معجون اللحام
معجون اللحام هو مزيج من مسحوق اللحام ومعجون التدفق اللاصق، ويُستخدم بشكل أساسي للحام مكونات التثبيت السطحي على لوحات الدوائر المطبوعة . كما يُمكن لحام مكونات التثبيت عبر الثقوب باستخدام معجون اللحام، وذلك بوضع المعجون داخل الثقوب وفوقها. يُثبّت المعجون اللاصق المكونات مؤقتًا في مكانها، ثم تُسخّن اللوحة، مما يُذيب المعجون ويُشكّل رابطة ميكانيكية بالإضافة إلى توصيل كهربائي.
يستخدم
تُستخدم معجونة اللحام عادةً في عملية الطباعة باستخدام قوالب الطباعة بواسطة طابعة معجونة اللحام، [ 1 ] حيث تُوضع المعجونة فوق قناع من الفولاذ المقاوم للصدأ أو البوليستر لإنشاء النمط المطلوب على لوحة الدوائر المطبوعة . ويمكن توزيع المعجونة هوائيًا ، أو عن طريق نقل الدبابيس (حيث تُغمس شبكة من الدبابيس في معجونة اللحام ثم تُوضع على اللوحة)، أو عن طريق الطباعة النفاثة (حيث تُقذف المعجونة على نقاط التوصيل من خلال فوهات، كما هو الحال في طابعة نفث الحبر ).
بعد عملية الطباعة بالمعجون، تُوضع المكونات بواسطة آلة التقاط ووضع أو يدويًا. إلى جانب تشكيل وصلة اللحام نفسها، يجب أن يتمتع حامل المعجون/التدفق بدرجة كافية من اللزوجة لتثبيت المكونات أثناء مرور التجميع عبر عمليات التصنيع المختلفة، وربما نقله داخل المصنع.
يتبع وضع المكونات عملية لحام إعادة التدفق .
سيقترح مُصنِّع المعجون الحراري درجة حرارة إعادة تدفق مناسبة لمعجونه. الشرط الأساسي هو ارتفاع تدريجي في درجة الحرارة لمنع التمدد الانفجاري (الذي قد يُسبب تكوُّن كرات اللحام)، مع تنشيط المادة المساعدة على اللحام. بعد ذلك، ينصهر اللحام. تُعرف الفترة الزمنية في هذه المرحلة بفترة ما فوق درجة حرارة الانصهار . يلزم تبريد سريع نسبيًا بعد هذه الفترة.
للحصول على وصلة لحام جيدة، يجب استخدام الكمية المناسبة من معجون اللحام. فزيادة كمية المعجون قد تؤدي إلى حدوث ماس كهربائي، بينما نقصها قد يؤدي إلى ضعف التوصيل الكهربائي أو المتانة. على الرغم من أن معجون اللحام يحتوي عادةً على حوالي 90% من المعدن الصلب وزناً، إلا أن حجم وصلة اللحام لا يتجاوز نصف حجم معجون اللحام المستخدم. [ 2 ] ويعود ذلك إلى وجود مادة الصهر (المساعدة على اللحام) وعوامل أخرى غير معدنية في المعجون، بالإضافة إلى انخفاض كثافة جزيئات المعدن عند تعليقها في المعجون مقارنةً بكثافة السبيكة الصلبة النهائية.
كما هو الحال مع جميع المواد المساعدة على اللحام المستخدمة في الإلكترونيات، فإن البقايا المتبقية قد تكون ضارة بالدائرة، وهناك معايير (مثل J-std وJIS وIPC) لقياس سلامة البقايا المتبقية.
في معظم البلدان، تعد معاجين اللحام "التي لا تحتاج إلى تنظيف" هي الأكثر شيوعًا؛ أما في الولايات المتحدة ، فإن المعاجين القابلة للذوبان في الماء (والتي تتطلب متطلبات تنظيف إلزامية) شائعة.
تعبير
معجون اللحام عبارة عن مسحوق لحام معلق في معجون التدفق . تحافظ لزوجة معجون التدفق على ثبات المكونات في مكانها حتى تذوب اللحام أثناء عملية إعادة تدفق اللحام. ونتيجةً للتشريعات البيئية، تُصنع معظم أنواع اللحام اليوم، بما في ذلك معاجين اللحام، من سبائك خالية من الرصاص .
تصنيف
حسب الحجم
يُحدد حجم وشكل جزيئات المعدن في معجون اللحام مدى جودة عملية اللحام. تتميز كرة اللحام بشكلها الكروي، مما يُساعد على تقليل أكسدة السطح ويضمن تكوين وصلة جيدة مع الجزيئات المجاورة. لا تُستخدم جزيئات ذات أحجام غير منتظمة، لأنها تميل إلى سدّ القالب، مما يُسبب عيوبًا في عملية اللحام. وللحصول على وصلة لحام عالية الجودة، من الضروري جدًا أن تكون كرات المعدن منتظمة الحجم وذات مستوى منخفض من الأكسدة .
تُصنّف معاجين اللحام بناءً على حجم الجسيمات وفقًا لمعيار IPC J-STD 005. [ 3 ] يوضح الجدول أدناه نوع تصنيف المعجون مقارنةً بحجم الشبكة وحجم الجسيمات. [ 4 ] يستخدم بعض الموردين أوصافًا خاصة بحجم الجسيمات، وقد تم تقديم أوصاف Henkel/Loctite للمقارنة. [ 5 ]
| تصنيف النوع [IPC] | حجم الشبكة بالخطوط لكل بوصة | الحد الأقصى للحجم بالميكرومتر (لا يزيد عن) | الحد الأقصى للحجم بالميكرومتر (أكبر بنسبة أقل من 1%) | حجم الجسيمات بالميكرومتر (80% كحد أدنى بين الحجمين) | متوسط الحجم بالميكرومتر | الحد الأدنى للحجم بالميكرومتر (أقل بنسبة 10% كحد أقصى) | وصف مسحوق هنكل [ 5 ] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| النوع 1 | 150 | 150-75 | 20 | ||||
| النوع 2 | -200/+325 | 75 | 75–45 | 60 | 20 | ||
| النوع 3 | -325/+500 | 45 | 45–25 | 36 | 20 | AGS | |
| النوع 4 | -400/+635 | 38 | 38–20 | 31 | 20 | DAP | |
| النوع 5 | -500/+635 | 30 | 25 | 25–10 | 10 | كيه بي بي | |
| النوع 6 | -635 | 20 | 15 | 15-5 | 5 | ||
| النوع 7 | 15 | 11 | 11-2 | ||||
| النوع 8 | 11 | 10 | 8-2 |
بواسطة التدفق
وفقًا لمعيار IPC J-STD-004 "متطلبات مواد اللحام المساعدة"، يتم تصنيف معاجين اللحام إلى ثلاثة أنواع بناءً على أنواع التدفق:
تُصنع مواد اللحام القائمة على الراتنج من الراتنج ، وهو مستخلص طبيعي من أشجار الصنوبر. ويمكن تنظيف هذه المواد، عند الحاجة، بعد عملية اللحام باستخدام مذيب (قد يحتوي على مركبات الكلوروفلوروكربون ) أو مزيل مواد اللحام بالتصبن.
تتكون المواد المساعدة على الصهر القابلة للذوبان في الماء من مواد عضوية وقواعد جليكول. وتتوفر مجموعة واسعة من مواد التنظيف لهذه المواد.
صُممت معاجين اللحام التي لا تحتاج إلى تنظيف بحيث لا تترك سوى كميات ضئيلة من بقايا اللحام الخاملة. توفر هذه المعاجين تكاليف التنظيف، بالإضافة إلى النفقات الرأسمالية ومساحة الأرضية. مع ذلك، تتطلب هذه المعاجين بيئة تجميع نظيفة للغاية، وقد تحتاج إلى بيئة إعادة تدفق خاملة.
تُظهر معاجين اللحام الخالية من الهالوجين والتي لا تحتاج إلى تنظيف، والمصنفة ضمن فئة ROL0 وفقًا لمعيار J-STD-004B، مستويات ضئيلة من الكلوريد أقل من 0.05% في البقايا المُعاد تدفقها دون إضافة أي هاليدات، مما يدعم تجميعًا موثوقًا به للتركيب السطحي الخالي من الرصاص في إعادة التدفق بالهواء أو النيتروجين. [ 6 ]
خصائص معجون اللحام
عند استخدام معجون اللحام لتجميع الدوائر، يحتاج المرء إلى اختبار وفهم الخصائص الريولوجية المختلفة لمعجون اللحام.
- اللزوجة
- مدى مقاومة المادة للانسياب. تتوفر لزوجة معجون اللحام في كتالوج الشركة المصنعة؛ وقد يلزم أحيانًا إجراء اختبارات داخلية لتقييم صلاحية معجون اللحام المتبقية بعد فترة من الاستخدام.
- مؤشر الانسيابية
- معجون اللحام مادة ثيكسوتروبية ، أي أن لزوجتها تتغير بتغير قوة القص المطبقة (مثل التقليب أو الدهن). يُعدّ مؤشر الثيكسوتروبية مقياسًا للزوجة معجون اللحام في حالته الساكنة، مقارنةً بلزوجة المعجون بعد تشكيله. اعتمادًا على تركيبة المعجون، قد يكون من الضروري جدًا تقليبه قبل الاستخدام لضمان ملاءمة لزوجته للتطبيق الصحيح. عند تحريك معجون اللحام بواسطة الممسحة على الاستنسل، يتسبب الضغط الفيزيائي المطبق على المعجون في انخفاض لزوجته، مما يسمح له بالتدفق بسهولة عبر فتحات الاستنسل. عند إزالة الضغط، يستعيد المعجون لزوجته، مما يمنعه من التدفق على لوحة الدائرة.
- تراجع
- خاصية ميل المادة للانتشار بعد وضعها. نظريًا، تكون جدران المعجون مستقيمة تمامًا بعد وضعه على لوحة الدائرة، وتبقى كذلك حتى وضع المكونات. إذا كان للمعجون قيمة انزلاق عالية، فقد ينحرف عن السلوك المتوقع، لأن جدرانه لن تكون مستقيمة تمامًا. يجب تقليل انزلاق المعجون قدر الإمكان، لأنه يزيد من خطر تكوّن جسور لحام بين منطقتين متجاورتين، مما قد يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي.
- الحياة العملية
- المدة التي يمكن أن يبقى فيها معجون اللحام على الاستنسل دون التأثير على خصائص الطباعة. ويُحدد مُصنِّع المعجون هذه القيمة.
- معدات
- خاصية الالتصاق هي قدرة معجون اللحام على تثبيت المكون بعد وضعه بواسطة آلة التثبيت. لذا، يُعدّ عمر الالتصاق خاصيةً بالغة الأهمية لمعاجين اللحام، ويُعرَّف بأنه المدة الزمنية التي يمكن أن يبقى فيها معجون اللحام مُعرَّضًا للهواء دون تغيير ملحوظ في خصائص الالتصاق. من المرجح أن يوفر معجون اللحام ذو عمر الالتصاق الطويل للمستخدم عملية طباعة متسقة وموثوقة.
- الاستجابة للتوقف المؤقت
- يُقاس معدل الاستجابة للتوقف (RTP) بالفرق في حجم ترسب معجون اللحام كدالة لعدد مرات الطباعة ومدة التوقف. يُعدّ التباين الكبير في حجم الطباعة بعد التوقف غير مقبول، لأنه يُسبب عيوبًا في نهاية خط الإنتاج، مثل الدوائر القصيرة أو المفتوحة. يُظهر معجون اللحام الجيد تباينًا أقل في حجم الطباعة بعد التوقف. مع ذلك، قد يُظهر معجون آخر تباينات كبيرة، بالإضافة إلى اتجاه تنازلي عام في الحجم.
تخزين
يجب تبريد معجون اللحام أثناء نقله وتخزينه في وعاء محكم الإغلاق عند درجة حرارة تتراوح بين 0 و 10 درجات مئوية. ويجب تسخينه إلى درجة حرارة الغرفة قبل الاستخدام.
في الآونة الأخيرة، تم طرح معاجين لحام جديدة تظل مستقرة عند درجة حرارة 26.5 درجة مئوية لمدة عام واحد وعند درجة حرارة 40 درجة مئوية لمدة شهر واحد. [ 7 ]
إن تعرض جزيئات اللحام، في شكلها الخام المسحوق، للهواء يؤدي إلى أكسدتها ، لذلك يجب تقليل التعرض إلى الحد الأدنى.
تقييم
السبب الرئيسي لضرورة تقييم معجون اللحام هو أن 50-90% من جميع العيوب ناتجة عن مشاكل في الطباعة. لذا، يُعد تقييم المعجون أمراً بالغ الأهمية.
هذا الإجراء دقيق للغاية، ومع ذلك يقلل من كمية الاختبارات المطلوبة للتمييز بين معاجين اللحام الممتازة والرديئة. في حال تقييم عدة معاجين لحام، يمكن استخدام هذا الإجراء لاستبعاد المعاجين الرديئة بسبب رداءة جودة الطباعة. بعد ذلك، يمكن إجراء اختبارات إضافية على معاجين اللحام المختارة، مثل أداء إعادة تدفق اللحام، وجودة وصلات اللحام، واختبارات الموثوقية.
الأخطاء والعيوب الشائعة
تُعزى غالبية عيوب تجميع لوحات الدوائر الإلكترونية إلى مشاكل في عملية طباعة معجون اللحام أو إلى عيوب في معجون اللحام نفسه. تتعدد أنواع العيوب المحتملة، كزيادة كمية اللحام، أو انصهاره وتوصيله لعدد كبير من الأسلاك (التوصيل غير المتجانس)، مما يؤدي إلى حدوث ماس كهربائي. أما نقص كمية المعجون فيؤدي إلى دوائر غير مكتملة. يُعد عيب " الرأس في الوسادة" ، أو عدم اكتمال اندماج كرة مصفوفة الشبكة الكروية (BGA) مع معجون اللحام، نمطًا من أنماط الأعطال التي ازدادت وتيرتها منذ التحول إلى اللحام الخالي من الرصاص. غالبًا ما يُغفل هذا العيب أثناء الفحص، ويظهر كرأس مستريح على وسادة مع انفصال واضح في وصلة اللحام عند نقطة التقاء كرة مصفوفة الشبكة الكروية (BGA) مع معجون اللحام المُعاد تدفقه. [ 8 ] يحتاج مصنّعو الإلكترونيات إلى خبرة في عملية الطباعة، وتحديدًا خصائص المعجون، لتجنب إعادة العمل المكلفة على التجميعات. يجب مراقبة الخصائص الفيزيائية للمعجون، مثل اللزوجة ومستويات التدفق، بشكل دوري عن طريق إجراء اختبارات داخلية.
عند تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة (PCBs)، غالبًا ما يختبر المصنّعون رواسب معجون اللحام باستخدام نظام فحص معجون اللحام (SPI). تقيس أنظمة SPI حجم نقاط اللحام قبل تركيب المكونات وصهر اللحام. يمكن لأنظمة SPI تقليل نسبة العيوب المتعلقة باللحام إلى مستويات ضئيلة إحصائيًا، حيث تستخدم غالبًا التصوير ثلاثي الأبعاد (مثل التثليث الليزري أو إسقاط الضوء المنظم) لالتقاط صورة كاملة لحجم معجون اللحام على كل نقطة. يقارن الجهاز القياسات بتفاوتات محددة مسبقًا ويشير إلى أي انحرافات. تُصنّع أنظمة الفحص المدمجة (Inline Systems) من قبل شركات مختلفة مثل Delvitech (سويسرا)، وSinic-Tek (الصين)، وKoh Young (كوريا)، وGOEPEL electronic (ألمانيا)، وCyberOptics (الولايات المتحدة)، وParmi (كوريا)، وTest Research, Inc. (تايوان). [ 9 ] أما أنظمة الفحص غير المدمجة (Offline Systems) فتُصنّع من قبل شركات مختلفة مثل VisionMaster, Inc. (الولايات المتحدة) وSinic-Tek (الصين).
مخاوف
تتمثل المخاوف الرئيسية بشأن معجون اللحام فيما يلي:
- قد يجف على الاستنسل إذا تُرك لفترة طويلة جدًا.
- قد يكون ساماً.
- إنه مكلف ويجب تقليل الهدر إلى أدنى حد.
انظر أيضاً
مراجع
- ↑ "طابعة معجون اللحام" . شركة ياماها موتور المحدودة .
- ↑ "كميات اللحام اللازمة للموصلات المتوافقة مع إعادة التدفق عبر الثقوب" (ملف PDF) . شركة تايكو للإلكترونيات . مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 18-06-2018 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 29-08-2016 .
- ↑ فريق عمل معجون اللحام (يناير 1995). "متطلبات J-STD-005 لمعاجين اللحام" . أرلينغتون، فيرجينيا: تحالف الصناعات الإلكترونية (EIA) و IPC .
- ↑ تار، مارتن (2006-10-03). "أساسيات معجون اللحام" . دورات دراسات عليا عبر الإنترنت لصناعة الإلكترونيات . المملكة المتحدة: جامعة بولتون . مؤرشف من الأصل في 2010-11-12 . تم الاسترجاع في 2010-10-03 .
- 1 2 "ورقة البيانات الفنية لمادة LOCTITE HF 212" (ملف PDF) . هنكل . يونيو 2016.
- ↑ "معجون لحام خالٍ من الرصاص بدون تنظيف TDS DKP6" (ملف PDF) . شركة DKL Metals . تاريخ الاسترجاع: 8 ديسمبر 2025 .
- ↑ وايلدينغ، إيان (8 فبراير 2016). "الكشف عن أول معجون لحام مستقر حراريًا على الإطلاق - تطور هام في تركيبات معجون اللحام من شأنه تغيير مفاهيم السوق" . هنكل للإلكترونيات . مجموعة الإلكترونيات التابعة لشركة هنكل. مؤرشف (PDF) من الأصل بتاريخ 2 مارس 2016. تم الاطلاع عليه بتاريخ 25 فبراير 2021 .
- ↑ ألفا (15 مارس 2010) [سبتمبر 2009]. "الحد من عيوب وضع الرأس في الوسادة - عيوب وضع الرأس في الوسادة: الأسباب والحلول المحتملة" . 3. مؤرشف من الأصل في 3 ديسمبر 2013. تم الاطلاع عليه في 18 يونيو 2018 .
- ^ روبلز كونسيه، ماريسا (2015). "نظام Marktübersicht SPI - الحل الأمثل لـ Lotpasten-Druckprozess im Visier" (PDF) . برودوترونيك (باللغة الألمانية). 2015 (7): 42-45 . 450pr0715. أرشفة (PDF) من النسخة الأصلية بتاريخ 2018-06-18 . تم الاسترجاع 2018-06-18 .
للمزيد من القراءة
- أشلي، دان؛ آدمسون، ستيفن ج. (يوليو 2008). "توزيع معجون اللحام المتقدم" (ملف PDF) . تقنية التركيب السطحي . بنويل . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 12 أغسطس 2012.
- أوبراين، دينيس هـ. (19 مارس 2013). "ورقة بيضاء حول بكرات مسح القوالب السفلية لتقنية التجميع السطحي - نظرة عامة على المنتجات الرئيسية في السوق" (ملف PDF) . 1.0. شركة سويفت مود ماليزيا (بينانغ) المحدودة. مؤرشفة (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 7 نوفمبر 2014. تم الاطلاع عليها بتاريخ 18 يونيو 2018 .
- اللحام