آشنایی با انواع مختلف لحیم
در فرآیند مونتاژ بردهای الکترونیکی، بهویژه مونتاژ برد SMD، از انواع لحیم و سیم قلع برای اتصال قطعات و تکمیل مراحل تولید و چاپ PCB استفاده میشود.
امروزه تنوع زیادی از لحیم در بازار موجود است و انتخاب گزینه مناسب ممکن است دشوار باشد. به طور کلی، لحیمها را میتوان در سه دسته اصلی تقسیمبندی کرد:
1. لحیم سربدار
لحیم سربدار آغازگر انقلاب الکترونیک بود. ترکیب رایج آن 60/40 (قلع/سرب) است که نقطه ذوبی حدود 180 تا 190 درجه سانتیگراد دارد.
ویژگیها:
- به «لحیم نرم» نیز معروف است.
- قلع نقطه ذوب پایین دارد و سرب از رشد ریشههای قلع جلوگیری میکند.
- هرچه مقدار قلع بیشتر باشد، مقاومت کششی و برشی لحیم افزایش مییابد.
لحیم بدون سرب
پس از محدودیتهای اتحادیه اروپا برای استفاده از سرب در لوازم الکترونیکی مصرفی، لحیم بدون سرب محبوب شد. در آمریکا نیز تولیدکنندگان با استفاده از لحیمهای بدون سرب مشمول مزایای مالیاتی میشدند.
ویژگیها:
- مشکلات رشد ریشههای قلع با تکنیکهای جدید بازپخت یا افزودنیهایی مثل نیکل و پوششهای محافظ برطرف میشود.
- نقطه ذوب معمولاً بالاتر از لحیمهای سنتی است.
لحیم هستهدار (Flux core solder)
این نوع به شکل سیم عرضه میشود که درون آن ماده کاهنده (فلاکس) قرار دارد.
ویژگیها:
- هنگام لحیمکاری، فلاکس اکسید فلز را کاهش داده و اتصال تمیزتری ایجاد میکند.
- خاصیت پخششدن لحیم را بهبود میدهد.
- در الکترونیک، فلاکس معمولاً رزین است، اما هستههای اسیدی برای لولهکشی یا تعمیر فلزات مناسب هستند و نباید در مدارهای الکترونیکی استفاده شوند.
لحیم چیست؟
واژه لحیم (Solder) از واژه انگلیسی میانه soudur گرفته شده که خود ریشه در واژه لاتین solidare به معنی «محکم کردن» دارد. لحیم یک آلیاژ ذوبشدنی (یعنی با نقطه ذوب پایین) است که برای اتصال قطعات فلزی به یکدیگر استفاده میشود ایده استفاده از آلیاژهای کمنقطه ذوب برای اتصال فلزات به هزاران سال پیش بازمیگردد، اما لحیمهای امروزی معمولاً ترکیبی از قلع، سرب و/یا فلاکس هستند.
ترکیبات مختلف لحیم
سه ماده اصلی در لحیم عبارتند از: قلع، سرب و فلاکس. تنوع لحیمها بیشتر به دلیل نسبتهای مختلف این مواد و افزودنیهای دیگر است که ویژگیهای خاص یا رسانایی بهتر ایجاد میکنند.
افزودنیهای رایج و ویژگیهای آنها:
مس : (Cu) کاهش نقطه ذوب و بهبود ترشوندگی در حالت مذاب.
آنتیموان (Sb) : افزایش استحکام مکانیکی و جلوگیری از پدیده بیماری قلع .
ایندیوم :(In) کاهش نقطه ذوب، افزایش انعطافپذیری؛ مناسب برای لحیمکاری روی طلا یا کاربردهای دمایی شدید (کرایوژنیک). اما گران و مستعد خوردگی است.
بیسموت :(Bi) کاهش چشمگیر نقطه ذوب و بهبود ترشوندگی؛ همچنین از رشد ریشههای قلع جلوگیری میکند.
نیکل :(Ni) از لایه UBM (متالیزه زیر برآمدگی) در برابر حل شدن محافظت میکند.
نقره :(Ag) افزایش استحکام مکانیکی (ولی با انعطافپذیری کمتر از سرب). مقاومت لحیم بدون سرب را در برابر خستگی ناشی از چرخههای حرارتی افزایش میدهد.
نکته مهم : هنگام انتخاب آلیاژ، باید به خوردگی گالوانیکی یا شکنندگی ناشی از تماس فلزات غیر مشابه توجه کرد.
ترکیبات ویژه لحیم
گاهی ترکیب دقیق عناصر در لحیم نتایج خاصی به همراه دارد:
Sn63Pb37 (لحیم یوتکتیک): دقیقاً در 183 درجه سانتیگراد ذوب میشود.
In70Pb30: سازگار با اتصالات طلا و مقاوم در برابر خستگی ناشی از تغییرات دما.
SAC (Sn-Ag-Cu): یک لحیم بدون سرب محبوب در ژاپن برای ریفلو (reflow) و لحیم موجی (wave soldering). در لحیم موجی، برد از روی حوضچه لحیم مذاب عبور داده شده و امواج لحیم قطعات را متصل میکنند.
انتخاب درست به کاربرد، ویژگیهای موردنیاز (مانند مقاومت حرارتی یا خوردگی) و استانداردهای لازم بستگی دارد.
بهترین نوع لحیم کدام است؟
انتخاب بهترین لحیم کاملاً وابسته به کاربرد است:
- تجهیزات الکترونیکی: معمولاً لحیم بدون سرب با نقره بالا (مانند SAC305) برای استحکام و مقاومت حرارتی بهتر.
- کاربردهای اقتصادی: آلیاژهای قلع-مس یا ترکیبات با نقره کمتر، مقرون به صرفهتر هستند.
نتیجه: انتخاب بهترین لحیم یک تعادل بین نیاز فنی و ملاحظات اقتصادی است.
نتیجهگیری
سه نوع اصلی لحیم وجود دارد: سربدار، بدون سرب و هستهدار (Flux).
- لحیم سربدار: قابل اعتماد و مناسب کاربردهای حساس مانند تجهیزات پزشکی یا هوافضا.
- لحیم بدون سرب: مناسب محصولات با الزامات بهداشتی و زیستمحیطی.
- لحیم هستهدار: آزادسازی فلاکس در حین لحیمکاری، اکسید سطح فلز را از بین میبرد.
برای پروژههای خانگی، لحیم Sn60Pb40 انتخاب مناسبی است. در خطوط تولید صنعتی، ترکیبات خاص با ترشوندگی بهتر یا نقطه ذوب یوتکتیک کیفیت کار را افزایش میدهند.
انتخاب لحیم مناسب = شناسایی نیازها + بررسی خواص + بهینهسازی بر اساس هزینه.
