف تأمین‌کننده آن را تعیین کنید
- دمای موج قلع: دمای هدف ۵ ± ۲۵۰ درجه سانتیگراد یا پروفایل حرارتی مدنظرتان را اعلام کنید
- زون‌های پیش‌گرمایش: ۳، ۴ یا ۵ زون (تعداد دقیق را قید کنید)
- نوع flux: از نوع no-clean، رزینی یا water-soluble (نوع دقیق را مشخص کنید)
- محدوده قطر سوراخ‌های Through-hole سازگار: ۰٫۸ تا ۱٫۵ میلی‌متر (انطباق تمامی قطعات THT را تأیید کنید)
- نیاز به ارزیابی ریسک bridging: بله/خیر؛ جهت‌گیری قطعات با ریسک بالا را قید کنید
- نرخ خطای هدف برای پایه‌ها و bridging یا مبنای DPMO مورد انتظار
- کلاس پذیرش استاندارد IPC-A-610: کلاس ۱، ۲ یا ۳
- مجاز بودن انجام rework و روش مدنظر: لحیم‌کاری دستی یا selective
- نیاز به اتمسفر نیتروژن در خط ۰: بله/خیر
مسیر مونتاژ قطعات Through-Hole را در مراحل اولیه مشخص کنید
لحیم‌کاری موجی (wave soldering) زمانی بالاترین بازدهی را دارد که برد از ابتدا برای آن طراحی شده باشد: اتصالات through-hole تنها از یک سمت در دسترس باشند، جهت‌گیری پایه‌ها یکدست باشد، روی پایه‌های متصل به پلی‌گان‌ها یا پلین‌ها thermal relief اعمال شود، و آرایش قطعات SMT زیر برد کاملاً حساب‌شده باشد. این تصمیم‌گیری باید در مرحله layout انجام شود نه پس از ساخت اولین نمونه؛ همچنین روش مونتاژ هر قطعه—اعم از wave soldering، لحیم‌کاری انتخابی (selective)، pin-in-paste یا لحیم‌کاری دستی—باید پیش از نهایی‌سازی با شرکت مونتاژکار هماهنگ و تأیید شود.