שליטה בפרופיל הלחמה בגל ללא עופרת: מדריך מקיף

המעבר להלחמה ללא עופרת: מניעים ואתגרים

המעבר מהלחמת פח-עופרת מסורתית לחלופות נטולות עופרת מייצג את אחד השינויים המשמעותיים ביותר בתעשיית ייצור האלקטרוניקה בעשורים האחרונים. מעבר זה לא היה רק שינוי בחומרים, אלא שינוי יסודי של כל תהליך ההלחמה, שהונע על ידי חששות קריטיים בנוגע לסביבה ולבריאות.

גורמים רגולטוריים: הדחיפה לעבר עולם נטול עופרת

הגורם העיקרי שהביא למעבר העולמי להלחמה ללא עופרת היה המודעות הגוברת לסיכונים הבריאותיים הכרוכים בעופרת. כאשר פסולת אלקטרונית נזרקת באופן לא תקין, העופרת עלולה לחלחל לקרקע ולמי התהום, ולהוות איום חמור על המערכות האקולוגיות ועל בריאות האדם. [מקור: EPA].

בתגובה, האיחוד האירופי יישם בשנת 2006 את הדירקטיבה להגבלת חומרים מסוכנים (RoHS). חקיקה פורצת דרך זו הגבילה את השימוש בששה חומרים מסוכנים, כולל עופרת, בייצור סוגים שונים של ציוד אלקטרוני וחשמלי. הדירקטיבה RoHS חייבה למעשה מעבר לתהליכים נטולי עופרת עבור מרבית המוצרים הנמכרים בתוך האיחוד האירופי, ויצרה אפקט דומינו בכל שרשרת האספקה העולמית. [מקור: ScienceDirect]. מדינות רבות אחרות אימצו תקנות דומות, ובכך ביססו את ההלחמה נטולת העופרת כסטנדרט החדש בתעשייה.

הבדלים ואתגרים מהותיים

המעבר מהלחמה עם פח-עופרת להלחמה ללא עופרת הציב מספר אתגרים טכניים הנובעים מהתכונות המטלורגיות השונות של הסגסוגות החדשות.

טמפרטורות התכה גבוהות יותר: הלחמה מסורתית של פח-עופרת (בדרך כלל Sn63/Pb37) בעלת נקודת התכה של כ-183°C. לעומת זאת, לסגסוגות נפוצות ללא עופרת, כגון פח-כסף-נחושת (SAC), יש נקודות התכה גבוהות יותר, הנעות לרוב בין 217°C ל-227°C. [מקור: AIM Solder]. הדבר מצריך התאמה משמעותית בתהליך ההלחמה, במיוחד ב פרופיל טמפרטורת זרימה חוזרת של PCB. כל המכלול חייב להיות חשוף לטמפרטורות גבוהות יותר, מה שעלול להגביר את העומס התרמי על רכיבים רגישים ועל לוח המעגל עצמו.
הרטבה והלחמה: עופרת היא חומר הרטבה מעולה, כלומר היא זורמת ומתחברת בקלות למשטחים. הלחמות נטולות עופרת מציגות בדרך כלל מאפייני הרטבה גרועים יותר, מה שמקשה על השגת חיבורי הלחמה חזקים ואמינים. הדבר מחייב שימוש בחומרי זרימה אגרסיביים יותר ולעיתים באטמוספירה של חנקן אינרטי במהלך ההיתוך מחדש, כדי למנוע חמצון ולשפר את יכולת ההלחמה. [מקור: chuxin-smt.com].
בקרת תהליכים: חלון התהליך להלחמה נטולת עופרת צר בהרבה מאשר בתהליכי בדיל-עופרת. המרווח בין נקודת ההתכה של הלחמה לבין הטמפרטורה המרבית שהרכיבים יכולים לעמוד בה קטן יותר, ולכן נדרשת בקרה הדוקה יותר על התהליך. מדויק פרופיל טמפרטורת תנור ריפלואו הוא קריטי כדי למנוע פגמים כמו מפרקים קרים או נזק לרכיבים.
חששות בנוגע לאמינות: סגסוגות נטולות עופרת מוקדמות עוררו חששות לגבי אמינותן לטווח הארוך. בעיות כגון צמיחת “זיפים מפח” — מבנים גבישיים זעירים דמויי שיער שיכולים לצמוח ממשטחי פח ולגרום לקצרים חשמליים — נדרשו לטיפול באמצעות מחקר מקיף ופיתוח סגסוגות. [מקור: נאס"א]. סגסוגות מודרניות נטולות עופרת ותהליכים משופרים התגברו במידה רבה על המכשולים הראשוניים הללו, אך הם עדיין דורשים ניהול זהיר.

כדי לענות על דרישות אלה, יצרנים רבים מצאו לנכון להשקיע בציוד חדש, כגון ציוד ייעודי תנור ריפלואו נטול עופרת, שנועד להתמודד עם טמפרטורות גבוהות יותר ולספק את השליטה המדויקת הדרושה להרכבה מוצלחת ללא עופרת.

הבנת ארבעת השלבים בתהליך ההלחמה בגל

תהליך ההלחמה בגל הוא רצף מתוזמר בקפדנות, המחולק לארבעה אזורים חיוניים. לכל שלב יש מטרה מובחנת, והם פועלים יחד כדי להבטיח יצירת חיבורי הלחמה חזקים, אמינים ונטולי פגמים על מעגל מודפס (PCB). הבנת אזורים אלה היא בסיסית לשליטה בתהליך ולהשגת תוצאות באיכות גבוהה.

1. יישום שטף

השלב הקריטי הראשון הוא יישום השטף. לפני שה-PCB נכנס לשלבי הטמפרטורה הגבוהה, הוא עובר בתחנת שטף שבה מוחל שכבה דקה ואחידה של שטף נוזלי על החלק התחתון של הלוח. ניתן לעשות זאת באמצעות שיטות כמו ריסוס, הקצפה או התזת סילון. המטרה העיקרית של השטף היא לנקות את המשטחים המתכתיים של מוליכי הרכיבים ורפידות ה-PCB, ולהסיר כל תחמוצות שנוצרו. [מקור: Electrolube]. על ידי חמצון משטחים אלה, השטף מבטיח שההלחמה המותכת תוכל “להרטיב” כראוי את המתכת, ויוצר קשר מתכתי חזק. בנוסף, הוא מגן על המשטחים מפני חמצון חוזר כאשר הלוח נע לעבר גל ההלחמה. תוכל ללמוד עוד בנושא זה מדריך לבחירת חומר הלחמה לגלי.

2. חימום מקדים

מיד לאחר ההיתוך, מכלול ה-PCB נכנס לאזור החימום המוקדם. כאן, הלוח מחומם בהדרגה לטמפרטורה ספציפית ואחידה, בדרך כלל בין 100°C ל-130°C. שלב זה משרת שלוש פונקציות קריטיות:

מניעת הלם תרמי: הוא מעלה את טמפרטורת המכלול באיטיות כדי למנוע הלם תרמי כאשר הוא בא במגע עם הלחמה המותכת, אשר עלול לפגוע במצע ה-PCB ובמרכיביו. [מקור: PCB Technologies].
הפעלת שטף: החום מפעיל את המרכיבים הכימיים של השטף, ומשפר את יכולות הניקוי והחמצון שלו.
אידוי ממס: הוא מאדה את הממסים הנדיפים בתוך השטף, ומבטיח שלא יתרחש גזים במהלך שלב ההלחמה עצמו, מה שעלול לגרום לפגמים כמו גושי הלחמה או חללים.

3. גל ההלחמה

זהו לב ליבו של תהליך הלחמה בגל. המעגל המודפס עובר מעל סיר של הלחמה מותכת, שבו משאבים גל אחד או שניים כדי ליצור מגע עם החלק התחתון של הלוח. גל ההלחמה מרטיב את מוליכי הרכיבים והרפידות, ממלא את החורים המצופים באמצעות פעולת נימים כדי ליצור חיבורים חשמליים ומכניים. [מקור: Epec Engineered Technologies]. פרמטרים מרכזיים כגון מהירות המסוע, טמפרטורת ההלחמה (בדרך כלל 250-265°C) וגובה הגל נשלטים בדיוק רב. זמן השהייה – משך הזמן שהלוח נמצא במגע עם ההלחמה – הוא קריטי; הוא חייב להיות ארוך מספיק כדי לאפשר הרטבה נאותה, אך קצר מספיק כדי למנוע נזק לרכיבים ופגמים כגון גישור הלחמה.

4. קירור

השלב הסופי הוא קירור. לאחר יציאה מגל ההלחמה, מכלול המעגל המודפס מקורר בקצב מבוקר. המטרה היא להקשיח את מפרקי ההלחמה כראוי כדי להשיג מבנה מתכתי עדין, מה שמביא לחוזק מפרקים מרבי. קצב הקירור לא יכול להיות מהיר מדי, מכיוון שהדבר עלול לגרום ללחץ תרמי ולסדוק את המפרקים החדשים, וגם לא איטי מדי, מכיוון שהדבר עלול להוביל למפרקים שבירים. [מקור: תהליך הרכבה על פני השטח]. לעתים קרובות, משתמשים בשילוב של אוויר מאולץ והסעה טבעית כדי להחזיר את הלוח לטמפרטורה בטוחה לטיפול, לסיים את תהליך ההלחמה ולהכין את המכלול לשלב הייצור הבא.

אופטימיזציה של פרמטרים מרכזיים להלחמה בגלים ברמה גבוהה

השגת חיבור הלחמה מושלם בסביבת ייצור בהיקפים גדולים תלויה בתהליך הלחמה בגל יציב, חוזר על עצמו ומותאם. כוונון עדין של הפרמטרים המרכזיים במכונת ההלחמה בגל הוא חיוני לצמצום ליקויים כגון גישור הלחמה, מילוי חסר של חורים והלם תרמי. מדריך זה מספק גישה מעשית לייעול המשתנים הקריטיים ביותר לתהליך ייצור יציב.

הגדרות חימום מקדים

המטרה העיקרית של שלב החימום המוקדם היא להעלות את הטמפרטורה של מכלול המעגל המודפס (PCB) בהדרגה כדי להפעיל את השטף ולמנוע הלם תרמי לפני שהוא בא במגע עם גל ההלחמה המותך. חימום מוקדם לא נכון עלול לגרום לפגמים שונים. אם הטמפרטורה נמוכה מדי, השטף לא יופעל כראוי, מה שיגרום להלחמה לקויה. אם הטמפרטורה גבוהה מדי או שהעלייה מהירה מדי, הדבר עלול לפגוע ברכיבים רגישים. ברוב היישומים, החלק העליון של ה-PCB צריך להגיע לטמפרטורה שבין 100°C ל-130°C רגע לפני הכניסה לגל ההלחמה. [מקור: Epec Engineered Technologies]. שיפוע טמפרטורה זה ממזער את ההפרש בין הלוח לבין ההלחמה, ומבטיח חיבור הלחמה איכותי.

טמפרטורת סיר ההלחמה

טמפרטורת ההלחמה המותכת בסיר משפיעה ישירות על נזילותה ויכולתה ליצור קשרים בין-מתכתיים חזקים. הטמפרטורה הנכונה תלויה בסוג ההלחמה המשמשת.

הלחמות ללא עופרת: סגסוגות כמו SAC305 (פח-כסף-נחושת) דורשות בדרך כלל טמפרטורת סיר בין 260°C ל-280°C.
הלחמות עופרת: הלחמות פח-עופרת (לדוגמה, Sn63Pb37) מתפקדות היטב בטמפרטורות נמוכות יותר, בדרך כלל בין 240°C ל-250°C.

הגדרת טמפרטורה גבוהה מדי עלולה לגרום נזק למעגל המודפס ולרכיביו ולהוביל להיווצרות עודפת של סיגים. לעומת זאת, טמפרטורה נמוכה מדי תביא לזרימת הלחמה לקויה, מה שיוביל לפגמים כגון גישור הלחמה וחדירה לא מלאה לחור. [מקור: AIM Solder].

מהירות וזווית המסוע

מערכת המסוע מעבירה את מכלול המעגלים המודפסים לאורך כל התהליך, ומהירותה קובעת את משך המגע עם גל ההלחמה. מהירות המסוע הוא אחד ההגדרות החשובות ביותר.

איטי מדי: זמן מגע מופרז עלול לגרום להתחממות יתר של הרכיבים ולעודד את התמוססות הנחושת מהלוח לתוך ההלחמה.
מהיר מדי: זמן מגע לא מספיק מונע מההלחמה להרטיב כראוי את הרפידות ולמלא את החורים, מה שמביא ליצירת חיבורים חלשים או לא שלמים.

מהירות מסוע טיפוסית נעה בין 1.0 ל-2.5 מטרים לדקה (3 עד 8 רגל לדקה). [מקור: PCB Technologies]. מהירות זו קשורה ישירות לזמן המגע. המסוע מכוון גם בזווית, בדרך כלל בין 5 ל-7 מעלות. זווית זו מאפשרת להלחמה המותכת להתנקז מקצה הרכיבים, דבר חיוני עבור מניעת גשרים של הלחמה מלהיווצר בין פינים סמוכים [מקור: Epec Engineered Technologies].

זמן מגע וגובה גל ההלחמה

זמן המגע, משך הזמן שבו המעגל המודפס נמצא במגע עם גל ההלחמה, נקבע על ידי מהירות המסוע ואורך שטח המגע של גל ההלחמה. זמן המגע האידיאלי הוא בדרך כלל בין 2 ל-4 שניות. משך זמן זה מספיק בדרך כלל כדי שההלחמה תחמם את מוליכי הרכיבים, תרטיב את המשטחים המתכתיים ותזרום למעלה דרך החורים המצופים. גובה גל ההלחמה יש להגדיר כך שייגע באופן עקבי בתחתית המעגל המודפס מבלי להציף את הצד העליון. כלל אצבע מקובל הוא להגדיר את גובה הגל כך שיכסה כמחצית עד שני שלישים מעובי הלוח. [מקור: נאס"א]. גובה גל מתאים מבטיח מגע עקבי והוא חיוני להשגת חיבורי הלחמה באיכות גבוהה בכל המכלול. ניטור וכיול קבועים של הגדרות אלה חיוניים ליציבות ולחזוריות. תהליך הלחמה בגל.

שליטה בפרופיל התרמי של הלחמה בגל ללא עופרת

שליטה בתהליך הלחמת הגלים ללא עופרת דורשת פרופיל תרמי מדויק כדי למנוע פגמים ולהבטיח חיבורי הלחמה חזקים ואמינים. בשל טמפרטורות ההיתוך הגבוהות יותר של סגסוגות ללא עופרת כמו SAC305, חלון התהליך צר משמעותית בהשוואה להלחמות פח-עופרת מסורתיות. השגת פרופיל מושלם כרוכה באופטימיזציה של שלושה שלבים קריטיים: חימום מקדים, מגע עם גל ההלחמה וקירור.

שלבים מרכזיים בפרופיל הלחמה בגל ללא עופרת

חימום מקדים: זהו ככל הנראה השלב הקריטי ביותר. המטרות העיקריות של החימום המוקדם הן להפעיל את הכימיה של השטף כדי לנקות משטחים מתכתיים ולמזער את ההלם התרמי למעגל המודפס (PCB) ולרכיביו. [מקור: מגזין Assembly]. עלייה מבוקרת בטמפרטורה היא חיונית. קצב עלייה טיפוסי להלחמה ללא עופרת הוא בין 1-2°C לשנייה, מה שמביא את הטמפרטורה בצד העליון של הלוח לטווח שבין 100°C ל-150°C. חימום מקדים לא מספיק עלול לגרום לכישלון בהפעלת השטף, בעוד שחום מוגזם עלול לפגוע בשטף לפני שהוא מגיע לגל ההלחמה, מה שמוביל לפגמים כמו גושי הלחמה וגשרים. למידע נוסף על התהליך, עיין במדריך שלנו מדריך צעד אחר צעד להלחמת גלים.
גל הלחמה מגע: בשלב זה, המעגל המודפס בא במגע עם הלחמה המותכת. טמפרטורת סיר ההלחמה עבור סגסוגות נפוצות ללא עופרת (כגון סגסוגות SAC) נשמרת בדרך כלל בין 255°C ל-270°C. [מקור: SMTnet]. זמן המגע, או זמן השהייה, הוא גם כן קריטי ונמשך בדרך כלל בין 2 ל-4 שניות. משך זמן זה חייב להיות ארוך מספיק כדי לאפשר הרטבה מלאה ומילוי נאות של חורים ברכיבים עם חורים עיוורים, אך קצר מספיק כדי למנוע נזק תרמי ללוח ולרכיבים. הגדרות גל שגויות הן גורם שכיח לפגמים כגון גישור הלחמה והלחמה לא מספקת.
קירור: לאחר יציאה מגל ההלחמה, יש לקרר את המעגל המודפס באופן מבוקר. קצב קירור מהיר מדי עלול לגרום ללחץ תרמי וליצור חיבורים שבירים, בעוד שקירור איטי מדי עלול להוביל להיווצרות תרכובות בין-מתכתיות (IMC) גדולות וחלשות. קצב הקירור המומלץ הוא בדרך כלל מתחת ל-5°C בשנייה, כדי להבטיח מבנה הלחמה עדין, התורם לחיבור חזק מבחינה מכנית. [מקור: Mirtec].

רשימת בדיקה לאישור תהליכים

כדי להבטיח שתהליך ההלחמה בגלים יניב תוצאות באיכות גבוהה באופן עקבי, יש לבצע אימות קבוע. השתמש ברשימה זו כנקודת התחלה:

אימות פרופיל: השתמש במכשיר למדידת טמפרטורה כדי למפות באופן קבוע את טמפרטורת המעגל המודפס לאורך כל התהליך. ודא ששיעורי העלייה, טמפרטורות החימום המוקדם, טמפרטורת השיא ושיעורי הקירור כולם תואמים למפרט.
יישום שטף: ודא שהכמות הנכונה של חומר ההלחמה מוחלת באופן אחיד על כל הלוח. בדוק אם יש חרירים סתומים או דפוסי ריסוס לא אחידים.
ניתוח סיר הלחמה: בדקו באופן קבוע את הלחמה בסיר כדי לוודא שאין בה זיהום, במיוחד מנחושת, אשר עלול להשפיע על נזילות הלחמה ועל איכות החיבור.
מהירות המסוע: ודא שמהירות המסוע עקבית ומדויקת, שכן היא משפיעה ישירות על חשיפת החימום המוקדם וזמן המגע של ההלחמה.
דינמיקת גלים: בדקו את גובה גל ההלחמה ואת מאפייני הזרימה. גל לא יציב או לא אחיד עלול לגרום לחיבורים לקויים או לעודף הלחמה.
בדיקה ויזואלית: בצע בדיקה יסודית לאחר ההלחמה של מדגם לוחות כדי לבדוק אם יש פגמים נפוצים כמו גשרים, דילוגים, קרחונים ומילוי חורים לקוי. זיהוי מגמות יכול לעזור באיתור מדויק. בעיות נפוצות בציוד לפני שהם משפיעים על הייצור.

חידושים מודרניים בטכנולוגיית הלחמת גלים

ההתקדמות המודרנית בתחום ההלחמה בגלים הייתה מכרעת בהתגברות על האתגרים הקשורים לסגסוגות נטולות עופרת, כגון טמפרטורות תהליך גבוהות יותר וחמצון מוגבר. שני החידושים המשמעותיים ביותר הם השימוש באטמוספירות חנקן ופיתוח מערכות הלחמה סלקטיביות. טכנולוגיות אלה לא רק משפרות את האיכות והאמינות של מפרקי ההלחמה, אלא גם משפרות את היעילות הכוללת של התהליך.

היתרון של אווירה חנקנית

פעולה בסביבה אינרטית של חנקן משפרת משמעותית את תהליך ההלחמה בגל ללא עופרת. חמצן הוא הזרז העיקרי להיווצרות סיגים – הצטברות של הלחמה מחומצנת העלולה לגרום לפגמים ולהעלאת עלויות התפעול. על ידי החלפת החמצן בחנקן, ניתן להפחית את הסיגים ב-90%, מה שמוביל לחיסכון משמעותי בחומרים ולפחות תחזוקה. [מקור: Epectec]. סביבה נקייה זו, בעלת רמת חמצן נמוכה, משפרת גם את הרטבת ההלחמה, ומאפשרת להלחמה לזרום בצורה יעילה יותר וליצור חיבורים חזקים ואמינים יותר. התוצאה היא חלון תהליך רחב יותר, מילוי חורים טוב יותר והפחתה בפגמים לאחר ההלחמה, כגון גישור וקרחונים. עבור יצרנים השואפים לתוצאות באיכות גבוהה, מערכת חנקן היא שדרוג חיוני.

דיוק עם מערכות הלחמה סלקטיבית

בעוד שההלחמה בגל מסורתית אידיאלית לייצור המוני של רכיבים עם חורים עיוורים, לוחות מעגלים מודפסים (PCB) מודרניים כוללים לעתים קרובות שילוב של טכנולוגיות חורים עיוורים והלחמה על פני השטח (SMT). עבור לוחות בטכנולוגיה מעורבת זו, הלחמה סלקטיבית מציעה דיוק ללא תחרות. תהליך אוטומטי זה מכוון לנקודות הלחמה בודדות, ומגן על רכיבים רגישים הסמוכים מפני עומס תרמי. [מקור: Routledge]. בניגוד להלחמה בגל מסורתית, שבה הלוח כולו עובר מעל גל ההלחמה, בהלחמה סלקטיבית משתמשים בזרבובית ממוזערת כדי למרוח הלחמה מותכת על פינים או אזורים ספציפיים. גישה ממוקדת זו חיונית עבור לוחות בצפיפות גבוהה שבהם המרווח בין הרכיבים קטן. כדי להבין יותר כיצד שיטה זו משתווה לשיטות אחרות, עיין בפירוט המפורט במדריך שלנו. מדריך להלחמה בגל לעומת הלחמה סלקטיבית. שיטה זו ממזערת את הסיכון לנזק תרמי, מפחיתה את צריכת השטף ומבטלת את הצורך בתיקונים ידניים, ובכך משפרת הן את האיכות והן את הפריון.

יסודות האיכות: בחירת הלחמה ופלוקס מתאימים

בחירת סגסוגת ההלחמה והשטף הנכונים היא צעד ראשון קריטי הקובע באופן ישיר את הפרמטרים של פרופיל ההלחמה. חומרים אלה פועלים יחד, ותכונותיהם הכימיות והתרמיות חייבות להיות מותאמות באופן מושלם לתהליך התרמי כדי להבטיח חיבורי הלחמה חזקים ואמינים.

סגסוגות הלחמה נטולות עופרת ודרישותיהן התרמיות

המעבר להלחמה נטולת עופרת, המונע על ידי תקנות סביבתיות כגון RoHS, הציב אתגרים חדשים בפני פרופיל תרמי. הסגסוגת הנטולת עופרת הנפוצה ביותר, SAC305 (המורכבת מ-96.5% פח, 3.0% כסף ו-0.5% נחושת), בעלת נקודת התכה (liquidus) של כ-217-220°C. זוהי נקודת התכה גבוהה משמעותית מ-183°C של הלחמה מסורתית של פח-עופרת (Sn63/Pb37). [מקור: AIM Solder].

טמפרטורת התכה גבוהה זו משפיעה ישירות על פרופיל ההיתוך:

מחממים מראש ומשרים: יש לנהל בקפידה את קצב העלייה בטמפרטורה ואת טמפרטורות ההשריה כדי להפעיל את השטף ולמנוע הלם תרמי לרכיבים ולמעגל המודפס.
טמפרטורה מקסימלית: טמפרטורת השיא של הפרופיל חייבת להיות גבוהה מספיק כדי להבטיח שההלחמה תתמוסס לחלוטין ותזרום כראוי. עבור SAC305, משמעות הדבר היא בדרך כלל טמפרטורת שיא של 235-255°C. [מקור: Electronics Notes].
זמן מעל נקודת ההתכה (TAL): משך הזמן שהמכלול נמצא מעל נקודת ההתכה של ההלחמה חייב להיות ארוך מספיק כדי לאפשר הרטבה נאותה והיווצרות תרכובת בין-מתכתית (IMC), בדרך כלל בין 45 ל-90 שניות.

בחירה בסגסוגת אחרת, כגון הלחמה נטולת עופרת בטמפרטורה נמוכה המכילה ביסמוט, תדרוש פרופיל טמפרטורה שונה לחלוטין ונמוך יותר, כדי למנוע נזק לרכיבים רגישים לחום. להבנה מעמיקה יותר של האופן שבו פרמטרים אלה יוצרים פרופיל שלם, עיין במדריך שלנו מדריך לשליטה בפרופיל טמפרטורת ההיתוך של PCB.

תפקידו של השטף בפרופיל ההיתוך

שטף הוא חומר כימי האחראי לניקוי משטחים מתכתיים מחמצון כדי לקדם את הרטבת ההלחמה. “הפעילות” של שטף — היכולת שלו להסיר חמצון — תלויה בטמפרטורה וחייבת להיות מסונכרנת עם פרופיל ההלחמה מחדש.

שטף ללא ניקוי: זהו הסוג הנפוץ ביותר בהרכבת SMT. המפעילים שלו מתוכננים לעבוד בשלב החימום המוקדם ובשלב ההשריה. אם הטמפרטורה נמוכה מדי, השטף לא יופעל כראוי, מה שיוביל להרטבה לקויה. אם הטמפרטורה גבוהה מדי למשך זמן רב מדי, המפעילים עלולים להישרף בטרם עת, ולהשאיר משטחים מחומצנים לפני שההלחמה נמסה. [מקור: Indium Corporation]. השאריות נועדו להיות בלתי מזיקות וניתן להשאירן על הלוח.
שטף מסיס במים: סוג זה של חומר הלחמה הוא אגרסיבי יותר ומספק הסרת תחמוצת מצוינת, מה שמביא ליצירת חיבורי הלחמה נקיים ואמינים מאוד. עם זאת, השאריות שלו הן קורוזיביות ויש לשטוף אותן לחלוטין במים מותפלים לאחר ההלחמה. הפרופיל חייב להבטיח שהחומר הלחמה יפעל ביעילות מבלי להיות אגרסיבי עד כדי פגיעה ברכיבים.

בחירת החומרים הטובים ביותר ליישום שלך

הבחירה בשילוב האופטימלי של סגסוגת ופלוקס תלויה במספר גורמים:

רגישות הרכיבים: הרכיב הרגיש ביותר לחום על המעגל המודפס קובע את טמפרטורת השיא המרבית המותרת, מה שעשוי לחייב שימוש בסגסוגת הלחמה בטמפרטורה נמוכה.
אמינות המוצר: ליישומים הדורשים אמינות גבוהה, כגון מכשירים רפואיים או מכשירים לתעשיית החלל, נדרשים לעתים קרובות סגסוגות ספציפיות בעלות ביצועים מוכחים לטווח ארוך. במקרים אלה נעשה לעתים קרובות שימוש בחומרי הלחמה מסיסים במים, מכיוון שהסרת כל השאריות ממזערת את הסיכון להגירה אלקטרוכימית או קורוזיה לטווח ארוך. [מקור: קסטר].
גימור פני השטח של PCB: השטף חייב להיות תואם לגימור פני השטח של הלוח (לדוגמה, OSP, ENIG, ImAg) כדי להבטיח הרטבה יעילה.
סביבת ייצור: שימוש תנור עם אווירה של חנקן יכול להפחית את החמצון, מה שמאפשר שימוש בשטף פחות אגרסיבי ומרחיב את חלון התהליך לתוצאה יציבה וחוזרת יותר.

בסופו של דבר, משחת ההלחמה (שילוב של אבקה מסגסוגת ספציפית ופלוקס) שתבחרו היא הבסיס לכל תהליך ההלחמה, והיא מגדירה את הדרישות התרמיות שעל תנור ההלחמה שלכם לעמוד בהן.

פתרון בעיות נפוצות בהלחמה ללא עופרת

כדי להשיג חיבור הלחמה מושלם עם סגסוגות נטולות עופרת, נדרש חלון תהליך צר ומדויק יותר מאשר בהלחמת פח-עופרת מסורתית. הטמפרטורות הגבוהות יותר ותכונות ההרטבה השונות של הלחמה נטולת עופרת עלולות לגרום לפגמים ספציפיים אם הפרופיל התרמי אינו מותאם באופן מושלם. על ידי הבנת הגורמים הבסיסיים לבעיות אלה, תוכלו לבצע התאמות ממוקדות לפרמטרי ההלחמה מחדש או ההלחמה בגל כדי לשפר את איכות המוצר ואמינותו. להבנה מעמיקה יותר של פרופילים תרמיים, עיינו במדריך שלנו בנושא שליטה בפרופיל טמפרטורת ההיתוך של המעגל המודפס.

1. גישור הלחמה

גישור הלחמה מתרחש כאשר הלחמה יוצרת חיבור לא מכוון בין שני מוליכים סמוכים או יותר, וגורמת לקצר חשמלי. למרות שלעתים קרובות תופעה זו קשורה ליישום משחת הלחמה, לפרופיל ההיתוך יש תפקיד מכריע הן בגרימת תקלה זו והן במניעתה.

סיבות: שלב חימום מוקדם מהיר עלול לגרום להפעלה מוקדמת של השטף ולאובדן יעילותו לפני שההלחמה נמסה. כתוצאה מכך, ההלחמה זורמת ללא בקרה. בנוסף, טמפרטורת שיא לא נכונה או מהירות מסוע מהירה עלולות למנוע מההלחמה להתאחד באופן מלא על המשטחים.
פתרונות:
- התאם את אזור החימום המוקדם/ההשריה: האט את קצב העלייה בשלב החימום המוקדם (בדרך כלל 1-3°C בשנייה) כדי לאפשר לשטף לפעול כראוי ולייצב את הרכיבים. [מקור: IPC].
- אופטימיזציה של טמפרטורת השיא: ודא שהטמפרטורה המרבית גבוהה מספיק כדי שהסגסוגת תגיע לנקודת התכה מלאה, אך לא גבוהה מדי כדי שלא תגרום להתפשטות יתר של ההלחמה.
- אימות פרופיל: אמת באופן קבוע את הפרופיל התרמי שלך כדי להבטיח שהוא נשאר בתוך המפרט של יצרן משחת ההלחמה. למידע נוסף על אופן הפעולה לקשר בין פרופיל הטמפרטורה לפתרונות לתיקון פגמים. לבעיות ספציפיות בהלחמת גלים, עיין במדריך שלנו בנושא הפחתת גישור הלחמה.

2. כדורי הלחמה

כדורי הלחמה הם כדורים זעירים של הלחמה שנשארים על משטח המעגל המודפס לאחר תהליך ההלחמה. הם מפוזרים לעתים קרובות סביב רכיבים ועלולים לגרום לקצרים אם הם מתנתקים ממקומם.

סיבות: הגורם העיקרי הקשור לפרופיל התרמי הוא לחות או חומרים נדיפים הכלואים בתוך משחת ההלחמה או בתוך המעגל המודפס עצמו. אם טמפרטורת החימום המוקדם נמוכה מדי או קצב העלייה בטמפרטורה אגרסיבי מדי, חומרים אלה יתנדפו בעוצמה רבה בשלב ההיתוך, ויתזזו את ההלחמה מהמפרק. [מקור: AIM Solder].
פתרונות:
- הגדילו את זמן/טמפרטורת החימום המוקדם: האריכו את משך הזמן או העלו את הטמפרטורה של אזור החימום המוקדם/ההשריה כדי להבטיח שכל הלחות והחומרים הנדיפים יתאדו בעדינות לפני שההלחמה תגיע לנקודת ההתכה שלה.
- קצב עלייה בשליטה: העלאת טמפרטורה איטית יותר מעניקה לחומרים נדיפים זמן מספיק להתנדף מבלי לגרום לניתזים של הלחמה. חשוב מאוד להקפיד על ההנחיות המומלצות של ספק משחת ההלחמה.

3. מילוי חורים לקוי (הלחמה בגלים)

בלוחות עם חורים עיוורים ובלוחות בטכנולוגיה מעורבת, מילוי חסר של החורים (או מילוי אנכי לא מלא) מתרחש כאשר ההלחמה לא מצליחה למלא את החור העיוור המצופה לחלוטין, מה שמביא לחיבור חלש או פתוח. זוהי בעיה נפוצה בהלחמה בגלים ללא עופרת.

סיבות: הבדל טמפרטורה משמעותי בין החלק העליון של המעגל המודפס לבין גל ההלחמה הוא הגורם העיקרי. אם החלק העליון קר מדי, ההלחמה תתקשה לפני שתספיק לעלות דרך החור. גורמים נוספים כוללים שימוש לא מספיק בשטף, מהירות מסוע לא נכונה (זמן שהייה) או גובה גל לא מתאים. [מקור: Electronics Notes].
פתרונות:
- אופטימיזציה של חימום מקדים: הגבירו את טמפרטורת החימום המוקדם בצד העליון כדי להפחית את הפרש הטמפרטורות בלוח. המטרה היא להביא את טמפרטורת ההרכבה קרוב ככל האפשר לנקודת ההתכה של ההלחמה, רגע לפני שהיא באה במגע עם הגל.
- התאמת מהירות המסוע: האטת המסוע מגדילה את זמן השהייה של הלוח בגל ההלחמה, ומאפשרת יותר זמן להעברת חום ולמילוי החורים כראוי על ידי ההלחמה.
- הגדר גובה גל נכון: ודא שגובה גל ההלחמה הוא אופטימלי כדי ליצור לחץ מספיק כדי שההלחמה תדחוף דרך החורים מבלי להציף את החלק העליון של הלוח. להוראות מפורטות, קרא את המדריך שלנו בנושא כיצד להתאים את גובה גל ההלחמה.