Reflow soldering
ریفلو سولڈرنگ ایک ایسا عمل ہے جس میں سولڈر پیسٹ (پاؤڈر سولڈر اور فلکس کا ایک چپچپا مرکب) کا استعمال ایک یا ہزاروں چھوٹے برقی اجزاء کو عارضی طور پر ان کے کانٹیکٹ پیڈ سے منسلک کرنے کے لیے کیا جاتا ہے، جس کے بعد پوری اسمبلی کو کنٹرول گرمی کا نشانہ بنایا جاتا ہے۔ سولڈر پیسٹ پگھلی ہوئی حالت میں دوبارہ بہتا ہے، جس سے مستقل سولڈر جوڑے بنتے ہیں۔ ہیٹنگ اسمبلی کو ریفلو اوون کے ذریعے، انفراریڈ لیمپ کے نیچے، یا (بنیادی طور پر پروٹو ٹائپنگ کے لیے) انفرادی جوڑوں کو گرم ہوا پنسل سے سولڈر کرکے مکمل کی جا سکتی ہے۔ طویل صنعتی کنویکشن اوون کے ساتھ ریفلو سولڈرنگ سرفیس ماؤنٹ ٹیکنالوجی اجزاء یا ایس ایم ٹی کو پرنٹڈ سرکٹ بورڈ یا پی سی بی میں سولڈرنگ کرنے کا ترجیحی طریقہ ہے۔ تندور کے ہر حصے میں ہر اسمبلی کی مخصوص تھرمل ضروریات کے مطابق ایک منظم درجہ حرارت ہوتا ہے۔ ریفلو اوون جو خاص طور پر سرفیس ماؤنٹ اجزاء کی سولڈرنگ کے لیے ہوتے ہیں، سوراخوں کو سولڈر پیسٹ سے بھر کر اور جزو لیڈز کو پیسٹ کے ذریعے داخل کر کے تھرو ہول اجزاء کے لیے بھی استعمال کیے جا سکتے ہیں۔ تاہم، ویو سولڈرنگ، سرفیس ماؤنٹ اجزاء کے لیے بنائے گئے سرکٹ بورڈ پر ملٹی لیڈڈ تھرو ہول اجزاء کو سولڈرنگ کرنے کا عام طریقہ رہا ہے۔ جب ایس ایم ٹی اور پلیٹیڈ تھرو ہول (پی ٹی ایچ) اجزاء پر مشتمل بورڈوں پر استعمال کیا جاتا ہے، تو تھرو ہول ریفلو، جب خاص طور پر ترمیم شدہ پیسٹ اسٹینسلز کے ذریعے حاصل کیا جا سکتا ہے، تو اسمبلی کے عمل سے لہر سولڈرنگ مرحلے کو ختم کرنے کی اجازت مل سکتی ہے، جس سے ممکنہ طور پر اسمبلی کے اخراجات کم ہو سکتے ہیں۔ اگرچہ یہ پہلے استعمال ہونے والے لیڈ ٹن سولڈر پیسٹ کے بارے میں کہا جا سکتا ہے، لیکن لیڈ فری سولڈر مرکب جیسے ایس اے سی تندور کے درجہ حرارت پروفائل ایڈجسٹمنٹ کی حدود اور خصوصی تھرو ہول اجزاء کی ضروریات کے لحاظ سے ایک چیلنج پیش کرتے ہیں جنہیں سولڈر تار کے ساتھ ہاتھ سے سولڈر کیا جانا چاہیے یا سرکٹ بورڈز پر ہدایت کردہ اعلی درجہ حرارت کو معقول طور پر برداشت نہیں کر سکتے جب وہ ریفلو تندور کے کنویر پر سفر کرتے ہیں۔ کنویکشن اوون کے عمل میں سولڈر پیسٹ کا استعمال کرتے ہوئے تھرو ہول اجزاء کی ریفلو سولڈرنگ کو انٹروسو سولڈرنگ کہا جاتا ہے۔ ریفلو کے عمل کا مقصد سولڈر پیسٹ کے لیے یوٹیکٹک درجہ حرارت تک پہنچنا ہے جس پر مخصوص سولڈر مرکب مائع یا پگھلی ہوئی حالت میں مرحلے کی تبدیلی سے گزرتا ہے۔ اس مخصوص درجہ حرارت کی حد پر، پگھلی ہوئی مرکب چپکنے کی خصوصیات کو ظاہر کرتی ہے۔ پگھلی ہوئی سولڈر مرکب زیادہ تر پانی کی طرح برتاؤ کرتی ہے، جس میں ہم آہنگی اور چپکنے کی خصوصیات ہوتی ہیں۔ کافی بہاؤ کے ساتھ، مائع کی حالت میں، پگھلی ہوئی سولڈر مرکب دھات ایک خصوصیت کی نمائش کرے گی جسے "ویٹنگ" کہا جاتا ہے۔ گیلا کرنا مرکب دھات کی ایک خاصیت ہے جب اس کی مخصوص یوٹیکٹک درجہ حرارت کی حد کے اندر ہو۔ سولڈر کے جوڑوں کی تشکیل کے لیے گیلا ہونا ایک ضروری شرط ہے جو "قابل قبول" یا "ہدف" کے معیار پر پورا اترتا ہے، جبکہ آئی پی سی کے مطابق "غیر مطابقت پذیر" کو عیب دار سمجھا جاتا ہے۔ ریفلو اوون کا درجہ حرارت پروفائل کسی خاص سرکٹ بورڈ اسمبلی کی خصوصیات، بورڈ کے اندر گراؤنڈ پلین پرت کے سائز اور گہرائی، بورڈ کے اندر تہوں کی تعداد، اجزاء کی تعداد اور سائز کے لیے موزوں ہے۔ کسی خاص سرکٹ بورڈ کے لیے درجہ حرارت کا خاکہ زیادہ گرم کیے بغیر اور برقی اجزاء کو ان کے درجہ حرارت کی رواداری سے باہر نقصان پہنچائے بغیر، ملحقہ سطحوں پر سولڈر کے ری فلو کی اجازت دے گا۔ روایتی ریفلو سولڈرنگ کے عمل میں، عام طور پر چار مراحل ہوتے ہیں، جنہیں "زونز" کہا جاتا ہے، جن میں سے ہر ایک کا ایک الگ تھرمل پروفائل ہوتا ہے: پری ہیٹ، تھرمل سوک (اکثر صرف جذب کرنے کے لیے مختصر کیا جاتا ہے)، ریفلو، اور کولنگ۔ پری ہیٹ زون پری ہیٹ ری فلو کے عمل کا پہلا مرحلہ ہے۔ اس ریفلو مرحلے کے دوران، پوری بورڈ اسمبلی ہدف کی طرف چڑھ جاتی ہے یا درجہ حرارت کو جذب کرتی ہے۔ پری ہیٹ مرحلے کا بنیادی مقصد پوری اسمبلی کو محفوظ طریقے سے اور مستقل طور پر جذب یا بہاؤ سے پہلے کے درجہ حرارت تک پہنچانا ہے۔ پہلے سے گرم کرنا سولڈر پیسٹ سے آؤٹ گیس میں اتار چڑھاؤ والے سالوینٹس کے لیے بھی ایک موقع ہے۔ پیسٹ سالوینٹس کو مناسب طریقے سے نکالنے اور اسمبلی کو محفوظ طریقے سے بہاؤ سے پہلے کے درجہ حرارت تک پہنچنے کے لیے پی سی بی کو مستقل، لکیری انداز میں گرم کیا جانا چاہیے۔ ریفلو کے عمل کے پہلے مرحلے کے لیے ایک اہم میٹرک درجہ حرارت کی ڈھلوان کی شرح یا اضافہ بمقابلہ وقت ہے۔ یہ اکثر ڈگری سیلسیس فی سیکنڈ، ڈگری سیلسیس/سیکنڈ میں ماپا جاتا ہے۔ بہت سے متغیر کارخانہ دار کے ہدف کی ڈھلوان کی شرح میں عنصر ہوتے ہیں۔ ان میں شامل ہیں: ٹارگٹ پروسیسنگ کا وقت، سولڈر پیسٹ کی اتار چڑھاؤ، اور اجزاء کے تحفظات۔ ان تمام عمل کے متغیرات کا حساب لگانا ضروری ہے، لیکن زیادہ تر معاملات میں حساس اجزاء کے تحفظات سب سے اہم ہیں۔ "اگر ان کا درجہ حرارت بہت تیزی سے تبدیل ہو جائے تو بہت سے اجزاء پھٹ جائیں گے۔ تھرمل تبدیلی کی زیادہ سے زیادہ شرح جو انتہائی حساس اجزاء برداشت کر سکتے ہیں وہ زیادہ سے زیادہ قابل اجازت ڈھلوان بن جاتی ہے۔ تاہم، اگر تھرمل حساس اجزاء استعمال میں نہیں ہیں اور تھرو پٹ کو زیادہ سے زیادہ کرنا بڑی تشویش کا باعث ہے، تو جارحانہ ڈھلوان کی شرحوں کو پروسیسنگ کے وقت کو بہتر بنانے کے لیے موزوں بنایا جا سکتا ہے۔ اس وجہ سے، بہت سے مینوفیکچررز ان ڈھلوان کی شرحوں کو 3.0 ڈگری سیلسیس/سیکنڈ کی زیادہ سے زیادہ عام قابل اجازت شرح تک بڑھاتے ہیں۔ اس کے برعکس، اگر خاص طور پر مضبوط سالوینٹس پر مشتمل سولڈر پیسٹ استعمال کیا جا رہا ہے، تو اسمبلی کو بہت تیزی سے گرم کرنا آسانی سے قابو سے باہر عمل پیدا کر سکتا ہے۔ جیسے جیسے اتار چڑھاؤ والے سالوینٹس باہر نکلتے ہیں وہ پیڈ سے اور بورڈ پر چھڑک سکتے ہیں۔ سولڈر بالنگ پری ہیٹ مرحلے کے دوران پرتشدد آؤٹ گیسنگ کا بنیادی خدشہ ہے۔ ایک بار جب کسی بورڈ کو پہلے سے گرم کرنے کے مرحلے میں درجہ حرارت تک بڑھا دیا جاتا ہے تو اب سوکھنے یا پہلے سے بہاؤ کے مرحلے میں داخل ہونے کا وقت آتا ہے۔ تھرمل سوک زون دوسرا حصہ، تھرمل سوک، عام طور پر سولڈر پیسٹ کے اتار چڑھاؤ کو ہٹانے اور فلکس کو چالو کرنے کے لیے 60 سے 120 سیکنڈ کی نمائش ہے، جہاں فلکس کے اجزاء جزو لیڈز اور پیڈ پر آکسائڈ کی کمی شروع کرتے ہیں۔ بہت زیادہ درجہ حرارت سولڈر کے بکھرنے یا بالنگ کے ساتھ ساتھ پیسٹ کے آکسیکرن، منسلک پیڈ اور اجزاء کے خاتمے کا باعث بن سکتا ہے۔ اسی طرح، اگر درجہ حرارت بہت کم ہو تو بہاؤ مکمل طور پر فعال نہیں ہو سکتے ہیں۔ سوک زون کے اختتام پر ریفلو زون سے بالکل پہلے پوری اسمبلی کا تھرمل توازن مطلوب ہوتا ہے۔ مختلف سائز کے اجزاء کے درمیان کسی بھی ڈیلٹا ٹی کو کم کرنے کے لیے یا اگر پی سی بی اسمبلی بہت بڑی ہے تو سوکھنے والی پروفائل تجویز کی جاتی ہے۔ ایریا ایرے قسم کے پیکجوں میں ووائڈنگ کو کم کرنے کے لیے بھیک پروفائل کی سفارش کی جاتی ہے۔ ریفلو زون تیسرا حصہ، ریفلو زون، کو "ریفلو سے اوپر کا وقت" یا "مائع سے اوپر کا درجہ حرارت" (ٹی اے ایل) بھی کہا جاتا ہے، اور یہ اس عمل کا وہ حصہ ہے جہاں زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت تک پہنچ جاتا ہے۔ ایک اہم غور چوٹی کا درجہ حرارت ہے، جو پورے عمل کا زیادہ سے زیادہ قابل اجازت درجہ حرارت ہے۔ ایک عام چوٹی کا درجہ حرارت مائع سے اوپر 20-40 °C ہوتا ہے۔ اس حد کا تعین اسمبلی کے جزو کے ذریعے کیا جاتا ہے جس میں اعلی درجہ حرارت کے لیے سب سے کم رواداری ہوتی ہے (وہ جزو جو تھرمل نقصان کے لیے سب سے زیادہ حساس ہوتا ہے)۔ ایک معیاری رہنما اصول یہ ہے کہ زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت سے 5 ڈگری سیلسیس کو گھٹا دیا جائے جسے سب سے زیادہ کمزور جزو عمل کے لیے زیادہ سے زیادہ درجہ حرارت تک پہنچنے کے لیے برقرار رکھ سکتا ہے۔ عمل کے درجہ حرارت کی نگرانی کرنا ضروری ہے تاکہ اسے اس حد سے تجاوز کرنے سے روکا جا سکے۔ مزید برآں، زیادہ درجہ حرارت (260 ڈگری سیلسیس سے زیادہ) ایس ایم ٹی اجزاء کے اندرونی ڈائی کے ساتھ ساتھ انٹر میٹلک نمو کو بھی نقصان پہنچا سکتا ہے۔ اس کے برعکس، ایک درجہ حرارت جو کافی گرم نہیں ہے وہ پیسٹ کو مناسب طریقے سے دوبارہ بہنے سے روک سکتا ہے۔ لیکویڈس (ٹی اے ایل) سے اوپر کا وقت، یا ریفلو سے اوپر کا وقت، اس بات کی پیمائش کرتا ہے کہ سولڈر مائع کتنی دیر تک ہے۔ یہ بہاؤ دھاتوں کے موڑ پر سطح کے تناؤ کو کم کرتا ہے تاکہ دھاتی بندھن کو پورا کیا جا سکے، جس سے انفرادی سولڈر پاؤڈر کے دائرے یکجا ہو سکتے ہیں۔ اگر پروفائل کا وقت کارخانہ دار کی وضاحت سے تجاوز کر جاتا ہے، تو نتیجہ قبل از وقت فلکس ایکٹیویشن یا کھپت ہو سکتا ہے، مؤثر طریقے سے سولڈر جوائنٹ کی تشکیل سے پہلے پیسٹ کو "خشک" کرنا۔ ناکافی وقت/درجہ حرارت کا تعلق بہاؤ کی صفائی کے عمل میں کمی کا سبب بنتا ہے، جس کے نتیجے میں ناقص گیلا پن، سالوینٹ اور بہاؤ کو ناکافی طور پر ہٹانا، اور ممکنہ طور پر ناقص سولڈر جوڑوں کا سبب بنتا ہے۔ ماہرین عام طور پر ممکنہ مختصر ترین TAL کی سفارش کرتے ہیں، تاہم، زیادہ تر پیسٹ 30 سیکنڈ کے کم از کم TAL کی وضاحت کرتے ہیں، حالانکہ اس مخصوص وقت کی کوئی واضح وجہ ظاہر نہیں ہوتی ہے۔ ایک امکان یہ ہے کہ پی سی بی پر ایسی جگہیں ہیں جو پروفائلنگ کے دوران ناپی نہیں جاتی ہیں، اور اس وجہ سے، کم از کم قابل اجازت وقت 30 سیکنڈ مقرر کرنے سے غیر پیمائش شدہ علاقے کے دوبارہ نہ بہنے کے امکانات کم ہو جاتے ہیں۔ ایک اعلی کم از کم ریفلو ٹائم تندور کے درجہ حرارت میں ہونے والی تبدیلیوں کے خلاف تحفظ کا مارجن بھی فراہم کرتا ہے۔ گیلا ہونے کا وقت مثالی طور پر مائع سے 60 سیکنڈ سے نیچے رہتا ہے۔ مائع سے اوپر اضافی وقت ضرورت سے زیادہ انٹر میٹلک نمو کا سبب بن سکتا ہے، جو جوڑوں کے ٹوٹنے کا باعث بن سکتا ہے۔ بورڈ اور اجزاء مائع پر توسیعی درجہ حرارت پر بھی خراب ہو سکتے ہیں، اور زیادہ تر اجزاء کی ایک اچھی طرح سے طے شدہ وقت کی حد ہوتی ہے کہ وہ کتنی دیر تک درجہ حرارت کے سامنے رہ سکتے ہیں۔ مائع سے بہت کم وقت سالوینٹس اور بہاؤ کو پھنسا سکتا ہے اور سرد یا سست جوڑوں کے ساتھ ساتھ سولڈر وائڈز کا امکان پیدا کر سکتا ہے۔ کولنگ زون آخری زون ایک کولنگ زون ہے جو آہستہ آہستہ پروسیس شدہ بورڈ کو ٹھنڈا کرتا ہے اور سولڈر کے جوڑوں کو مضبوط کرتا ہے۔ مناسب ٹھنڈک اجزاء کو اضافی انٹر میٹلک تشکیل یا تھرمل شاک سے روکتی ہے۔ کولنگ زون میں عام درجہ حرارت 30-110 °C (86-230 °F) سے ہوتا ہے۔ ایک تیز ٹھنڈک کی شرح کا انتخاب ایک عمدہ اناج کا ڈھانچہ بنانے کے لیے کیا جاتا ہے جو میکانکی طور پر سب سے زیادہ مضبوط ہوتا ہے۔ زیادہ سے زیادہ ریمپ اپ ریٹ کے برعکس، ریمپ ڈاؤن ریٹ کو اکثر نظر انداز کر دیا جاتا ہے۔ ریمپ کی شرح مخصوص درجہ حرارت سے کم اہم ہوتی ہے، تاہم، کسی بھی جزو کے لیے زیادہ سے زیادہ قابل اجازت ڈھلوان کا اطلاق ہونا چاہیے چاہے جزو گرم ہو یا ٹھنڈا ہو۔ عام طور پر 4 ڈگری سیلسیس/سیکنڈ کی ٹھنڈک کی شرح تجویز کی جاتی ہے۔ عمل کے نتائج کا تجزیہ کرتے وقت اس پر غور کرنا ایک پیمانہ ہے۔ "ریفلو" کی اصطلاح اس درجہ حرارت کی طرف اشارہ کرنے کے لیے استعمال ہوتی ہے جس کے اوپر سولڈر مرکب کی ایک ٹھوس کمیت پگھلنا یقینی ہے (محض نرم ہونے کے برخلاف)۔ اگر اس درجہ حرارت سے نیچے ٹھنڈا کیا جائے تو سولڈر نہیں بہے گا۔ اس کے اوپر ایک بار پھر گرم ہونے پر، سولڈر دوبارہ بہے گا-اس لیے "دوبارہ بہاؤ"۔ جدید سرکٹ اسمبلی تکنیک جو ریفلو سولڈرنگ کا استعمال کرتی ہیں ضروری نہیں کہ سولڈر کو ایک سے زیادہ بار بہہ جانے دیں۔ وہ اس بات کی ضمانت دیتے ہیں کہ سولڈر پیسٹ میں موجود دانے دار سولڈر اس میں شامل سولڈر کے ریفلو درجہ حرارت کو پیچھے چھوڑ دیتا ہے۔ تھرمل پروفائلنگ تھرمل پروفائلنگ ایک سرکٹ بورڈ پر کئی پوائنٹس کی پیمائش کرنے کا عمل ہے تاکہ سولڈرنگ کے عمل کے ذریعے تھرمل سفر کا تعین کیا جا سکے۔ الیکٹرانکس مینوفیکچرنگ انڈسٹری میں، ایس پی سی (شماریاتی عمل کنٹرول) اس بات کا تعین کرنے میں مدد کرتا ہے کہ آیا عمل قابو میں ہے، سولڈرنگ ٹیکنالوجیز اور اجزاء کی ضروریات کے ذریعہ بیان کردہ ریفلو پیرامیٹرز کے خلاف ماپا جاتا ہے۔ جدید سافٹ ویئر ٹولز پروفائل پر قبضہ کرنے کی اجازت دیتے ہیں، پھر ریاضیاتی تخروپن کا استعمال کرتے ہوئے خود بخود بہتر بن جاتے ہیں، جس سے عمل کے لیے زیادہ سے زیادہ ترتیبات قائم کرنے کے لیے درکار وقت بہت کم ہو جاتا ہے۔ ویو سولڈرنگ ریفلو اوون رسٹریکشن آف ہیزرڈس سبسٹینس ڈائریکٹیو (آر او ایچ ایس) تھرمل پروفائلنگ حوالہ جات http://www.idc-online.com/technical_references/pdfs/electronic_engineering/Electronics_Manufacture_Intrusive_Reflow.pdf پرنٹڈ سرکٹ بورڈ مینوفیکچرنگ سولڈرنگ بھی دیکھیں۔