لحیم‌کاری یکی از فرآیندهای کلیدی در مونتاژ مدارهای الکترونیکی است که قابلیت اطمینان و طول عمر اتصال را تعیین می‌کند. انتخاب آلیاژ لحیم مناسب نقش مهمی در عملکرد و دوام برد الکترونیکی دارد. سه عامل اصلی در این انتخاب عبارت‌اند از:
- نقطه ذوب
- استحکام مکانیکی
- ترشوندگی
این مقاله به بررسی هر یک از این عوامل و ارتباط آن‌ها با نوع کاربرد می‌پردازد.
۱. نقطه ذوب آلیاژ
نقطه‌ی ذوب، دمایی که آلیاژ از حالت جامد به مایع تغییر کرده، سیلان پیدا می‌کند.
تأثیر در انتخاب:
- کاربردهای حساس به دما: قطعاتی مانند حسگرهای ظریف یا LED نیازمند آلیاژهای با نقطه ذوب پایین مانند آلیاژهای Sn42Bi58 و Sn63Pb37 (درصد وزنی) هستند که به‌ترتیب دارای نقطه ذوب 138 و 183 درجه سانتیگراد هستند.
- کاربردهای صنعتی و قدرت: اتصالاتی که در محیط دمای بالا کار می‌کنند (مانند منابع تغذیه صنعتی)، نیازمند آلیاژ با نقطه ذوب بالاتر مانند آلیاژهای پایه قلع حاوی عناصری نظیر مس و نقره هستند که عموماً نقطه‌ی ذوبی بالاتر از 215 درجه سانتیگراد دارند.
۲. استحکام مکانیکی
استحکام مکانیکی به معنای مقاومت اتصال لحیم در برابر نیروهای مکانیکی، لرزش یا تغییرات دمایی است.
تأثیر در انتخاب:
- محیط‌های لرزشی یا تحت شوک مکانیکی: مانند اتصالات خودرو یا تجهیزات نظامی که نیازمند آلیاژهای با استحکام بالا مانند آلیاژهای پایه قلع حاوی نقره هستند.
- کاربردهای خانگی: در بردهای لوازم خانگی وابسته به استاندارد محیط زیستی معمولاً از آلیاژهای متدوال حاوی قلع و سرب و یا آلیاژهای پایه قلع بدون سرب حاوی نقره و مس استفاده میشود.
نکته کاربردی: افزودن نقره باعث افزایش استحکام و مقاومت خزشی اتصال (Creep) در دماهای بالا میشود.
نکته تخصصی: وجود Ag در آلیاژهای پایه قلع بدون سرب باعث تشکیل ترکیب‌های بین فلزی مانند Ag₃Sn و Cu₆Sn₅ میشود که استحکام را بالا می‌برد، اما می‌تواند تردی اتصال را به‌همراه داشته باشد.
۳. ترشوندگی
ترشوندگی، توانایی آلیاژ پس از ذوب در پخش شدن و تشکیل لایه یکنواخت روی سطح فلز پایه است.
تأثیر در انتخاب:
- مونتاژ سریع: آلیاژهایی مثل Sn-Pb با ترشوندگی بالا، فرایند را سریع‌تر و با نقص کمتر انجام می‌دهند.
- لحیم‌کاری بدون سرب: معمولاً ترشوندگی پایین‌تر دارد، اما با افزودن نقره یا اصلاح فلاکس، عملکرد بهتر میشود.
- مشکل رایج: ترشوندگی پایین باعث اتصال سرد (Cold Joint) و افزایش مقاومت الکتریکی میشود.
روش‌های بهبود:
- تمیزکاری سطح (شستشو با الکل ایزوپروپیل)
- پیش‌گرمایش مناسب قبل از ذوب
- استفاده از فلاکس با ترکیبات فعال‌کننده سطحی
انتخاب آلیاژ بر اساس نوع کاربرد
نکات تکمیلی
- پیش‌بینی شرایط محیطی (رطوبت، دما، لرزش)
- رعایت استانداردهای محیط زیستی RoHS (در صورت نیاز به بدون سرب بودن)
- انتخاب فلاکس و روش لحیم‌کاری مناسب
- کنترل ضخامت لایه لحیم
- نگهداری آلیاژها در محیط خشک و خنک
جمع‌بندی
انتخاب آلیاژ لحیم مناسب به مؤلفه‌های متعددی بستگی دارد. تطبیق ویژگی‌های فنی آلیاژ با شرایط پروژه باعث بهبود کیفیت و طول عمر اتصالات میشود.
Sn-Pb : سهولت لحیم‌کاری اما محدودیت زیست‌محیطی.
Sn-Cu و Sn-Ag-Cu : گزینه‌های بدون سرب با دوام بالا.
Sn-Bi: نقطه ذوب پایین، مناسب برای قطعات حساس به حرارت
ترشوندگی با استفاده از فلاکس مناسب و آماده‌سازی سطح پایه، نقش کلیدی در جلوگیری از اتصال سرد دارد.