Reflow soldering
રિફ્લો સોલ્ડરિંગ એ એક એવી પ્રક્રિયા છે જેમાં સોલ્ડર પેસ્ટ (પાઉડર સોલ્ડર અને ફ્લક્સનું સ્ટીકી મિશ્રણ) નો ઉપયોગ તેમના સંપર્ક પેડમાં અસ્થાયી રૂપે એક અથવા હજારો નાના વિદ્યુત ઘટકોને જોડવા માટે કરવામાં આવે છે, જેના પછી સમગ્ર એસેમ્બલી નિયંત્રિત ગરમીને આધિન હોય છે. સોલ્ડર પેસ્ટ પીગળેલી સ્થિતિમાં ફરી વહે છે, જે કાયમી સોલ્ડર સાંધા બનાવે છે. રિફ્લો ઓવનમાંથી એસેમ્બલીને પસાર કરીને, ઇન્ફ્રારેડ લેમ્પ હેઠળ, અથવા (મુખ્યત્વે પ્રોટોટાઇપિંગ માટે) ગરમ હવાની પેન્સિલથી વ્યક્તિગત સાંધાને સોલ્ડરિંગ કરીને હીટિંગ પૂર્ણ કરી શકાય છે. લાંબા ઔદ્યોગિક સંવહન ઓવન સાથે રિફ્લો સોલ્ડરિંગ એ પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ અથવા પી. સી. બી. માં સોલ્ડરિંગ સરફેસ માઉન્ટ ટેક્નોલોજી ઘટકો અથવા એસ. એમ. ટી. ની પસંદગીની પદ્ધતિ છે. પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીના દરેક ભાગમાં દરેક એસેમ્બલીની ચોક્કસ થર્મલ જરૂરિયાતો અનુસાર નિયંત્રિત તાપમાન હોય છે. રિફ્લો ઓવનનો ઉપયોગ ખાસ કરીને સપાટી પરના માઉન્ટ ઘટકોના સોલ્ડરિંગ માટે થાય છે, જેનો ઉપયોગ છિદ્રોને સોલ્ડર પેસ્ટથી ભરીને અને ઘટકને પેસ્ટમાં દાખલ કરીને થ્રુ-હોલ ઘટકો માટે પણ થઈ શકે છે. જો કે, વેવ સોલ્ડરિંગ એ સપાટી-માઉન્ટ ઘટકો માટે રચાયેલ સર્કિટ બોર્ડ પર મલ્ટી-લીડેડ થ્રુ-હોલ ઘટકોને સોલ્ડરિંગ કરવાની સામાન્ય પદ્ધતિ છે. જ્યારે એસ. એમ. ટી. અને પ્લેટેડ થ્રુ-હોલ (પી. ટી. એચ.) ઘટકોના મિશ્રણવાળા બોર્ડ પર ઉપયોગ કરવામાં આવે છે, ત્યારે થ્રુ-હોલ રિફ્લો, જ્યારે ખાસ સુધારેલ પેસ્ટ સ્ટેન્સિલ દ્વારા પ્રાપ્ત કરી શકાય છે, ત્યારે વેવ સોલ્ડરિંગ પગલાને એસેમ્બલી પ્રક્રિયામાંથી દૂર કરવાની મંજૂરી આપી શકે છે, જે સંભવિત રીતે એસેમ્બલી ખર્ચમાં ઘટાડો કરે છે. અગાઉ ઉપયોગમાં લેવાતા લીડ-ટીન સોલ્ડર પેસ્ટ વિશે આ કહી શકાય તેમ હોવા છતાં, SAC જેવા લીડ-ફ્રી સોલ્ડર એલોય પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીના તાપમાન પ્રોફાઇલ એડજસ્ટમેન્ટની મર્યાદાઓ અને વિશિષ્ટ થ્રુ-હોલ ઘટકોની જરૂરિયાતોની દ્રષ્ટિએ એક પડકાર રજૂ કરે છે જે સોલ્ડર વાયર સાથે હાથથી સોલ્ડર હોવા જોઈએ અથવા સર્કિટ બોર્ડ પર નિર્દેશિત ઉચ્ચ તાપમાનનો વ્યાજબી રીતે સામનો કરી શકતા નથી કારણ કે તેઓ રિફ્લો ઓવનના કન્વેયર પર મુસાફરી કરે છે. કન્વેક્શન ઓવન પ્રક્રિયામાં સોલ્ડર પેસ્ટનો ઉપયોગ કરીને થ્રુ-હોલ ઘટકોના રિફ્લો સોલ્ડરિંગને ઇન્ટ્રુસિવ સોલ્ડરિંગ કહેવામાં આવે છે. રિફ્લો પ્રક્રિયાનો ધ્યેય સોલ્ડર પેસ્ટ માટે યુટેક્ટિક તાપમાન સુધી પહોંચવાનો છે, જેના પર ચોક્કસ સોલ્ડર એલોય પ્રવાહી અથવા પીગળેલી સ્થિતિમાં તબક્કાવાર પરિવર્તનમાંથી પસાર થાય છે. આ ચોક્કસ તાપમાન શ્રેણી પર, પીગળેલા મિશ્રધાતુ સંલગ્નતાના ગુણધર્મો દર્શાવે છે. પીગળેલા સોલ્ડર એલોય પાણી જેટલું જ વર્તે છે, જેમાં સુસંગતતા અને સંલગ્નતાના ગુણધર્મો છે. પૂરતા પ્રવાહ સાથે, પ્રવાહીની સ્થિતિમાં, પીગળેલા સોલ્ડર એલોય "ભીનાશ" નામની લાક્ષણિકતા પ્રદર્શિત કરશે. જ્યારે તેની ચોક્કસ યુટેક્ટિક તાપમાન શ્રેણીની અંદર હોય ત્યારે ભીનાશ એ મિશ્રધાતુની મિલકત છે. સોલ્ડર સાંધાઓની રચના માટે ભીનાશ એ એક આવશ્યક શરત છે જે "સ્વીકાર્ય" અથવા "લક્ષ્ય" શરતો તરીકે માપદંડને પૂર્ણ કરે છે, જ્યારે "બિન-અનુરૂપ" આઈ. પી. સી. અનુસાર ખામીયુક્ત માનવામાં આવે છે. રિફ્લો ઓવન તાપમાન રૂપરેખા ચોક્કસ સર્કિટ બોર્ડ એસેમ્બલીની લાક્ષણિકતાઓ, બોર્ડની અંદર ગ્રાઉન્ડ પ્લેન સ્તરનું કદ અને ઊંડાઈ, બોર્ડની અંદરના સ્તરોની સંખ્યા, ઘટકોની સંખ્યા અને કદ માટે યોગ્ય છે, ઉદાહરણ તરીકે. ચોક્કસ સર્કિટ બોર્ડ માટે તાપમાન રૂપરેખા નજીકની સપાટીઓ પર સોલ્ડરના રિફ્લોને મંજૂરી આપશે, વધુ પડતા ગરમ કર્યા વિના અને વિદ્યુત ઘટકોને તેમના તાપમાન સહિષ્ણુતાની બહાર નુકસાન પહોંચાડ્યા વિના. પરંપરાગત રિફ્લો સોલ્ડરિંગ પ્રક્રિયામાં, સામાન્ય રીતે ચાર તબક્કા હોય છે, જેને "ઝોન" કહેવામાં આવે છે, દરેક એક અલગ થર્મલ પ્રોફાઇલ ધરાવે છેઃ પ્રીહિટ, થર્મલ સોક (ઘણીવાર ફક્ત સૂકવવા માટે ટૂંકું કરવામાં આવે છે), રિફ્લો અને કૂલિંગ. પ્રીહિટ ઝોન પ્રીહિટ એ રિફ્લો પ્રક્રિયાનો પ્રથમ તબક્કો છે. આ રિફ્લો તબક્કા દરમિયાન, સમગ્ર બોર્ડ એસેમ્બલી લક્ષ્ય તરફ ચઢે છે અથવા તાપમાનમાં રહે છે. પ્રીહિટ તબક્કાનો મુખ્ય ધ્યેય સમગ્ર એસેમ્બલીને સુરક્ષિત રીતે અને સતત સૂકવવા અથવા પૂર્વ-પ્રવાહ તાપમાનમાં લાવવાનો છે. સોલ્ડર પેસ્ટથી આઉટગેસમાં અસ્થિર દ્રાવકો માટે પણ પ્રીહિટ એક તક છે. પેસ્ટ દ્રાવકોને યોગ્ય રીતે બહાર કાઢવા માટે અને એસેમ્બલી સુરક્ષિત રીતે પૂર્વ-પ્રવાહ તાપમાન સુધી પહોંચવા માટે પી. સી. બી. ને સુસંગત, રેખીય રીતે ગરમ કરવું આવશ્યક છે. રિફ્લો પ્રક્રિયાના પ્રથમ તબક્કા માટે એક મહત્વપૂર્ણ મેટ્રિક તાપમાનનો ઢોળાવ દર અથવા સમય વિરુદ્ધ વધારો છે. આ ઘણીવાર ડિગ્રી સેલ્સિયસ પ્રતિ સેકન્ડ, °C/s માં માપવામાં આવે છે. ઘણા ચલ પરિબળો ઉત્પાદકના લક્ષ્ય ઢોળાવ દરમાં પરિબળ બને છે. તેમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છેઃ લક્ષ્ય પ્રક્રિયાનો સમય, સોલ્ડર પેસ્ટની વોલેટિલિટી અને ઘટક વિચારણાઓ. આ તમામ પ્રક્રિયા ચલોનો હિસાબ રાખવો મહત્વપૂર્ણ છે, પરંતુ મોટાભાગના કિસ્સાઓમાં સંવેદનશીલ ઘટક વિચારણાઓ સર્વોપરી છે. "જો તેમનું તાપમાન ખૂબ ઝડપથી બદલવામાં આવે તો ઘણા ઘટકો તૂટી જશે. થર્મલ પરિવર્તનનો મહત્તમ દર કે જે સૌથી સંવેદનશીલ ઘટકો ટકી શકે છે તે મહત્તમ સ્વીકાર્ય ઢોળાવ બની જાય છે. જો કે, જો ઉષ્મીય રીતે સંવેદનશીલ ઘટકો ઉપયોગમાં ન હોય અને થ્રુપુટને મહત્તમ કરવું એ મોટી ચિંતાનો વિષય છે, તો પ્રક્રિયાના સમયને સુધારવા માટે આક્રમક ઢોળાવ દરને અનુરૂપ બનાવી શકાય છે. આ કારણોસર, ઘણા ઉત્પાદકો આ ઢોળાવ દરને 3 ડિગ્રી સેલ્સિયસ/સેકન્ડના મહત્તમ સામાન્ય સ્વીકાર્ય દર સુધી દબાણ કરે છે. તેનાથી વિપરીત, જો ખાસ કરીને મજબૂત દ્રાવકો ધરાવતી સોલ્ડર પેસ્ટનો ઉપયોગ કરવામાં આવી રહ્યો હોય, તો એસેમ્બલીને ખૂબ ઝડપથી ગરમ કરવાથી સરળતાથી નિયંત્રણ બહારની પ્રક્રિયા થઈ શકે છે. જેમ જેમ અસ્થિર દ્રાવકો બહાર નીકળે છે તેમ તેમ તેઓ પેડમાંથી અને બોર્ડ પર સોલ્ડર છાંટી શકે છે. સોલ્ડર-બોલિંગ એ પ્રીહિટ તબક્કા દરમિયાન હિંસક આઉટગેસિંગની મુખ્ય ચિંતા છે. એકવાર પ્રીહિટ તબક્કામાં બોર્ડને તાપમાન સુધી રેમ્પ કરવામાં આવે તે પછી તે સૂકવવા અથવા પૂર્વ-પ્રવાહ તબક્કામાં પ્રવેશવાનો સમય છે. થર્મલ સોક ઝોન બીજો વિભાગ, થર્મલ સોક, સામાન્ય રીતે સોલ્ડર પેસ્ટ વોલેટાઇલ્સને દૂર કરવા અને ફ્લક્સને સક્રિય કરવા માટે 60 થી 120 સેકન્ડનો સંપર્ક હોય છે, જ્યાં ફ્લક્સ ઘટકો ઘટક લીડ્સ અને પેડ પર ઓક્સાઇડમાં ઘટાડો કરવાનું શરૂ કરે છે. ખૂબ ઊંચું તાપમાન સોલ્ડર સ્પેટરિંગ અથવા બોલિંગ તેમજ પેસ્ટનું ઓક્સિડેશન, જોડાણ પેડ અને ઘટક સમાપ્તિ તરફ દોરી શકે છે. તેવી જ રીતે, જો તાપમાન ખૂબ ઓછું હોય તો ફ્લક્સ સંપૂર્ણપણે સક્રિય ન થઈ શકે. સોક ઝોનના અંતે સમગ્ર એસેમ્બલીનું થર્મલ સંતુલન રિફ્લો ઝોનની બરાબર પહેલાં ઇચ્છનીય છે. વિવિધ કદના ઘટકો વચ્ચે અથવા જો પી. સી. બી. એસેમ્બલી ખૂબ મોટી હોય તો કોઈપણ ડેલ્ટા ટીને ઘટાડવા માટે સોક પ્રોફાઇલ સૂચવવામાં આવે છે. એરિયા એરે પ્રકારનાં પેકેજોમાં અવાજ ઓછો કરવા માટે સોક પ્રોફાઇલની પણ ભલામણ કરવામાં આવે છે. રિફ્લો ઝોન ત્રીજો વિભાગ, રિફ્લો ઝોન, ને "રિફ્લો ઉપરનો સમય" અથવા "લિક્વિડસ ઉપરનું તાપમાન" (TAL) તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે, અને તે પ્રક્રિયાનો તે ભાગ છે જ્યાં મહત્તમ તાપમાન પહોંચે છે. એક મહત્વપૂર્ણ વિચારણા એ ટોચનું તાપમાન છે, જે સમગ્ર પ્રક્રિયાનું મહત્તમ સ્વીકાર્ય તાપમાન છે. સામાન્ય ટોચનું તાપમાન પ્રવાહીની ઉપર 20-40 °C હોય છે. આ મર્યાદા ઉચ્ચ તાપમાન (થર્મલ નુકસાન માટે સૌથી વધુ સંવેદનશીલ ઘટક) માટે સૌથી ઓછી સહનશીલતા સાથે એસેમ્બલી પરના ઘટક દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. એક પ્રમાણભૂત માર્ગદર્શિકા એ છે કે મહત્તમ તાપમાનથી 5 ડિગ્રી સેલ્સિયસ ઘટાડવું કે જે પ્રક્રિયા માટે મહત્તમ તાપમાન પર પહોંચવા માટે સૌથી સંવેદનશીલ ઘટક ટકાવી શકે. પ્રક્રિયાના તાપમાનને આ મર્યાદાથી વધુ ન રાખવા માટે તેનું નિરીક્ષણ કરવું મહત્વપૂર્ણ છે. વધુમાં, ઊંચું તાપમાન (260 ડિગ્રી સેલ્સિયસથી વધુ) એસએમટી ઘટકોના આંતરિક મૃત્યુને નુકસાન પહોંચાડી શકે છે તેમજ આંતરધાતુ વૃદ્ધિને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે. તેનાથી વિપરીત, જે તાપમાન પૂરતું ગરમ ન હોય તે પેસ્ટને પૂરતા પ્રમાણમાં ફરી વહેતા અટકાવી શકે છે. લિક્વિડસ (ટી. એ. એલ.) થી ઉપરનો સમય, અથવા રિફ્લોથી ઉપરનો સમય, સોલ્ડર પ્રવાહી કેટલો લાંબો છે તે માપે છે. આ પ્રવાહ ધાતુઓના જોડાણને પૂર્ણ કરવા માટે ધાતુઓના સમયે સપાટીના તણાવને ઘટાડે છે, જે વ્યક્તિગત સોલ્ડર પાવડર ગોળાઓને જોડવાની મંજૂરી આપે છે. જો પ્રોફાઇલનો સમય ઉત્પાદકના સ્પષ્ટીકરણ કરતાં વધી જાય, તો પરિણામ અકાળ ફ્લક્સ સક્રિયકરણ અથવા વપરાશ હોઈ શકે છે, જે સોલ્ડર સંયુક્તની રચના પહેલાં પેસ્ટને અસરકારક રીતે "સૂકવી" શકે છે. અપૂરતો સમય/તાપમાન સંબંધ ફ્લક્સની સફાઈની ક્રિયામાં ઘટાડો કરે છે, જેના પરિણામે નબળું ભીનાશ, દ્રાવક અને ફ્લક્સને અપૂરતું દૂર કરવું અને સંભવતઃ ખામીયુક્ત સોલ્ડર સાંધા થાય છે. નિષ્ણાતો સામાન્ય રીતે શક્ય તેટલી ટૂંકી TALની ભલામણ કરે છે, જો કે, મોટાભાગની પેસ્ટ ઓછામાં ઓછી 30 સેકન્ડની TALનો ઉલ્લેખ કરે છે, જો કે તે ચોક્કસ સમય માટે કોઈ સ્પષ્ટ કારણ હોવાનું જણાતું નથી. એક શક્યતા એ છે કે પી. સી. બી. પર એવી જગ્યાઓ છે જે પ્રોફાઇલિંગ દરમિયાન માપવામાં આવતી નથી, અને તેથી, લઘુત્તમ સ્વીકાર્ય સમયને 30 સેકન્ડ પર સેટ કરવાથી માપવામાં ન આવતા વિસ્તારનો ફરી પ્રવાહ ન થવાની શક્યતા ઓછી થાય છે. ઉચ્ચ લઘુતમ રિફ્લો સમય પકાવવાની નાની ભઠ્ઠીના તાપમાનમાં ફેરફારો સામે સલામતીનો ગાળો પણ પૂરો પાડે છે. ભીનાશનો સમય આદર્શ રીતે પ્રવાહીથી 60 સેકન્ડથી નીચે રહે છે. પ્રવાહીથી ઉપરનો વધારાનો સમય અતિશય આંતરધાતુ વૃદ્ધિનું કારણ બની શકે છે, જે સાંધાના બરડપણું તરફ દોરી શકે છે. બોર્ડ અને ઘટકોને પ્રવાહી પર વિસ્તૃત તાપમાન પર પણ નુકસાન થઈ શકે છે, અને મોટાભાગના ઘટકો આપેલ મહત્તમ તાપમાનના સંપર્કમાં કેટલા સમય સુધી આવી શકે છે તેની સારી રીતે વ્યાખ્યાયિત સમય મર્યાદા ધરાવે છે. પ્રવાહીની ઉપર ખૂબ ઓછો સમય દ્રાવકો અને પ્રવાહને ફસાવશે અને ઠંડા અથવા નીરસ સાંધા તેમજ સોલ્ડર વોઇડ્સ માટે સંભવિત બનાવી શકે છે. કૂલિંગ ઝોન છેલ્લો ઝોન એ પ્રોસેસ્ડ બોર્ડને ધીમે ધીમે ઠંડુ કરવા અને સોલ્ડર સાંધાને મજબૂત કરવા માટેનો કૂલિંગ ઝોન છે. યોગ્ય ઠંડક ઘટકોમાં વધારાની આંતર ધાતુની રચના અથવા થર્મલ આંચકાને અટકાવે છે. ઠંડક ઝોનમાં સામાન્ય તાપમાન 30-110 °C (86-230 °F) ની રેન્જમાં હોય છે. સૌથી વધુ યાંત્રિક રીતે મજબૂત હોય તેવી બારીક અનાજની રચના બનાવવા માટે ઝડપી ઠંડક દર પસંદ કરવામાં આવે છે. મહત્તમ રેમ્પ-અપ દરથી વિપરીત, રેમ્પ-ડાઉન દરને ઘણીવાર અવગણવામાં આવે છે. રેમ્પ દર ચોક્કસ તાપમાન કરતા ઓછો નિર્ણાયક હોય છે, જો કે, કોઈપણ ઘટક માટે મહત્તમ સ્વીકાર્ય ઢોળાવ લાગુ થવો જોઈએ કે કેમ તે ઘટક ગરમ થાય છે કે ઠંડુ થાય છે. સામાન્ય રીતે 4 ડિગ્રી સેલ્સિયસ/સેકન્ડનો ઠંડક દર સૂચવવામાં આવે છે. પ્રક્રિયાના પરિણામોનું વિશ્લેષણ કરતી વખતે ધ્યાનમાં લેવાનું તે એક પરિમાણ છે. વ્યુત્પત્તિ "રિફ્લો" શબ્દનો ઉપયોગ તે તાપમાનનો ઉલ્લેખ કરવા માટે થાય છે જેની ઉપર સોલ્ડર એલોયનો નક્કર જથ્થો ઓગળવાનું નિશ્ચિત છે (માત્ર નરમ થવાના વિરોધમાં). જો આ તાપમાનથી નીચે ઠંડુ કરવામાં આવે, તો સોલ્ડર વહેશે નહીં. તેની ઉપર ફરી એકવાર ગરમ થતાં, સોલ્ડર ફરીથી વહેશે-તેથી "ફરીથી વહેશે". આધુનિક સર્કિટ એસેમ્બલી તકનીકો કે જે રિફ્લો સોલ્ડરિંગનો ઉપયોગ કરે છે તે જરૂરી નથી કે સોલ્ડરને એકથી વધુ વાર વહેવા દે. તેઓ ખાતરી આપે છે કે સોલ્ડર પેસ્ટમાં સમાયેલ દાણાદાર સોલ્ડર સામેલ સોલ્ડરના રિફ્લો તાપમાનને વટાવી જાય છે. થર્મલ પ્રોફાઇલિંગ થર્મલ પ્રોફાઇલિંગ એ સોલ્ડરિંગ પ્રક્રિયા દ્વારા થર્મલ પર્યટન નક્કી કરવા માટે સર્કિટ બોર્ડ પર ઘણા બિંદુઓને માપવાની ક્રિયા છે. ઇલેક્ટ્રોનિક્સ ઉત્પાદન ઉદ્યોગમાં, એસ. પી. સી. (આંકડાકીય પ્રક્રિયા નિયંત્રણ) એ નક્કી કરવામાં મદદ કરે છે કે પ્રક્રિયા નિયંત્રણમાં છે કે નહીં, સોલ્ડરિંગ તકનીકો અને ઘટક જરૂરિયાતો દ્વારા વ્યાખ્યાયિત રિફ્લો પરિમાણો સામે માપવામાં આવે છે. આધુનિક સોફ્ટવેર સાધનો પ્રોફાઇલને કેપ્ચર કરવાની મંજૂરી આપે છે, પછી ગાણિતિક સિમ્યુલેશનનો ઉપયોગ કરીને આપમેળે ઑપ્ટિમાઇઝ થાય છે, જે પ્રક્રિયા માટે શ્રેષ્ઠ સેટિંગ્સ સ્થાપિત કરવા માટે જરૂરી સમયને મોટા પ્રમાણમાં ઘટાડે છે. વેવ સોલ્ડરિંગ રિફ્લો ઓવન રિસ્ટ્રિક્શન ઓફ હેઝાર્ડસ સબસ્ટન્સિસ ડાયરેક્ટિવ (RoHS) થર્મલ પ્રોફાઇલિંગ રેફરન્સ http://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electronic_engineering/Electronics_Manufacture_Intrusive_Reflow.pdf પ્રિન્ટેડ સર્કિટ બોર્ડ મેન્યુફેક્ચરિંગ સોલ્ડરિંગ પણ જુઓ.