إتقان عملية اللحام بالموجات الخالية من الرصاص: دليل شامل

التحول إلى اللحام الخالي من الرصاص: الدوافع والتحديات

يمثل التحول من لحام القصدير والرصاص التقليدي إلى البدائل الخالية من الرصاص أحد أهم التغييرات في صناعة الإلكترونيات على مدى العقود القليلة الماضية. لم يكن هذا التحول مجرد تغيير في المواد، بل كان إصلاحًا جذريًا لعملية اللحام بأكملها، مدفوعًا بمخاوف بيئية وصحية حرجة.

الدوافع التنظيمية: الدفع نحو عالم خالٍ من الرصاص

كان الحافز الرئيسي للانتقال العالمي إلى اللحام الخالي من الرصاص هو زيادة الوعي بالمخاطر الصحية المرتبطة بالرصاص. فعندما يتم التخلص من النفايات الإلكترونية بطريقة غير سليمة، يمكن أن يتسرب الرصاص إلى التربة والمياه الجوفية، مما يشكل تهديداً خطيراً على النظم الإيكولوجية وصحة الإنسان [المصدر: وكالة حماية البيئة].

واستجابة لذلك، قام الاتحاد الأوروبي بتطبيق توجيه تقييد المواد الخطرة (RoHS) في عام 2006. وقيد هذا التشريع التاريخي استخدام ست مواد خطرة، بما في ذلك الرصاص، في تصنيع أنواع مختلفة من المعدات الإلكترونية والكهربائية. وقد فرض توجيه RoHS بشكل فعال التحول إلى عمليات خالية من الرصاص لمعظم المنتجات التي تباع داخل الاتحاد الأوروبي، مما أدى إلى إحداث تأثير مضاعف عبر سلسلة التوريد العالمية [المصدر: ScienceDirect]. وتبعتها العديد من الدول الأخرى بلوائح مماثلة، مما أدى إلى ترسيخ اللحام الخالي من الرصاص كمعيار صناعي جديد.

الاختلافات والتحديات الأساسية

وقد أدى الانتقال من لحام القصدير والرصاص إلى اللحام الخالي من الرصاص إلى ظهور العديد من التحديات التقنية الناجمة عن الخصائص المعدنية المختلفة للسبائك الجديدة.

درجات حرارة انصهار أعلى: تبلغ درجة انصهار لحام القصدير والرصاص التقليدي (عادةً Sn63/Pb37) حوالي 183 درجة مئوية. وعلى النقيض من ذلك، فإن السبائك الشائعة الخالية من الرصاص، مثل القصدير والفضة والنحاس (SAC)، لها درجات انصهار أعلى، وغالبًا ما تتراوح بين 217 درجة مئوية و227 درجة مئوية [المصدر: AIM Solder]. ويتطلب ذلك تعديلًا كبيرًا في عملية اللحام، خاصةً في ملف درجة حرارة إعادة إنحناء ثنائي الفينيل متعدد الكلور. يجب أن يتعرض التجميع بأكمله لدرجات حرارة أعلى، مما قد يزيد من الضغط الحراري على المكونات الحساسة ولوحة الدارة نفسها.
الترطيب وقابلية اللحام: يعتبر الرصاص عامل ترطيب ممتاز، مما يعني أنه يتدفق ويرتبط بسهولة بالأسطح. يُظهر الجنود الخالي من الرصاص بشكل عام خصائص ترطيب أضعف، مما يجعل من الصعب تحقيق وصلات لحام قوية وموثوقة. وهذا يستلزم استخدام تدفقات أكثر قوة وأحيانًا جو نيتروجين خامل أثناء إعادة التدفق لمنع الأكسدة وتحسين قابلية اللحام [المصدر: chuxin-smt.com].
التحكم في العمليات: تكون نافذة عملية اللحام الخالي من الرصاص أضيق بكثير من عمليات لحام القصدير والرصاص. يكون الهامش بين نقطة انصهار اللحام وأقصى درجة حرارة يمكن أن تتحملها المكونات أصغر، مما يتطلب تحكمًا أكثر إحكامًا في العملية. الدقة تحديد ملامح درجة حرارة فرن إعادة التدفق أمر بالغ الأهمية لتجنب العيوب مثل الوصلات الباردة أو تلف المكونات.
مخاوف الموثوقية: أثارت السبائك الخالية من الرصاص في وقت مبكر مخاوف بشأن الموثوقية على المدى الطويل. وكان لا بد من معالجة مشاكل مثل نمو "شعيرات القصدير" - وهي هياكل بلورية صغيرة تشبه الشعر يمكن أن تنمو من أسطح القصدير وتتسبب في حدوث دوائر كهربائية قصيرة - من خلال إجراء أبحاث مكثفة وتطوير السبائك [المصدر: ناسا]. وقد تغلبت السبائك الحديثة الخالية من الرصاص والعمليات المحسّنة على هذه العقبات الأولية إلى حد كبير، ولكنها لا تزال تتطلب إدارة دقيقة.

ولتلبية هذه المتطلبات، وجد العديد من المصنعين أنه من الضروري الاستثمار في معدات جديدة، مثل فرن إعادة التدفق الخالي من الرصاصمصممة للتعامل مع درجات الحرارة المرتفعة وتوفير التحكم الدقيق اللازم للتجميع الناجح الخالي من الرصاص.

فهم المناطق الأربع في عملية اللحام الموجي

عملية اللحام الموجي عبارة عن تسلسل منظم بدقة، مقسمة إلى أربع مناطق أساسية. كل مرحلة لها غرض مميز، وتعمل بشكل متناسق لضمان تكوين وصلات لحام قوية وموثوقة وخالية من العيوب على لوحة الدوائر المطبوعة (PCB). يُعد فهم هذه المناطق أمرًا أساسيًا لإتقان العملية وتحقيق نتائج عالية الجودة.

1. تطبيق التدفق

الخطوة الأولى الحاسمة الأولى هي تطبيق التدفق. قبل دخول ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى مراحل الحرارة المرتفعة، يمر عبر محطة تدفق حيث يتم وضع طبقة رقيقة وموحدة من التدفق السائل على الجانب السفلي للوحة. ويمكن القيام بذلك من خلال طرق مثل الرش أو الرغوة أو النفث. والهدف الأساسي من التدفق هو تنظيف الأسطح المعدنية لخيوط المكونات ووسادات ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وإزالة أي أكاسيد تكونت [المصدر: Electrolube]. من خلال إزالة الأكسدة من هذه الأسطح، يضمن التدفق أن اللحام المنصهر يمكن أن "يبلل" المعدن بشكل صحيح، مما يخلق رابطة قوية بين المعادن. وبالإضافة إلى ذلك، فإنه يحمي الأسطح من إعادة الأكسدة أثناء تحرك اللوح نحو موجة اللحام. يمكنك معرفة المزيد في هذا دليل اختيار تدفق اللحام الموجي.

2. التسخين المسبق

بعد التدفق مباشرة، تدخل مجموعة ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى منطقة التسخين المسبق. هنا، يتم تسخين اللوح تدريجياً إلى درجة حرارة محددة وموحدة، تتراوح عادةً بين 100 درجة مئوية و130 درجة مئوية. تخدم هذه المرحلة ثلاث وظائف حاسمة:

الوقاية من الصدمات الحرارية: فهو يرفع درجة حرارة التجميع ببطء لمنع حدوث صدمة حرارية عند ملامسة اللحام المنصهر، مما قد يؤدي إلى تلف ركيزة ثنائي الفينيل متعدد الكلور ومكوناته [المصدر: تقنيات ثنائي الفينيل متعدد الكلور].
تنشيط التدفق: تعمل الحرارة على تنشيط المكونات الكيميائية للتدفق، مما يعزز من قدرات التنظيف وإزالة الأكسدة.
تبخر المذيبات: فهو يعمل على تبخير المذيبات المتطايرة داخل التدفق، مما يضمن عدم حدوث أي غازات خارجة أثناء مرحلة اللحام الفعلية، مما قد يؤدي إلى حدوث عيوب مثل كرات اللحام أو الفراغات.

3. موجة اللحام

هذا هو قلب عملية اللحام الموجي. تنتقل لوحة PCB فوق وعاء من اللحام المنصهر حيث يتم ضخ موجة أو موجتين لأعلى لتلامس الجانب السفلي للوحة. تقوم موجة اللحام بتبليل خيوط المكونات والوسادات وملء الثقوب المصفحة عبر حركة الشعيرات الدموية لإنشاء الوصلات الكهربائية والميكانيكية [المصدر: Epec Engineeringered Technologies]. يتم التحكم بدقة في المعلمات الرئيسية مثل سرعة الناقل ودرجة حرارة اللحام (عادةً 250-265 درجة مئوية) وارتفاع الموجة. يعد وقت المكوث - المدة التي تكون فيها اللوحة على اتصال باللحام - أمرًا بالغ الأهمية؛ يجب أن يكون طويلًا بما يكفي للترطيب المناسب ولكن قصير بما يكفي لمنع تلف المكونات والعيوب مثل سد اللحام.

4. التبريد

المرحلة الأخيرة هي التبريد. بعد الخروج من موجة اللحام، يتم تبريد مجموعة ثنائي الفينيل متعدد الكلور بمعدل محكوم. والهدف من ذلك هو تصلب وصلات اللحام بشكل صحيح لتحقيق بنية معدنية دقيقة الحبيبات، مما يؤدي إلى أقصى قوة للمفصل. لا يمكن أن يكون معدل التبريد سريعًا جدًا، لأن ذلك قد يؤدي إلى حدوث إجهاد حراري وتشقق الوصلات المشكلة حديثًا، ولا بطيئًا جدًا، مما قد يؤدي إلى هشاشة الوصلات [المصدر: عملية التركيب السطحي]. في كثير من الأحيان، يتم استخدام مزيج من الهواء القسري والحمل الحراري الطبيعي لإعادة اللوحة إلى درجة حرارة المناولة الآمنة، ووضع اللمسات الأخيرة على عملية اللحام وتجهيز التجميع لخطوة الإنتاج التالية.

تحسين المعلمات الرئيسية للتميز في اللحام الموجي

يعتمد تحقيق وصلة لحام خالية من العيوب في بيئة التصنيع بكميات كبيرة على عملية لحام موجي مستقرة وقابلة للتكرار ومحسّنة. يعد الضبط الدقيق للمعلمات الرئيسية لماكينة اللحام الموجي أمرًا بالغ الأهمية لتقليل العيوب مثل سد اللحام وعدم كفاية ملء الثقب والصدمة الحرارية. يوفر هذا الدليل نهجًا عمليًا لتحسين المتغيرات الأكثر أهمية لعملية تصنيع قوية.

إعدادات التسخين المسبق

يتمثل الهدف الأساسي من مرحلة التسخين المسبق في رفع درجة حرارة مجموعة لوحة الدارات المطبوعة (PCB) تدريجيًا لتنشيط التدفق ومنع حدوث صدمة حرارية قبل أن تلامس موجة اللحام المنصهر. يمكن أن يؤدي التسخين المسبق غير السليم إلى عيوب مختلفة. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، فلن يتم تنشيط التدفق بشكل صحيح، مما يؤدي إلى سوء اللحام. إذا كانت مرتفعة جدًا أو كان الارتفاع سريعًا جدًا، فقد يؤدي ذلك إلى تلف المكونات الحساسة. بالنسبة لمعظم التطبيقات، يجب أن يصل الجانب العلوي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور إلى درجة حرارة تتراوح بين 100 درجة مئوية و130 درجة مئوية قبل دخول موجة اللحام مباشرةً [المصدر: Epec Engineeringered Technologies]. يقلل هذا التدرج في درجة الحرارة من تدرج درجة الحرارة بين اللوح واللحام، مما يضمن جودة وصلة اللحام.

درجة حرارة وعاء اللحام

تؤثر درجة حرارة اللحام المنصهر في الوعاء تأثيرًا مباشرًا على سيولته وقدرته على تكوين روابط معدنية قوية. تعتمد درجة الحرارة الصحيحة على نوع اللحام المستخدم.

البطانات الخالية من الرصاص: عادةً ما تتطلب السبائك مثل SAC305 (القصدير والفضة والنحاس) درجة حرارة وعاء تتراوح بين 260 درجة مئوية و280 درجة مئوية.
الجنود المحتوية على رصاص: يعمل جنود القصدير والرصاص (على سبيل المثال، Sn63Pb37) بشكل جيد في درجات حرارة منخفضة، تتراوح عمومًا بين 240 درجة مئوية و250 درجة مئوية.

يمكن أن يتسبب ضبط درجة الحرارة المرتفعة للغاية في تلف ثنائي الفينيل متعدد الكلور ومكوناته ويؤدي إلى تكوين خبث زائد. وعلى العكس من ذلك، فإن درجة الحرارة المنخفضة للغاية ستؤدي إلى ضعف تدفق اللحام، مما يؤدي إلى عيوب مثل سد اللحام وعدم اكتمال اختراق الثقب [المصدر: AIM Solder].

سرعة الناقل وزاويته

يقوم نظام الناقل بنقل مجموعة ثنائي الفينيل متعدد الكلور خلال العملية بأكملها، وتحدد سرعته وقت التلامس مع موجة اللحام. إن سرعة الناقل أحد أكثر الإعدادات أهمية.

بطيء جداً يمكن أن يؤدي وقت التلامس المفرط إلى ارتفاع درجة حرارة المكوّن وقد يعزز انحلال النحاس من اللوح في اللحام.
سريع جداً عدم كفاية وقت التلامس يمنع اللحام من ترطيب الوسادات بشكل كافٍ وملء الثقوب العابرة، مما يؤدي إلى وصلات ضعيفة أو غير مكتملة.

تتراوح سرعة الناقل النموذجية من 1.0 إلى 2.5 متر في الدقيقة (3 إلى 8 أقدام في الدقيقة) [المصدر: تقنيات ثنائي الفينيل متعدد الكلور]. وترتبط هذه السرعة مباشرة بوقت التلامس. يتم ضبط الناقل أيضًا على زاوية ميل تتراوح عادةً بين 5 و7 درجات. وتسمح هذه الزاوية بتصريف اللحام المنصهر بعيدًا عن الحافة الخلفية للمكونات، وهو أمر ضروري لـ منع جسور اللحام من التكون بين الدبابيس المتجاورة [المصدر: Epec Engineeringered Technologies].

وقت التلامس وارتفاع موجة اللحام

يتم تحديد زمن التلامس، وهو المدة التي تكون فيها ثنائي الفينيل متعدد الكلور ملامسًا لموجة اللحام، من خلال سرعة الناقل وطول منطقة تلامس موجة اللحام. يتراوح وقت التلامس المثالي عادةً بين ثانيتين إلى 4 ثوانٍ. وعادةً ما تكون هذه المدة كافية للحام لتسخين خيوط المكونات وتبليل الأسطح المعدنية والتدفق عبر الثقوب المطلية. إن ارتفاع موجة اللحام يجب ضبطه بحيث يلامس باستمرار الجزء السفلي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور دون أن يغمر الجانب العلوي. القاعدة الشائعة هي ضبط ارتفاع الموجة بحيث تبلل حوالي نصف إلى ثلثي سمك اللوح [المصدر: ناسا]. يضمن ارتفاع الموجة المناسب تلامسًا متسقًا وهو أمر أساسي لتحقيق وصلات لحام عالية الجودة عبر التجميع بأكمله. تعد المراقبة والمعايرة المنتظمة لهذه الإعدادات ضرورية لتحقيق استقرار وتكرار عملية اللحام الموجي.

إتقان اللحام الحراري بالموجات الخالية من الرصاص

ويتطلب إتقان عملية اللحام الموجي الخالي من الرصاص ملفًا حراريًا دقيقًا لمنع العيوب وضمان وصلات لحام قوية وموثوقة. ونظرًا لارتفاع درجات حرارة انصهار السبائك الخالية من الرصاص مثل SAC305، فإن نافذة العملية أضيق بكثير من اللحام التقليدي المصنوع من القصدير والرصاص. ينطوي تحقيق المظهر الجانبي المثالي على تحسين ثلاث مراحل حرجة: التسخين المسبق، وملامسة موجة اللحام، والتبريد.

المراحل الرئيسية لملف اللحام الموجي الخالي من الرصاص

التسخين المسبق: يمكن القول إن هذه هي المرحلة الأكثر أهمية. وتتمثل الأهداف الأساسية للتسخين المسبق في تنشيط كيمياء التدفق لتنظيف الأسطح المعدنية وتقليل الصدمة الحرارية للوحة الدوائر المطبوعة ومكوناتها إلى أدنى حد [المصدر: مجلة الجمعية]. من الضروري التحكم في ارتفاع درجة الحرارة. يتراوح معدل الارتفاع النموذجي للحام الخالي من الرصاص بين 1-2 درجة مئوية في الثانية، مما يجعل درجة حرارة الجانب العلوي للوحة تتراوح بين 100 و150 درجة مئوية. يمكن أن يؤدي التسخين المسبق غير الكافي إلى فشل تنشيط التدفق، بينما يمكن أن تؤدي الحرارة الزائدة إلى تدهور التدفق قبل أن يصل إلى موجة اللحام، مما يؤدي إلى عيوب مثل كرات اللحام والتوصيل. لإلقاء نظرة أعمق على هذه العملية، استكشف موقعنا الدليل التفصيلي للحام الموجي خطوة بخطوة.
لحام الموجة التلامسية: خلال هذه المرحلة، يتلامس ثنائي الفينيل متعدد الكلور مع اللحام المنصهر. وعادةً ما تتراوح درجة حرارة وعاء اللحام للسبائك الشائعة الخالية من الرصاص (مثل سبائك SAC) بين 255 درجة مئوية و270 درجة مئوية [المصدر: SMTnet]. وقت التلامس، أو وقت المكوث، مهم أيضًا ويستمر عادةً من ثانيتين إلى 4 ثوانٍ. يجب أن تكون هذه المدة طويلة بما فيه الكفاية للسماح بالترطيب الكامل وملء الثقب بشكل صحيح في المكونات ذات الفتحات العابرة، ولكن يجب أن تكون قصيرة بما يكفي لمنع حدوث تلف حراري للوحة والمكونات. تعد إعدادات الموجة غير الصحيحة سببًا شائعًا لعيوب مثل تجسير اللحام وعدم كفاية اللحام.
التبريد: بعد الخروج من موجة اللحام، يجب تبريد ثنائي الفينيل متعدد الكلور بطريقة محكومة. يمكن أن يؤدي معدل التبريد السريع للغاية إلى حدوث إجهاد حراري وتكوين وصلات هشة، في حين أن التبريد البطيء للغاية يمكن أن يؤدي إلى تكوين مركبات كبيرة ضعيفة بين المعادن (IMCs). يكون معدل التبريد الموصى به عمومًا أقل من 5 درجات مئوية في الثانية لضمان الحصول على بنية لحام دقيقة الحبيبات، مما يؤدي إلى وصلة قوية ميكانيكيًا [المصدر: Mirtec].

قائمة التحقق من صحة العمليات

للتأكد من أن عملية اللحام الموجي تنتج نتائج عالية الجودة باستمرار، فإن التحقق المنتظم من الصحة أمر ضروري. استخدم قائمة التحقق هذه كنقطة بداية:

التحقق من الملف الشخصي: استخدم جهاز تحديد الملامح الحرارية لرسم خريطة منتظمة لدرجة حرارة ثنائي الفينيل متعدد الكلور طوال العملية بأكملها. تأكد من أن معدلات الانحدار ودرجات حرارة التسخين المسبق وذروة درجة الحرارة ومعدلات التبريد كلها ضمن المواصفات.
تطبيق التدفق: تحقق من تطبيق الكمية الصحيحة من التدفق بشكل موحد على اللوح. تحقق من وجود فوهات مسدودة أو أنماط رش غير متناسقة.
تحليل وعاء اللحام: قم باختبار اللحام في الوعاء بانتظام للتأكد من عدم وجود تلوث، خاصةً النحاس، والذي يمكن أن يؤثر على سيولة اللحام وجودة الوصلة.
سرعة الناقل: تأكد من أن سرعة الناقل متسقة ودقيقة، حيث إنها تؤثر بشكل مباشر على التعرض للتسخين المسبق ووقت ملامسة اللحام.
ديناميكيات الموجة: افحص ارتفاع موجة اللحام وخصائص التدفق. يمكن أن تؤدي الموجة غير المستقرة أو غير المستوية إلى وصلات مفقودة أو لحام زائد.
الفحص البصري: قم بإجراء فحص شامل بعد اللحام لعينة من اللوحات للتحقق من العيوب الشائعة مثل الجسور والانزلاقات والرقاقات الثلجية وسوء ملء الثقوب. يمكن أن يساعد تحديد الاتجاهات في تحديد مشكلات المعدات الشائعة قبل أن تؤثر على الإنتاج.

الابتكارات الحديثة في تكنولوجيا اللحام الموجي

كان للتطورات الحديثة في اللحام الموجي دور محوري في التغلب على التحديات المرتبطة بالسبائك الخالية من الرصاص، مثل ارتفاع درجات حرارة العملية وزيادة الأكسدة. ومن أهم هذه الابتكارات استخدام أجواء النيتروجين وتطوير أنظمة اللحام الانتقائي. لا تعمل هذه التقنيات على تحسين جودة وموثوقية وصلات اللحام فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين كفاءة العملية بشكل عام.

فائدة الغلاف الجوي النيتروجيني

يعزز التشغيل في بيئة خاملة من النيتروجين بشكل كبير عملية اللحام الموجي الخالي من الرصاص. الأكسجين هو المحفز الأساسي لتكوين الخبث - وهو تراكم اللحام المؤكسد الذي يمكن أن يؤدي إلى عيوب وزيادة تكاليف التشغيل. من خلال إزاحة الأكسجين بالنيتروجين، يمكن تقليل الخبث بنسبة تصل إلى 90%، مما يؤدي إلى توفير كبير في المواد وتقليل الصيانة [المصدر: Epectec]. تعمل هذه البيئة النظيفة منخفضة الأكسجين أيضًا على تحسين ترطيب اللحام، مما يسمح للحام بالتدفق بشكل أكثر فعالية وإنشاء وصلات أقوى وأكثر موثوقية. والنتيجة هي نافذة عملية أوسع، وتعبئة أفضل للفتحات وتقليل عيوب ما بعد اللحام مثل التجسير والرقاقات الثلجية. بالنسبة للمصنعين الذين يهدفون إلى الحصول على نتائج عالية الجودة، يعد نظام النيتروجين ترقية حاسمة.

الدقة مع أنظمة اللحام الانتقائي

على الرغم من أن اللحام الموجي التقليدي مثالي للإنتاج الضخم للمكونات من خلال الثقب، فإن لوحات الدوائر المطبوعة الحديثة (PCBs) غالبًا ما تتميز بمزيج من التقنيات من خلال الثقب والتركيب السطحي (SMT). بالنسبة لهذه اللوحات ذات التقنيات المختلطة، يوفر اللحام الانتقائي دقة لا مثيل لها. تستهدف هذه العملية الآلية نقاط اللحام الفردية، مما يحمي المكونات الحساسة القريبة من الإجهاد الحراري [المصدر: روتليدج]. على عكس اللحام الموجي التقليدي، حيث تمر اللوحة بأكملها فوق موجة اللحام، يستخدم اللحام الانتقائي فوهة مصغرة لتطبيق اللحام المنصهر على دبابيس أو مناطق محددة. هذا النهج المستهدف ضروري للوحات عالية الكثافة حيث تكون المسافات بين المكونات ضيقة. لفهم المزيد حول كيفية مقارنة ذلك بالطرق الأخرى، يمكنك الاطلاع على التفصيل المفصل في دليل اللحام الموجي مقابل اللحام الانتقائي. تقلل هذه الطريقة من خطر التلف الحراري، وتقلل من استهلاك التدفق، وتلغي الحاجة إلى عمليات اللمس اليدوية، وبالتالي تعزز الجودة والإنتاجية.

أساس الجودة: اختيار اللحام والتدفق المناسبين

يعد اختيار سبيكة اللحام والتدفق المناسبين خطوة أولى حاسمة تحدد بشكل مباشر معلمات ملف اللحام الخاص بك. تعمل هذه المواد جنبًا إلى جنب، ويجب أن تتماشى خصائصها الكيميائية والحرارية بشكل مثالي مع العملية الحرارية لضمان وصلات لحام قوية وموثوقة.

سبائك اللحام الخالية من الرصاص ومتطلباتها الحرارية

وقد أدى الانتقال إلى اللحام الخالي من الرصاص، مدفوعًا باللوائح البيئية مثل RoHS، إلى ظهور تحديات جديدة في التنميط الحراري. السبيكة الأكثر شيوعًا الخالية من الرصاص، SAC305 (المكونة من 96.51 تيرابايت 3 تيرابايت من القصدير و3.01 تيرابايت 3 تيرابايت من الفضة و0.51 تيرابايت 3 تيرابايت من النحاس)، تبلغ درجة انصهارها (سائل) حوالي 217-220 درجة مئوية. وهذا أعلى بكثير من نقطة انصهار لحام القصدير والرصاص التقليدي (Sn63/Pb37) التي تبلغ 183 درجة مئوية [المصدر: AIM Solder].

تؤثر درجة حرارة الذوبان الأعلى هذه بشكل مباشر على ملف إعادة التدفق:

التسخين المسبق والنقع: يجب إدارة معدل الانحدار ودرجات حرارة النقع بعناية لتنشيط التدفق ومنع حدوث صدمة حرارية للمكونات وثنائي الفينيل متعدد الكلور.
درجة حرارة الذروة: يجب أن تكون درجة حرارة الذروة في الملف الشخصي عالية بما يكفي لضمان انصهار اللحام بالكامل وتدفقه بشكل صحيح. بالنسبة ل SAC305، يعني هذا عادةً درجة حرارة قصوى تتراوح بين 235-255 درجة مئوية [المصدر: ملاحظات إلكترونية].
الوقت فوق السائل (TAL): يجب أن تكون المدة التي يمضيها التجميع فوق نقطة انصهار اللحام طويلة بما يكفي لترطيب مناسب وتكوين المركب بين الفلزات (IMC)، وعادةً ما تتراوح بين 45 و90 ثانية.

سيتطلب اختيار سبيكة مختلفة، مثل لحام خالي من الرصاص بدرجة حرارة منخفضة يحتوي على البزموت، ملف تعريف مختلف تمامًا بدرجة حرارة منخفضة لتجنب إتلاف المكونات الحساسة حراريًا. للحصول على فهم أعمق لكيفية إنشاء هذه المعلمات لملف تعريف كامل، استكشف دليل لإتقان ملف تعريف درجة حرارة إعادة إنحناء ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

دور التدفق في الملف الشخصي لإعادة التدفق

التدفق هو عامل كيميائي مسؤول عن تنظيف الأسطح المعدنية من الأكاسيد لتعزيز ترطيب اللحام. ويعتمد "نشاط" التدفق - أي قدرته على إزالة الأكاسيد - على درجة الحرارة ويجب أن يكون متزامنًا مع ملف إعادة التدفق.

تدفق غير نظيف: هذا هو النوع الأكثر شيوعًا المستخدم في تجميع SMT. تم تصميم منشطاتها للعمل أثناء مرحلتي التسخين المسبق والنقع. إذا كانت درجة الحرارة منخفضة جدًا، فلن يتم تنشيط التدفق بشكل صحيح، مما يؤدي إلى ترطيب ضعيف. إذا كانت درجة الحرارة مرتفعة للغاية لفترة طويلة جدًا، يمكن أن تحترق المنشطات قبل الأوان، تاركة أسطحًا مؤكسدة قبل ذوبان اللحام [المصدر: شركة إنديوم]. تم تصميم البقايا لتكون حميدة ويمكن تركها على اللوح.
سائل قابل للذوبان في الماء: هذا النوع من التدفق أكثر عدوانية ويوفر إزالة ممتازة للأكسيد، مما يؤدي إلى وصلات لحام نظيفة وموثوقة للغاية. ومع ذلك، فإن بقاياه تسبب التآكل ويجب غسلها بالكامل بالماء منزوع الأيونات بعد اللحام. يجب أن يضمن المظهر الجانبي تنشيط التدفق بفعالية دون أن يكون عدوانيًا لدرجة تلف المكونات.

اختيار أفضل المواد للتطبيق الخاص بك

يعتمد اختيار السبيكة المثلى ومزيج التدفق على عدة عوامل:

حساسية المكونات: يحدد المكون الأكثر حساسية من الناحية الحرارية على ثنائي الفينيل متعدد الكلور درجة الحرارة القصوى المسموح بها، مما قد يجبر على استخدام سبيكة لحام منخفضة الحرارة.
موثوقية المنتج: بالنسبة للتطبيقات عالية الموثوقية مثل الفضاء الجوي أو الأجهزة الطبية، غالبًا ما يتم استخدام سبائك محددة ذات أداء طويل الأجل مثبت. وكثيرًا ما تستخدم التدفقات القابلة للذوبان في الماء في هذه الحالات لأن إزالة جميع البقايا تقلل من خطر الانتقال الكهروكيميائي أو التآكل على المدى الطويل [المصدر: كيستر].
تشطيب سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور: يجب أن يكون التدفق متوافقًا مع تشطيب سطح اللوح (على سبيل المثال، OSP، ENIG، ImAg) لضمان ترطيب فعال.
بيئة الإنتاج: استخدام فرن ذو جو نيتروجين يمكن أن تقلل من الأكسدة، مما يسمح باستخدام تدفق أقل عدوانية وتوسيع نافذة المعالجة للحصول على نتيجة أكثر استقرارًا وقابلة للتكرار.

في نهاية المطاف، فإن معجون اللحام (مزيج من مسحوق سبيكة معينة وتدفق) الذي تختاره هو الأساس لعملية اللحام بأكملها، ويحدد المتطلبات الحرارية التي يجب أن يلبيها فرن إعادة التدفق.

استكشاف عيوب اللحام الشائعة الخالية من الرصاص وإصلاحها

يتطلب تحقيق وصلة لحام خالية من العيوب مع السبائك الخالية من الرصاص نافذة عملية أضيق وأكثر دقة من اللحام التقليدي بالرصاص والقصدير. يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة وخصائص الترطيب المختلفة للحام الخالي من الرصاص إلى عيوب محددة إذا لم يتم تحسين المظهر الحراري بشكل مثالي. من خلال فهم الأسباب الجذرية لهذه المشكلات، يمكنك إجراء تعديلات مستهدفة على معلمات إعادة التدفق أو اللحام الموجي لتحسين جودة المنتج وموثوقيته. للحصول على فهم أعمق للملامح الحرارية، استكشف دليلنا على إتقان درجة حرارة إعادة إنحناء ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

1. تجسير اللحام

يحدث تجسير اللحام عندما يشكل اللحام اتصالاً غير مقصود بين اثنين أو أكثر من الموصلات المتجاورة، مما يؤدي إلى حدوث دائرة كهربائية قصيرة. وعلى الرغم من ارتباطه في كثير من الأحيان بتطبيق معجون اللحام، إلا أن ملف إعادة التدفق يلعب دورًا حاسمًا في التسبب في هذا العيب ومنعه.

الأسباب: يمكن أن تتسبب مرحلة التسخين المسبق السريع في تنشيط التدفق قبل الأوان وفقدان فعاليته قبل ذوبان اللحام. وهذا يسمح بتدفق اللحام بشكل لا يمكن التحكم فيه. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تمنع درجة الحرارة القصوى غير الصحيحة أو سرعة الناقل السريعة اللحام من الالتحام الكامل على الوسادات.
الحلول:
- ضبط منطقة التسخين المسبق/النقع: إبطاء معدل الانحدار في مرحلة التسخين المسبق (عادةً 1-3 درجات مئوية في الثانية) للسماح بتنشيط التدفق بشكل صحيح وتثبيت المكونات [المصدر: IPC].
- تحسين درجة حرارة الذروة: تأكد من أن درجة الحرارة القصوى عالية بما يكفي لكي تصل السبيكة إلى درجة السيولة الكاملة ولكن ليس بدرجة عالية جدًا بحيث تتسبب في انتشار اللحام بشكل مفرط.
- التحقق من صحة الملف الشخصي: تحقق بانتظام من صحة ملفك الحراري لضمان بقائه ضمن مواصفات الشركة المصنعة لعجينة اللحام. تعرف على المزيد حول كيفية ربط تحديد ملامح درجة الحرارة مع حلول العيوب. لمعرفة مشكلات اللحام الموجي المحددة، راجع دليلنا على تقليل تجسير اللحام.

2. كرات اللحام

كرات اللحام هي كرات صغيرة من اللحام تبقى على سطح ثنائي الفينيل متعدد الكلور بعد عملية اللحام. وغالباً ما تكون مبعثرة حول المكونات ويمكن أن تتسبب في حدوث دوائر كهربائية قصيرة إذا تم إزاحتها.

الأسباب: السبب الرئيسي المتعلق بالملف الحراري هو الرطوبة أو المواد المتطايرة المحتبسة داخل عجينة اللحام أو ثنائي الفينيل متعدد الكلور نفسه. إذا كانت درجة حرارة التسخين المسبق منخفضة جدًا أو كان معدل الانحدار شديدًا جدًا، فإن هذه المواد ستخرج بعنف أثناء مرحلة إعادة التدفق، مما يؤدي إلى تناثر اللحام بعيدًا عن الوصلة [المصدر: AIM Solder].
الحلول:
- زيادة وقت التسخين المسبق/درجة الحرارة: قم بإطالة مدة أو رفع درجة حرارة منطقة التسخين المسبق/النقع لضمان تبخير جميع الرطوبة والمواد المتطايرة برفق قبل أن يصل اللحام إلى نقطة الانصهار.
- التحكم في معدل المنحدر: يمنح الارتفاع الحراري البطيء للمواد المتطايرة وقتًا كافيًا للهروب دون التسبب في تناثر اللحام. من الضروري الالتزام بإرشادات التشكيل الجانبي الموصى بها من مورد معجون اللحام.

3. ضعف ملء الثقب (لحام الموجة)

في اللوحات ذات الفتحات العابرة، واللوحات ذات التقنيات المختلطة، يحدث سوء ملء الفتحة (أو التعبئة الرأسية غير المكتملة) عندما يفشل اللحام في ملء فتحة عبر الفتحة المطلية بالكامل، مما يؤدي إلى اتصال ضعيف أو مفتوح. وهذا تحدٍ شائع في اللحام الموجي الخالي من الرصاص.

الأسباب: يعد وجود فرق كبير في درجة الحرارة بين الجزء العلوي من ثنائي الفينيل متعدد الكلور وموجة اللحام سببًا أساسيًا. إذا كان الجانب العلوي باردًا جدًا، فسوف يتصلب اللحام قبل أن يتمكن من الارتداد عبر ماسورة الثقب. تشمل الأسباب الأخرى عدم كفاية تطبيق التدفق، أو سرعة الناقل غير الصحيحة (وقت السكون)، أو ارتفاع الموجة غير المناسب [المصدر: ملاحظات إلكترونية].
الحلول:
- تحسين التسخين المسبق: قم بزيادة درجة حرارة التسخين المسبق للجانب العلوي لتقليل الدلتا الحرارية عبر اللوح. والهدف من ذلك هو أن تكون درجة حرارة التجميع قريبة من نقطة انصهار اللحام قدر الإمكان قبل أن تلامس الموجة مباشرة.
- ضبط سرعة الناقل: يؤدي إبطاء الناقل إلى زيادة وقت المكوث الذي تقضيه اللوحة في موجة اللحام، مما يتيح مزيدًا من الوقت لنقل الحرارة وملء اللحام للفتحات بشكل صحيح.
- ضبط ارتفاع الموجة الصحيح: تأكّد من أن موجة اللحام على ارتفاع مثالي لخلق ضغط كافٍ لدفع اللحام عبر الثقوب دون إغراق الجانب العلوي من اللوح. للحصول على تعليمات مفصلة، اقرأ دليلنا على كيفية ضبط ارتفاع موجة اللحام.