SMD lehim nasıl yapılır ?

SMD elemanları Küçük ve hassas yapıları nedeniyle  lehimlenme ve sökülme işlemleri için özel olarak tasarlanmış lehimleme istasyonları ve malzemeleri kullanılmaktadır. Bu elemanların baskı devre üzerine geçecek ayakları bulunmadığından devre üzerine yerleştirilmeleri ve lehimlenmeleri özel teknikler gerektirmektedir. Seri üretim aşamalarında bu işlemler otomatik çalışan makineler tarafından gerçekleştirilmektedir.

dizgi-makinasi

Kart üzerinde el ile lehimleme için ise havya, ısıtıcı, yapıştırıcı, sıvı lehim, flux (temizleyici pasta) gibi malzemeler kullanılır.

smd-lehim-istasyonu

SMD elemanların lehimlenmesi ve sökülmesi için birçok çeşit havya kullanılmaktadır. Bu havyaların bir kısmı direkt ısıtma yaparken, bir kısmı sıcak hava üfleyerek ısıtma yapmaktadır. Resimde bu havyalardan ikisi görülmektedir.

smd-lehim-havaysi

SMD Elemanı Lehimleme

Otomatik üretim aşamalarında öncelikle kart dizaynı yapılır ve her elemanın referans noktası belirlenir. Kart yüzeyi kalay kaplanır. Kartın görüntüsü lazerle kesim yapılarak ya da indirme tekniği ile ince bir malzeme üzerine işlenir. Bu işlem lazer kesimlerde bir çelik sac üzerine, indirme yöntemiyle ise fosfor bronz denilen bir malzeme üzerine yapılır. Daha sonra fosfor bronz bir ipek kasnak üzerine gerilir. Böylece şablon elde edilmiş olur.

Elektronik lehim pastaları elektriksel bağlantı kurmakta ve yüzeye monte elemanları devre kartına mekanik olarak bağlamakta kullanılır. Yapışkan lehim pastası, eriyip kalıcı bir bağlantı sağlamadan önce “yapıştırıcı” gibi davranır. Lehim pastası, bir organik taşıyıcı madde ve mikron boyutunda metal alaşım (elektronik sınıfı ürünlerde tipik olarak 20 -45 mikron) dan oluşur. Oran genellikle hacim olarak 50:50’dir. Esas olarak doğal reçineden oluşan taşıyıcı, pastaya bazı akış özellikleri kazandırır ve alaşımı taşıma görevi yapar. Alaşım parçaları eridiğinde kesintisiz bir lehim oluşturarak yapışmayı sağlar. Elektronik lehim alaşımları normalde kalay, kurşun ve gümüş alaşımlarıdır.

Bu haldeki lehim devre kartına şablon, ekran veya şırıngadan tatbik sistemleriyle uygulanabilir. Genel olarak en yaygın kullanılan lehim pastası uygulama yöntemi şablon baskıdır. Pasta, karta metal bir şablondaki deliklerden uygulanır. Baskı işlemi genel olarak otomatiktir, fakat el ile de yapılabilir.

Pasta uygulandıktan sonra, elemanlar karta yerleştirilebilir ve montajın bütünü bir ısı kaynağından geçirilir (genellikle IR fırını). Lehim pastası erirken, taşıyıcı lehimlenecek yüzeyleri temizler (yani eleman bacakları ve kart yüzeyindeki iletkenler). Ayrıca, mikron büyüklüğündeki alaşımların küçük yüzeylerini de yüksek erime sıcaklıklarında oluşan yüzey oksitlerinden temizler (elektronik sınıfı ürünlerde 183 °C’den fazla).

Taşıyıcı tüm eritme aşaması boyunca temizlemeye devam eder. Alaşım bağlantıyı kurduğunda, geriye taşıyıcı artıkları kalır. Artık temizliği gerekmiyorsa işlem tamamdır. Bu artıklar yıkanarak temizlenir veya “temizlenmeyen” tür pastalarda kart yüzeyinde bırakılabilir. “Temizlenmeyen” artıklar devrenin işlevsel bütünlüğüne zarar vermez ve bir temizleme sistemi ihtiyacını ortadan kaldırır.

Elektronik uygulamaları için lehim pastaları aşağıdaki ihtiyaçlara uygun olmalıdır:

  •   Kontrollü, ince kıvamlı uygulama mümkün olmalı
  •   Tutarlı ve tekrar edilebilir baskı kalitesi (yayılma yapmaması) olmalı
  •   Yeterli şablon ömrü olmalı
  •   Yüksek tutunma kuvveti olmalı
  •   Fırın sonrası parlak görünüm olmalı
  •   Güvenilir elektriksel özellikler olmalı
  •   Temizlenebilir veya “temizlenmeyen” artıklar
  •   Zehirli olmamalı
  •   En az 6 ay raf ömrü olmalıLehim pastası işleminin kritik adımı pastanın yüzeye çökeltilmesidir. Bu ilk adım sonraki işlem etaplarının kaderini belirler. Lehim pastası ve uygulama aksesuarlarının dikkatli seçimi hayati önem taşır. Bu adımın başarısını en çok etkileyen faktörler şunlardır:
  •  Şablon açıklık oranı: Pastanın şablondan kolay ayrılması için şablon kalınlığı, şablon üzerindeki en küçük aralıktan çok daha ince olmalıdır.
    •   Ispatula tipi: Metal ıspatulalar lastik olanlardan daha iyidir, çünkü deliklerin içindeki pastayı kazıyıp dışarı almazlar.
    •   Baskı hızı: Kullanılan pastanın kapasitesini bilmek önemlidir. Birçok kullanıcı 30 mm/sn’den düşük hızlarda çalışır. Eğer pasta özellikle yüksek hızda baskı için üretilmemişse, yüksek hızlarda baskı kalitesi bozulabilir.
    •   Temaslı baskı: Şablonun alt yüzeyine pasta bulaşmamasını sağlamak önemlidir. Bu, aşırı lehim pastası sarfiyatına ve kötü baskı kalitesine yol açar.
    1. Eleman yerleştirme aşaması, elemanların karta yerleştirilmesini kapsar. Lehim pastasının yapışkan bir yapısı vardır, bu şekilde elemanları bir sonraki aşamaya kadar yerinde tutar.Eritme işleminde lehim şekil değiştirir. Yüksek sıcaklıkta, alaşım erime sıcaklığının üstüne çıkar ve tüm mikron boyutundaki lehim parçacıkları birbirine kaynayarak sürekli bir lehim kütlesi oluşturur. İşlem, kontrollü şekilde ısı uygulamaktan ibarettir ve 4 adım veya bölgede tanımlanabilir.
      •   Ön-ısıtma bölgesi (140°C’ye kadar): Lehim pastasının uçucu bileşenleri yavaşça ayrılır.
      •   Tutma bölgesi (150 – 170 °C): Kart ve elemanlar denge sıcaklığına ulaşır ve taşıyıcı bileşenler aktive edilir.
      •   Erime: Alaşım erime noktasına ulaşır ve lehim bağlantıları kurulur. Alaşım180 °C civarında erir.
      •   Soğuma: İyi bir metalik yapı oluşturmak için bağlantılar hızla soğutulur.Kart bu aşamadan geçtikten sonra montaj tamamlanmıştır. Eğer bir yıkama gerekiyorsa (suyla yıkanabilen lehim pastalarında olduğu gibi), bu işlem hat üzerinde veya üretim elverdiği kadar beklenip daha sonra yapılabilir.SMD elemanın lehimlenmesi için;
      •   Eğer kart üzerinden bir eleman sökülmüş ise, kart yüzeyindeki terminallerdeki lehimler temizlenmelidir.
      •   Kart yüzeyine veya elemanın ayaklarına krem halinde lehim uygulanmalıdır.
      •   Kart ön ısıtmaya tâbi tutulmalıdır.
      •   Lehimleme işlemi uygulanmalıdır.
      •   Kart yüzeyi, kartı uzun dönemde pastanın korezif etkisinden korumak içintemizlenmelidir.
      •   Baskı devre kartı test edilmelidir.Ön ısıtmada tavsiye edilen sıcaklık artışı 2°C/s geçmemelidir. Aksi durumda özellikle seramik paketler çatlayıp özelliklerini yitirecek ve daha da önemlisi termal genleşme kat sayıları farklı olan çeşitli malzemelerin katmanlarından oluşan baskı devre kartı, katmanlarına ayrılarak işlevini yitirebilmektedir.

    Lehimleme esnasında elemanın tamamı ısıya maruz kalıyor ise eleman sıcaklığının saniyede 5 °C (5 °C/s) den fazla artması elemanın daha montajı yapılmadan aşırı sıcaklık artışı sonucu bozulmasına neden olur. Yine aynı şekilde işlem esnasında elemanların 220 °C ve üzerindeki sıcaklığa 10 saniyeden fazla maruz kalması durumunda elemanlar işlevlerini yitirebilmektedirler. Bu durumda kartın tekrar tamir görmesi gerekmektedir. Kart üzerinde tekrarlanan tamir işlemleri de kartın güvenilirliğini sürekli azaltır.

    Lehimleme esnasında ısıtma işleminde yüksek sıcaklıklarda kart üzerindeki sıcaklık gradyanının 25°C den fazla olması, karta, elemanlara ve lehim bağlantılarına zarar verir. Aynı eleman üç defadan fazla sökülüp her seferinde yerine yenisi takılsa bile bu uygulama kartın güvenilirliğini azaltan en önemli etkendir. Kart üzerindeki aynı elemanın üçten fazla tamir görmesi istenmez. Daha fazla sayıda tamir mümkün olmakla birlikte baskı devre kartının güvenilirliği kesinlikle yitirilir. Lehimleme esnasında yüksek sıcaklıkların kullanılması ve işlemin uygulama süresinin uzatılması lehim iç yapısında büyüme oluşturur. Bu oluşum lehim bağlantı noktasında kırılganlığı artırdığı için bağlantının yorulma dayanımını azaltır. Sürekli sıcak-soğuk termal döngüsü sonucu yorulmaya maruz kalan kart üzerindeki lehim bağlantıları bir süre sonra işlevini yitirirler.

    Yüzey montaj teknolojisinde kullanılan baskı devre kartları çok değişik yapı ve katmanlara sahiptir. Ayrıca, kart yüzeyinde farklı boyut, özellik ve sayıda devre elemanları bulunmaktadır. Baskı devre kartlarının bu özelliği lehimleme/sökme esnasında her bölgeye uygulanacak ısı yükünü farklılaştırmaktadır. İşlem sırasında termostatlı havyalar kullanılmakla birlikte ısı yükü farklılığının değerlendirilerek işlemin uygun bir şekilde gerçekleştirilmesi çoğu zaman oldukça zordur. Örneğin, ısı yükü fazla olan bir havyanın ısı yükü az olan bir bölgede kullanımı o bölge yakınındaki elemanların lehimlerinin ergimesine veya ergime noktasına yaklaşmasına neden olur. İşlem gören elemana yakın bölgelerde sıcaklığın ergime noktasına yaklaşması lehimin iç yapısını bozar. İç yapıdaki bozulma lehim ve eleman arasındaki bağlantının bozulmasına neden olur. Bunun en büyük nedeni de sürekli ısınma-soğuma termal döngüleri sonucu oluşan iç gerilmelerden dolayı yapısı bozulan lehimde yorulma kırılması oluşmasıdır.

    Lehimleme işlemi sonrası hızlıca soğutulan lehim bağlantılarında daha küçük lehim tanecik boyutu oluştuğu için bağlantının yorulma dayanımı artmaktadır. Bununla birlikte çok hızlı soğutmadan kaçınmak gerekmektedir. Çok hızlı soğutma kart yüzeyinde tercih edilmeyen sıcaklık gradyanı oluşturarak, kartın çarpılmasına neden olur. Çarpılma o bölgedeki tüm bağlantılarda daha sonraki dönemlerde kartın çalışmasını etkileyecek kalıcı zararlar oluşturur.

Benzer Yazılar

YAZAR : Admin

Elektronik Mühendisi / E.Üni. Kalibrasyon Lab. Sorumlusu / Biyomedikal Kalibrasyon Laboratuvarı Sorumlu Müdürü (Sağ.Bak.) / X-Işınlı Görüntüleme Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) / Ultrason-Doppler Sistemleri Test Kontrol ve Kalibrasyon Uzmanı (Sağ.Bak.) - Hatalı veya kaldırılmasını istediğiniz sayfaları diyot.net@gmail.com bildirin

BU YAZIYI DA İNCELEDİNİZ Mİ ?

SMD Lehimlemek

Bilindiği gibi SMD (İngilizce: Surface Mount Device, Türkçe: Yüzeye Monte Edilebilen Eleman) parça kullanımı gittikçe …

Bir cevap yazın