रिफ्लो ओवन सोल्डरिंग

रिफ्लो सोल्डरिंग एक सर्किट बोर्ड पर सतह माउंट घटकों को जोड़ने का सबसे आम तरीका है, हालांकि इसका उपयोग सोल्डर पेस्ट के साथ छेद भरकर और पेस्ट के माध्यम से घटक लीड डालने के माध्यम से छेद वाले घटकों के लिए भी किया जा सकता है।क्योंकि वेव सोल्डरिंग सरल और सस्ती हो सकती है, रिफ्लो का उपयोग आमतौर पर शुद्ध थ्रू-होल बोर्ड पर नहीं किया जाता है।जब एसएमटी और टीएचटी घटकों के मिश्रण वाले बोर्डों पर उपयोग किया जाता है, तो थ्रू-होल रिफ्लो असेंबली प्रक्रिया से वेव सोल्डरिंग चरण को समाप्त करने की अनुमति देता है, जिससे संभावित रूप से असेंबली लागत कम हो जाती है।

रीफ़्लो प्रक्रिया का लक्ष्य सोल्डर को पिघलाना और आसपास की सतहों को गर्म करना है, बिना ज़्यादा गरम किए और विद्युत घटकों को नुकसान पहुँचाए।पारंपरिक रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया में, आम तौर पर चार चरण होते हैं, जिन्हें "ज़ोन" कहा जाता है, प्रत्येक में एक अलग थर्मल प्रोफ़ाइल होती है: प्रीहीट, थर्मल सोख (अक्सर केवल सोख करने के लिए छोटा), रिफ्लो और कूलिंग।

 

पहले से गरम क्षेत्र

अधिकतम ढलान एक तापमान/समय संबंध है जो मापता है कि मुद्रित सर्किट बोर्ड पर तापमान कितनी तेजी से बदलता है।प्रीहीट ज़ोन अक्सर ज़ोन में सबसे लंबा होता है और अक्सर रैंप-रेट स्थापित करता है।रैंप-अप दर आमतौर पर 1.0 डिग्री सेल्सियस और 3.0 डिग्री सेल्सियस प्रति सेकंड के बीच होती है, जो अक्सर 2.0 डिग्री सेल्सियस और 3.0 डिग्री सेल्सियस (4 डिग्री फ़ारेनहाइट से 5 डिग्री फ़ारेनहाइट) प्रति सेकंड के बीच गिरती है।यदि दर अधिकतम ढलान से अधिक है, तो थर्मल शॉक या क्रैकिंग से घटकों को नुकसान हो सकता है।

सोल्डर पेस्ट का छींटे मारने वाला प्रभाव भी हो सकता है।प्रीहीट अनुभाग वह है जहां पेस्ट में विलायक वाष्पित होना शुरू हो जाता है, और यदि वृद्धि दर (या तापमान स्तर) बहुत कम है, तो फ्लक्स वाष्पशील पदार्थों का वाष्पीकरण अधूरा है।

 

थर्मल सोख क्षेत्र

दूसरा खंड, थर्मल सोख, आमतौर पर सोल्डर पेस्ट वाष्पशील पदार्थों को हटाने और फ्लक्स (फ्लक्स देखें) को सक्रिय करने के लिए 60 से 120 सेकंड का एक्सपोजर है, जहां फ्लक्स घटक घटक लीड और पैड पर ऑक्साइडरेडक्शन शुरू करते हैं।बहुत अधिक तापमान से सोल्डर स्पैटरिंग या बॉलिंग के साथ-साथ पेस्ट, अटैचमेंट पैड और घटक समाप्ति का ऑक्सीकरण हो सकता है।

इसी प्रकार, यदि तापमान बहुत कम है तो फ़्लक्स पूरी तरह से सक्रिय नहीं हो सकता है।सोख क्षेत्र के अंत में रिफ्लो क्षेत्र से ठीक पहले संपूर्ण असेंबली का थर्मल संतुलन वांछित है।अलग-अलग आकार के घटकों के बीच या यदि पीसीबी असेंबली बहुत बड़ी है तो किसी भी डेल्टा टी को कम करने के लिए एक सोख प्रोफ़ाइल का सुझाव दिया गया है।क्षेत्र सरणी प्रकार के पैकेजों में शून्यता को कम करने के लिए एक सोख प्रोफ़ाइल की भी सिफारिश की जाती है।

 

पुनःप्रवाह क्षेत्र

तीसरे खंड, रिफ्लो ज़ोन को "रिफ्लो से ऊपर का समय" या "लिक्विडस से ऊपर का समय" (टीएएल) के रूप में भी जाना जाता है, और यह उस प्रक्रिया का हिस्सा है जहां अधिकतम तापमान पहुंच जाता है।एक महत्वपूर्ण विचार चरम तापमान है, जो पूरी प्रक्रिया का अधिकतम स्वीकार्य तापमान है।एक सामान्य चरम तापमान लिक्विडस से 20-40 डिग्री सेल्सियस ऊपर होता है। यह सीमा उच्च तापमान के लिए सबसे कम सहनशीलता वाले असेंबली पर घटक द्वारा निर्धारित की जाती है (थर्मल क्षति के लिए सबसे अधिक संवेदनशील घटक)।एक मानक दिशानिर्देश अधिकतम तापमान से 5 डिग्री सेल्सियस घटाना है जिसे प्रक्रिया के लिए अधिकतम तापमान तक पहुंचने के लिए सबसे कमजोर घटक बनाए रख सकता है।प्रक्रिया के तापमान को इस सीमा से अधिक होने से बचाने के लिए उसकी निगरानी करना महत्वपूर्ण है।

इसके अतिरिक्त, उच्च तापमान (260 डिग्री सेल्सियस से अधिक) एसएमटी घटकों की आंतरिक मृत्यु को नुकसान पहुंचा सकता है और साथ ही इंटरमेटेलिक विकास को बढ़ावा दे सकता है।इसके विपरीत, पर्याप्त गर्म न होने वाला तापमान पेस्ट को पर्याप्त रूप से दोबारा बहने से रोक सकता है।

लिक्विडस के ऊपर का समय (टीएएल), या रिफ्लो के ऊपर का समय मापता है कि सोल्डर कितने समय तक तरल है।फ्लक्स धातुकर्म बंधन को पूरा करने के लिए धातुओं के जंक्शन पर सतह के तनाव को कम करता है, जिससे व्यक्तिगत सोल्डर पाउडर क्षेत्रों को संयोजित करने की अनुमति मिलती है।यदि प्रोफ़ाइल समय निर्माता के विनिर्देश से अधिक है, तो परिणाम समय से पहले फ्लक्स सक्रियण या खपत हो सकता है, जो सोल्डर जोड़ के गठन से पहले पेस्ट को प्रभावी ढंग से "सूख" सकता है।अपर्याप्त समय/तापमान संबंध फ्लक्स की सफाई क्रिया में कमी का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप खराब गीलापन, विलायक और फ्लक्स का अपर्याप्त निष्कासन और संभवतः दोषपूर्ण सोल्डर जोड़ होते हैं।

विशेषज्ञ आमतौर पर यथासंभव न्यूनतम टीएएल की सलाह देते हैं, हालांकि, अधिकांश पेस्ट न्यूनतम 30 सेकंड का टीएएल निर्दिष्ट करते हैं, हालांकि उस विशिष्ट समय के लिए कोई स्पष्ट कारण नहीं दिखता है।एक संभावना यह है कि पीसीबी पर ऐसे स्थान हैं जिन्हें प्रोफाइलिंग के दौरान मापा नहीं जाता है, और इसलिए, न्यूनतम स्वीकार्य समय को 30 सेकंड पर सेट करने से बिना मापे गए क्षेत्र के दोबारा प्रवाहित न होने की संभावना कम हो जाती है।उच्च न्यूनतम रिफ्लो समय ओवन के तापमान परिवर्तन के खिलाफ सुरक्षा का एक मार्जिन भी प्रदान करता है।गीला करने का समय आदर्श रूप से लिक्विडस से 60 सेकंड से कम रहता है।लिक्विडस के ऊपर अतिरिक्त समय अत्यधिक इंटरमेटेलिक वृद्धि का कारण बन सकता है, जिससे संयुक्त भंगुरता हो सकती है।लिक्विडस के दौरान बोर्ड और घटक लंबे समय तक क्षतिग्रस्त हो सकते हैं, और अधिकांश घटकों की एक अच्छी तरह से परिभाषित समय सीमा होती है कि वे किसी दिए गए अधिकतम से अधिक तापमान के संपर्क में कितने समय तक रह सकते हैं।

लिक्विडस के ऊपर बहुत कम समय सॉल्वैंट्स और फ्लक्स को फँसा सकता है और ठंडे या सुस्त जोड़ों के साथ-साथ सोल्डर रिक्तियों की संभावना पैदा कर सकता है।

 

शीतलन क्षेत्र

अंतिम क्षेत्र संसाधित बोर्ड को धीरे-धीरे ठंडा करने और सोल्डर जोड़ों को मजबूत करने के लिए एक शीतलन क्षेत्र है।उचित शीतलन घटकों के अतिरिक्त इंटरमेटेलिक गठन या थर्मल शॉक को रोकता है।शीतलन क्षेत्र में सामान्य तापमान 30-100 डिग्री सेल्सियस (86-212 डिग्री फारेनहाइट) के बीच होता है।एक महीन दाने वाली संरचना बनाने के लिए तेज़ शीतलन दर को चुना जाता है जो यांत्रिक रूप से सबसे अच्छी होती है।

[1] अधिकतम रैंप-अप दर के विपरीत, रैंप-डाउन दर को अक्सर नजरअंदाज कर दिया जाता है।ऐसा हो सकता है कि रैंप दर कुछ तापमानों से ऊपर कम महत्वपूर्ण हो, हालांकि, किसी भी घटक के लिए अधिकतम स्वीकार्य ढलान लागू होना चाहिए चाहे घटक गर्म हो रहा हो या ठंडा हो रहा हो।आमतौर पर 4°C/s की शीतलन दर का सुझाव दिया जाता है।प्रक्रिया परिणामों का विश्लेषण करते समय विचार करने के लिए यह एक पैरामीटर है।

शब्द "रिफ़्लो" का उपयोग उस तापमान को संदर्भित करने के लिए किया जाता है जिसके ऊपर सोल्डर मिश्र धातु का एक ठोस द्रव्यमान पिघलना निश्चित होता है (केवल नरम होने के विपरीत)।यदि इस तापमान से नीचे ठंडा किया जाता है, तो सोल्डर प्रवाहित नहीं होगा।इसके ऊपर एक बार फिर गर्म होने पर, सोल्डर फिर से प्रवाहित होगा - इसलिए "पुनः प्रवाहित होगा"।

आधुनिक सर्किट असेंबली तकनीकें जो रिफ्लो सोल्डरिंग का उपयोग करती हैं, जरूरी नहीं कि सोल्डर को एक से अधिक बार प्रवाहित होने दें।वे गारंटी देते हैं कि सोल्डर पेस्ट में मौजूद दानेदार सोल्डर शामिल सोल्डर के रिफ्लो तापमान से अधिक है।

थर्मल प्रोफाइलिंग