اللحام الموجي

اللحام الموجي هو عملية لحام جماعي تُستخدم في تصنيع لوحات الدوائر المطبوعة . تُمرر لوحة الدائرة فوق وعاء من اللحام المنصهر، حيث تُضخ مضخة لتوليد تيار من اللحام على شكل موجة ثابتة . عند ملامسة لوحة الدائرة لهذه الموجة، تُلحم المكونات بها. يُستخدم اللحام الموجي في كلٍ من تجميعات الدوائر المطبوعة ذات الثقوب ، والتركيب السطحي . في الحالة الأخيرة، تُلصق المكونات على سطح لوحة الدوائر المطبوعة (PCB) بواسطة معدات التثبيت ، قبل تمريرها عبر موجة اللحام المنصهر. يُستخدم اللحام الموجي بشكل أساسي في لحام المكونات ذات الثقوب.

مع استبدال مكونات التثبيت عبر الثقوب بمكونات التثبيت السطحي ، حلت طرق اللحام بالتدفق محل اللحام الموجي في العديد من تطبيقات الإلكترونيات واسعة النطاق. ومع ذلك، لا يزال اللحام الموجي مستخدماً على نطاق واسع في الحالات التي لا تناسبها تقنية التثبيت السطحي (مثل أجهزة الطاقة الكبيرة والموصلات ذات عدد الأطراف العالي)، أو في الحالات التي تسود فيها تقنية التثبيت عبر الثقوب (كما في بعض الأجهزة المنزلية الكبيرة ).

توجد أنواع عديدة من آلات اللحام الموجي، إلا أن مكوناتها الأساسية ومبادئ عملها متشابهة. تتكون المعدات الأساسية المستخدمة في هذه العملية من ناقل ينقل لوحة الدوائر المطبوعة عبر المناطق المختلفة، وحوض لحام يُستخدم في عملية اللحام، ومضخة تُنتج الموجة، وبخاخ للتدفق ، ولوحة تسخين مسبق. عادةً ما يكون اللحام خليطًا من المعادن. يتكون اللحام الرصاصي النموذجي من 50% قصدير، و49.5% رصاص، و0.5% أنتيمون. ^{[ 1 ]} وقد أدى توجيه تقييد استخدام المواد الخطرة (RoHS) إلى تحول مستمر في التصنيع الحديث من استخدام اللحام الرصاصي "التقليدي" إلى بدائل خالية من الرصاص. تُستخدم سبائك القصدير والفضة والنحاس وسبائك القصدير والنحاس والنيكل بشكل شائع، ومن بين السبائك الشائعة سبيكة تسمى SN100C، طورتها شركة Nihon Superior Co، وتتكون من 99.25% قصدير، و0.7% نحاس، و0.05% نيكل، وأقل من 0.01% جرمانيوم . ^{[ 2 ]}

يُستخدم التدفق في عملية اللحام الموجي لغرضين رئيسيين: تنظيف المكونات المراد لحامها، وخاصةً إزالة أي طبقات أكسيد قد تكونت. ^{[ 3 ]} يوجد نوعان من التدفق: تدفق أكّال وتدفق غير أكّال. يتطلب التدفق غير الأكّال تنظيفًا مسبقًا ويُستخدم عند الحاجة إلى حموضة منخفضة. أما التدفق الأكّال، فهو سريع ولا يتطلب تنظيفًا مسبقًا كبيرًا، ولكنه يتميز بحموضة أعلى. ^{[ 4 ]}

يساعد التسخين المسبق على تسريع عملية اللحام ومنع الصدمة الحرارية . ^{[ 5 ]}

بعض أنواع التدفق، التي تُسمى "تدفقات لا تحتاج إلى تنظيف"، لا تتطلب تنظيفًا؛ إذ تكون مخلفاتها غير ضارة بعد عملية اللحام. ^{[ 6 ]} عادةً ما تكون هذه التدفقات حساسة للغاية لظروف العملية، مما قد يجعلها غير مرغوب فيها في بعض التطبيقات. ^{[ 6 ]} أما أنواع التدفق الأخرى، فتتطلب مرحلة تنظيف، حيث تُغسل لوحة الدوائر المطبوعة بالمذيبات و/أو الماء منزوع الأيونات لإزالة بقايا التدفق.

تعتمد الجودة على درجات الحرارة المناسبة عند التسخين وعلى الأسطح المعالجة بشكل صحيح.

تُستخدم تركيبات مختلفة من القصدير والرصاص ومعادن أخرى في صناعة اللحام. وتعتمد التركيبات المستخدمة على الخصائص المطلوبة. من أكثر التركيبات شيوعًا سبائك SAC (القصدير/الفضة/النحاس) المستخدمة في عمليات اللحام الخالية من الرصاص، وسبائك Sn63Pb37، وهي سبيكة يوتكتيكية تتكون من 63% قصدير و37% رصاص. ^{[ 7 ]} تنصهر هذه التركيبة الأخيرة بشكل حاد عند 183 درجة مئوية دون وجود نطاق "لدين" بين حالتي الصلابة والانصهار (على عكس سبيكة القصدير/الرصاص القديمة بنسبة 60/40). ^{[ 8 ]} توفر التركيبات ذات النسبة الأعلى من القصدير مقاومة أكبر للتآكل، ولكنها ترفع درجة الانصهار . ^{[ 9 ]}

تُؤخذ المتطلبات البيئية ومتطلبات الأداء بعين الاعتبار عند اختيار السبائك. تشمل القيود الشائعة حدودًا على الرصاص (Pb) بموجب متطلبات الامتثال لتوجيهات RoHS، وقيودًا على القصدير النقي (Sn) عندما يكون الاعتماد طويل الأمد مصدر قلق بسبب نمو الشعيرات. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

من المهم السماح للوحات الدوائر المطبوعة بالتبريد بمعدل معقول. فإذا تم تبريدها بسرعة كبيرة، فقد تتعرض للتشوه، مما قد يؤثر على اللحام. أما إذا تم تبريدها ببطء شديد، فقد تصبح هشة، وقد تتلف بعض المكونات بفعل الحرارة. لذا، يُنصح بتبريد لوحة الدوائر المطبوعة إما برشها برذاذ ماء خفيف أو بتبريدها بالهواء لتقليل الضرر الذي قد يلحق بها. ^{[ 12 ]}

يُعدّ قياس درجة الحرارة عملية قياسٍ تُجرى على عدة نقاط في لوحة الدوائر لتحديد التغير الحراري الذي تتعرض له خلال عملية اللحام. في صناعة الإلكترونيات، يُساعد التحكم الإحصائي في العمليات (SPC ) على تحديد مدى التحكم في العملية، وذلك بقياسها وفقًا لمعايير إعادة التدفق المحددة بتقنيات اللحام ومتطلبات المكونات. ^{[ 13 ]} طُوّرت منتجات مثل Solderstar WaveShuttle وOptiminer كأجهزة خاصة تُمرّر خلال العملية، وتستطيع قياس توزيع درجة الحرارة، بالإضافة إلى أوقات التلامس، وتوازي الموجات، وارتفاعاتها. تُمكّن هذه الأجهزة، بالاشتراك مع برامج التحليل، مهندس الإنتاج من إنشاء عملية اللحام الموجي والتحكم بها. ^{[ 14 ]}

يُعد ارتفاع موجة اللحام أحد المعايير الأساسية التي يجب تقييمها عند إعداد عملية اللحام الموجي. ^{[ 15 ]} عادةً ما يتم ضبط زمن التلامس بين موجة اللحام والمجموعة المراد لحامها بين ثانيتين وأربع ثوانٍ. ويتم التحكم في زمن التلامس هذا من خلال معيارين في الجهاز: سرعة الناقل وارتفاع الموجة ، حيث يؤدي أي تغيير في أي منهما إلى تغيير في زمن التلامس. ويتم التحكم في ارتفاع الموجة عادةً عن طريق زيادة أو تقليل سرعة المضخة في الجهاز. ويمكن تقييم التغييرات والتحقق منها باستخدام لوح زجاجي مقوى ، إذا لزم الأمر تسجيلات أكثر تفصيلاً. كما تتوفر تجهيزات تسجل رقميًا أزمنة التلامس والارتفاع والسرعة. بالإضافة إلى ذلك، تتيح بعض آلات اللحام الموجي للمشغل الاختيار بين موجة انسيابية سلسة أو موجة "راقصة" ذات ضغط أعلى قليلاً.

• اللحام بالغمر
• التنميط الحراري
• قناع اللحام

• سيلينج، كارل (1995). دراسة عن السبائك الخالية من الرصاص. مجلة AIM، 1. تم الاطلاع عليه بتاريخ 18 أبريل 2008.
• بيوكا، بيتر (5 أبريل 2005). اللحام الموجي الخالي من الرصاص. تم استرجاعه في 18 أبريل 2008 من موقع EMSnow الإلكتروني.
• تصميم واختبار الإنتاج الإلكتروني (13 فبراير 2015): أهمية قياس ارتفاع الموجة في التحكم بعملية اللحام الموجي