Reflow soldering
रिफ्लो सोल्डरिंग एक ऐसी प्रक्रिया है जिसमें एक सोल्डर पेस्ट (पाउडर सोल्डर और फ्लक्स का एक चिपचिपा मिश्रण) का उपयोग अस्थायी रूप से एक या हजारों छोटे विद्युत घटकों को उनके संपर्क पैड से जोड़ने के लिए किया जाता है, जिसके बाद पूरी असेंबली को नियंत्रित गर्मी के अधीन किया जाता है। सोल्डर पेस्ट एक पिघली हुई अवस्था में फिर से प्रवाहित होता है, जिससे स्थायी सोल्डर जोड़ बनते हैं। एक रिफ्लो ओवन के माध्यम से असेंबली को पारित करके, एक अवरक्त दीपक के नीचे, या (मुख्य रूप से प्रोटोटाइपिंग के लिए) एक गर्म हवा पेंसिल के साथ अलग-अलग जोड़ों को सोल्डरिंग करके हीटिंग को पूरा किया जा सकता है। लंबे औद्योगिक संवहन ओवन के साथ रिफ्लो सोल्डरिंग एक मुद्रित सर्किट बोर्ड या पी. सी. बी. के लिए सतह माउंट प्रौद्योगिकी घटकों या एस. एम. टी. को सोल्डरिंग करने का पसंदीदा तरीका है। प्रत्येक असेंबली की विशिष्ट तापीय आवश्यकताओं के अनुसार, ओवन के प्रत्येक खंड में एक विनियमित तापमान होता है। विशेष रूप से सतह पर चढ़ने वाले घटकों की सोल्डरिंग के लिए रिफ्लो ओवन का उपयोग छिद्रों को सोल्डर पेस्ट से भरकर और घटक को पेस्ट के माध्यम से डाल कर भी किया जा सकता है। लहर सोल्डरिंग हालांकि, सतह-माउंट घटकों के लिए डिज़ाइन किए गए सर्किट बोर्ड पर बहु-लीडेड थ्रू-होल घटकों को सोल्डरिंग करने का सामान्य तरीका रहा है। जब एस. एम. टी. और प्लेटेड थ्रू-होल (पी. टी. एच.) घटकों के मिश्रण वाले बोर्डों पर उपयोग किया जाता है, तो थ्रू-होल रिफ्लो, जब विशेष रूप से संशोधित पेस्ट स्टैंसिल द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, तो वेव सोल्डरिंग चरण को असेंबली प्रक्रिया से समाप्त करने की अनुमति मिल सकती है, जिससे संभावित रूप से असेंबली लागत कम हो सकती है। जबकि यह पहले उपयोग किए जाने वाले लेड-टिन सोल्डर पेस्ट के बारे में कहा जा सकता है, एस. ए. सी. जैसे लेड-फ्री सोल्डर मिश्र धातु ओवन तापमान प्रोफ़ाइल समायोजन की सीमाओं और विशेष थ्रू-होल घटकों की आवश्यकताओं के संदर्भ में एक चुनौती प्रस्तुत करते हैं जिन्हें सोल्डर तार के साथ हाथ से सोल्डर किया जाना चाहिए या सर्किट बोर्ड पर निर्देशित उच्च तापमान का उचित रूप से सामना नहीं कर सकते हैं क्योंकि वे रिफ्लो ओवन के कन्वेयर पर यात्रा करते हैं। कन्वेक्शन ओवन प्रक्रिया में सोल्डर पेस्ट का उपयोग करके थ्रू-होल घटकों की रिफ्लो सोल्डरिंग को इंट्रूसिव सोल्डरिंग कहा जाता है। रिफ्लो प्रक्रिया का लक्ष्य टांका पेस्ट के लिए यूटेक्टिक तापमान तक पहुंचना है जिस पर विशेष टांका मिश्र धातु तरल या पिघली हुई स्थिति में एक चरण परिवर्तन से गुजरती है। इस विशिष्ट तापमान सीमा पर, पिघला हुआ मिश्र धातु आसंजन के गुणों को प्रदर्शित करता है। पिघला हुआ सोल्डर मिश्र धातु पानी के समान व्यवहार करता है, जिसमें सामंजस्य और आसंजन के गुण होते हैं। पर्याप्त प्रवाह के साथ, द्रव की स्थिति में, पिघले हुए सोल्डर मिश्र धातु एक विशेषता प्रदर्शित करेंगे जिसे "गीला" कहा जाता है। जब मिश्र धातु अपनी विशिष्ट यूटेक्टिक तापमान सीमा के भीतर होती है तो उसे गीला करना उसका एक गुण होता है। टांका जोड़ों के गठन के लिए गीला होना एक आवश्यक शर्त है जो "स्वीकार्य" या "लक्ष्य" स्थितियों के रूप में मानदंडों को पूरा करता है, जबकि आई. पी. सी. के अनुसार "गैर-अनुरूप" को दोषपूर्ण माना जाता है। रिफ्लो ओवन तापमान प्रोफ़ाइल एक विशेष सर्किट बोर्ड असेंबली की विशेषताओं, बोर्ड के भीतर ग्राउंड प्लेन परत के आकार और गहराई, बोर्ड के भीतर परतों की संख्या, घटकों की संख्या और आकार के लिए उपयुक्त है। एक विशेष सर्किट बोर्ड के लिए तापमान प्रोफ़ाइल आस-पास की सतहों पर सोल्डर के रिफ्लो की अनुमति देगी, बिना अधिक गर्म किए और विद्युत घटकों को उनके तापमान सहिष्णुता से परे नुकसान पहुंचाए। पारंपरिक रिफ्लो सोल्डरिंग प्रक्रिया में, आमतौर पर चार चरण होते हैं, जिन्हें "जोन" कहा जाता है, जिनमें से प्रत्येक का एक अलग थर्मल प्रोफाइल होता हैः प्रीहीट, थर्मल सोक (अक्सर केवल सोखने के लिए छोटा किया जाता है), रिफ्लो और कूलिंग। प्रीहीट जोन प्रीहीट रिफ्लो प्रक्रिया का पहला चरण है। इस रिफ्लो चरण के दौरान, पूरी बोर्ड असेंबली एक लक्ष्य की ओर चढ़ती है या तापमान को सोख लेती है। प्रीहीट चरण का मुख्य लक्ष्य पूरी असेंबली को सुरक्षित रूप से और लगातार सोखना या पूर्व-प्रवाह तापमान तक पहुंचाना है। प्रीहीट भी सोल्डर पेस्ट में अस्थिर सॉल्वैंट्स के लिए आउटगैस के लिए एक अवसर है। पेस्ट सॉल्वैंट्स को ठीक से बाहर निकालने और असेंबली को सुरक्षित रूप से पूर्व-प्रवाह तापमान तक पहुंचने के लिए पी. सी. बी. को एक सुसंगत, रैखिक तरीके से गर्म किया जाना चाहिए। प्रवाह प्रक्रिया के पहले चरण के लिए एक महत्वपूर्ण मीट्रिक तापमान ढलान दर या वृद्धि बनाम समय है। इसे अक्सर डिग्री सेल्सियस प्रति सेकंड, डिग्री सेल्सियस/सेकंड में मापा जाता है। निर्माता की लक्ष्य ढलान दर में कई चर कारक होते हैं। इनमें शामिल हैंः लक्ष्य प्रसंस्करण समय, सोल्डर पेस्ट अस्थिरता, और घटक विचार। इन सभी प्रक्रिया चरों का हिसाब रखना महत्वपूर्ण है, लेकिन ज्यादातर मामलों में संवेदनशील घटक विचार सर्वोपरि हैं। "अगर उनके तापमान को बहुत जल्दी बदल दिया जाता है तो कई घटक टूट जाएंगे। तापीय परिवर्तन की अधिकतम दर जो सबसे संवेदनशील घटक झेल सकते हैं, वह अधिकतम स्वीकार्य ढलान बन जाती है। हालाँकि, यदि ऊष्मीय रूप से संवेदनशील घटक उपयोग में नहीं हैं और अधिकतम प्रवाह क्षमता बहुत चिंता का विषय है, तो आक्रामक ढलान दरों को प्रसंस्करण समय में सुधार के लिए तैयार किया जा सकता है। इस कारण से, कई निर्माता इन ढलान दरों को 3 डिग्री सेल्सियस/सेकंड की अधिकतम सामान्य स्वीकार्य दर तक धकेलते हैं। इसके विपरीत, यदि विशेष रूप से मजबूत सॉल्वैंट्स वाले सोल्डर पेस्ट का उपयोग किया जा रहा है, तो असेंबली को बहुत तेजी से गर्म करने से आसानी से एक नियंत्रण से बाहर की प्रक्रिया पैदा हो सकती है। जैसे-जैसे वाष्पशील सॉल्वैंट्स बाहर निकलते हैं, वे पैड से और बोर्ड पर सोल्डर फैला सकते हैं। सोल्डर-बॉलिंग प्रीहीट चरण के दौरान हिंसक आउटगैसिंग की मुख्य चिंता है। एक बार जब एक बोर्ड को प्रीहीट चरण में तापमान तक बढ़ाया जाता है तो यह भिगोने या पूर्व-प्रवाह चरण में प्रवेश करने का समय होता है। थर्मल सोक जोन दूसरा खंड, थर्मल सोक, आम तौर पर सोल्डर पेस्ट वाष्पशील को हटाने और फ्लक्स को सक्रिय करने के लिए 60 से 120 सेकंड का एक्सपोजर होता है, जहां फ्लक्स घटक घटक लीड और पैड पर ऑक्साइड की कमी शुरू करते हैं। बहुत अधिक तापमान के कारण सोल्डर स्पेटरिंग या बॉलिंग के साथ-साथ पेस्ट का ऑक्सीकरण, अटैचमेंट पैड और घटक समाप्त हो सकते हैं। इसी तरह, यदि तापमान बहुत कम है तो फ्लक्स पूरी तरह से सक्रिय नहीं हो सकते हैं। सोख क्षेत्र के अंत में रिफ्लो क्षेत्र से ठीक पहले पूरे संयोजन का एक तापीय संतुलन वांछित है। अलग-अलग आकार के घटकों के बीच या यदि पी. सी. बी. संयोजन बहुत बड़ा है तो किसी भी डेल्टा टी को कम करने के लिए एक सोक प्रोफाइल का सुझाव दिया जाता है। एरिया ऐरे टाइप पैकेज में वॉइडिंग को कम करने के लिए एक सोक प्रोफाइल की भी सिफारिश की जाती है। रिफ्लो ज़ोन तीसरा खंड, रिफ्लो ज़ोन, को "रिफ्लो से ऊपर का समय" या "तरल से ऊपर का तापमान" (टी. ए. एल.) के रूप में भी जाना जाता है, और यह उस प्रक्रिया का हिस्सा है जहाँ अधिकतम तापमान तक पहुँचा जाता है। एक महत्वपूर्ण विचार शिखर तापमान है, जो पूरी प्रक्रिया का अधिकतम स्वीकार्य तापमान है। एक सामान्य चरम तापमान तरल पदार्थ से ऊपर 20-40 °C होता है। यह सीमा उच्च तापमान (तापीय क्षति के लिए सबसे अतिसंवेदनशील घटक) के लिए सबसे कम सहिष्णुता के साथ संयोजन पर घटक द्वारा निर्धारित की जाती है। एक मानक दिशानिर्देश अधिकतम तापमान से 5 डिग्री सेल्सियस को घटाना है जो सबसे कमजोर घटक प्रक्रिया के लिए अधिकतम तापमान पर पहुंचने के लिए बनाए रख सकता है। इस सीमा को पार करने से रोकने के लिए प्रक्रिया के तापमान की निगरानी करना महत्वपूर्ण है। इसके अतिरिक्त, उच्च तापमान (260 डिग्री सेल्सियस से अधिक) एस. एम. टी. घटकों के आंतरिक क्षय के साथ-साथ अंतरधातु विकास को बढ़ावा देने के लिए नुकसान का कारण बन सकता है। इसके विपरीत, एक तापमान जो पर्याप्त गर्म नहीं है, पेस्ट को पर्याप्त रूप से फिर से बहने से रोक सकता है। लिक्विडस (टी. ए. एल.) के ऊपर का समय, या रिफ्लो से ऊपर का समय, यह मापता है कि टांका कितना लंबा तरल है। फ्लक्स धातु संबंधी बंधन को पूरा करने के लिए धातुओं के मोड़ पर सतह के तनाव को कम करता है, जिससे व्यक्तिगत सोल्डर पाउडर गोले को संयोजित करने की अनुमति मिलती है। यदि प्रोफाइल का समय निर्माता के विनिर्देश से अधिक है, तो परिणाम समय से पहले फ्लक्स सक्रियण या खपत हो सकता है, प्रभावी रूप से टांके के जोड़ के गठन से पहले पेस्ट को "सुखाना"। 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 टांका जोड़ होते हैं। विशेषज्ञ आमतौर पर सबसे छोटे संभव टी. ए. एल. की सलाह देते हैं, हालांकि, अधिकांश पेस्ट 30 सेकंड के न्यूनतम टी. ए. एल. को निर्दिष्ट करते हैं, हालांकि उस विशिष्ट समय का कोई स्पष्ट कारण नहीं प्रतीत होता है। एक संभावना यह है कि पी. सी. बी. पर ऐसे स्थान हैं जिन्हें प्रोफाइलिंग के दौरान मापा नहीं जाता है, और इसलिए, न्यूनतम स्वीकार्य समय को 30 सेकंड पर सेट करने से एक अपरिमित क्षेत्र के फिर से प्रवाहित नहीं होने की संभावना कम हो जाती है। एक उच्च न्यूनतम प्रवाह समय भी ओवन के तापमान में परिवर्तन के खिलाफ सुरक्षा का एक अंतर प्रदान करता है। गीले होने का समय आदर्श रूप से तरल पदार्थ से 60 सेकंड से नीचे रहता है। तरल पदार्थ के ऊपर अतिरिक्त समय अत्यधिक अंतरधातु वृद्धि का कारण बन सकता है, जिससे जोड़ भंगुर हो सकते हैं। बोर्ड और घटक तरल पदार्थ पर विस्तारित तापमान पर भी क्षतिग्रस्त हो सकते हैं, और अधिकांश घटकों की एक अच्छी तरह से परिभाषित समय सीमा होती है कि वे कितने समय तक दिए गए अधिकतम तापमान के संपर्क में रह सकते हैं। तरल पदार्थ के ऊपर बहुत कम समय सॉल्वैंट्स और फ्लक्स को फँसा सकता है और ठंडे या सुस्त जोड़ों के साथ-साथ टांका रिक्त स्थान के लिए क्षमता पैदा कर सकता है। शीतलन क्षेत्र अंतिम क्षेत्र एक शीतलन क्षेत्र है जो धीरे-धीरे संसाधित बोर्ड को ठंडा करता है और टांके के जोड़ों को मजबूत करता है। उचित शीतलन घटकों को अतिरिक्त इंटरमेटेलिक गठन या थर्मल शॉक को रोकता है। शीतलन क्षेत्र में विशिष्ट तापमान 30-110 °C (86-230 °F) तक होता है। एक त्वरित शीतलन दर को एक महीन अनाज संरचना बनाने के लिए चुना जाता है जो सबसे यांत्रिक रूप से ध्वनि है। अधिकतम रैंप-अप दर के विपरीत, रैंप-डाउन दर को अक्सर नजरअंदाज कर दिया जाता है। रैंप दर कुछ तापमानों से कम महत्वपूर्ण है, हालांकि, किसी भी घटक के लिए अधिकतम स्वीकार्य ढलान लागू होना चाहिए चाहे घटक गर्म हो या ठंडा हो। आमतौर पर 4 डिग्री सेल्सियस/सेकंड की शीतलन दर का सुझाव दिया जाता है। प्रक्रिया के परिणामों का विश्लेषण करते समय यह एक मापदंड है जिस पर विचार किया जाना चाहिए। व्युत्पत्ति "रिफ्लो" शब्द का उपयोग उस तापमान को संदर्भित करने के लिए किया जाता है जिसके ऊपर सोल्डर मिश्र धातु का एक ठोस द्रव्यमान पिघलना निश्चित है (केवल नरम होने के विपरीत)। यदि इस तापमान से नीचे ठंडा किया जाता है, तो टांका प्रवाहित नहीं होगा। इसके ऊपर एक बार फिर गर्म होने पर, टांका फिर से बह जाएगा-इसलिए "पुनः प्रवाह" होगा। आधुनिक सर्किट असेंबली तकनीकें जो रिफ्लो सोल्डरिंग का उपयोग करती हैं, जरूरी नहीं कि सोल्डर को एक से अधिक बार बहने दें। वे इस बात की गारंटी देते हैं कि टांके के पेस्ट में निहित दानेदार टांका शामिल टांके के प्रवाह तापमान को पार कर जाता है। थर्मल प्रोफाइलिंग सोल्डरिंग प्रक्रिया के माध्यम से थर्मल भ्रमण को निर्धारित करने के लिए एक सर्किट बोर्ड पर कई बिंदुओं को मापने का कार्य है। इलेक्ट्रॉनिक्स विनिर्माण उद्योग में, एस. पी. सी. (सांख्यिकीय प्रक्रिया नियंत्रण) यह निर्धारित करने में मदद करता है कि क्या प्रक्रिया नियंत्रण में है, जिसे सोल्डरिंग प्रौद्योगिकियों और घटक आवश्यकताओं द्वारा परिभाषित रिफ्लो मापदंडों के खिलाफ मापा जाता है। आधुनिक सॉफ्टवेयर उपकरण एक प्रोफ़ाइल को पकड़ने की अनुमति देते हैं, फिर गणितीय अनुकरण का उपयोग करके स्वचालित रूप से अनुकूलित किया जाता है, जो प्रक्रिया के लिए इष्टतम सेटिंग्स स्थापित करने के लिए आवश्यक समय को बहुत कम कर देता है। वेव सोल्डरिंग रिफ्लो ओवन रिस्ट्रिक्शन ऑफ हैज़र्डस सब्सटेंस डायरेक्टिव (आरओएचएस) थर्मल प्रोफाइलिंग संदर्भ http://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electronic_engineering/Electronics_Manufacture_Intrusive_Reflow.pdf प्रिंटेड सर्किट बोर्ड मैन्युफैक्चरिंग सोल्डरिंग भी देखें।