مقدمة
خلالعملية لحام إنحسر، غالبًا ما يواجه المهندسون موقفًا تكونت فيه بعض وصلات اللحام على نفس PCB بشكل جيد، بينما تظهر المكونات الصغيرة الموجودة بالقرب من الجانب الخلفي للمكونات الكبيرة أو في المناطق المظللة مشكلات مثل ذوبان اللحام غير الكامل، أو عدم كفاية البلل، أو حتى وصلات اللحام الباردة. تُعرف هذه الظاهرة باسم تأثير الظل.
ستحلل هذه المقالة أسباب تأثير الظل من منظور عملية SMT، بالاعتماد علىنيودن IN6 الرسميمستخدميدوي، وشرح كيفية تحسين اتساق لحام ثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال التحسين المناسب لمعلمات اللحام بإعادة التدفق.
ما هو تأثير الظل في لحام SMT؟
يشير تأثير الظل إلى ظاهرة تحدث أثناء عملية اللحام بإعادة التدفق حيث تعمل المكونات ذات السعة الحرارية الكبيرة أو العالية-على منع تدفق الهواء الساخن، مما يمنع المناطق المجاورة من تلقي حرارة كافية ويتسبب في انخفاض درجات حرارة PCB المحلية إلى ما دون درجة حرارة اللحام المستهدفة.
ببساطة،معدات لحام إنحسرينقل الحرارة إلى سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال دوران الهواء الساخن. ومع ذلك، عندما يحتوي PCB على مكونات طويلة أو كبيرة المساحة، لا يمكن للهواء الساخن أن يغطي جميع المناطق بشكل موحد. مثلما يشكل ضوء الشمس ظلًا عندما يحجبه جسم ما، يتشكل "الظل الحراري" في المنطقة الواقعة خلف المكون.
على سبيل المثال:
المقاومات الصغيرة أو المكثفات الموجودة خلف الموصلات الكبيرة:
- مكونات صغيرة بالقرب من أجهزة الطاقة العالية.
- المناطق المحيطة بالدوائر المرحلية المكتظة بالسكان.
- مناطق محلية على-مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور النحاسية السميكة.
بسبب انخفاض كفاءة نقل الحرارة في هذه المواقع، قد تحدث المشكلات التالية:
- فشل معجون اللحام في الذوبان تمامًا.
- عدم كفاية ترطيب اللحام.
- انخفاض قوة المفاصل.
- التسخين غير المتساوي عبر أحد المكونات، مما يؤدي إلى اختلال المحاذاة.
لذلك، فإن تأثير الظل ليس مجرد مسألة عدم كفاية درجة الحرارة، ولكنه بالأحرى تباين حراري كبير بين المناطق المختلفة لثنائي الفينيل متعدد الكلور.
نيودن IN6مستخدميدوي يشير إلى أن درجة حرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور الفعلية لا تتأثر فقط بدرجة الحرارة المحددة للمعدات ولكن أيضًا بحجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور وسمكه ومادته وكثافة مكوناته. تتميز مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المختلفة بقدرات مختلفة على نقل الحرارة وامتصاص الحرارة، لذلك يجب تعديل معلمات التدفق لكل منتج محدد.
ما هي عيوب لحام SMT التي يمكن أن يسببها تأثير الظل؟
1. إنحسر غير مكتمل
التأثير الأكثر مباشرة لتأثير الظل هو أنه يمنع اللحام من الوصول إلى الحالة المنصهرة بالكامل.
نيودن IN6ينص قسم استكشاف الأخطاء وإصلاحها صراحةً على أنه عند حدوث إعادة التدفق غير الكامل، فإن الأسباب المحتملة تشمل التسخين غير الكافي. تتضمن الحلول المقابلة تقليل سرعة الحزام الناقل للسماح لثنائي الفينيل متعدد الكلور بمزيد من الوقت للتسخين.
بالنسبة لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تحتوي على مكونات كبيرة، يحتاج المهندسون عادةً إلى تحسين التعويض الحراري في المناطق المظللة عن طريق تقليل سرعة الناقل، أو تحسين إعدادات منطقة درجة الحرارة، أو إضافة تسخين سفلي.
2. مفاصل اللحام البارد
عندما تكون درجات الحرارة في المناطق المظللة غير كافية، قد يفشل اللحام في الوصول إلى المرحلة السائلة المثالية، مما يؤدي في النهاية إلى وصلات لحام باردة.
تظهر مفاصل اللحام البارد عادةً على النحو التالي:
- أسطح وصلات اللحام الباهتة.
- قوة ميكانيكية غير كافية.
- التوصيلات الكهربائية غير المستقرة.
قد لا يتم اكتشاف مثل هذه المشكلات بسهولة أثناء المراحل الأولى من الإنتاج، ولكن أثناء تشغيل المنتج على المدى الطويل-، قد تؤدي إلى الفشل بسبب عوامل مثل التدوير الحراري والاهتزاز الميكانيكي.
لذلك، بالنسبة للمنتجات ذات متطلبات الموثوقية العالية-مثل أنظمة التحكم الصناعية وإلكترونيات السيارات ومعدات الاتصالات-من الضروري ضمان توحيد درجة الحرارة أثناء عملية إعادة التدفق.
3. تحول المكونات وانخفاض اتساق اللحام
يمكن أن يؤثر تأثير الظل أيضًا على استقرار المكونات.
إذا كانت معدلات التسخين تختلف بشكل كبير عبر مناطق مختلفة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور:
- لقد بدأ بالفعل معجون اللحام في بعض المناطق في الذوبان.
- بينما في مناطق أخرى، يظل في حالة شبه منصهرة.
هذه الحالة غير المتزامنة يمكن أن تسبب اختلالات في التوتر السطحي، مما يؤدي إلى إزاحة المكونات الصغيرة.
وخاصة في إنتاج المكونات الدقيقة-مثل 0402 و0201، فإن توحيد درجة الحرارة له تأثير أكثر وضوحًا على جودة اللحام بعد وضعه.
لماذا يحدث تأثير الظل؟ تحليل 4 أسباب رئيسية
السبب 1: المكونات الكبيرة تمنع دوران الهواء الساخن
هذا هو السبب الأكثر مباشرة لتأثير الظل.
يعتمد لحام إعادة تدفق الهواء الساخن- على دوران الهواء لنقل الحرارة إلى لوحة الدوائر المطبوعة. عند وجود مكونات طويلة على PCB:
- يتم إعاقة تدفق الهواء الساخن.
- تتشكل منطقة درجة حرارة منخفضة-خلف المكون.
- ينخفض معدل تسخين الوسادات القريبة.
على سبيل المثال، قد يحجب موصل كبير مكونات السطح الأصغر- الموجودة خلفه، مما يمنع وصلات اللحام هذه من تلقي نفس مقدار الحرارة مثل المناطق الأخرى.
ولذلك، فإن معالجة تأثير الظل أولاً تتطلب فهم العلاقة بين تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور واتجاه تدفق الهواء الساخن.
النيودن IN6تستخدم طريقة تسخين كاملة بالهواء الساخن-باستخدام الهواء الساخن المنتشر لتسخين لوحة PCB بالكامل. بالمقارنة مع الأساليب التي تعتمد فقط على التسخين الإشعاعي، يعمل هذا النهج على تحسين كفاءة التبادل الحراري لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المعقدة.
ومع ذلك، من المهم ملاحظة أنه حتى مع تصميم دوران الهواء الساخن-، لا يمكن التخلص تمامًا من اختلافات السعة الحرارية الناتجة عن المكونات الكبيرة، ويجب إجراء التحسين جنبًا إلى جنب مع ملفات تعريف درجة الحرارة.
السبب 2: الاختلافات المفرطة في السعة الحرارية لثنائي الفينيل متعدد الكلور
هناك اختلافات كبيرة في قدرات امتصاص الحرارة لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المختلفة.
العوامل التي تؤثر على هذا تشمل:
- سمك ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
- عدد طبقات النحاس
- مادة ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
- عدد المكونات.
- كثافة المكونات.
على سبيل المثال:
قد تصل طبقة PCB الرفيعة-المزدوجة إلى درجة الحرارة المستهدفة بسرعة، في حين أن لوحة PCB-النحاسية السميكة ومتعددة الطبقات وعالية الكثافة-ستتطلب مزيدًا من الوقت لامتصاص الحرارة.
النيودن IN6مستخدميدوي يؤكد بشكل خاص على أن درجات حرارة اللحام الفعلية تتأثر بحجم ثنائي الفينيل متعدد الكلور وسمكه والمادة وكثافة المكونات؛ ولذلك، تتطلب المنتجات المختلفة ملفات تعريف مختلفة لدرجة الحرارة، ولا يمكن استخدام معلمات متطابقة في جميع الحالات.
السبب 3: ضبط سرعة الناقل بشكل غير صحيح
خلاللحام إنحسرأثناء المعالجة، تحدد سرعة الناقل مدة بقاء PCB في كل منطقة درجة حرارة وهي إحدى معلمات العملية الرئيسية التي تؤثر على تأثير الظل.
عندما تكون سرعة الناقل سريعة جدًا، يكون وقت التسخين الإجمالي لثنائي الفينيل متعدد الكلور غير كافٍ، وتكون المناطق التي تحجبها المكونات الكبيرة أكثر عرضة لتأخر درجة الحرارة بسبب انخفاض كفاءة نقل الحرارة. في هذا السيناريو، في حين أن المناطق القياسية قد تكون قد وصلت بالفعل إلى الشروط المطلوبة لذوبان معجون اللحام، فإن المناطق المظللة ربما لم تصل بعد إلى درجة حرارة اللحام المثالية، مما يؤدي في النهاية إلى لحام موضعي غير كافي.
يدعم NeoDen IN6 تعديل سرعة الناقل من 5 إلى 30 سم/دقيقة، مما يسمح للمهندسين بضبط الإعدادات بدقة-استنادًا إلى أبعاد PCB، والسمك، وكثافة المكونات، وملف تعريف درجة حرارة لصق اللحام الموصى به.
ل:
- مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور ذات كثافة مكونات عالية.
- ألواح سميكة متعددة الطبقات.
- مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع مساحات كبيرة من رقائق النحاس.
- مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تحتوي على موصلات كبيرة أو أغطية حماية.
من الضروري بشكل عام تقليل سرعة الناقل بشكل مناسب لإتاحة الوقت الكافي لثنائي الفينيل متعدد الكلور لنقل الحرارة.
ويشير الدليل أيضًا إلى أن سرعة سلسلة الناقل تؤثر بشكل مباشر على وقت بقاء ثنائي الفينيل متعدد الكلور في قناة التسخين، وبما أن مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المختلفة لها قدرات مختلفة على امتصاص الحرارة، فيجب تعديل إعدادات وقت التسخين ودرجة الحرارة وفقًا لذلك.
لذلك، عند معالجة تأثير الظل، لا يوصى ببساطة بزيادة درجة الحرارة في جميع مناطق التسخين. بدلاً من ذلك، يجب إعطاء الأولوية لتحديد المشكلة من خلال اختبار منحنى درجة الحرارة، يليه ضبط سرعة الناقل لتحقيق حالة حرارية أكثر اتساقًا عبر لوحة PCB بأكملها.
السبب 4: عدم كفاية التوازن الحراري بين مناطق التسخين العلوية والسفلية
لا يرتبط تأثير الظل بتدوير الهواء الساخن فحسب، بل يتعلق أيضًا بتوزيع الحرارة بين مناطق التسخين العلوية والسفلية.
بالنسبة لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تحتوي على عدد كبير من المكونات الكبيرة، فإن الاعتماد فقط على حرارة الجانب العلوي-قد لا يسمح للحرارة باختراق المناطق التي تحجبها المكونات بسرعة كافية. في مثل هذه الحالات، قد تؤدي سعة تسخين الجانب السفلي-غير الكافية إلى توسيع المناطق المظللة بشكل أكبر، مما يؤدي إلى اختلاف كبير في درجة الحرارة بين الأسطح العلوية والسفلية للوحة PCB.
في قسم استكشاف الأخطاء وإصلاحها بالدليل، عند حدوث إعادة تدفق غير كافية بسبب تظليل المكونات، يتم تقديم التوصيات التالية:
- قم بزيادة تسخين الجانب السفلي-.
- اضبط سرعة الناقل بناءً على الظروف الفعلية.
في الإنتاج الفعلي، يجب على المهندسين تجنب زيادة درجة الحرارة العلوية بشكل أعمى. قد تؤدي درجات الحرارة المرتفعة بشكل مفرط إلى:
- ارتفاع درجة حرارة المكونات الصغيرة.
- تطاير التدفق غير الطبيعي.
- ارتفاع درجة الحرارة الموضعية لثنائي الفينيل متعدد الكلور.
الطريقة الأكثر منطقية هي إجراء اختبار لملف تعريف درجة الحرارة للعثور على التوازن بين مناطق درجة الحرارة العلوية والسفلية.
كيف يساعد NeoDen IN6 في حل تأثير الظل SMT؟
ال نيودن IN6يقدم ميزات متعددة لتحسين العمليات لمعالجة مشكلات اتساق درجة الحرارة في إنتاج SMT.
1. تسخين الهواء الساخن بالكامل- لتحسين قدرة التبادل الحراري لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المعقدة
يستخدم NeoDen IN6 نظام الحمل الحراري للهواء الساخن الكامل-، وذلك باستخدام الهواء الساخن المنتشر لنقل الحرارة إلى سطح PCB.
بالمقارنة بطرق التسخين الفردية-التقليدية، يساعد الحمل الحراري الكامل للهواء الساخن-في تحسين:
- اختلافات درجات الحرارة بين مناطق مختلفة من ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
- التفاوتات الحرارية بين المكونات الكبيرة والصغيرة.
- اتساق التدفئة في المناطق ذات وضع المكونات الكثيفة.
بالإضافة إلى ذلك، تم تجهيز IN6 بـ 6 مناطق تسخين، مما يسمح للمهندسين بضبط درجات الحرارة في مناطق مختلفة بناءً على التكوين الفعلي لثنائي الفينيل متعدد الكلور، مما يضمن نتائج لحام أكثر استقرارًا للوحات السميكة، وثنائي الفينيل متعدد الكلور مع مناطق نحاسية كبيرة، ومركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور عالية الكثافة-.
2. ±0.2 درجة استقرار درجة الحرارة لتحسين اتساق التدفق
تعتبر تقلبات درجات الحرارة عاملاً رئيسياً يؤثر على اتساق اللحام.
عندما يكون التحكم في درجة الحرارة في فرن إعادة التدفق غير مستقر، فإن التفاوتات الحرارية الموجودة بالفعل بين المناطق المختلفة لثنائي الفينيل متعدد الكلور يتم تضخيمها بشكل أكبر، مما يجعل مناطق الظل أكثر عرضة للحام غير الكافي.
النيودن IN6يستخدم مستشعرات درجة حرارة عالية الحساسية لتحقيق تحكم ثابت في درجة الحرارة، والحفاظ على درجات الحرارة في نطاق ±0.2 درجة.
بالنسبة لمنتجات ثنائي الفينيل متعدد الكلور التي تتطلب إنتاجًا متكررًا، فإن التحكم المستقر في درجة الحرارة يقلل من انحرافات العملية بين الدفعات ويحسن اتساق الإنتاج.
3. وظيفة تسجيل منحنى درجة الحرارة: التحديد الدقيق لدرجة الحرارة غير الكافية في مناطق الظل
الخطوة الأكثر أهمية في حل "تأثير الظل" هي فهم التغيرات الفعلية في درجات الحرارة على ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
يعتمد العديد من المهندسين فقط على درجة الحرارة المعروضة للمعدات، ولكن في الواقع:
درجة حرارة عرض المعدات ≠ درجة حرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور الفعلية.
يدعم NeoDen IN6 اتصال أجهزة استشعار درجة الحرارة ويستخدم وظيفة منحنى درجة الحرارة لتسجيل عملية التسخين الفعلية لثنائي الفينيل متعدد الكلور.
يمكن للمهندسين:
- تأمين المزدوجات الحرارية في مواقع وصلات اللحام الحرجة.
- قم بتمرير ثنائي الفينيل متعدد الكلور من خلال فرن إنحسر.
- الحصول على منحنى درجة الحرارة الفعلية.
- قارنه بالمنحنى الذي أوصت به الشركة المصنعة لمعجون اللحام.
يسمح هذا النهج بإجراء تقييم دقيق لما يلي:
- ما إذا كانت مناطق الظل محمومة.
- ما إذا كان وقت التسخين قصير جدًا.
- ما إذا كانت درجة حرارة الذروة تلبي المتطلبات.
النيودن IN6دليل المستخدم يوفر تعليمات مفصلة حول طرق اختبار منحنى درجة الحرارة ويوصي باستخدام مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور للإنتاج الفعلي للقياس لضمان تلبية المنحنى لمتطلبات الإنتاج.
4. حفظ معلمات عملية ثنائي الفينيل متعدد الكلور المختلفة لتحسين كفاءة تغيير الإنتاج
تتطلب منتجات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المختلفة عادةً معلمات إنحسر مختلفة.
على سبيل المثال:
- قد تتطلب مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور الصغيرة أوقات تسخين أقصر.
- تتطلب مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور السميكة أوقاتًا أطول لنقل الحرارة.
- تتطلب مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور -الكثافة العالية-إعادة تحسين إعدادات منطقة درجة الحرارة.
يدعم NeoDen IN6 توفير معلمات درجة الحرارة وسرعة الناقل، مما يسمح للمهندسين بحفظ معلمات العملية للمنتجات المختلفة واسترجاعها بسرعة أثناء تغييرات الإنتاج.
بالنسبة لمصانع EMS التي تنتج مجموعة واسعة من المنتجات بكميات صغيرة، فإن هذا يقلل من وقت التصحيح المتكرر مع تقليل عيوب اللحام الناتجة عن أخطاء التكوين البشرية.
قائمة مراجعة استكشاف الأخطاء وإصلاحها السريعة لتأثير SMT Shadow Effect
| عنصر استكشاف الأخطاء وإصلاحها | مشكلة محتملة | طريقة التحسين |
| تخطيط مكون كبير | الهواء الساخن مسدود | تحقق من تباعد المكونات واتجاه الهواء الساخن |
| سمك ثنائي الفينيل متعدد الكلور | عدم امتصاص الحرارة بشكل كافي | ضبط ملف تعريف درجة الحرارة |
| سرعة الناقل | وقت التسخين غير كافي | خفض السرعة لزيادة مدخلات الحرارة |
| الحرارة السفلية | درجة حرارة غير كافية في المناطق المظللة | زيادة التدفئة السفلية |
| ملف درجة الحرارة | درجة الحرارة الفعلية تنحرف عن الهدف | إعادة الاختبار باستخدام المزدوجات الحرارية |
| كثافة المكون | تغييرات كبيرة في القدرة الحرارية | إنشاء معلمات عملية مستقلة |
| إدارة المعلمات | تغييرات متكررة في إعداد الجهاز أثناء عمليات تغيير المنتج | استخدم وظيفة الحفظ/التحميل |
التعليمات
س1. هل يحدث تأثير الظل دائمًا بسبب معدات اللحام بإعادة التدفق؟
ليس بالضرورة.
عادة ما يحدث تأثير الظل بسبب مجموعة من العوامل، بما في ذلك:
- تصميم ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
- تخطيط المكون.
- القدرة الحرارية لثنائي الفينيل متعدد الكلور.
- سرعة الناقل .
- الملف الشخصي لدرجة الحرارة.
يعد أداء معدات اللحام بإعادة التدفق أحد العوامل المساهمة فقط.
س2. كيف يمكن التقليل من تأثير الظل في اللحام بإعادة التدفق؟
تشمل الطرق الشائعة ما يلي:
- تحسين تخطيط ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
- تقليل سرعة الناقل.
- ضبط نسبة مناطق درجة الحرارة العليا إلى المنخفضة.
- استخدام ملفات تعريف درجة حرارة اختبار PCB الفعلية.
- إنشاء معلمات عملية مستقلة للمنتجات المختلفة.
س3. هل NeoDen IN6 مناسب لمعالجة تأثير الظل في مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المعقدة؟
يدعم NeoDen IN6 المهندسين في تحسين عمليات إعادة التدفق لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور المعقدة من خلال دوران الهواء الساخن الكامل-، والتسخين العلوي والسفلي بـ 6-منطقة، والتحكم في درجة الحرارة المستقر للغاية، وجمع بيانات ملف تعريف درجة الحرارة، وقدرات حفظ المعلمات.
بالنسبة إلى شركات البحث والتطوير،-وإنتاج الدفعات الصغيرة، وشركات EMS-الصغيرة إلى-المتوسطة-الحجم، يساعد IN6 في إنشاء عمليات لحام SMT أكثر استقرارًا وقابلية للتكرار.
خاتمة
يعتبر تأثير الظل مشكلة لا يمكن تجنبها وتتطلب الاهتمام في إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور (PCB) الحديث عالي الكثافة-. نظرًا لأن المكونات أصبحت أصغر حجمًا وأصبحت تصميمات ثنائي الفينيل متعدد الكلور أكثر تعقيدًا، فإن الاعتماد فقط على معلمات درجة الحرارة الثابتة لم يعد كافيًا لتلبية متطلبات الإنتاج المستقرة.
يكمن مفتاح تقليل تأثير الظل في فهم أنماط نقل الحرارة لمركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور وتحسين العوامل التالية من خلال الأساليب العلمية:
- سرعة الناقل .
- الملف الشخصي لدرجة الحرارة.
- إعدادات منطقة درجة الحرارة العلوية والسفلية.
- معلمات إنتاج ثنائي الفينيل متعدد الكلور.
بفضل هيكله الحراري الكامل للهواء الساخن-، والتسخين الدقيق عبر ست مناطق درجات حرارة، والتحكم في ثبات درجة الحرارة في حدود ±0.2 درجة، وإمكانات تحليل ملف تعريف درجة الحرارة، يساعد NeoDen IN6 مصنعي الإلكترونيات على حل المشكلات بشكل أكثر كفاءة مثل اللحام غير الكافي والتوزيع غير المتساوي للحرارة، وبالتالي تحسين إنتاج SMT.