در سال‌های اخیر، استفاده از آلیاژهای لحیم بدون سرب به طور قابل توجهی افزایش یافته است؛ به‌طوری‌که امروزه بیش از ۶۵ درصد از محصولات لحیم موجود در بازار، از نوع بدون سرب هستند. مهم‌ترین دلیل این تغییر رویکرد، تصویب قوانین زیست‌محیطی و بهداشتی از سال ۲۰۰۶ میلادی است. بر اساس این قوانین، تولیدکنندگان محصولات الکترونیکی مجاز به استفاده از مواد مضر برای سلامت انسان – مانند سرب – در فرآیند ساخت محصولات خود نیستند. علاوه بر این، نگرانی‌های زیست‌محیطی و امکان ورود سرب به خاک، آب و هوا، دلیل دیگری بر کاهش مصرف آلیاژهای حاوی سرب محسوب می‌شود.
در کنار این عوامل، کیفیت بهبود یافته لحیم‌کاری در بردهای مدار چاپی (PCB) نیز نقش مهمی در استقبال گسترده از آلیاژهای بدون سرب ایفا کرده است. آلیاژهای بدون سرب معمولاً در طول فرآیند لحیم‌کاری، پخش یا جاری نمی‌شوند و در نهایت باعث ایجاد اتصالات با کیفیت‌تر و استحکام بیشتر در بردهای PCB می‌گردند. به همین دلیل بسیاری از تولیدکنندگان در کشورهای مختلف، استفاده از آلیاژهای بدون سرب را ترجیح می‌دهند.
با این حال، آلیاژهای لحیم بدون سرب نیز دارای برخی محدودیت‌ها و چالش‌ها هستند. مهم‌ترین این موارد عبارت‌اند از:
- دمای ذوب بالاتر: این آلیاژها نسبت به نمونه‌های حاوی سرب، دمای ذوب بالاتری دارند و همین موضوع سبب می‌شود که فرآیند لحیم‌کاری به مهارت بیشتری نیاز داشته باشد. علاوه بر این، قطعات و تجهیزات الکترونیکی که با آلیاژهای بدون سرب مونتاژ می‌شوند باید تحمل دماهای بالاتر را داشته باشند. همچنین ابزارها و تجهیزات لحیم‌کاری نیز باید کارایی مطلوب خود را در این دماها حفظ کنند.
- خواص مکانیکی پایین‌تر: لحیم‌های بدون سرب به دلیل کشش سطحی کمتر، اغلب خواص مکانیکی اتصال کمتری از خود نشان می‌دهند.
- کاهش عمر فلاکس: به‌دلیل میزان اکسیژن بیشتر در سیم‌های لحیم بدون سرب، عمر فلاکس داخلی این آلیاژها معمولاً کمتر است؛ به‌طوری‌که تاریخ انقضای سیم‌های لحیم بدون سرب می‌تواند تا حدود ۵۰ درصد کوتاه‌تر از نمونه‌های سرب‌دار باشد.
با در نظر گرفتن این نکات و در راستای الزامات صنایع الکترونیک به استفاده از آلیاژهای لحیم بدون سرب، شرکت ارزیز صنعت با بهره‌گیری از دانش تخصصی متالورژی خود، اقدام به تولید انواع آلیاژهای لحیم بدون سرب نموده است. همچنین پروژه‌های پژوهشی متعددی با هدف بهبود خواص این آلیاژها و توسعه محصولات جدید در واحد تحقیق و توسعه شرکت در حال اجرا می‌باشد.
انواع رایج آلیاژهای بدون سرب
آلیاژهای بدون سرب متنوعی با توجه به نیاز صنایع و ویژگی‌های مورد انتظار توسعه یافته‌اند. رایج‌ترین ترکیبات عبارت‌اند از:
- آلیاژ Sn-Ag-Cu (SAC): ترکیب قلع، نقره و مس (معمولاً SAC305: ۹۶.۵ درصد وزنی قلع، ۳ درصد وزنی نقره، ۰.۵ درصد وزنی مس) به دلیل چقرمگی، قابلیت لحیم‌کاری بالا و استحکام عالی، کاربرد گسترده‌ای در مونتاژ بردهای الکترونیکی دارد.
- آلیاژSn-Cu: ترکیب قلع و مس، مناسب برای کاربردهای عمومی و جایگزین اقتصادی برای SAC305 است.
- آلیاژ Sn-Ag و Sn-Bi: گزینه‌های دیگر بسته به حساسیت دمایی و الزامات خاص پروژه انتخاب می‌شوند.
این آلیاژها عموماً بر اساس استانداردهای بین‌المللی همچون IPC J-STD-006، JEITA ET-7304 و IEC 61190-1-3 تولید می‌شوند.
موارد کاربرد و محدودیت‌ها در صنایع مختلف
- موارد کاربرد: آلیاژهای بدون سرب در صنایع الکترونیک مصرف انبوه (لوازم خانگی، کامپیوتر، موبایل) به طور گسترده جایگزین سرب‌دار شده‌اند.
- محدودیت‌ها: در برخی صنایع از جمله تجهیزات نظامی، هوافضا و پزشکی به دلیل الزامات اطمینان بالا یا دوام طولانی همچنان از لحیم‌های سرب‌دار استفاده می‌شود یا تاییدیه جداگانه لازم است.
نکات تخصصی فرآیند لحیم‌کاری با آلیاژهای بدون سرب
- تنظیم صحیح دما: به دلیل نقطه ذوب بالاتر، ابزارهای لحیم باید دمای بالاتری (۳۵۰–۲۵۰ درجه سانتی‌گراد) داشته باشند؛ اما دقت شود آسیب حرارتی به قطعات وارد نشود.
- انتخاب فلاکس مناسب: استفاده از فلاکس با قدرت تمیزکنندگی بالا جهت جلوگیری از اکسیداسیون ضروری است.
- کنترل زمان تماس: زمان فرآیند نباید بیش از حد طولانی شود تا از خرابی قطعات جلوگیری گردد.
- بررسی کیفیت اتصال: ظاهر اتصال بدون سرب معمولاً مات‌تر است، و باید از عدم وجود ترک، حفره و شکستگی اطمینان حاصل شود.
ایمنی و نکات زیست‌محیطی
- ایمنی: با وجود حذف سرب، برخی عناصر مانند نقره، بیسموت یا آنتیموان نیازمند رعایت نکات ایمنی هنگام ذوب و بخارات احتمالی هستند؛ توصیه می‌شود از تهویه مناسب و دستکش مقاوم استفاده گردد.
- دفع پسماند: باقی‌مانده لحیم بدون سرب و فلاکس مصرف‌شده را نباید با زباله عادی دفع کرد؛ باید با همکاری شرکت‌های مدیریت پسماند صنعتی جمع‌آوری و بازیافت شوند.
- محیط زیست: استفاده از ترکیبات بدون سرب، میزان آلودگی خاک و آب را به شکل معناداری کاهش داده است.
سوالات پرتکرار (FAQ)
۱. آیا اتصال لحیم بدون سرب ظاهری متفاوت دارد؟
بله، ظاهر لحیم بدون سرب کمی مات‌تر و نقره‌ای‌رنگ‌تر از نمونه‌های دارای سرب است، اما این به معنای اتصال ضعیف نیست.
۲. آیا می‌توان قطعات قدیمی را با لحیم بدون سرب مونتاژ کرد؟
در بسیاری موارد مشروط به سازگاری قطعه با دمای بیشتر، امکان‌پذیر است.
۳. عمر مفید اتصال‌های لحیم بدون سرب چقدر است؟
در کاربردهای عادی مشابه آلیاژهای سرب‌دار است؛ ولی در شرایط شوک حرارتی شدید، ممکن است کاهش یابد.
۴. چگونه لحیم و فلاکس بدون سرب را نگهداری کنیم؟
در محل خشک و خنک، با بسته‌بندی دربسته و دور از نور مستقیم، عمر بیشتری خواهند داشت.
۵. آیا لحیم بدون سرب برگشت‌پذیر است؟
امکان برداشتن و تعویض (Rework) وجود دارد، اما به دقت و ابزارهای مناسب نیاز است.
جمع‌بندی
در سال‌های اخیر با توجه به الزامات زیست‌محیطی و رشد فناوری، استفاده از آلیاژهای لحیم بدون سرب به بخش اجتناب‌ناپذیری از صنعت الکترونیک بدل شده است. هرچند این آلیاژها نسبت به نمونه‌های سرب‌دار چالش‌هایی مانند دمای ذوب بالاتر، نیاز به کنترل فرآیند دقیق‌تر و استحکام مکانیکی خاص خود را دارند، اما پیشرفت‌های فنی و استانداردسازی بین‌المللی این مشکلات را تا حد زیادی کاهش داده است. آشنایی با انواع آلیاژهای رایج، استانداردهای روز و ملاحظات ایمنی، می‌تواند به ارتقای کیفیت مونتاژ و تضمین دوام و سلامت محصولات کمک کند. به همین دلیل، انتخاب آلیاژ و فرآیند مناسب، همسو با نیازهای صنعت و الزامات بین‌المللی، ضرورتی انکارناپذیر است.
برگرفته از وب‌سایت wellpcb.com.