در طراحی و مونتاژ بردهای الکترونیکی ظریف، بهویژه بردهای SMD (Surface Mount Device) ، انتخاب آلیاژ لحیم صرفاً انتخاب یک ماده مصرفی نیست، بلکه یک تصمیم مهندسی مؤثر بر قابلیت اطمینان (Reliability) ، کیفیت اتصال و بازده تولید است.
رفتار ترمودینامیکی لحیم، دمای ذوب، سیالیت، ترشوندگی (Wettability) و سازگاری با پدها، همگی مستقیماً بر کیفیت اتصال در ابعاد میکرونی اثر میگذارند.
چرا انتخاب آلیاژ لحیم در بردهای SMD حیاتی است؟
در بردهای ظریف، فاصله کم پدها، جرم حرارتی پایین قطعات و حساسیت به دمای فرآیند باعث میشود که کوچکترین خطا در انتخاب آلیاژ لحیم منجر به مشکلاتی نظیر موارد زیر شود:
- اتصال سرد (Cold Joint)
- ایجاد پل (Bridging) بین پدها
- تنش حرارتی روی قطعات حساس
- کاهش عمر کاری برد
به همین دلیل، آلیاژ لحیم در این کاربردها باید مجموعهای از ویژگیهای الکترومکانیکی و حرارتی کنترلشده داشته باشد.
پارامترهای کلیدی در انتخاب آلیاژ لحیم برای SMD
انتخاب آلیاژ مناسب مستقیماً بر فرآیند سیلان مجدد (Reflow) و کیفیت نهایی اتصال اثر میگذارد. مهمترین پارامترها عبارتاند از:
۱. دمای ذوب و محدوده ذوب (Melting Range)
در بردهای SMD، آلیاژهایی با دمای ذوب پایینتر و محدوده ذوب محدود ترجیح داده میشوند، زیرا:
- ریسک آسیب حرارتی به قطعات کاهش مییابد
- کنترل پروفایل دمایی سادهتر میشود
- احتمال ایجاد اتصال سرد کمتر است
۲. ترشوندگی (Wettability)
ترشوندگی مناسب باعث پخش یکنواخت لحیم روی پدها میشود و نقش کلیدی در عملکرد اتصال ایفا میکند، از جمله:
- جلوگیری از ایجاد پل (Bridging)
- تشکیل فیلت (Fillet) پایدار
- یکنواختی اتصالات میکرونی
آلیاژهایی که رفتار ترشوندگی ضعیفی دارند، حتی با پروفایل حرارتی مناسب نیز اتصال مطلوبی ایجاد نمیکنند.
۳. رفتار مکانیکی اتصال نهایی
بردهای SMD اغلب تحت سیکلهای حرارتی مداوم قرار میگیرند؛ بنابراین آلیاژ لحیم باید دارای رفتار مکانیکی پایدار باشد، از جمله:
- مقاومت مناسب در برابر خزش (Creep Resistance)
- تحمل تنشهای حرارتی و مکانیکی (خستگی حرارتی)
- چسبندگی پایدار به پدهای مسی یا پوششدار (ENIG، HASL)
۴. سازگاری با فرآیند تولید
نوع فرآیند مونتاژ (دستی، موجی، سیلان مجدد) مستقیماً بر انتخاب آلیاژ اثر میگذارد. برای بردهای ظریف:
- کنترلپذیری در سیلان مجدد اولویت دارد
- آلیاژ باید با فلاکسهای رایج سازگار باشد
- پایداری شیمیایی در دمای کاری اهمیت بالایی دارد
آلیاژهای رایج لحیم برای بردهای ظریف و SMD
در کاربردهای صنعتی و الکترونیکی، چند دسته آلیاژی بیشترین استفاده را دارند:
۱. آلیاژهای قلع–سرب (Sn–Pb)
این آلیاژها به دلیل:
- دمای ذوب پایین
- ترشوندگی عالی
- رفتار مکانیکی پایدار
هنوز در بسیاری از کاربردهای صنعتی خاص و تعمیرات دقیق استفاده میشوند، هرچند محدودیتهای زیستمحیطی مصرف آنها را کنترلشده کرده است.
۲. آلیاژهای بدون سرب (Lead‑Free)
آلیاژهای بر پایه قلع مانند Sn–Ag–Cu (SAC) برای پاسخ به الزامات RoHS توسعه یافتهاند. این آلیاژها دارای مشخصات زیر هستند:
- دمای ذوب بالاتری دارند
- کنترل پروفایل حرارتی دقیقتری نیاز دارند
- در مونتاژهای حساس، انتخاب ترکیب دقیق آنها اهمیت ویژه دارد
**برای مطالعهی بیشتر دربارهی آلیاژهای لحیم بدون سرب، اینجا کلیک کنید.**
چه زمانی انتخاب آلیاژ اهمیت بیشتری پیدا میکند؟
انتخاب آلیاژ لحیم در شرایط زیر کاملاً بحرانی است:
- بردهای چندلایه با تراکم بالا (HDI)
- قطعات بسیار ظریف با پایههای کوچک
- طراحیهایی که تعمیرپذیری (Rework) اهمیت دارد
- تولید انبوه با نرخ خطای پایین مورد انتظار
رویکرد مهندسی در انتخاب آلیاژ لحیم (چکلیست سریع)
قبل از نهاییکردن آلیاژ لحیم، بررسی موارد زیر ضروری است:
- محدودیت دمایی قطعات الکترونیکی
- نوع پد و پوشش سطح برد
- فرآیند مونتاژ (Reflow / Hand Soldering)
- الزامات طول عمر و سیکل حرارتی
- محدودیتهای زیستمحیطی و استانداردها
جمعبندی
در بردهای الکترونیکی ظریف و SMD، آلیاژ لحیم یک **ماده عملکردی (Functional Material)** است، نه صرفاً یک ماده اتصالدهنده. انتخاب آگاهانه آن، مستقیماً کیفیت، دوام و قابلیت اطمینان برد را تعیین میکند و باید بر اساس شرایط واقعی کاربرد و فرآیند تولید انجام شود.
سؤالات متداول درباره آلیاژ لحیم برای بردهای SMD
۱. آیا لحیم قلع–سرب هنوز برای بردهای SMD استفاده میشود؟
در برخی کاربردهای صنعتی خاص و تعمیرات دقیق، بهدلیل ترشوندگی و دمای ذوب مناسب، همچنان استفاده میشود، اما مصرف آن تحت محدودیتهای قانونی کنترل میشود.
۲. کدام آلیاژ بدون سرب برای بردهای ظریف مناسبتر است؟
آلیاژهای Sn–Ag–Cu با ترکیب بهینه، رایجترین گزینه هستند، اما انتخاب نهایی به پروفایل حرارتی و حساسیت قطعات بستگی دارد.
۳. دمای بالاتر لحیم بدون سرب چه چالشی ایجاد میکند؟
افزایش دمای سلان مجدد میتواند تنش حرارتی روی قطعات ظریف ایجاد کند و نیازمند کنترل دقیق فرآیند است.
مشاوره تخصصی انتخاب آلیاژ لحیم و تأمین سفارشی
در ارزیز صنعت، امکان ارائه خدمات مهندسی و تأمین تخصصی متناسب با نیازهای صنایع الکترونیک و مونتاژ برد وجود دارد، از جمله:
- مشاوره مهندسی در انتخاب آلیاژ لحیم مناسب
- تأمین آلیاژهای لحیم بر اساس الزامات حرارتی، مکانیکی و فرآیندی
- پشتیبانی فنی در کاربردهای مونتاژ، سیلان مجدد و تعمیر بردهای الکترونیکی