Güç MOSFET’ini Sıcaklıktan Zarar Vermeden Lehimlemek

[Mr_YAMYAM]

Yapma üstadım; işimizi bize mi öğreteceksin.
hiç bir malzemeye zarar vererek çıkartmayız.
Yıllardır yaptığımız işler;
Video süre 4:40-6:50 arasını izleyin.
Mosfet sökümü pratik bir şekilde gösteriliyor.

Ben kimselerin işine karışmam. Her yiğidin yoğurt yiyişi kendisine has'tır.
Senin video da pek lehimleme tekniği göremedim. Biz burada arızalı parçayı sökmeye değil, sağlam parçayı zarar vermeden lehimlemeye çalışıyoruz. Üstelik senin videoda havya ısısından bahsedilmediği gibi kabalama havyayı veryansın ediyor.
Arızalı parçayı sökerken yüksek sıcaklık kullanılmasının sakıncası olmaz. Çünkü kompenent zaten arızalıdır. Biz SMD bir elemanı aşırı ısı emen bir yüzeye lehimlemeye çalışıyoruz.

PRE-HEATING ne demektir.
Bir kompenent zarar görmeden uzun süre maruz kalabileceği sıcaklık derecesine STORAGE TEMP depolama sıcaklığı denilmektedir. Depolama sıcaklığında bir komponent uzun yıllar boyu saklanabilir.
Zarar görmeden belli bir sıcaklığa kadar ısıtılmasına ise pre-heating ÖN ISITMA demektir.

https://zeph.com/pap1.html
https://www.seeedstudio.com/blog/2021/06/18/why-pcb-preheating-is-so-important/
Ön ısıtma tekniğinde asıl olan kompenentin ısıtılması değil, aşırı kalori isteyen bazı metal yüzeylerin önceden ısıtılarak belli bir sıcaklığa getirilmesi tekniğidir. Örneğin konu sahibi arkadaş mos için geniş soğutma alanı bırakmış, bu alan hem ısıyı yayan hem de fazla ısı emen bir yüzeydir.

Eğer bu yüzeyi ön ısıtma ile belli sıcaklığa ulaştıramazsak, lehimleme işi daha fazla uzayacak demektir. Bu süre zarfında aynı zaman zarfında kompenent de ısıtıldığı için daha uzun süre sıcaklığa maruz kalacak demektir.
Halbuki bu konuda her yarı iletkenin datasheetinde özel bir uyarı bulunmaktadır.
Örneğin max 10sn 350'C at soldering. Gibi.

Örnek resimde görülen mos için STORAGE sıcaklığı 175'C olduğuna göre bu malzeme 175'C de zarar görmeyecek demektir.
Tüm board ve transistörümüz 175'C ye kadar önceden ısıtılırsa uzun sürelerce bu sıcaklıkta bozulmaz demektir.
Bu durumda 175'C den 260'C lehimleme sıcaklığına kadar ısıtılma süresi oldukça kısa olacaktır. Ama datasheet te 10sn kadar bu ısıya maruz kalabilir denilmektedir.

 

[Muhsin Kamer]

Çok uzun yazmışsınız
Okuyamadım.
Konuya bir kaç cümle ile net yanıt yazabilir diniz.

Lehimin erime sıcaklığı biliyorsanız;
Video da "görmeye, sormaya gerek yok." derim...

Neyse konuyu uzatmayayım.
"Biz yanlış biliyor, uyguluyoruz."
Siz haklısınız.

 

[Mr_YAMYAM]

Yalnız bir şeyi hesaba katmadım: bendenizin PCB dizgi fabrikası olmadığını ve elindeki ekipmanların naçizane kıytırık Class 968’den ibaret olduğunu.
Poligon tam istediğim gibi çok güçlü bir doğal soğutucu görevi görüyor ama bu lehimleme esnasında bana mani oluyor. Isı çok hızlı biçimde karta yayılıyor ve bu yüzden hem uzun beklemem hem yüksek sıcaklıj ayarını kullanmam gerekiyor sıcak hava tabancasında. Bu da MOSFET’lerin lehim esnasında 1-2 tanesinin bozulmasına ya da bozulmaya yakın şekilde zarar görüp bir ayağı çukurda hale gelmesine sebep oluyor.

ÖNEMLİDİR:
Ben bu anlatımları baz alarak açıklama yapmaktayım.
Isıyı emen bir unsur varsa (poligon) havyanın sıcaklığının artırılması büyük yanlıştır. Özellikle SMD malzemeler için belirtmiştim.
Burada havya sıcaklığının artırılması değil, malzemenin sağlığı için düşük sıcaklıklı ama yüksek güçlü havya kullanımı daha mantıklıdır.

Ancak ilk mesajımda ifade ettiğim üzere malzemenin DIP mi SMD mi olduğunu bilmediğim için karga burun önerisi sunmuştum. DIP malzemenin bacağı karga burunla tutulabilir, ancak SMD lerde böyle bir şey yoktur.
Arkadaşın malzemesi SMD olduğu olduğu için ön ısıtmanın gerekliliğini belirttim.
Lehimlerin ergime sıcaklığı konusunda birçok rivayetler bulunmaktadır.
https://tr.wikipedia.org/wiki/Lehimleme
Alaşım oranı ve alaşım tiplerine göre bu konuda bir yorumda bulunmak doğru olmaz. Çünkü bende küçük bir makara yüksek gümüş karışımlı lehim de bulunmakta ve 400'C üzeri sıcaklıklarda lehim yapılabilmektedir.
Meğerse bu lehim kuyumcular içinmiş

EK NOT:
Kazara gezerken düşük sıcaklıkta ergiyen lehime rastladım
http://tr.bbiensolders.com/solder-w...in-lead-silver-halogens-free-solder-wire.html
Yıllar öncesi japonlardan gördüğüm ve birkaç metresini kaptığım ve zevkle kullandığım bu lehimden yıllardır arıyordum.

Verilen bilgiler doğru ise bu lehimden almayı düşünüyorum.

 

[beradi06]

Merhabalar,
Önden ısıtmayı deneyerek şöyle yaptm:
Önce 300 derece gibi bir sıcaklığa aldım sıcak havayı, çünkü zaten ekranda yazan sıcaklık bu büyük bakır poligonların olduğu senaryoda asla karttaki gerçek sıcaklık olmuyor, karta önceden verdiğim lehim zaten erimiyor 63/37 olmasına rağmen(63/37 dediğim tel çin malı değil merak etmeyin). 2 dakika kadar bekletip kartın her tarafı ısındıktan sonra 400 dereceye çıkardım havya ısısını ve lehim erimeye başladı. Lehimler iyice eriyene kadar gezdirdim sıcak havayı.
MOSFET’lerin sağlam olup olmadığını test etmek için devreden güç kaynağı çekili iken drain-source arasını multimetrenin direnç modunda ölçüyorum, ne kadar yüksekse o kadar iyi diye düşünüyorum. Paketten çıkan sıfır ürün bu o kadar yüksek oluyor ki multimetre direkt OL gösteriyor. Birkaç tane paralel bağlayınca da en azından megaohm düzeyinde bir şeyler görmeyi bekliyorum. Ama 20k gibi bir değer gördüm en son, buradan da en azından içlerinden birinin ısıdan biraz da olsa zarar gördüğünü düşündürüyor. Bu ölçüm yöntemi mantıklı mı bilmiyorum ama sonuç böyle oluyor. Sıcak havayı fazla mı yüksek sıcaklıkta kullanıyorum?

 

[Mr_YAMYAM]

Yukarda vermiş olduğum resme iyi bakmamışsın.
Örnek bir mosfet için 260'C max 10sn ibaresi bulunmaktadır.
Yine de bununla birlikte bir mosfetin bozulması için Tj değeri önemlidir.
Tj datasheette verilmiş olan değere ulaşmış ve geçmiş ise bozulma ihtimali yüksektir.
Tj değerine ulaşmamanın yolu ise ön ısıtmadan sonra lehimlemenin en kısa sürede bitirilmei gerekmektedir.

 

[-Acemi-]

ÖNEMLİDİR:
Ben bu anlatımları baz alarak açıklama yapmaktayım.
Isıyı emen bir unsur varsa (poligon) havyanın sıcaklığının artırılması büyük yanlıştır. Özellikle SMD malzemeler için belirtmiştim.
Burada havya sıcaklığının artırılması değil, malzemenin sağlığı için düşük sıcaklıklı ama yüksek güçlü havya kullanımı daha mantıklıdır.

Ancak ilk mesajımda ifade ettiğim üzere malzemenin DIP mi SMD mi olduğunu bilmediğim için karga burun önerisi sunmuştum. DIP malzemenin bacağı karga burunla tutulabilir, ancak SMD lerde böyle bir şey yoktur.
Arkadaşın malzemesi SMD olduğu olduğu için ön ısıtmanın gerekliliğini belirttim.
Lehimlerin ergime sıcaklığı konusunda birçok rivayetler bulunmaktadır.
https://tr.wikipedia.org/wiki/Lehimleme
Alaşım oranı ve alaşım tiplerine göre bu konuda bir yorumda bulunmak doğru olmaz. Çünkü bende küçük bir makara yüksek gümüş karışımlı lehim de bulunmakta ve 400'C üzeri sıcaklıklarda lehim yapılabilmektedir.
Meğerse bu lehim kuyumcular içinmiş

EK NOT:
Kazara gezerken düşük sıcaklıkta ergiyen lehime rastladım
http://tr.bbiensolders.com/solder-w...in-lead-silver-halogens-free-solder-wire.html
Yıllar öncesi japonlardan gördüğüm ve birkaç metresini kaptığım ve zevkle kullandığım bu lehimden yıllardır arıyordum.
Ekli dosyayı görüntüle 107150
Verilen bilgiler doğru ise bu lehimden almayı düşünüyorum.

Piyasada kolay bulunabilenlerin en kolay eriyeni 63/37 olanlar. Kurşun oranı arttıkça erime sıcaklığı daha da yükseliyor, tabi lehim de daha sert oluyor. Yüksek güçlü havya konusunda size katılıyorum. Ama burada kastteğiniz şey havya ucunun da büyük yani ısıl akümülasyon kabiliyetinin daha fazla olması sanırım. Yanlış mı düşünüyorum?

 

[Mr_YAMYAM]

Piyasada kolay bulunabilenlerin en kolay eriyeni 63/37 olanlar. Kurşun oranı arttıkça erime sıcaklığı daha da yükseliyor, tabi lehim de daha sert oluyor. Yüksek güçlü havya konusunda size katılıyorum. Ama burada kastteğiniz şey havya ucunun da büyük yani ısıl akümülasyon kabiliyetinin daha fazla olması sanırım. Yanlış mı düşünüyorum?

Yanlış değil. Önemli bir fark var.
Bir lehimleme esnasında devre elemanlarının maruz kaldığı sıcaklık ve ısı değeri önemlidir.
Herkes bilir ki çoğu devre elemanları sıcaklığa karşı hassastır. Isınınca bozulabilirler.
Ancak bu bozulma yarı iletkenlerde önemli bir olguya göre belirlenmiştir.
Tj değeri (Temp Junction) (Birleşme yerlerinin sıcaklığı)
Bir transistörü ele aldığımızda B-C ve E arasında kılcal birleşme malzemeleri ve mesafesi bulunmaktadır. Bu malzeme ergime sıcaklığına ulaşırsa o transistör bozulur demektir.
Uzun bacaklı bir transistörü lehimlerken, havya sıcaklığımız 300'C bile olsa bu sıcaklık junction bölgesine ulaşıncaya belli seviyede düşecektir.
Ama SMD elemanlar çok küçük boyutlu oldukları için herhangi bir bacağını belli bir ısı derecesine belli zaman zarfında ısıtıyorsak, yüksek sıcaklığın junction bölgesine ulaşabilmesi çok kısa sürede olacaktır.
Bu sebepledir ki...
SMD bir malzemeyi lehimlerken, lehimleme süresinin mümkün mertebe kısa olması. Bu da diğer bölgelerin mümkün mertebe önceden ısıtılması ile sağlanabilir. (Ön ısıtma)
Junction bölgesinin aşırı ısınmasını önleyebilmek amacıyla mümkün mertebe düşük sıcaklıkta lehimleme yapılması gerekmektedir.
Teorik olarak şöyle düşünürsek...
SMD malzemenin lehimleneceği PAD'in daha önce ısıtılmış ve lehimlenmiş olduğu, bu yüzeyin sıcaklığının hali hazırda 260'C gibi sıcaklıkta bulunduğunu varsayarsak, yüzeyin üzerini flux'layıp SMD malzemeyi bu yüzeye bıraktığımızda, soğuk dahi olsa lehim yapılmış olacağı, ve dolayısı ile SMD'yi bıraktığımızda 1-2sn kadar o bölgeyi ısıttığımızda lehimleme başarılı olacaktır.
Yüksek güçlü havya kullanımı esprisi ise...
Soğutma amacıyla kullanılan PAD ve poligonların yeterince ısıtılması için güç gerekmektedir. Yani poligonların ısı yayma özelliği 50W lık bir ısıl gücü dışarı atabilecek özellikte ise, 30W lık bir havyanın sıcaklığını 400'C lere getirmek bile fayda sağlamayacaktır. Çünkü poligonlar bu sıcaklığı emecek, büyük bölümünü dışarı atacak, böylece 30W lık bir havya bu bölgeyi lehimin erimesi için bile yeterince ısıtamamış olacaktır.
İşte burada poligonların lehimlenebilmesi için 60-70W lık bir havya kullanılır ve mümkün mertebe sıcaklığı 200-250'C lerde ayarlanırsa, poligonlar kısa sürede lehimlenebilecektir.
Poligonlar lehimlendikten sonra bize düşen, malzemeyi o bölgeye yerleştirerek kısa bir an için o bölgeyi düşük sıcaklıkla 250'C gibi lehimlemenin sağlıklı yapılabilmesi sadece bir kaç saniye daha ısıtmak olacaktır.

 

[Mr_YAMYAM]

70 dereceler el yakma sıcaklığı dır. Lehim eritebilir mi?
Kurşunlu lehim 180-190 derece de erimeye başlar, kurşunsuz lehim 215-220 dereceden sonra erimeye başlar.

ÖNEMLİ HATIRLATMA:
@Muhsin Kamer arkadaşımız 70'C lik ön ısıtma tekniğini yanlış anlamış sanırım. (Sonradan gördüm)
70'C lehimleme sıcaklığı değildir.
NEDEN 70'C ?
Bir board'dan malzeme sökülecek ve yenisi takılacaksa ön ısıtma sıcaklığı 70'C olarak literatürde belirtilmiştir.
Keza bir boardı yeniden monte ederken önceden ısıya duyarlı malzemeleri lehimlememiz de gerekiyorsa da buna dikkat etmeliyiz.
Kullanılan yarı iletkenin değil, board'da bulunan ve özellikle elektrolitik kondansatör, ısıya duyarlı sensors, veya hassas bazı dirençler, diyotlar veya yarı iletkenler dahi bulunabilir.
Bir board'ı komple ısıtacak isek üzerinde bulunan diğer elemanların da ısıl özelliklerini bilmeliyiz.
Bunları bilmiyorsak bir transistörü sökerken diğer bir elemanı bozma riskini de düşünmemiz gerekmektedir.
Bu önemli bir ayrıntıdır ve okuyucularımızca yanlış anlaşılmaması için önem arzetmektedir.

 

[zkicrz]

Komponentlerin ve lehimlerin fırınlanması için reflow chartları bulunmakta. Buradaki peak sıcaklığın kaç saniye sürebileceğini, önısıtma yapacaksanız kaç derecede ısıtma yapabileceğiniz yazar. Genelde çoğu aynıdır.

Örneğin;
PREHEAT aşaması yaklaşık 42 saniye sürüyor ve oda sıcaklığından 150 dereceye çıkana kadar her saniye max 3 derecelik ısınmna yapılıyor ki mikro çatlaklar oluşmadan kart, komponentler ve iletkenler ısınsın.
SOAK aşamasında 80-90 saniye boyunca 150 dereceden 220 dereceye kadar lehim sıvılaştırılıyor.
PEAK aşamasında 60-120 saniye boyunca 250-260 dereceye kadar ısıtılıp 10 saniye tepede bekleniyor.
COOLING bundan sonra artık işlem bitiyor ve 120 dereceye inene kadar saniyede 2 derecelik ısı değişimini koruyup, 120 derecenin altına inince saniyede 3 derece soğutuluyor. Buradaki amaç da hızlı soğutulup sıcaktan genleşmiş malzeme soğukla büzülüp mikro veya makro çatlakların olmuşmasının engellenmesi. Yani halk dilindeki mutfakta tencerenin/borcamın şoklanarak patlamanın engellenmesi.

Havyaya ön ısıtma yapar mısınız, lehim sıvılaştırma aşamalarını dikkate alır mısınız bilmem ama uzun lafın kısası 250-260 derecede 10 saniyenin üzerinde beklemeniz zarar verme ihtimalini arttırıyor demektir.

Bir de ekleme yapayım. Fabrikalar fırınlarını böyle soğutup ısıtmıyor. Fırının tam ortası 260 derecede sabit duruyor. Fırının yürüyen bandının hızını ayarlayarak, ortada 10 saniye bekleterek bu sıcaklık değişimlerini hep aynı yapmayı başarıyorlar. Bu nedenle profesyonel bir reflow makineniz yoksa bu charta uymak çok zor. Evde arduino ve ısıtıcı plaka ile yapılan lehim istasyonlarında bile bu grafik tam olarak yapılmıyor. O basit cihazlarda sadece hangi derecede ne kadar süre bekleneceği programlanıp PID ile kontrol ediliyor.

 

[Bunalmis]

Alti ustu PCBye mosfet lehimleyeceksiniz yahu. Isi memleket meselesi haline getirdiniz.

Eger PCBde mosfetin lehimlenecegi bakir yollar cok genis yuzeye sahipse tamam lehimlemek biraz zorlar.

Bunun icin yuksek guclu havya kullanman gerekir. Eger gercekten zorlayacak tarzda bir lehim isi ise o zaman ikinci bir kisiden daha yardim al. Arkadasin da seninle eszamanli olarak kendi havyasi ile isitmaya/lehimlemeye yardimci olsun.

Bu is icin en azindan 100w bir havya kullan.

MOSu ilgili pad deliklerine gecir. Ucu temiz havyanin ucunda temiz lehimle kucuk bir lehim topu olustur ve lehimlenecek bacagin girdigi PCB padini isit ardindan havyayi kaldirmadan mos bacagina dokundur onu da isit ve taze lehim kullanarak lehim islemi gerceklestir.

Lehimlenecek her iki yuzeyin de (pcb yol ve mos bacagi) esit sicakliga ulastirilmasi ardindan basarili lehimleme yapilabilir.

Eger mosu lehimlerken yariiletken sicakligini yariiletkenin arizalanacagi sicakliga kadar yukseltiyorsaniz lehim yapma konusunda cok acemisiniz demektir.