معرفی انواع خمیر لحیم قابل استفاده در صنایع الکترونیک

به مانند سایر اشکال فیزیکی لحیم (میله، شمش، سیم، پودر و …)، خمیر لحیم را نیز می‌توان براساس دو دیدگاه رفتار فیزیکی فلز لحیم و یا بر اساس ترکیب شیمیایی آن تقسیم‌بندی کرد. در دسته بندی اول که بر اساس خواص فیزیکی ماده است، از دیاگرام‌های فازی استفاده کرده و لحیم‌ها را به دو گروه یوتکتیکی و غیر یوتکتیکی تقسیم بندی می کنند. بر این اساس خمیر لحیم قلع سرب دار Sn63Pb37، که کاربرد زیادی در صنعت لحیم‌کاری دارد جزء دسته یوتکتیکی قرار می‌گیرد و دارای نقطه ذوب ۱۸۳ درجه سانتی‌گراد است. موقعیت این خمیر قلع در دیاگرام فازی قلع-سرب (شکل ۱) نشان داده شده است.

از طرفی دیگر خمیرهای لحیم غیر یوتکتیکی‌ دارای دامنه انجمادی بوده و انجماد از دمای لیکوئیدوس آغاز شده و تا رسیدن به دمای سالیدوس ادامه می‌یابد. از همین رو برای این نوع خمیر لحیم‌ نقطه ذوب دقیق و واضحی را نمی‌توان تعریف نمود و در عوض دامنه انجمادی اندازه‌گیری و گزارش می‌شود.

خمیر لحیم از نظر ترکیب شیمیایی به چند دسته تقسیم می شود؟

در دسته‌بندی دوم که بر اساس ترکیب‌شیمیایی می‌باشد، انواع خمیر لحیم مشابه سایر اشکال لحیم به دو دسته‌ی حاوی سرب و بدون سرب تقسیم‌بندی می‌شود. در نوع حاوی سرب، سه نوع اصلی خمیر قلع به شرح ذیل می‌باشد:

۱) خمیر قلع Sn63Pb37 که با نماد (SE) نمایش داده می‌شود و یکی از اقتصادی‌ترین و پرکاربردترین انواع خمیر قلع است.

۲) خمیر قلع Sn62Pb36Ag2، که با نماد (SS) نمایش داده می‌شود و به دلیل حضور ۲ درصد نقره گران‌تر بوده و به خمیر نقره نیز معروف است. این نوع خمیر قلع برای اتصالات حساس مورد استفاده قرار می‌گیرد.

۳) خمیر قلع Sn62.6Pb36.8Ag0.4Sb0.2 که با نماد (SSA) نشان داده می‌شود و عمدتاً در صنایع خودرو سازی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

انواع خمیرهای لحیم کاری بدون سرب کدام اند؟

در خمیرهای قلع بدون سرب (Lead free) معمولاً از عناصری نظیر نقره، ایندیم و بیسموت استفاده می‌شود. وجود این عناصر در این نوع خمیرهای قلع باعث افزایش قیمت محصول می شود ولی از طرفی خمیرقلع بدون سرب دارای نقطه ذوب نسبتا پایین‌تر است و ایمنی فرآیند را موجب می‌شود.

خمیر لحیم‌کاری بدون سرب در محدوده دمایی ۱۳۸ تا ۱۸۳ درجه بهترین عملکرد را دارد. خمیر قلع بدون سرب نیز دارای انواع مختلفی می‌باشد که مهمترین گروه آن آلیاژهای حاوی نقره‌ می‌باشد که با توجه به میزان نقره به کار رفته در آن دارای انواع مختلفی می‌باشد. از مهمترین خمیرهای قلع بدون سرب می‎‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

*برای خواندن مطالب درباره ی شمش های قلع بدون سرب کلیک کنید*

الف) خمیر قلع SAC0307 (با ترکیب شیمیایی Sn99Ag0.3Cu0.7) که اقتصادی ترین خمیر بدون سرب می باشد اما معمولا مشکلات زیادی در فرایند چاپ و لحیم‌کاری دارد.

ب) خمیر S01XBIG (با ترکیب شیمیایی Sn99Ag0.1Cu0.7(Bi+Ni)1.6) که نسیت به خمیر SAC0307 خمیری جدیدتری می‌باشد اما از لحاظ قیمتی مشابه آن می‌باشد. این خمیر به دلیل حضور بیسموت و نیکل در ترکیب شیمیایی آن، چاپ با کیفیت‌تر و اتصالی مطمئن‌تر از مدل مشابه SAC0307 را فراهم می‌سازد.

ج) خمیر SAC305 (با ترکیب شیمیایی Sn96.5Ag3Cu0.5) به دلیل درصد نقره بالا قیمت بالاتری نسبت به سایر خمیر قلع‌ها دارد. این نوع خمیر قلع عموما در محصولاتی به کار برده می شود که عمر بالای اتصال مورد نیاز است. از این‌رو این خمیر بیشتر در کاربردهای خاص نظیر برخی قطعات در صنایع هوا فضا، خودرو و یا لوازم خانگی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

د) خمیر قلع با ترکیب شیمیایی Sn96.4Ag1.1Cu0.7(Bi+Ni)1.8 که کیفیت بالاتری نسبت به مدل SAC305 دارد اما به دلیل درصد نقره کمتر قیمت آن مناسب‌تر است.

ه) خمیر قلع Sn42Bi58 که این ترکیب برابر با نقطه یوتکتیک سیستم دوتایی قلع-بیسموت بوده و دارای دمای ذوب برابر با 138 درجه سانتیگراد می‌باشد. این خمیر لحیم بر پایه بیسموت از ۴۲% قلع و ۵۸% وزنی بیسموت تشکیل شده است و هیچگونه سرب و مواد خطرناکی در آن وجود ندارد.

فلاکس چیست و چند نوع دارد؟

از آنجا که در خمیر لحیم علاوه بر جز پودر فلزی، جز دیگری به نام فلاکس نیز وجود دارد، دسته‌بندی خمیرهای لحیم اساس نوع فلاکس نیز بعضاً مورد توجه قرار می‌گیرد. مهم‌ترین وظیفه فلاکس، زدودن آلودگی ها و اکسیدهای سطحی از روی محل لحیم کاری می باشد. از طرفی فلاکس از اکسید شدن مجدد این مناطق، در اثر تماس با اتمسفر نیز جلوگیری می کند. علاوه بر این، فلاکس به روند انتقال حرارت از منبع تولیدکننده آن به محل لحیم کاری کمک می نماید و همچنین با کنترل کشش‌سطحی بر ترشوندگی و کیفیت لحیم‌کاری تاثیر می‌گذارد. فلاکس ها را به دو گروه عمده می توان تقسیم بندی نمود:

الف) فلاکس های حلال در آب (Water Soluble Paste)

منظور از فلاکس های حلال در آب، نوعی فلاکس است که باقیمانده آن در آب قابل حل می باشد و به وسیله آب می توان این باقیمانده را از روی سطح لحیم پاک کرد. به عبارتی در ساختار فلاکس از آب به عنوان حلال استفاده نمی شود بلکه مجموعه ای از الکل ها و گلیکول ها به عنوان حلال مورد استفاده قرار می گیرند. در این نوع از فلاکس ها از فعال کننده های قوی استفاده می شود و به همین خاطر باقیمانده فلاکس از خورندگی بالایی برخوردار می باشد به طوری که بعد از عملیات لحیم کاری این باقیمانده باید حتما از روی سطوح برد تمیز شود.

علاوه بر این هنگام لحیم‌کاری با استفاده از این نوع خمیر بایستی نوع فلاکس، نوع برد، نوع قطعات الکترونیک، روش چاپ و همچنین روش تمیز کاری باقیمانده فلاکس با هم سازگار باشد و فرآیند لحیم‌کاری به دقت کنترل شود. همچنین یه دلیل وجود فعال کننده‌های قوی در این نوع از فلاکس‌ها، میزان خورندگی این نوع فلاکس بالا بوده و می تواند به قطعات حساس الکترونیکی آسیب رساند و به همین خاطر امروزه استفاده از این نوع خمیر لحیم کاهش یافته است.

ب) فلاکس‌های محلول در حلال‌های آلی

در این نوع از فلاکس از حلال‌های آلی برای حل کردن اجزاء فلاکس در یکدیگر استفاده می‌شود. عامل اصلی تشکیل دهنده این نوع از فلاکس‌ها، کولوفونی (Colophony) می‌باشد که به همراه ترکیبات دیگری نظیر جز فعال‌کننده فلاکس (Activator)، حلال (Solvent) و جز تصحیح کننده ویسکوزیته فلاکس (Viscosity modifier) خواص بهینه فلاکس‌ها را موجب می‌شوند.

از جمله فلاکس های محلول در حلال های آلی، فلاکس هایی هستند که پایه آنها را رزین (Resin) تشکیل می دهد و شامل دو گروه فلاکس های پایه روزین (Rosin) و فلاکس های پایه رزین‌های مصنوعی (Synthetic Resin) می‌باشند که خود انواع متنوعی داشته که بعضاً تنها برای کاربردهای خاص صنعتی طراحی شده‌اند.

سخن آخر

بنابراین همانطور که در این مقاله مختصراً مورد بحث قرار گرفت، خمیرهای لحیم انواع بسیار متنوعی داشته که می‌بایست برای هر کاربرد ویژه در صنایع مختلف با توجه به خواص مورد انتظار، ملاحظات فرآیندی و الزامات زیست‌محیطی و اقتصادی با دقت نظر انتخاب شود. از همین‌رو متخصصین این حوزه در شرکت ارزیز صنعت آماده ارائه‌ی خدمات مشاوره‌ای به مجموعه‌های مختلف در راستای انتخاب محصول، فرآیند مناسب و بهبود کیفیت و عملکرد اتصال‌های الکترونیک می‌باشند.

مراجع:

1. S. Joshi, P. Borgesen, Solder Paste and Flux Technology, Lead‐free Solder. Process Dev. Reliab. (2020) 73–93.

2. D. Baluch, G. Minogue, Fundamentals of solder paste technology, Glob. SMT Packag. (2006) 14–18.

3. L. Liu, S. Xue, S. Liu, Mechanical property of Sn-58Bi solder paste strengthened by resin, Appl. Sci. 8 (2018).

4. L. Liu, S. Xue, R. Ni, P. Zhang, J. Wu, Study on the reliability of Sn–Bi composite solder pastes with thermosetting epoxy under thermal cycling and humidity treatment, Crystals. 11 (2021).