การเปรียบเทียบระหว่างการบัดกรีแบบคลื่นและการบัดกรีแบบรีโฟลว์

ในขณะที่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ให้ความสำคัญกับน้ำหนักเบา ความเร็วสูง และประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้น กระบวนการผลิตในแต่ละขั้นตอนจึงต้องสอดคล้องกับแนวคิดดังกล่าว ซึ่งรวมถึงการประกอบแผงวงจรพิมพ์ด้วยเช่นกัน การบัดกรีมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในการกำหนดความสำเร็จของผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์ เนื่องจากการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพเกิดจากการบัดกรีที่แม่นยำ เมื่อเปรียบเทียบกับการบัดกรีด้วยมือซึ่งยังคงเป็นที่นิยมในหมู่นักเล่นอิเล็กทรอนิกส์บางกลุ่ม การบัดกรีแบบอัตโนมัติได้รับการเลือกใช้อย่างแพร่หลายเนื่องจากมีความแม่นยำและความเร็วสูง ตลอดจนตอบโจทย์การผลิตปริมาณมากและความคุ้มค่าด้านต้นทุน ในฐานะเทคโนโลยีการบัดกรีชั้นนำสำหรับงานประกอบ การบัดกรีแบบคลื่นและการบัดกรีแบบรีโฟลว์ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายที่สุดเพื่อช่วยให้ได้การประกอบที่มีคุณภาพสูง อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีทั้งสองมักถูกสับสน และความแตกต่างระหว่างกันก็มักทำให้หลายคนงงงวย อีกทั้งช่วงเวลาที่ควรเลือกใช้งานแต่ละแบบก็ยังไม่ชัดเจนอีกด้วย

พื้นหลัง

ก่อนที่จะทำการเปรียบเทียบอย่างเป็นทางการระหว่างการบัดกรีแบบคลื่นและการบัดกรีแบบรีโฟลว์ สิ่งสำคัญคือต้องทำความเข้าใจความแตกต่างระหว่างการบัดกรี การเชื่อม และการประสาน

โดยสรุปแล้ว การเชื่อมหมายถึงกระบวนการที่ทำให้โลหะสองชิ้นที่มีลักษณะคล้ายกันหลอมละลายเพื่อให้ยึดติดกัน การประสานหมายถึงกระบวนการที่ทำให้โลหะสองชิ้นยึดติดกันโดยการให้ความร้อนและหลอมละลายวัสดุเติม ซึ่งเรียกได้ว่าเป็นโลหะผสม ที่อุณหภูมิสูง ส่วนการบัดกรีนั้นแท้จริงแล้วเป็นการประสานที่อุณหภูมิต่ำ และวัสดุเติมของมันเรียกว่าตะกั่วบัดกรี

เมื่อพูดถึงการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) การบัดกรีจะทำผ่านตัวกลางชนิดหนึ่งที่เรียกว่าบัดกรีแบบครีม (solder paste) การบัดกรีโดยใช้บัดกรีแบบครีมที่มีสารอันตราย เช่น ตะกั่ว ปรอท เป็นต้น เรียกว่าการบัดกรีแบบมีตะกั่ว ในขณะที่การบัดกรีโดยใช้บัดกรีแบบครีมที่ไม่มีสารอันตราย เรียกว่าการบัดกรีปลอดตะกั่วการบัดกรีด้วยตะกั่วหรือปลอดตะกั่วควรถูกเลือกตามความต้องการเฉพาะของผลิตภัณฑ์ที่แผงวงจรพิมพ์ประกอบแล้วถูกออกแบบมาให้ทำงานร่วมกับ

การบัดกรีแบบคลื่น

• คำจำกัดความ

ตามชื่อที่ระบุไว้ การบัดกรีแบบคลื่นถูกใช้เพื่อเชื่อมต่อแผงวงจรพิมพ์ (PCB) และชิ้นส่วนต่าง ๆ ผ่าน “คลื่น” ของของเหลวที่เกิดจากการกวนด้วยมอเตอร์ และของเหลวนั้นก็คือดีบุกหลอมเหลวจริง ๆ กระบวนการนี้ดำเนินการในเครื่องบัดกรีแบบคลื่น ภาพด้านล่างแสดงตัวอย่างเครื่องบัดกรีแบบคลื่น

• กระบวนการบัดกรี

กระบวนการบัดกรีแบบคลื่นประกอบด้วยสี่ขั้นตอน: การพ่นฟลักซ์ การอุ่นล่วงหน้า การบัดกรีแบบคลื่น และการทำให้เย็นลง

ขั้นตอนที่หนึ่ง: การพ่นฟลักซ์ความสะอาดของพื้นผิวโลหะเป็นปัจจัยพื้นฐานที่ทำให้มั่นใจได้ถึงประสิทธิภาพการบัดกรี ซึ่งขึ้นอยู่กับการทำงานของฟลักซ์บัดกรี ฟลักซ์บัดกรีมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำเนินกระบวนการบัดกรีให้ราบรื่น หน้าที่หลักของฟลักซ์บัดกรีประกอบด้วย:
1) เพื่อกำจัดออกไซด์ออกจากพื้นผิวโลหะของแผ่นวงจรและขาของคอมโพเนนต์
2) เพื่อป้องกันไม่ให้แผงวงจรเกิดการออกซิเดชันซ้ำระหว่างกระบวนการให้ความร้อน
3) เพื่อช่วยลดแรงตึงผิวของครีมบัดกรี
4) เพื่อถ่ายเทความร้อน

ขั้นตอนที่สอง: อุ่นล่วงหน้าบนพาเลทตามแนวสายพานลำเลียง แผงวงจรพิมพ์ (PCB) จะเคลื่อนที่ผ่านอุโมงค์ความร้อนเพื่อทำการอุ่นล่วงหน้าและกระตุ้นฟลักซ์

ขั้นตอนที่สาม: การบัดกรีแบบคลื่นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง บัดกรีแบบครีมจะกลายเป็นของเหลว เกิดเป็นคลื่นซึ่งที่ขอบของคลื่นนั้น แผงวงจรจะเคลื่อนที่ผ่านด้านบน และทำให้ชิ้นส่วนต่าง ๆ สามารถยึดติดกับแผงวงจรได้อย่างมั่นคง

ขั้นตอนที่สี่: การทำให้เย็นลงโปรไฟล์การบัดกรีแบบคลื่นเป็นไปตามเส้นโค้งอุณหภูมิ เมื่ออุณหภูมิถึงค่าสูงสุดในขั้นตอนการบัดกรีแบบคลื่น จากนั้นอุณหภูมิจะลดลง ซึ่งเรียกว่าโซนทำความเย็น หลังจากถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิห้อง แผงวงจรจะถูกประกอบสำเร็จ

เมื่อแผงวงจรถูกวางบนพาเลทพร้อมที่จะผ่านกระบวนการบัดกรีแบบคลื่น เวลาและอุณหภูมิมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับประสิทธิภาพการบัดกรี ในแง่ของเวลาและอุณหภูมิ เครื่องบัดกรีแบบคลื่นระดับมืออาชีพจึงมีความจำเป็นอย่างยิ่ง ขณะที่ความเชี่ยวชาญและประสบการณ์ของผู้ประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB)มักจะหาได้ยาก เนื่องจากขึ้นอยู่กับการสั่งสมมาหลายปี การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีที่ทันสมัย และการมุ่งเน้นด้านธุรกิจ

หากตั้งอุณหภูมิต่ำเกินไป ฟลักซ์จะไม่หลอมละลาย ทำให้ไม่สามารถคงสภาพความไวต่อปฏิกิริยา ความสามารถในการเกิดปฏิกิริยา และความสามารถในการละลายออกไซด์และสิ่งสกปรกบนผิวโลหะได้ นอกจากนี้ โลหะผสมจะไม่เกิดขึ้นจากฟลักซ์และโลหะหากอุณหภูมิไม่สูงเพียงพอ ยิ่งไปกว่านั้น ปัจจัยอื่น ๆ เช่น ความเร็วของสายพานลำเลียง เวลาในการสัมผัสกับคลื่น เป็นต้น ควรได้รับการพิจารณาและคำนวณด้วย

โดยทั่วไปแล้ว แม้ว่าจะใช้เครื่องบัดกรีแบบคลื่นชนิดเดียวกัน แต่ผู้ประกอบแต่ละรายอาจมีประสิทธิภาพการผลิตที่แตกต่างกันได้ เนื่องจากวิธีการปฏิบัติงานและระดับความเข้าใจเกี่ยวกับเครื่องบัดกรีที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่นPCBCart (ผู้ให้บริการประกอบแผงวงจรพิมพ์แบบครบวงจรจากประเทศจีน)วิศวกรใช้ฟิกซ์เจอร์เพื่อยึดชิ้นส่วน THT ให้แน่นก่อนการบัดกรีแบบคลื่น เพื่อให้ชิ้นส่วนทั้งหมดสามารถติดตั้งบนแผงวงจรได้อย่างแม่นยำ พร้อมทั้งลดข้อบกพร่องในการบัดกรีลงอย่างมาก

• ขอบเขตการใช้งาน

การบัดกรีแบบคลื่นสามารถใช้ได้กับการประกอบ THT (Through-hole Technology), DIP (dual-in-line packaging) และ SMT (Surface Mount Technology) โดยมักใช้กับแบบแรกมากกว่า

การบัดกรีแบบรีโฟลว์

• คำจำกัดความ

การบัดกรีแบบรีโฟลว์จะยึดติดชิ้นส่วนเข้ากับแผ่นรองบนแผงวงจรอย่างถาวร โดยเริ่มจากการยึดติดชั่วคราวด้วยครีมประสานบัดกรี ซึ่งจะถูกหลอมละลายด้วยลมร้อนหรือการนำความร้อนจากรังสีความร้อนประเภทอื่น ๆ ดังนั้นจึงสามารถพบวิธีการบัดกรีแบบรีโฟลว์ DIY ได้อย่างง่ายดาย เพียงแค่นำเครื่องปิ้งขนมปังหรือเตาอบมาใช้เป็นเตาอบรีโฟลว์แบบทำเองที่บ้านบน YouTube การบัดกรีแบบรีโฟลว์จะถูกดำเนินการในเครื่องบัดกรีแบบรีโฟลว์ซึ่งเรียกว่าเตาอบบัดกรีแบบรีโฟลว์

• กระบวนการบัดกรี

ตามคำจำกัดความของมัน ส่วนประกอบทางไฟฟ้าจะถูกยึดติดชั่วคราวกับแผ่นสัมผัสก่อนการบัดกรีจริงผ่านการใช้ครีมประสาน กระบวนการนี้ประกอบด้วยสองขั้นตอนหลัก ขั้นแรก ครีมประสานจะถูกปาดลงบนแต่ละแผ่นอย่างแม่นยำผ่านสเตนซิลครีมประสาน จากนั้นจึงวางชิ้นส่วนลงบนแผ่นด้วยเครื่องจัดวางชิ้นส่วนแบบอัตโนมัติ กระบวนการรีโฟลว์บัดกรีจริงจะยังไม่เริ่มต้นจนกว่าการเตรียมการเหล่านี้จะเสร็จสมบูรณ์

ขั้นตอนที่หนึ่ง: อุ่นล่วงหน้า. การทำความเข้าใจถึงความสำคัญของการอุ่นล่วงหน้าไม่ใช่งานที่ยากเมื่อเปรียบเทียบเตาอบบัดกรีรีโฟลว์กับเตาปิ้งขนมปังหรือเตาอบ สำหรับการอบขนมปังให้สุกดี เตาอบควรถูกอุ่นล่วงหน้า การอุ่นล่วงหน้ามีวัตถุประสงค์สองประการในระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์ ประการแรก ช่วยให้แผงวงจรที่ประกอบแล้วสามารถไปถึงอุณหภูมิที่ต้องการได้อย่างสม่ำเสมอและสอดคล้องกับโปรไฟล์ความร้อนอย่างเต็มที่ ประการที่สอง มีหน้าที่ช่วยผลักดันให้ตัวทำละลายที่ระเหยได้ซึ่งอยู่ในครีมประสานถูกขับออกไป มิฉะนั้นคุณภาพการบัดกรีอาจถูกลดทอนลง

ขั้นตอนที่สอง: การแช่ความร้อนเช่นเดียวกับการบัดกรีแบบคลื่น การบัดกรีแบบรีโฟลว์ก็ขึ้นอยู่กับฟลักซ์ที่บรรจุอยู่ในครีมบัดกรี ดังนั้นอุณหภูมิจึงต้องเพิ่มขึ้นจนถึงระดับที่ฟลักซ์สามารถถูกกระตุ้นได้ มิฉะนั้นฟลักซ์จะไม่สามารถทำหน้าที่อย่างมีประสิทธิภาพในกระบวนการบัดกรีได้

ขั้นตอนที่สาม: การบัดกรีแบบรีโฟลว์ในระยะนี้จะเป็นช่วงที่อุณหภูมิสูงสุดตลอดทั้งกระบวนการ อุณหภูมิสูงสุดทำให้ครีมประสานหลอมละลายและเกิดการรีโฟลว์ การควบคุมอุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญอย่างยิ่งในกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์ หากอุณหภูมิต่ำเกินไป ครีมประสานจะไม่สามารถรีโฟลว์ได้อย่างเพียงพอ ในขณะที่หากอุณหภูมิสูงเกินไป อาจทำให้ชิ้นส่วน SMT หรือแผ่นวงจรเสียหายได้ ตัวอย่างเช่น แพ็กเกจ BGA (ball grid array) มีบอลประสานจำนวนมากซึ่งจะหลอมละลายในระหว่างการบัดกรีแบบรีโฟลว์ หากอุณหภูมิการบัดกรีไม่ถึงระดับที่เหมาะสม บอลเหล่านั้นอาจหลอมละลายไม่สม่ำเสมอ และการบัดกรี BGA อาจต้องทำการซ่อมแซมหรือกลายเป็นงานเสียได้

ขั้นตอนที่สี่: การทำให้เย็นลงเมื่อกราฟอุณหภูมิถูกแสดงให้เห็น อุณหภูมิจะลดลงไม่นานหลังจากที่อุณหภูมิสูงสุดถูกทำได้ การทำให้เย็นลงทำให้ครีมประสานแข็งตัว โดยชิ้นส่วนจะถูกยึดติดอย่างถาวรบนแผ่นสัมผัสบนแผงวงจร

• สาขาการประยุกต์ใช้

การบัดกรีแบบรีโฟลว์สามารถใช้ได้ทั้งในการประกอบ SMT และ THT แต่โดยหลักแล้วจะใช้กับแบบแรกเป็นหลัก เมื่อกล่าวถึงการประยุกต์ใช้การบัดกรีแบบรีโฟลว์กับการประกอบ THT มักจะใช้วิธี PIP (pin in paste) เป็นหลัก ขั้นแรกคือเติมครีมประสานลงในรูบนแผงวงจร จากนั้นเสียบขาของอุปกรณ์ลงในรู โดยให้มีครีมประสานบางส่วนโผล่ออกมาที่ด้านอีกฝั่งของแผงวงจร สุดท้ายจึงทำการบัดกรีแบบรีโฟลว์เพื่อให้การบัดกรีเสร็จสมบูรณ์

การบัดกรีแบบคลื่น เทียบกับการบัดกรีแบบรีโฟลว์

เมื่อพูดถึงการบัดกรี ความแตกต่างระหว่างการบัดกรีแบบคลื่นและการบัดกรีแบบรีโฟลว์ไม่อาจมองข้ามได้เลย เพราะหลายคนไม่รู้ว่าจะเลือกแบบใดเมื่อพวกเขาพร้อมที่จะซื้อบริการ PCBA จากผู้ประกอบแผง ตามสุภาษิตจีนที่ว่า การขยับเพียงเล็กน้อยในส่วนหนึ่งอาจส่งผลต่อสถานการณ์โดยรวม การเปลี่ยนแปลงในด้านการบัดกรีมักจะกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงตั้งแต่หัวจรดเท้าในกระบวนการผลิตการประกอบทั้งหมด เช่น ประสิทธิภาพการผลิต ต้นทุน ระยะเวลาสู่ตลาด ผลกำไร เป็นต้น จากบทนำข้างต้น เชื่อได้ว่าคุณคงมีภาพร่างอยู่ในใจแล้ว

• กระบวนการบัดกรี

สำหรับขั้นตอนกระบวนการบัดกรี รูปต่อไปนี้จะแสดงให้เห็นถึงความแตกต่างระหว่างกัน

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างการบัดกรีแบบคลื่นและการบัดกรีแบบรีโฟลว์ในแง่ของกระบวนการผลิตอยู่ที่การพ่นฟลักซ์ กล่าวคือ การบัดกรีแบบคลื่นจะมีขั้นตอนนี้ ในขณะที่การบัดกรีแบบรีโฟลว์ไม่มี ฟลักซ์ช่วยส่งเสริมกระบวนการบัดกรีและมีบทบาทในการป้องกันโดยการกำจัดออกไซด์และลดแรงตึงผิวของวัสดุที่จะทำการบัดกรี ฟลักซ์จะทำงานได้ก็ต่อเมื่อถูกกระตุ้น ซึ่งทำให้ต้องมีข้อกำหนดที่เข้มงวดเกี่ยวกับการควบคุมอุณหภูมิและเวลา เนื่องจากฟลักซ์ถูกผสมอยู่ในครีมประสานในกระบวนการบัดกรีแบบรีโฟลว์ ปริมาณฟลักซ์จึงต้องได้รับการจัดสรรและควบคุมให้เหมาะสม

• ความน่าเชื่อถือของการบัดกรี

ดูเหมือนว่าข้อบกพร่องในการบัดกรีจะหลีกเลี่ยงไม่ได้ตราบใดที่ยังมีการบัดกรีอยู่ การระบุอย่างตรงไปตรงมาว่าเทคโนโลยีการบัดกรีแบบใดมีข้อบกพร่องมากกว่ากันโดยอาศัยเพียงข้อมูลเชิงทดลองจำนวนมากนั้นไม่เป็นวิทยาศาสตร์ ท้ายที่สุดแล้ว สถานการณ์ในแต่ละครั้งก็แตกต่างกันไป ดังนั้น การเปรียบเทียบความน่าเชื่อถือของการบัดกรีระหว่างการบัดกรีแบบคลื่นกับการบัดกรีแบบรีโฟลว์จึงไม่มีความหมาย

แม้ว่าข้อบกพร่องในการบัดกรีจะเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ แต่โอกาสในการเกิดข้อบกพร่องสามารถลดลงได้อย่างเป็นสัดส่วนเมื่อผู้ประกอบการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านการผลิตการประกอบอย่างมืออาชีพ และตระหนักอย่างถ่องแท้ถึงลักษณะเฉพาะและสมรรถนะของอุปกรณ์ทั้งหมดตลอดทั้งสายการผลิต นอกจากนี้ วิศวกรและเจ้าหน้าที่ด้านวิศวกรรมควรมีคุณสมบัติที่เหมาะสมและได้รับการฝึกอบรมอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้ก้าวทันต่อความก้าวหน้าของเทคโนโลยีสมัยใหม่

• มาตรฐานการคัดเลือก

โดยทั่วไป การบัดกรีแบบรีโฟลว์จะเหมาะที่สุดสำหรับการประกอบ SMT ในขณะที่การบัดกรีแบบคลื่นเหมาะสำหรับการประกอบ THT หรือ DIP อย่างไรก็ตาม แทบไม่เคยมีกรณีที่แผงวงจรมีเพียงอุปกรณ์ติดตั้งผิวหน้าอย่างเดียวหรือมีแต่คอมโพเนนต์แบบเสียบทะลุเท่านั้น สำหรับการประกอบแบบผสม มักจะทำ SMT ก่อนแล้วจึงทำ THT หรือ DIP เนื่องจากอุณหภูมิที่การบัดกรีแบบรีโฟลว์ต้องผ่านนั้นสูงกว่าที่การบัดกรีแบบคลื่นต้องรับได้มาก หากสลับลำดับของการประกอบทั้งสองแบบ เนื้อประสานแบบครีมที่แข็งตัวแล้วอาจหลอมละลายอีกครั้ง ทำให้คอมโพเนนต์ที่บัดกรีติดดีแล้วเกิดข้อบกพร่องหรือแม้กระทั่งหลุดออกจากแผงวงจร

PCBCart พร้อมตอบสนองความต้องการทั้งหมดของคุณด้านการประกอบแผงวงจรพิมพ์

PCBCart มีประสบการณ์มากกว่ายี่สิบปีในการให้บริการประกอบวงจร ซึ่งครอบคลุมความต้องการทุกรูปแบบเกือบทั้งหมด ไม่ว่าคุณจะต้องการการประกอบแบบรูทะลุ (Thru-Hole Assembly), การประกอบแบบ SMT (SMT Assembly) หรือการประกอบแบบผสม (Mixed Assembly) เราสามารถประกอบบอร์ดของคุณได้อย่างมีคุณภาพ คลิกปุ่มด้านล่างเพื่อขอใบเสนอราคา PCBA ฟรี!

คำขอใบเสนอราคาประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ฟรี

แหล่งข้อมูลที่เป็นประโยชน์
•การแนะนำโดยครอบคลุมเกี่ยวกับ PCBA
•การเปรียบเทียบเทคโนโลยีการบัดกรีที่ใช้ในกระบวนการบัดกรีแบบคลื่นด้วยตะกั่วและปลอดตะกั่ว
•การเปรียบเทียบเทคโนโลยีการบัดกรีที่ใช้ในกระบวนการรีโฟลว์แบบมีสารตะกั่วและไร้สารตะกั่ว
•ข้อกำหนดเกี่ยวกับไฟล์ออกแบบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) เพื่อให้มั่นใจในการประกอบแผงวงจรพิมพ์ (PCB) อย่างมีประสิทธิภาพ
•วิธีรับราคาประกอบแบบเทิร์นคีย์ที่แม่นยำสำหรับโครงการ PCB แบบกำหนดเองของคุณ
•วิธีการที่มีประโยชน์บางประการในการประเมินความสามารถของเครื่องประกอบ SMT

เขียนโดยบรรณาธิการของ PCBCart ชื่อ Dora บทความนี้เผยแพร่ครั้งแรกบนสรุปเทคโนโลยี.