Dalga Lehimleme Nedir?
Dalga lehimleme, elektrikli veya elektromanyetik bir pompa aracılığıyla erimiş lehim alaşımı (kurşun-kalay) kullanılarak istenen dalga şeklindeki lehim havuzunun oluşturulduğu işlemi ifade eder. Lehim dalgası, lehim havuzuna azot gazı enjekte edilerek de oluşturulabilir. Bu işlemde, bileşenlerle önceden yüklenmiş bir baskılı devre kartı (PCB), erimiş lehim yüzeyinde belirli bir lehim tepe şekli oluşturan lehim dalgasından geçirilir. Bu, belirli açılarda ve daldırma derinliklerinde monte edilmiş bileşenlere sahip PCB'nin lehim dalgası aracılığıyla lehimlenmesini ve lehim bağlantılarının oluşturulmasını sağlar. Tüm bu işlem dalga lehimleme olarak bilinir.
Çift sıralı paket (DIP) montaj sürecinde önemli bir adım olan dalga lehimleme, öncelikle devre kartı delikli bileşenlerinin lehimlenmesi için kullanılır. Miniyatürleştirme ve yüzey montaj teknolojisi (SMT) eğilimine rağmen, televizyonlar, ev ses-görüntü ekipmanları ve dijital set üstü kutular gibi belirli ürünler, karışık teknolojili devre kartlarında hala delikli bileşenler kullanmaktadır. Bu nedenle, dalga lehimleme bu tür uygulamalarda kullanılmaya devam etmektedir.
Dalga Lehimlemenin Tarihi
1956 yılında, İngiliz şirketi Fry's Metal, baskılı devre kartları (PCB'ler) için dalga lehimleme yöntemini icat etti. Bu yenilik, makine otomasyonunda yeni bir dönemin başlangıcı oldu ve PCB montajını, lehim havyalarıyla yapılan manuel nokta-nokta lehimlemeden büyük ölçekli, yüksek verimli otomatik lehimlemeye geçirdi. Bu, PCB'lerin lehimleme sürecinde gerçek bir devrim yarattı ve lehim bağlantı kusurlarının azalması, elektronik ürünlerin güvenilirliğinin artması, üretim maliyetlerinin düşmesi, işçilerin iş yükünün azalması ve üretim verimliliğinin artması gibi önemli avantajlar sağladı.
Dalga Lehimleme Nasıl Çalışır?
Dalga lehimleme, esas olarak bir konveyör bandı, lehim akısı uygulama bölgesi, ön ısıtma bölgesi, lehim havuzu ve diğer bileşenlerden oluşan bir dalga lehimleme makinesi kullanılarak gerçekleştirilir. Aşağıda makinenin çalışma şeması yer almaktadır:
Konveyör Bandı:
Konveyör bandı, üzerine bileşenler yerleştirilmiş devre kartını belirli bir eğim açısı ve hızda dalga lehimleme makinesine taşır. Devre kartı daha sonra akı uygulaması, ön ısıtma, termal dengeleme, birinci ve ikinci dalga lehimleme ile soğutma gibi işlemlerden geçer.
Uygulama Akışı:
Akı uygulama bölgesi, kızılötesi sensörler ve püskürtme nozüllerinden oluşur. Kızılötesi sensörlerin görevi, devre kartının genişliğini izlemektir. Püskürtme nozülleri, devre kartının açıkta kalan lehim yuvalarına, delikli yuvalarına ve bileşen uçlarına ince bir akı tabakası düzgün bir şekilde uygular. Akı, devre kartının lehim yüzeyinde koruyucu bir tabaka oluşturur.
Ön ısıtma:
Ön ısıtma bölgesinde, PCB'nin lehimleme alanları ıslatma sıcaklığına kadar ısıtılır. Aynı zamanda, bileşenlerin sıcaklığının kademeli olarak artması, erimiş lehime daldırıldıklarında aşırı termal şoka maruz kalmalarını önler. Lehim bağlantılarının düzgün bir şekilde oluşmasını sağlamak için, ön ısıtma sırasında PCB'nin yüzey sıcaklığı 75 ila 110°C arasında tutulmalıdır.
Ön ısıtmanın amacı şöyledir:
- Akıdaki çözücülerin buharlaşması, lehimleme sırasında gaz oluşumunun azaltılması.
- Akıdaki reçine ve aktivatörlerin ayrışması ve aktivasyonu, lehim pedlerinden, bileşen uçlarından ve devre kartının pin yüzeylerinden oksit filmlerini ve diğer kirleticileri giderirken, metal yüzeyleri yüksek sıcaklıklarda yeniden oksitlenmeye karşı korur.
- Lehimleme sırasında hızlı ısınmanın neden olduğu PCB ve bileşenlerdeki termal stres hasarının önlenmesi.
Termal Dengeleme:
Termal dengeleme aşamasında, ısı etkisini azaltmak amacıyla PCB'ye termal ayarlamalar yapılır.
Birinci Dalga (Çalkantılı Dalga):
İlk dalga, dar bir nozülden yayılan dar bir "türbülanslı" dalgadır. Lehim akışının yüksek hızı, sabitleme aparatlarının gölgeleme etkisinin olduğu lehimleme alanlarında iyi bir nüfuz sağlar. Ayrıca, türbülanslı dalganın yukarı doğru itme kuvveti, lehim akı gazlarının dışarı atılmasına yardımcı olarak lehim köprülenmesini ve yetersiz dikey dolum kusurlarını azaltır. Bununla birlikte, türbülanslı dalga düzensiz lehim bağlantılarına ve fazla lehime yol açabileceğinden, ikinci dalga gereklidir.
İkinci Dalga (Düzgün Dalga):
İkinci dalga, daha yavaş lehim akışıyla karakterize edilen "düzgün" bir dalgadır. Terminallerden fazla lehimi etkili bir şekilde giderir, tüm lehimleme yüzeylerinde iyi bir ıslanma sağlar ve ilk dalganın neden olduğu keskin kenarları, çapakları ve lehim köprülerini ortadan kaldırır. Uygulamada, düzgün dalga, delikli bileşenler için kullanılan geleneksel dalgaya benzer. Bu nedenle, aynı makinede geleneksel bileşenleri lehimlerken, türbülanslı dalga kapatılabilir ve sadece düzgün dalga kullanılabilir.
Soğutma:
Soğutma sistemi, PCB'nin sıcaklığını hızla düşürerek, kurşunsuz lehimleme işlemlerinde boşluk oluşumu ve lehim pedi ayrılma sorunlarının önlenmesini önemli ölçüde iyileştirir.
Lehimleme süreci boyunca, ön ısıtma aşamasında ve lehimleme bölgesinde koruma amacıyla azot gazı kullanılması, çıplak bakır ve ötektik lehim maddesinin oksitlenmesini etkili bir şekilde önler; bu da ıslanma ve akışkanlığı önemli ölçüde artırır ve güvenilir lehim bağlantıları sağlar.
Dalga Lehimleme Makinesi Kullanım Kılavuzu
I. Dalga Lehimleme Hazırlıkları
- Gücü açın ve lehim havuzu ısıtıcısını çalıştırın (genellikle bir zamanlayıcı tarafından kontrol edilir).
- Dalga lehimleme makinesinin zamanlayıcı anahtarının düzgün çalışıp çalışmadığını kontrol edin.
- Dalga lehimleme makinesinin havalandırma sisteminin iyi durumda olduğundan emin olun.
- Lehim kabının sıcaklık göstergesini kontrol edin: Bir cam veya temas termometresi kullanarak lehim yüzeyinin 10-15 mm altındaki sıcaklığı ölçün. Sıcaklık farkı ±5°C içinde olmalıdır.
- Ön ısıtıcının düzgün çalışıp çalışmadığını kontrol edin ve sıcaklığın proses gereksinimlerine göre ayarlandığından emin olun. Ön ısıtıcı anahtarını açın, sıcaklık artışını izleyin ve normal aralıkta olduğunu doğrulayın.
- Kurşun kesicinin çalışmasını kontrol edin: PCB kalınlığına göre bıçak yüksekliğini ayarlayın ve bileşen kurşun uzunluklarının 1,4-2,0 mm olmasını hedefleyin. Bıçak tutucusunu sıkın, gücü açtıktan sonra bıçağın dönüşünü görsel olarak kontrol edin ve güvenlik cihazının çalıştığından emin olun.
- Akı kabının hava beslemesini kontrol edin: Akıyı dökün, hava giriş vanasını ayarlayın ve güç açıldıktan sonra akının köpürüp köpürmediğini veya püskürmediğini kontrol edin.
- Akı yoğunluğunu kontrol edin: Akı tankındaki sıvı seviyesini kontrol edin ve yoğunluğu ölçün. Yoğunluk çok yüksekse seyreltici ekleyin; çok düşükse ayarlamak için akı ekleyin (köpürme).
- Lehim sıcaklığı belirtilen değere ulaştığında, lehim seviyesini kontrol edin. Lehim kabının üstünden 15 mm'nin altındaysa, derhal lehim ekleyin.
- Lehim yüzeyindeki lehim cürufunu temizleyin ve temizlikten sonra bir antioksidan ekleyin.
- Konveyör açısını ayarlayın: Uygun sıkıştırma kuvvetini sağlamak için ray genişliğini PCB'nin genişliğine göre ayarlayın.
II. Dalga Lehimlemenin Başlatılması ve Üretim İşlemleri
- Akı anahtarını açın. Köpükleme işlemi için köpük kalınlığını köpük ayar plakasının yarısına ayarlayın; püskürtme işlemi için ise bileşen tarafına püskürtmeden kart yüzeyinde eşit bir kaplama sağladığınızdan emin olun.
- Kart üzerindeki fazla akının köpük tankına geri damlamasını sağlamak için hava bıçağının hava akışını ayarlayın; böylece ön ısıtıcıya damlayarak yangına neden olmasını önleyin.
- Konveyör anahtarını etkinleştirin ve hızı istenen değere ayarlayın.
- Soğutma fanını açın.
III. Dalga Lehimleme Sonrası İşlemler
- Ön ısıtıcı, lehim kabı, akı, konveyör, soğutma fanı ve tel kesicinin anahtarlarını kapatın.
- Köpük tankındaki akı iki haftada bir değiştirilmeli ve kullanım sırasında düzenli ölçümler yapılmalıdır.
- Kapatma işleminden sonra dalga lehimleme makinesini ve zincir pençelerini temizleyin. Püskürtme nozullarını bir seyreltici ile ıslatıp temizleyin.
IV. Dalga Lehimleme Süreci Sırasında Uygulanacak Yönetim Yöntemleri
- Operatörler görev yerlerinde kalmalı ve ekipmanın çalışmasını düzenli olarak kontrol etmelidir.
- Operatörler lehim bağlantılarının kalitesini kontrol etmelidir. Herhangi bir anormallik durumunda, makine inceleme için derhal durdurulmalıdır.
- Orijinal çalışma verileri ve lehim bağlantılarının kalitesi hakkında zamanında ve doğru kayıtlar tutulmalıdır.
- Tamamlanan PCB kartları, temas, baskı ve istiflenmeden kaçınarak ayrı ayrı özel taşıma kutularına yerleştirilmelidir.
V. Dalga Lehimleme İşlem Kayıtları
Dalga lehimleme operatörü, lehim havuzu sıcaklığı, ön ısıtma sıcaklığı ve akı yoğunluğu gibi proses parametrelerini iki saatte bir kaydetmelidir. Ayrıca, her saat başı rastgele seçilen 10 adet PCB kartı incelenmeli ve lehim bağlantılarının kalitesi kaydedilmelidir; böylece proses kalite kontrolü için orijinal kayıtlar elde edilir.
Dalga Lehimlemenin Avantajları
- İşçilik ve malzeme tasarrufu: Üretim verimliliğini artırır ve üretim maliyetlerini düşürür.
- Kartın eğrilmesinin azaltılması: Devre kartının yüksek sıcaklıktaki lehimle temas süresinin kısa olması, kartın bozulmasını en aza indirir.
- İnsan faktörlerinin ortadan kaldırılması: Ürün kalitesine yönelik müdahale ve etkileri ortadan kaldırarak lehim bağlantı kalitesini ve güvenilirliğini artırır.
- Geliştirilmiş lehim aktivitesi: Dalga lehimleme makinesi, yeterli lehim hareketini garanti eder ve bu da daha iyi lehim bağlantı kalitesine yol açar.
- İyileştirilmiş çalışma ortamı: İyi bir egzoz sisteminin kullanılması, operatörün fiziksel ve zihinsel sağlığını iyileştirir.
- Oksidasyonun önlenmesi: Lehim yüzey tabakası, oksidasyona karşı koruyucu bir bariyer oluşturur ve oksidasyon kalıntılarının neden olduğu lehim israfını azaltır.
- Tutarlılık: Tutarlı ürün montaj kalitesi ve standartlaştırılmış süreçler sağlar.
- Manuel yeteneklerin ötesindeki görevleri yerine getirme yeteneği.
Dalga Lehimleme ve Reflow Lehimleme
Lehimleme kalitesi ürünün performansını ve ömrünü doğrudan etkilediği için, lehimleme işlemleri elektronik cihaz üretiminde hayati bir rol oynar. Çeşitli lehimleme yöntemleri arasında, yeniden akış lehimleme ve dalga lehimleme en yaygın kullanılan iki tekniktir; her ikisinin de kendine özgü özellikleri ve uygulama alanları vardır.
Dalga Lehimleme:
Dalga lehimleme yöntemi esas olarak delikli bileşenler (THT) için kullanılır. Bu yöntemde, bileşenlerin yer aldığı PCB, erimiş lehim dalgasının üzerinden geçer ve bileşen pimleri ile PCB arasında lehim bağlantıları oluşturur.
Dalga Lehimlemenin Özellikleri:
- Yüksek verimlilik: Reflow lehimlemeye benzer şekilde, dalga lehimleme de bir PCB üzerindeki tüm bileşenleri aynı anda işleyebilir ve böylece yüksek verimlilik sağlar.
- Büyük boyutlu ve yüksek güçlü bileşenler için uygundur: Dalga lehimleme, yeniden akış lehimlemeden daha fazla lehim kullanır, daha güçlü mekanik destek ve elektrik bağlantıları sağlar, bu da onu daha büyük boyutlu ve yüksek güçlü bileşenler için uygun hale getirir.
- Yüksek otomasyon: Dalga lehimleme, yeniden akış lehimleme gibi tamamen otomatikleştirilebilir ve lehimleme kalitesi üzerindeki insan faktörlerinin etkisini en aza indirir.
Yeniden Akış Lehimleme:
Reflow lehimleme yöntemi, öncelikle yüzey monte bileşenler (SMT) için kullanılır. Bu yöntemde, lehim pastası ve bileşenlerin bulunduğu baskılı devre kartı (PCB), kontrollü bir sıcaklık ortamında ısıtılır. Lehim pastası erir ve katılaşarak lehimleme işlemini tamamlar.
Reflow Lehimlemenin Özellikleri:
- Yüksek verimlilik: Reflow lehimleme, bir PCB üzerindeki tüm bileşenleri aynı anda işleyebilir ve bu sayede üretim verimliliğini önemli ölçüde artırır.
- Yüksek kalite: Lehimleme işlemi sıkı bir şekilde kontrol edilen bir sıcaklık ortamında gerçekleştiğinden, lehim bağlantıları genellikle yüksek kalitededir ve bu da güvenilirlik ve iyi bir bağlantı oluşumu sağlar.
- Yüksek yoğunluklu ve küçük bileşenler için uygundur: Reflow lehimleme, bileşenlerle doğrudan temas gerektirmediğinden, BGA ve QFP dahil olmak üzere yüksek yoğunluklu ve küçük bileşenlerin lehimlenmesi için idealdir.
- Yüksek otomasyon: Reflow lehimleme genellikle tamamen otomatiktir, bu da insan hatalarını azaltır ve üretim verimliliğini artırır.
Dalga Lehimleme ile Reflow Lehimleme Arasındaki Seçim
Lehimleme yöntemi seçilirken genellikle aşağıdaki faktörler göz önünde bulundurulur:
- Bileşen türü: Yüzey montajlı bileşenler (SMT) için yeniden akış lehimleme tercih edilirken, delikli bileşenler (THT) için genellikle dalga lehimleme kullanılır.
- Bileşen yoğunluğu ve boyutu: Reflow lehimleme, yüksek yoğunluklu ve küçük bileşenler için daha uygunken, dalga lehimleme daha büyük boyutlu ve yüksek güçlü bileşenler için daha iyidir.
- Üretim verimliliği: Hem reflow lehimleme hem de dalga lehimleme, tam otomatikleştirildiğinde yüksek verimlilik sunar.
- Kalite gereksinimleri: Sıkı lehimleme kalitesi gerekiyorsa, sıkı bir şekilde kontrol edilen sıcaklık ortamında reflow lehimleme önerilir.
Özetle, yeniden akış lehimleme ve dalga lehimlemenin her ikisinin de kendine özgü avantajları vardır. Bunlar arasında yapılacak seçim, ürünün özel gereksinimlerine ve üretim koşullarına bağlıdır. Elektronik imalat sektörü sürekli gelişmektedir ve yeni lehimleme teknolojileri ile ekipmanlarının ortaya çıkmasıyla birlikte, değişen üretim ihtiyaçlarını karşılamak için sürekli öğrenme ve uyum sağlama hayati önem taşımaktadır
Dalga Lehimleme ve Seçici Lehimleme
Seçici dalga lehimleme, diğer adıyla seçici lehimleme, geleneksel dalga lehimlemeden farklıdır. Geleneksel dalga lehimlemede, PCB'nin tüm yüzeyi akı ile kaplanır ve lehimleme sırasında PCB'nin lehim yüzeyi erimiş lehime tamamen daldırılır. Ancak, seçici dalga lehimleme farklıdır. Bu yöntem, akı püskürtme konumu, lehimleme süresi ve dalga yüksekliği gibi PCB üzerindeki her bir lehim bağlantısı için lehimleme parametrelerinin ayarlanmasına olanak tanır. Bu, seçici dalga lehimlemenin akıyı yalnızca lehim noktalarına uygulayabileceği, gereksiz akı uygulamasını önleyebileceği ve yalnızca lehimleme alanının lehimle temas etmesini sağlayabileceği anlamına gelir.
Seçici dalga lehimlemenin avantajları şunlardır:
- Daha az akı kullanımı: Akıyı yalnızca lehim noktalarına seçici olarak uygulayarak, akı tüketimi en aza indirilir. Bu, maliyet tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda akı kalıntılarının oluşumunu da azaltır.
- Daha düşük lehim tüketimi: Sadece lehimleme alanı lehimle temas ettiğinden, seçici dalga lehimleme lehim kullanımını azaltır.
- Daha az lehim cürufu: Seçici dalga lehimleme ile, odaklanmış lehimleme süreci sayesinde lehim cürufu oluşumu en aza indirilir.
- Kompakt boyut ve çok yönlülük: Seçici dalga lehimleme makineleri kompakttır ve yerleşik bir çalışma masası ile birlikte gelir, bu da çeşitli PCB şekillerine uyum sağlamalarına olanak tanır. Bu, birden fazla fikstür ihtiyacını ortadan kaldırır ve ekipman alanından tasarruf sağlar.
Bununla birlikte, seçici dalga lehimlemenin bazı dezavantajları da vardır:
- Daha yüksek maliyet: Seçici dalga lehimleme ekipmanı, gelişmiş teknolojisi ve yetenekleri nedeniyle geleneksel dalga lehimleme makinelerine kıyasla daha pahalı olma eğilimindedir.
- Daha düşük verimlilik: Her lehim bağlantısı özel programlama ve kontrol gerektirdiğinden, seçici dalga lehimlemenin verimliliği geleneksel dalga lehimlemeye kıyasla nispeten daha düşüktür.
Genel olarak, seçici dalga lehimleme, daha az akı kullanımı, daha düşük lehim tüketimi ve kompakt boyut gibi çeşitli avantajlar sunar. Ancak, özel yapısı ve gelişmiş teknolojisi nedeniyle geleneksel dalga lehimlemeye kıyasla daha yüksek maliyet ve daha düşük verimlilik ile gelir.
Dalga Lehimlemenin Gelişim Eğilimleri
Delikli bileşenlerin yerini alan yüzey montaj teknolojisinin (SMT) yaygınlaşmasıyla birlikte, birçok büyük ölçekli elektronik uygulamada dalga lehimleme, büyük ölçüde yeniden akış lehimleme ile yer değiştirmiştir. Bununla birlikte, büyük güç cihazları, yüksek pimli konektörler gibi SMT’nin uygun olmadığı belirli alanlarda veya basit delikli teknolojinin hakim olduğu sektörlerde dalga lehimlemeye hâlâ önemli bir talep bulunmaktadır.
Seçici lehimleme gibi diğer lehimleme yöntemlerinin kullanımının artmasına rağmen, dalga lehimleme hala kendine özgü avantajlarını korumaktadır ve bu da onu PCB montajı için uygun bir seçenek haline getirmektedir.
