درک SMT PCB Solder Bridging: علل، پیشگیری و راه حل ها

پل لحیم کاری SMT یک چالش رایج است که سازندگان لوازم الکترونیکی در طول فرآیند مونتاژ با آن مواجه می شوند. این پدیده زمانی رخ می دهد که لحیم کاری سهوا دو جزء مجاور یا ناحیه رسانا را به هم متصل می کند و در نتیجه اتصال کوتاه یا عملکرد به خطر می افتد.در این مقاله، پیچیدگی‌های پل‌های لحیم کاری SMT، از جمله علل، اقدامات پیشگیرانه و راه‌حل‌های موثر را بررسی خواهیم کرد.

1. SMT PCB Solder Bridge چیست:

پل لحیم کاری SMT همچنین به عنوان "لحیم کاری کوتاه" یا "پل لحیم کاری" شناخته می شود، در هنگام مونتاژ اجزای فناوری نصب سطحی (SMT) روی برد مدار چاپی (PCB) رخ می دهد. در SMT، قطعات مستقیماً روی سطح PCB نصب می شوند و از خمیر لحیم کاری برای ایجاد اتصالات الکتریکی و مکانیکی بین قطعه و PCB استفاده می شود. در طول فرآیند لحیم کاری، خمیر لحیم کاری روی پدهای PCB و سرنخ های قطعات SMT اعمال می شود. سپس PCB گرم می شود و باعث ذوب شدن و جاری شدن خمیر لحیم می شود و پیوندی بین قطعه و PCB ایجاد می کند.

2. علل پل لحیم کاری SMT PCB:

پل لحیم کاری SMT زمانی اتفاق می افتد که در حین مونتاژ، یک اتصال ناخواسته بین لنت ها یا سرنخ های مجاور روی برد مدار چاپی (PCB) ایجاد شود. این پدیده می تواند منجر به اتصال کوتاه، اتصالات نادرست و خرابی کلی تجهیزات الکترونیکی شود.

پل های لحیم کاری SMT ممکن است به دلایل مختلفی از جمله حجم ناکافی خمیر لحیم کاری، طراحی شابلون نادرست یا نامناسب، جریان مجدد اتصال لحیم کاری ناکافی، آلودگی PCB و باقیمانده شار بیش از حد ایجاد شوند.مقدار ناکافی خمیر لحیم کاری یکی از دلایل ایجاد پل های لحیم کاری است. در طول فرآیند چاپ شابلون، خمیر لحیم کاری روی پدهای PCB و سرنخ های اجزا اعمال می شود. اگر خمیر لحیم کاری را به اندازه کافی اعمال نکنید، ممکن است در نهایت با ارتفاع ایستاده کم مواجه شوید، به این معنی که فضای کافی برای خمیر لحیم وجود نخواهد داشت تا به درستی قطعه را به لنت متصل کند. این می تواند منجر به جداسازی نامناسب اجزا و تشکیل پل های لحیم کاری بین اجزای مجاور شود. طراحی نادرست شابلون یا ناهماهنگی نیز می تواند باعث ایجاد پل لحیم کاری شود.

شابلون های طراحی نادرست می توانند باعث رسوب ناهموار خمیر لحیم در هنگام استفاده از خمیر لحیم شوند. این به این معنی است که ممکن است در برخی مناطق خمیر لحیم کاری بیش از حد و در مناطق دیگر بسیار کم باشد.رسوب نامتعادل خمیر لحیم کاری می تواند باعث ایجاد پل لحیم بین اجزای مجاور یا مناطق رسانا روی PCB شود. به همین ترتیب، اگر شابلون در حین استفاده از خمیر لحیم کاری به درستی تراز نشود، می تواند باعث شود که رسوبات لحیم به هم نخورده و پل های لحیم کاری را تشکیل دهند.

جریان ناکافی اتصال لحیم کاری یکی دیگر از دلایل پل زدن لحیم است. در طول فرآیند لحیم کاری، PCB با خمیر لحیم کاری تا دمای خاصی گرم می شود تا خمیر لحیم ذوب شده و جریان پیدا کند و اتصالات لحیم ایجاد شود.اگر مشخصات دما یا تنظیمات جریان مجدد به درستی تنظیم نشده باشد، خمیر لحیم ممکن است به طور کامل ذوب نشود یا به درستی جریان یابد. این می تواند منجر به ذوب ناقص و جدایی ناکافی بین لنت ها یا سرب های مجاور شود و در نتیجه پل لحیم کاری ایجاد شود.

آلودگی PCB یکی از دلایل رایج پل زدن لحیم کاری است. قبل از فرآیند لحیم کاری، آلاینده هایی مانند گرد و غبار، رطوبت، روغن یا بقایای شار ممکن است روی سطح PCB وجود داشته باشد.این آلاینده ها می توانند با خیس شدن و جریان مناسب لحیم کاری تداخل داشته باشند و ایجاد اتصالات ناخواسته بین لنت ها یا سرب های مجاور را برای لحیم کاری آسان تر می کنند.

باقی مانده شار بیش از حد نیز می تواند باعث تشکیل پل های لحیم کاری شود. Flux یک ماده شیمیایی است که برای حذف اکسیدها از سطوح فلزی و ترویج خیس شدن لحیم در حین لحیم کاری استفاده می شود.با این حال، اگر شار پس از لحیم کاری به اندازه کافی تمیز نشود، ممکن است باقیمانده ای باقی بماند. این باقیمانده ها می توانند به عنوان یک محیط رسانا عمل کنند و به لحیم کاری اجازه می دهند تا اتصالات ناخواسته و پل های لحیم کاری بین لنت ها یا سرنخ های مجاور روی PCB ایجاد کند.

3. اقدامات پیشگیرانه برای پل های لحیم کاری SMT PCB:

الف. بهینه سازی طراحی و تراز شابلون: یکی از عوامل کلیدی در جلوگیری از ایجاد پل های لحیم کاری، بهینه سازی طراحی شابلون و اطمینان از تراز مناسب در هنگام استفاده از خمیر لحیم کاری است.این شامل کاهش اندازه دیافراگم برای کنترل میزان خمیر لحیم کاری است که روی پدهای PCB قرار می گیرد. اندازه منافذ کوچکتر به کاهش احتمال پخش خمیر لحیم اضافی و ایجاد پل زدن کمک می کند. علاوه بر این، گرد کردن لبه‌های سوراخ‌های شابلون می‌تواند باعث آزاد شدن بهتر خمیر لحیم شود و تمایل لحیم کاری به پل زدن بین لنت‌های مجاور را کاهش دهد. پیاده‌سازی تکنیک‌های ضد پل، مانند گنجاندن پل‌ها یا شکاف‌های کوچک‌تر در طراحی شابلون، می‌تواند به جلوگیری از پل زدن لحیم کمک کند. این ویژگی های پیشگیری از پل یک مانع فیزیکی ایجاد می کند که جریان لحیم کاری را بین لنت های مجاور مسدود می کند و در نتیجه احتمال تشکیل پل لحیم کاری را کاهش می دهد. تراز مناسب الگو در طول فرآیند چسباندن برای حفظ فاصله مورد نیاز بین اجزا بسیار مهم است. ناهماهنگی منجر به رسوب ناهموار خمیر لحیم می شود که خطر ایجاد پل های لحیم کاری را افزایش می دهد. استفاده از یک سیستم تراز مانند سیستم بینایی یا تراز لیزری می تواند از قرار دادن دقیق شابلون اطمینان حاصل کند و وقوع پل لحیم کاری را به حداقل برساند.

ب. کنترل مقدار خمیر لحیم کاری: کنترل مقدار خمیر لحیم کاری برای جلوگیری از رسوب بیش از حد، که می تواند منجر به پل زدن لحیم شود، حیاتی است.هنگام تعیین مقدار بهینه خمیر لحیم باید چندین فاکتور را در نظر گرفت. این موارد عبارتند از: گام جزء، ضخامت شابلون، و اندازه پد. فاصله اجزاء نقش مهمی در تعیین مقدار کافی خمیر لحیم کاری مورد نیاز دارد. هرچه قطعات به یکدیگر نزدیکتر باشند، برای جلوگیری از پل زدن، خمیر لحیم کمتری نیاز است. ضخامت شابلون نیز بر میزان خمیر لحیم رسوب شده تأثیر می گذارد. شابلون‌های ضخیم‌تر خمیر لحیم بیشتری را رسوب می‌دهند، در حالی که شابلون‌های نازک‌تر خمیر لحیم کمتری را رسوب می‌دهند. تنظیم ضخامت شابلون با توجه به الزامات خاص مونتاژ PCB می تواند به کنترل مقدار خمیر لحیم کاری استفاده شده کمک کند. هنگام تعیین مقدار مناسب خمیر لحیم کاری باید اندازه لنت های روی PCB را نیز در نظر گرفت. لنت های بزرگتر ممکن است به حجم خمیر لحیم بیشتری نیاز داشته باشند، در حالی که لنت های کوچکتر ممکن است به حجم خمیر لحیم کمتری نیاز داشته باشند. تجزیه و تحلیل صحیح این متغیرها و تنظیم حجم خمیر لحیم بر این اساس می تواند به جلوگیری از رسوب بیش از حد لحیم کاری و به حداقل رساندن خطر پل زدن لحیم کمک کند.

ج. اطمینان از جریان مجدد اتصال لحیم کاری مناسب: دستیابی به جریان مجدد اتصال لحیم کاری مناسب برای جلوگیری از پل های لحیم کاری بسیار مهم است.این شامل اجرای پروفیل های دمایی مناسب، زمان ماندن و تنظیمات جریان مجدد در طول فرآیند لحیم کاری است. مشخصات دما به چرخه های گرمایش و سرمایش اشاره دارد که PCB در طول جریان مجدد طی می کند. مشخصات دمای توصیه شده برای خمیر لحیم کاری خاص مورد استفاده باید رعایت شود. این امر ذوب شدن کامل و جریان خمیر لحیم کاری را تضمین می کند و امکان خیس شدن مناسب سرنخ های اجزا و لنت های PCB را فراهم می کند و از جریان مجدد ناکافی یا ناقص جلوگیری می کند. زمان ماندن، که به زمانی که PCB در معرض دمای اوج جریان مجدد قرار می گیرد، نیز باید به دقت در نظر گرفته شود. زمان ماند کافی به خمیر لحیم اجازه می دهد تا کاملاً مایع شود و ترکیبات بین فلزی مورد نیاز را تشکیل دهد و در نتیجه کیفیت اتصال لحیم را بهبود بخشد. زمان ماند ناکافی منجر به ذوب ناکافی و در نتیجه اتصالات لحیم کاری ناقص و افزایش خطر پل های لحیم کاری می شود. تنظیمات جریان مجدد، مانند سرعت نوار نقاله و دمای پیک، باید بهینه شود تا از ذوب و انجماد کامل خمیر لحیم اطمینان حاصل شود. کنترل سرعت نوار نقاله برای دستیابی به انتقال حرارت کافی و زمان کافی برای جریان و جامد شدن خمیر لحیم کاری بسیار مهم است. دمای پیک باید در حد بهینه برای خمیر لحیم کاری خاص تنظیم شود و از جریان مجدد کامل بدون ایجاد رسوب یا پل زدن زیاد لحیم اطمینان حاصل شود.

D. مدیریت تمیزی PCB: مدیریت صحیح تمیزی PCB برای جلوگیری از پل زدن لحیم کاری بسیار مهم است.آلودگی روی سطح PCB می تواند در خیس شدن لحیم کاری اختلال ایجاد کند و احتمال تشکیل پل لحیم کاری را افزایش دهد. حذف آلاینده ها قبل از فرآیند جوشکاری بسیار مهم است. تمیز کردن کامل PCB ها با استفاده از عوامل و تکنیک های تمیز کننده مناسب به حذف گرد و غبار، رطوبت، روغن و سایر آلاینده ها کمک می کند. این تضمین می کند که خمیر لحیم به درستی لنت های PCB و سرنخ های قطعات را خیس می کند و احتمال ایجاد پل های لحیم کاری را کاهش می دهد. علاوه بر این، نگهداری و جابجایی مناسب PCBها، و همچنین به حداقل رساندن تماس انسانی، می تواند به حداقل رساندن آلودگی و تمیز نگه داشتن کل فرآیند مونتاژ کمک کند.

E. بازرسی پس از لحیم کاری و دوباره کاری: انجام یک بازرسی بصری کامل و بازرسی نوری خودکار (AOI) پس از فرآیند لحیم کاری برای شناسایی هر گونه مشکل پل زدن لحیم کاری حیاتی است.تشخیص سریع پل های لحیم کاری باعث می شود تا قبل از ایجاد مشکلات یا خرابی های بیشتر، دوباره کاری و تعمیرات به موقع انجام شود. بازرسی بصری شامل بازرسی کامل اتصالات لحیم کاری برای شناسایی هر گونه نشانه ای از پل زدن لحیم است. ابزارهای بزرگ‌نمایی، مانند میکروسکوپ یا لوپ، می‌توانند به تشخیص دقیق وجود بریج دندان کمک کنند. سیستم‌های AOI از فناوری بازرسی مبتنی بر تصویر برای شناسایی و شناسایی خودکار عیوب پل لحیم کاری استفاده می‌کنند. این سیستم ها می توانند به سرعت PCB ها را اسکن کنند و تجزیه و تحلیل دقیقی از کیفیت اتصال لحیم کاری، از جمله وجود پل، ارائه دهند. سیستم‌های AOI به‌ویژه در تشخیص پل‌های لحیم کاری کوچک‌تر و به سختی پیدا می‌شوند که ممکن است در طول بازرسی بصری از دست بروند. هنگامی که یک پل لحیم کاری کشف شد، باید بلافاصله دوباره کار و تعمیر شود. این شامل استفاده از ابزار و تکنیک های مناسب برای حذف لحیم کاری اضافی و جداسازی اتصالات پل است. انجام اقدامات لازم برای اصلاح پل های لحیم کاری برای جلوگیری از مشکلات بیشتر و اطمینان از قابلیت اطمینان محصول نهایی بسیار مهم است.

4. راه حل های موثر برای SMT PCB Solder Bridge:

الف. لحیم کاری دستی: برای پل های لحیم کاری کوچکتر، حذف دستی لحیم کاری راه حل موثری است، با استفاده از یک آهن لحیم کاری با نوک ریز زیر ذره بین برای دسترسی و برداشتن پل لحیم کاری.این فناوری برای جلوگیری از آسیب رساندن به اجزای اطراف یا مناطق رسانا نیاز به رسیدگی دقیق دارد. برای برداشتن پل های لحیم کاری، نوک هویه لحیم کاری را گرم کنید و با احتیاط آن را روی لحیم اضافی قرار دهید، آن را ذوب کرده و از مسیر خارج کنید. برای جلوگیری از ایجاد آسیب، اطمینان از عدم تماس نوک آهن لحیم کاری با سایر اجزا یا مناطق بسیار مهم است. این روش در جاهایی که پل لحیم کاری قابل رویت و در دسترس است بهترین کار را دارد و باید دقت کرد که حرکات دقیق و کنترل شده انجام شود.

ب- استفاده از آهن لحیم کاری و سیم لحیم کاری برای کار مجدد: کار مجدد با استفاده از آهن لحیم کاری و سیم لحیم کاری (که به عنوان قیطان لحیم کاری نیز شناخته می شود) راه حل موثر دیگری برای از بین بردن پل های لحیم کاری است.فیتیله لحیم کاری از سیم مسی نازک با روکش شار برای کمک به فرآیند لحیم کاری ساخته شده است. برای استفاده از این تکنیک، یک فتیله لحیم کاری روی لحیم اضافی قرار می گیرد و گرمای آهن لحیم کاری به فتیله لحیم کاری اعمال می شود. گرما لحیم کاری را ذوب می کند و فتیله لحیم مذاب را جذب می کند و در نتیجه آن را از بین می برد. این روش برای جلوگیری از آسیب رساندن به اجزای ظریف نیازمند مهارت و دقت است و باید از پوشش کافی هسته لحیم کاری روی پل لحیم کاری اطمینان حاصل کرد. ممکن است لازم باشد این فرآیند چندین بار تکرار شود تا لحیم کاملاً جدا شود.

ج- تشخیص و حذف خودکار پل لحیم کاری: سیستم های بازرسی پیشرفته مجهز به فناوری بینایی ماشین می توانند به سرعت پل های لحیم کاری را شناسایی کرده و از طریق گرمایش لیزری موضعی یا فناوری جت هوا، حذف آنها را تسهیل کنند.این راه حل های خودکار دقت و کارایی بالایی را در تشخیص و حذف پل های لحیم کاری ارائه می دهند. سیستم‌های بینایی ماشین از دوربین‌ها و الگوریتم‌های پردازش تصویر برای تجزیه و تحلیل کیفیت اتصالات لحیم کاری و تشخیص هر گونه ناهنجاری از جمله پل‌های لحیم کاری استفاده می‌کنند. پس از شناسایی، سیستم می تواند حالت های مداخله مختلفی را راه اندازی کند. یکی از این روش ها گرمایش لیزری موضعی است که در آن از لیزر برای گرم کردن و ذوب انتخابی پل لحیم کاری استفاده می شود تا بتوان به راحتی آن را جدا کرد. روش دیگر شامل استفاده از یک جت هوای متمرکز است که جریان هوای کنترل شده ای را اعمال می کند تا لحیم اضافی را بدون تأثیر بر اجزای اطراف از بین ببرد. این سیستم های خودکار در زمان و تلاش صرفه جویی می کنند و در عین حال نتایج ثابت و قابل اعتمادی را تضمین می کنند.

د- استفاده از لحیم کاری موج انتخابی: لحیم کاری موج انتخابی یک روش پیشگیرانه است که خطر ایجاد پل های لحیم کاری را در حین لحیم کاری کاهش می دهد.بر خلاف لحیم کاری موجی سنتی، که کل PCB را در موجی از لحیم مذاب غوطه ور می کند، لحیم کاری موج انتخابی فقط لحیم کاری مذاب را در مناطق خاصی اعمال می کند و از اجزای یا مناطق رسانا که به راحتی پل می شوند، عبور می کند. این فناوری با استفاده از یک نازل دقیق کنترل شده یا موج جوش متحرک که ناحیه جوش مورد نظر را هدف قرار می دهد، به دست می آید. با استفاده از لحیم کاری انتخابی، خطر پخش و پل زدن بیش از حد لحیم کاری به میزان قابل توجهی کاهش می یابد. لحیم کاری موج انتخابی به ویژه روی PCB هایی با طرح های پیچیده یا اجزای با چگالی بالا که خطر پل زدن لحیم کاری بالاتر است، موثر است. کنترل و دقت بیشتری را در طول فرآیند جوشکاری فراهم می کند و احتمال ایجاد پل های لحیم کاری را به حداقل می رساند.

به طور خلاصه، پل لحیم کاری SMT یک چالش مهم است که می تواند بر فرآیند تولید و کیفیت محصول در تولید الکترونیک تأثیر بگذارد. با این حال، با درک علل و انجام اقدامات پیشگیرانه، تولید کنندگان می توانند به طور قابل توجهی وقوع پل لحیم کاری را کاهش دهند. بهینه سازی طراحی شابلون بسیار مهم است زیرا از رسوب مناسب خمیر لحیم اطمینان می دهد و احتمال ایجاد پل زدن خمیر لحیم اضافی را کاهش می دهد. علاوه بر این، کنترل حجم خمیر لحیم و پارامترهای جریان مجدد مانند دما و زمان می‌تواند به تشکیل بهینه اتصال لحیم کاری و جلوگیری از پل زدن کمک کند. تمیز نگه داشتن سطح PCB برای جلوگیری از پل زدن لحیم کاری بسیار مهم است، بنابراین اطمینان از تمیز کردن مناسب و حذف هر گونه آلاینده یا باقی مانده از برد بسیار مهم است. روش‌های بازرسی پس از جوش، مانند بازرسی بصری یا سیستم‌های خودکار، می‌توانند وجود هر گونه پل لحیم کاری را تشخیص دهند و کار مجدد به موقع را برای حل این مشکلات تسهیل کنند. با اجرای این اقدامات پیشگیرانه و توسعه راه حل های موثر، تولیدکنندگان لوازم الکترونیکی می توانند خطر اتصال لحیم کاری SMT را به حداقل برسانند و از تولید دستگاه های الکترونیکی قابل اعتماد و با کیفیت اطمینان حاصل کنند. یک سیستم کنترل کیفیت قوی و تلاش‌های بهبود مستمر نیز برای نظارت و حل مشکلات مکرر پل لحیم کاری ضروری است. با برداشتن گام‌های صحیح، تولیدکنندگان می‌توانند کارایی تولید را افزایش دهند، هزینه‌های مرتبط با دوباره کاری و تعمیرات را کاهش دهند و در نهایت محصولاتی را ارائه دهند که انتظارات مشتری را برآورده می‌کند یا فراتر از آن است.