آلیاژهای لحیم کاری قلع برای مونتاژ PCB

در حوزه تولید لوازم الکترونیکی، لحیم کاری به عنوان ماده "پل" ضروری برای اتصال بردهای مدار چاپی (PCB) به قطعات الکترونیکی عمل می کند. این نه تنها اتصالات الکتریکی قابل اعتماد را ایجاد می کند، بلکه استحکام مکانیکی،-قابلیت اطمینان طولانی مدت، و عمر مفید محصولات الکترونیکی را نیز تعیین می کند. از تلفن‌های هوشمند گرفته تا تجهیزات هوافضا، از دستگاه‌های پزشکی تا لوازم الکترونیکی خودرو، قلب هر محصول الکترونیکی با اتصالات لحیم کاری بی‌شمار می‌چرخد.

با اجرای دستورالعمل RoHS اتحادیه اروپا و افزایش آگاهی زیست محیطی جهانی، صنعت الکترونیک یک گذار تاریخی از لحیم‌های سرب به{0}}بدون سرب را پشت سر گذاشته است. این دگرگونی فراتر از جایگزینی صرف مواد است-این یک بازسازی جامع فرآیندهای لحیم کاری، تجهیزات، پروفایل های دما و سیستم های تأیید قابلیت اطمینان را نشان می دهد. این مقاله کاوشی عمیق- در مورد حیاتی ترین تی را ارائه می دهددر لحیم کاری مبتنی بر-آلیاژهای مورد استفاده در مونتاژ PCB، از اصول متالورژی تا عمل مهندسی، از ویژگی های مواد تا بهینه سازی فرآیند را شامل می شود و به مهندسان تولید کننده الکترونیک یک مرجع فنی جامع ارائه می دهد.

مبانی متالورژیکی آلیاژهای لحیم کاری

اصول لحیم کاری و طراحی آلیاژ

ماهیت لحیم کاری شامل استفاده از یک فلز پرکننده (لحیم‌کننده) با نقطه ذوب پایین است که تحت گرما ذوب می‌شود، به شکاف‌های میکروسکوپی روی سطوح فلزاتی که از طریق خیس شدن و عمل مویرگی به هم متصل می‌شوند جریان می‌یابد، و پس از سرد شدن و انجماد، استحکام ترکیبات بین فلزی (IMC) و رسانایی مکانیکی الکتریکی خاص را تشکیل می‌دهد.

قلع (Sn) به دلیل خواص فیزیکوشیمیایی منحصر به فرد خود به عنصر اصلی لحیم کاری الکترونیکی تبدیل شده است: نقطه ذوب متوسط ​​(232 درجه)، ترشوندگی عالی، هدایت الکتریکی و حرارتی خوب، و توانایی تشکیل IMC های پایدار با فلزات معمولی پد PCB مانند مس (Cu)، نیکل (Ni) و طلا (Au). با این حال، قلع خالص دارای معایب قابل توجهی است-به آفت قلع (تبدیل فاز در دماهای پایین که باعث پودر شدن می شود) و رشد سبیل قلع حساس است. بنابراین، کاربردهای عملی همیشه شامل آلیاژ قلع با فلزات دیگر است.

اهداف اصلی طراحی آلیاژ به دنبال تعادل بهینه در چندین بعد است:

کنترل نقطه ذوب: کاهش نقطه ذوب از طریق ترکیبات یوتکتیک یا نزدیک{0}}یوتیکتیک، شوک حرارتی را به اجزا و زیرلایه ها کاهش می دهد.

بهینه سازی ترشوندگی: اطمینان از اینکه لحیم مذاب می تواند به طور کامل پخش شود و به رابط لحیم کاری نفوذ کند

تنظیم خواص مکانیکی: ارائه استحکام کششی کافی، استحکام برشی و مقاومت در برابر خزش

تضمین قابلیت اطمینان: حفظ یکپارچگی اتصال لحیم کاری تحت تنش های محیطی مانند چرخه حرارتی، لرزش و رطوبت

سازگاری فرآیند: انطباق با الزامات مختلف فرآیند از جمله جریان مجدد، موج و لحیم کاری انتخابی

آلیاژهای یوتکتیک و محدوده خمیری

یک مفهوم اساسی در درک آلیاژهای لحیم کاری "یوتکتیک" است. آلیاژهای یوتکتیک در نسبت های ترکیبی خاص دارای یک نقطه ذوب واحد (به جای محدوده ذوب) هستند که مستقیماً از جامد به مایع و بالعکس تبدیل می شوند. این ویژگی برای فرآیندهای لحیم کاری بسیار مهم است-آلیاژهای یوتکتیک مرحله "خمیری" را در طول انجماد نشان نمی دهند، بنابراین ریزساختارهای لحیم کاری یکنواخت و متراکم تشکیل می دهند.

با در نظر گرفتن آلیاژ قلع{0}}سرب کلاسیک، نسبت Sn63/Pb37 دقیقاً در نقطه یوتکتیک با نقطه ذوب دقیقاً 183 درجه است. در مقابل، Sn60/Pb40 از نقطه یوتکتیک منحرف می‌شود و محدوده خمیری تقریباً 7 درجه (183 درجه -190 درجه) را نشان می‌دهد. در این محدوده خمیری، لحیم کاری در حالت همزیستی جامد و مایع وجود دارد، جایی که هر گونه اختلال مکانیکی می تواند منجر به نقص "مفصل سرد" شود.

در بین لحیم‌های بدون سرب، نقطه یوتکتیک آلیاژهای SAC در نزدیکی Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7 (SAC387)، با نقطه ذوب تقریباً 217 درجه قرار دارد. SAC305 که به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) اندکی از حالت یوتکتیک منحرف می شود و دارای محدوده خمیری حدود 3 درجه است. با این حال، این ویژگی در واقع به کاهش عیوب "سنگ قبر" در اجزای تراشه کمک می کند.

آلیاژهای لحیم کاری سرب: کلاسیک و میراث

سیستم آلیاژ سرب{0}قلع

علیرغم قوانین سختگیرانه زیست محیطی فزاینده، لحیم‌های سربی برای استفاده در تجهیزات نظامی، هوافضا، تجهیزات پزشکی و سایر برنامه‌های{0}}با قابلیت اطمینان بالا معاف هستند. این زمینه ها به قابلیت اطمینان اتصال لحیم کاری بسیار دقیق نیاز دارند و آلیاژهای سرب{2}قلع جامع ترین پایگاه داده قابلیت اطمینان را در طول بیش از نیم قرن اعتبار مهندسی ایجاد کرده اند.

Sn63/Pb37 (قلع یوتکتیک-سرب)

این کلاسیک ترین فرمول لحیم کاری در تاریخ صنعت الکترونیک است. نقطه ذوب یوتکتیک 183 درجه یک پنجره فرآیند گسترده را فراهم می کند، با دمای اوج جریان معمولی تنها 205-215 درجه -بسیار کمتر از 240-245 درجه مورد نیاز برای لحیم کاری های بدون سرب. لحیم کاری در دمای پایین به این معنی است:

استرس حرارتی کمتر بر روی قطعات، به ویژه برای قطعات حساس به حرارت{0}}مثل خازن‌های الکترولیتی و دستگاه‌های اپتوالکترونیک مفید است.

کاهش تاب خوردگی و تغییر شکل PCB

افزایش طول عمر تجهیزات و مصرف انرژی کمتر

از دیدگاه ریزساختاری، Sn63/Pb37 یک ساختار یوتکتیک لایه‌ای معمولی با فازهای قلع و سرب متناوب را تشکیل می‌دهد که مقاومت خستگی عالی را ارائه می‌دهد. وجود سرب همچنین به طور موثر رشد سبیل قلع را سرکوب می‌کند-یکی از جدی‌ترین چالش‌های قابلیت اطمینان پیش روی لحیم‌های بدون سرب{4}}.

Sn60/Pb40

هزینه کمی کمتر از Sn63/Pb37 است، اما از نقطه یوتکتیک منحرف می شود و در نتیجه یک محدوده خمیری ایجاد می شود. در سناریوهای لحیم کاری دستی، این ویژگی در واقع "زمان کار" طولانی تری را فراهم می کند و به لحیم کاری ها اجازه می دهد اتصالات را تنظیم کنند.

Sn62/Pb36/Ag2 (آلیاژ سه تایی)

افزودن 2% نقره باعث بهبود قابل توجهی می شود: نقره دمای مایع لحیم کاری را کاهش می دهد و ترشوندگی را بهبود می بخشد. مهمتر از آن، واکنش نقره با لایه بالشتک مسی، سرعت انحلال مس در ماتریس لحیم کاری را کاهش می دهد و عمر دیگ لحیم کاری را در عملیات های پیوسته مانند لحیم کاری موجی افزایش می دهد. افزودن نقره همچنین هدایت الکتریکی و مقاومت در برابر خوردگی اتصالات لحیم کاری را افزایش می دهد.

لحیم‌های سرب دار با دمای بالا-

برخی از برنامه‌های خاص نیاز به اتصالات لحیم کاری دارند تا در محیط‌های{0}در دمای بالا پایدار بمانند. از آنجایی که سرب خالص دارای نقطه ذوب 327 درجه است، آلیاژهای{3}}سرب بالا به انتخاب ارجح برای لحیم کاری‌های-در دمای بالا تبدیل می‌شوند.

Sn10/Pb88/Ag2

با نقطه ذوب تقریباً 299 درجه، این آلیاژ برای محیط‌های با دمای بسیار بالا مانند سیستم‌های کنترل موتور هواپیما و تجهیزات نفت و گاز پایین چاله مناسب است. چنین آلیاژهایی معمولاً به‌عنوان مواد «لحیم‌کاری مرحله اول» استفاده می‌شوند و در فرآیندهای بعدی از لحیم‌های نقطه ذوب پایین برای «لحیم کاری مرحله‌ای» استفاده می‌شود تا اطمینان حاصل شود که اتصالات در دمای بالا دوباره ذوب نمی‌شوند.

سرب-آلیاژهای لحیم آزاد: اسب‌های کاری دوران محیط‌زیست

خانواده آلیاژ SAC

آلیاژهای SAC (Sn-Ag-مس، قلع-نقره-مس) جریان اصلی در صنعت تولید الکترونیک امروزی هستند. از زمان اجرایی شدن دستورالعمل RoHS در سال 2006، آلیاژهای SAC به طور مداوم سهم بازار را در لوازم الکترونیکی مصرفی، کنترل های صنعتی، تجهیزات مخابراتی و سایر زمینه ها به دست آورده اند. آمار نشان می دهد که آلیاژهای SAC بیش از 65 درصد از بازار لحیم کاری آزاد را تشکیل می دهند.

SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5)

این آلیاژ بدون سرب{0}}ترجیحی است که توسط شورای ارزش محصولات لحیم کاری IPC توصیه شده است و به طور گسترده در سطح جهانی مورد استفاده قرار گرفته است. موفقیت آن ناشی از تعادل در چندین جنبه است:

نقطه ذوب و فرآیند پذیری: نقطه ذوب 217-220 درجه، در حالی که 34 درجه بالاتر از یوتکتیک سرب قلع است، در تحمل دما اکثر قطعات الکترونیکی باقی می ماند. دمای پیک جریان مجدد معمولی در 235-245 درجه تنظیم می شود و زمان بالای مایع (TAL) روی 60-90 ثانیه کنترل می شود.

خواص مکانیکی: استحکام کششی SAC305 تقریباً 40{8}}50 مگاپاسکال است که بالاتر از Sn63/Pb37 25-35 مگاپاسکال است. این عمدتا به اثر تقویت پراکندگی ترکیبات بین فلزی Ag3Sn که توسط نقره تشکیل شده است نسبت داده می شود. با این حال، استحکام بالاتر همچنین به معنای شکل‌پذیری کمتر است، که به طور بالقوه منجر به عملکرد ضعیف در مقایسه با لحیم کاری قلع سرب در آزمایش‌های ضربه افت می‌شود.

ترشوندگی: SAC305 در مقایسه با لحیم سرب{0}قلع، زاویه خیس شدن بیشتر (تقریباً 30 درجه در مقابل 15 درجه) و سرعت خیس شدن کندتر دارد. این امر مستلزم استفاده از شارهای فعال تر یا بهینه سازی پروفایل های دمای لحیم کاری است.

مقاومت در برابر خستگی حرارتی: SAC305 در تست‌های چرخه حرارتی (-40 درجه تا +125 درجه) عالی عمل می‌کند، با عمر اتصال لحیم کاری قابل مقایسه با لحیم کاری سرب قلع یا حتی بیشتر از آن. این به این دلیل است که فاز Ag3Sn به لغزش مرز دانه پین ​​می‌کند و انتشار ترک خستگی را به تأخیر می‌اندازد.

عوامل هزینه: نوسانات قیمت نقره به طور قابل توجهی بر هزینه های SAC305 تأثیر می گذارد. زمانی که قیمت نقره در سال 2011 از 40 دلار در هر اونس فراتر رفت، صنعت فعالانه به دنبال جایگزین‌های{4}}کم نقره بود.

SAC387 (Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7)

نزدیک تر به نقطه یوتکتیک سه تایی واقعی، رفتار ذوب شدیدتر را نشان می دهد. محتوای نقره بالاتر مقاومت در برابر خستگی حرارتی کمی بهتر از SAC305 ایجاد می کند و آن را برای کاربردهایی با نوسانات شدید دما مانند محفظه موتور خودرو و کابینت های کنترل صنعتی مناسب تر می کند. پیشگامان اولیه بدون سرب-مانند موتورولا در اوایل سال 2001 شروع به تولید تلفن های همراه با SAC387 کردند.

SAC105 (Sn98.5/Ag1.0/Cu0.5)

یک آلیاژ کم-نقره در پاسخ به افزایش قیمت نقره و الزامات مقاومت در برابر سقوط برای دستگاه های قابل حمل ساخته شده است. تحقیقات نشان می‌دهد که کاهش محتوای نقره، کسر حجمی فاز Ag3Sn شکننده را کاهش می‌دهد و قابلیت تغییر شکل پلاستیک اتصالات لحیم کاری را بهبود می‌بخشد و در نتیجه عملکرد ضربه افت را افزایش می‌دهد. آزمایش iNEMI (ابتکار بین‌المللی تولید الکترونیک) نشان می‌دهد که SAC105 در تست‌های افت عملکرد بهتری از SAC305 دارد. با این حال، محتوای کمتر نقره، قابلیت اطمینان چرخه حرارتی را قربانی می‌کند، بنابراین SAC105 عمدتاً در لوازم الکترونیکی قابل حمل مانند گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها استفاده می‌شود.

آلیاژهای SAC اصلاح شده دوپ شده

برای بهینه سازی بیشتر عملکرد، محققان آلیاژهای مختلف SAC را با افزودن عناصر کمیاب توسعه داده اند:

SAC+Mn/Ce: افزودن مقادیر کم (<0.1%) of manganese or cerium significantly improves both drop impact and thermal cycling performance

SAC+Bi: افزودن بیسموت ترشوندگی را بهبود می بخشد، نقطه ذوب را کاهش می دهد و تخلیه مفصل لحیم کاری را کاهش می دهد.

SAC+Ni: نیکل از لایه متالیزاسیون زیرین در برابر انحلال بیش از حد محافظت می کند

SAC+Sb: آنتیموان استحکام مکانیکی را افزایش می دهد در حالی که سبیل های قلع را سرکوب می کند

قلع-آلیاژهای مس (Sn-مس)

Sn99.3/Cu0.7

ساده‌ترین آلیاژ دوتایی بدون سرب با نقطه ذوب تقریباً 227 درجه، حدود 7 درجه بالاتر از SAC305. بزرگترین مزیت آلیاژهای قلع{4}}هزینه است-حذف کامل نقره گران قیمت آنها را به انتخابی مقرون به صرفه برای لحیم کاری موجی و لحیم کاری دستی تبدیل می کند.

با این حال، آلیاژهای قلع{0} خالص مس، ترشوندگی و خواص مکانیکی پایین‌تری نسبت به سری SAC دارند. برای رفع این کاستی‌ها، صنعت فرمول‌های اصلاح شده مختلفی را توسعه داده است:

SN100C (Sn-0.7Cu-0.05Ni+Ge)

با افزودن ردیابی نیکل و ژرمانیوم، ترشوندگی SN100C به SAC305 نزدیک می شود و انحلال مس کندتر است و فواصل نگهداری دیگ لحیم کاری موجی را افزایش می دهد. ژرمانیوم اکسیداسیون و تشکیل تفاله را کاهش می دهد.

K100 (سری Sn-Cu-Ni)

آلیاژی که برای لحیم کاری موجی بهینه شده است، جایی که افزودن نیکل لایه های ترکیبی بین فلزی (Cu,Ni)6Sn5 را تشکیل می دهد که پایدارتر از Cu6Sn5 خالص است و رشد بیش از حد IMC سطحی را به تاخیر می اندازد.

آلیاژهای قلع-بیسموت-در دمای پایین (Sn-Bi)

فناوری لحیم کاری در دمای پایین-در سال‌های اخیر توجه قابل توجهی را به خود جلب کرده است که ناشی از موارد زیر است:

الزامات مونتاژ برای اجزای حساس به دما (مانند MEMS و سنسورهای خاص){0}}

کاهش تاب خوردگی بسته PCB و BGA

حفظ انرژی، کاهش انتشار و کاهش ردپای کربن

لحیم کاری با دمای پایین-مرحله دوم در مراحل لحیم کاری مرحله ای

Sn42/Bi58 (قلع یوتکتیک-بیسموت)

با نقطه ذوب تنها 138 درجه، این کمترین نقطه ذوب عملی لحیم کاری بدون سرب-است. دمای اوج جریان معمولی را می توان تا 170-180 درجه، تقریبا 70 درجه کمتر از SAC305 کنترل کرد. این یعنی:

به طور قابل توجهی کاهش خطر آسیب به اجزای حساس به گرما{0}}

تاب خوردگی حرارتی را در PCB و BGA به میزان قابل توجهی کاهش داد

کاهش مصرف انرژی اجاق گاز و افزایش طول عمر تجهیزات

با این حال، شکنندگی ذاتی بیسموت پاشنه آشیل آلیاژهای Sn-بی است. Sn42/Bi58 خالص دارای کشیدگی تنها 1-2٪ است، بسیار کمتر از SAC305 20-40%. این باعث می شود که اتصالات لحیم کاری به راحتی در اثر ضربه سقوط یا تنش خمشی شکسته شوند. علاوه بر این، پیری در دمای بالا باعث جداسازی بیسموت در سطح مشترک می‌شود که باعث تخریب بیشتر خواص مکانیکی می‌شود.

Sn42/Bi57/Ag1

افزودن 1% نقره، ترشوندگی و مقاومت در برابر خستگی را بهبود می بخشد و در عین حال مزایای نقطه ذوب پایین را حفظ می کند. فاز Ag3Sn که توسط نقره تشکیل شده است، ریزساختار را تا حدی اصلاح می کند و شکل پذیری را بهبود می بخشد.

آلیاژهای غیر{0}Eutectic Sn-Bi

تحقیقات نشان می‌دهد که آلیاژهایی که از ترکیب یوتکتیک منحرف می‌شوند (مانند Sn{0}}Bi با ۴۰٪ Bi یا کمتر) خواص مکانیکی بهتری دارند. محتوای بیسموت پایین، کسر حجمی فازهای شکننده را کاهش می‌دهد و در عین حال نقطه ذوب نسبتاً پایینی را حفظ می‌کند.

تقویت شده Sn-لحیم کامپوزیت Bi

برای غلبه بر مشکلات شکنندگی، صنعت رویکردهای تقویتی مختلفی را مورد بررسی قرار داده است:

اپوکسی-لحیم تقویت شده: افزودن اجزای اپوکسی به خمیر لحیم کاری یک لایه محافظ تشکیل می دهد که اتصالات لحیم کاری را پس از جریان مجدد محصور می کند.

تقویت نانوذرات: افزودن نانوذراتی مانند NiO و TiO2 برای پالایش ساختار دانه

فناوری لحیم کاری ترکیبی: استفاده از خمیر لحیم با دمای پایین-Sn-به همراه گلوله های لحیم کاری SAC305 برای تکمیل اتصالات هیبریدی در دماهای پایین

سایر آلیاژهای تخصصی

Sn-Ag (قلع دودویی-نقره)

Sn96.5/Ag3.5 کانون تحقیقات اولیه لحیم{2}}آزاد سرب بود، با نقطه ذوب 221 درجه، نزدیک به سری SAC. آلیاژهای خالص قلع{5}}نقره ترشوندگی بهتری نسبت به SAC دارند اما قیمت بالاتری دارند و فاقد مهار رشد سطحی IMC هستند که مس ایجاد می کند.

Sn-Zn (قلع-روی)

آلیاژ یوتکتیک Sn91/Zn9 دارای نقطه ذوب تنها 199 درجه، بین قلع-سرب و SAC است و زمانی به عنوان یک کاندیدای بدون سرب- امیدوارکننده در نظر گرفته می‌شد. با این حال، واکنش پذیری بالای روی باعث ایجاد مشکلات شدید اکسیداسیون می شود که به حفاظت از جو بی اثر در هنگام لحیم کاری نیاز دارد. خورندگی روی برای پدهای مسی نیز یک مانع کاربرد است.

Sn-این (قلع-ایندیوم)

ایندیوم می تواند به طور چشمگیری نقاط ذوب را کاهش دهد (Sn-52 در نقطه یوتکتیک فقط 118 درجه است) و سازگاری خوبی با طلا دارد، و آن را برای اتصال سیم طلا و اتصال قالب در دمای پایین مناسب می کند. با این حال، کمیابی، هزینه بالا و حساسیت ایندیوم به خوردگی محدوده کاربرد آن را محدود می کند.

شار: نگهبان نامرئی موفقیت لحیم کاری

مکانیسم عمل شار

مهم نیست که خود آلیاژ لحیم چقدر عالی باشد، فرآیند لحیم کاری نمی تواند بدون شار مناسب ادامه یابد. توابع اصلی شار عبارتند از:

حذف اکسید: سطوح فلزی لایه های اکسیدی در هوا تشکیل می دهند که از خیس شدن لحیم جلوگیری می کند. اجزای فعال در شار (مانند اسیدهای آلی و هالیدها) هنگام گرم شدن با اکسیدها واکنش می دهند، آنها را حل می کنند یا به ترکیبات فرار تبدیل می کنند.

باز-پیشگیری از اکسیداسیون: در دمای لحیم کاری، شار سطوح فلزی را می پوشاند و یک لایه محافظ تشکیل می دهد که اکسیژن اتمسفر را جدا می کند.

کاهش کشش سطحی: سورفکتانت ها در شار کشش سطحی لحیم مذاب را کاهش می دهند و باعث گسترش یکنواخت روی لنت ها می شوند.

محیط انتقال حرارت: شار مایع به انتقال یکنواخت گرما به رابط لحیم کاری کمک می کند.

سیستم طبقه بندی شار

طبق استاندارد IPC J-STD-004، شار بر اساس مواد پایه و سطح فعالیت طبقه‌بندی می‌شود:

شار مبتنی بر Rosin-

رزین یک محصول طبیعی است که از رزین درخت کاج استخراج می‌شود و عمدتاً از اسید ابیتیک تشکیل شده است. شار مبتنی بر رزین سابقه طولانی و عملکرد پایدار دارد که نشان دهنده انتخاب سنتی برای لحیم کاری الکترونیکی است.

R (Rosin): رزین خالص با کمترین فعالیت، فقط برای سطوح تمیز شده با حداقل اکسیداسیون مناسب است

RMA (Rosin Mildly Activated): حاوی مقادیر کمی فعال کننده با فعالیت متوسط ​​و باقیمانده های خفیف است

RA (Rosin Activated): محتوای فعال کننده بالاتر، مناسب برای سطوح به شدت اکسید شده، باقی مانده ها نیاز به تمیز کردن دارند.

بقایای شار رزین در دمای اتاق جامد، -نارسانا و از نظر شیمیایی بی اثر هستند. به‌طور سنتی، باقی‌مانده‌های R و RMA برای گذاشتن روی تخته‌های مدار قابل قبول تلقی می‌شدند، اما مدارهای{2}}با چگالی بالا نیاز به تمیزی دقیق‌تری دارند و بسیاری از برنامه‌ها هنوز تمیز کردن را توصیه می‌کنند.

آب -شار محلول

از اسیدهای آلی (مانند اسید سیتریک و اسید آدیپیک) به عنوان اجزای فعال استفاده می‌کند که معمولاً با حامل‌های{0}محلول در آب مانند اتیلن گلیکول فرموله می‌شوند. شار محلول در آب-بالاترین فعالیت را دارد که می‌تواند لایه‌های اکسیدی سرسخت را از بین ببرد، مناسب برای سطوح--لحیم‌شده سخت یا قطعات قدیمی به شدت اکسید شده.

با این حال، فعالیت بالا همچنین به معنای خطر خوردگی بالا است. باقیمانده‌های شار محلول در آب حاوی یون‌های فعالی هستند که اگر به‌طور کامل حذف نشوند، می‌توانند باعث مهاجرت الکتروشیمیایی، نشت یا حتی اتصال کوتاه در محیط‌های- با رطوبت بالا شوند. بنابراین، فرآیندهای دقیق تمیز کردن آب باید از شار محلول در آب پیروی کنند.

خیر-Clean Flux

برای ساده سازی جریان فرآیند و کاهش هزینه ها توسعه یافته است. فلسفه طراحی آن این است: اجزای فعال وظیفه اکسید زدایی خود را در دمای لحیم کاری کامل می کنند، سپس باقیمانده ها در حالتی غیر رسانا و غیر خورنده باقی می مانند که می توانند با خیال راحت روی تخته های مدار باقی بمانند.

هیچ-شار تمیز معمولاً از فرمولاسیون با محتوای جامد کم (1-5%) استفاده می‌کند، که اکثر مواد فعال در طول جریان مجدد تبخیر یا تجزیه می‌شوند. مقادیر باقی مانده حداقل و از نظر شیمیایی پایدار است. این باعث می‌شود که برای خطوط تولید با سرعت بالا{5}}SMT انتخاب ترجیحی باشد.

با این حال، "نه-تمیز" به معنای "بقایایی نیست." در مدارهای-با قابلیت اطمینان بالا (هوا فضا، ایمپلنت های پزشکی) یا مدارهای با فرکانس بالا، حتی باقیمانده های ردیابی ممکن است بر عملکرد تأثیر بگذارند. بنابراین، این برنامه‌ها معمولاً هنوز فرآیندهای تمیز کردن را انتخاب می‌کنند.

استراتژی انتخاب شار

انتخاب شار مستلزم در نظر گرفتن جامع عوامل زیر است:

وضعیت سطح اجسام لحیم کاری: قلع{0}}قطعات آبکاری شده تازه تولید شده کمترین اکسیداسیون را دارند و می توانند از شار کم-فعالیت استفاده کنند. اجزای با زمان نگهداری طولانی یا عملیات سطحی ضعیف به شار فعالیت- بالا نیاز دارند.

نوع آلیاژ لحیم کاری: لحیم‌های بدون سرب-به طور کلی در مقایسه با لحیم‌های قلع-خیس‌پذیری پایین‌تری دارند، که معمولاً به شار فعال بیشتری نیاز دارند.

قابلیت تمیز کردن: اگر خط تولید دارای تجهیزات تمیز کردن کامل (التراسونیک، سیستم‌های اسپری) باشد، می‌توان شار محلول در آب-برای بهترین نتایج لحیم کاری انتخاب کرد. در غیر این صورت، هیچ-پاک یا رزین- نباید انتخاب شود.

سطح قابلیت اطمینان محصول: محصولات IPC کلاس 3 (-قابلیت اطمینان بالا) معمولاً نیاز به باقیمانده‌های تمیزکننده دارند یا از مواد تمیزکننده کاملاً تأیید شده استفاده نمی‌کنند.

مقررات زیست محیطی: برخی از مناطق محدودیت های شدیدی برای انتشار VOC (ترکیبات آلی فرار) دارند که به فرمولاسیون-بر پایه آب یا کم{1}}VOC نیاز دارند.

سبیل حلبی: کابوس قابلیت اطمینان از سرب-دوران آزاد

پدیده و خطرات سبیل قلع

سبیل های قلع ساختارهای تک بلوری رشته ای- هستند که به طور خود به خود از سطوح قلع خالص یا آلیاژ قلع{1}بالا، معمولاً 1 تا 5 میکرومتر قطر و طول آنها از صدها میکرومتر تا چند میلی متر رشد می کنند. این "موهای" فلزی تقریباً نامرئی تهدیدی جدی برای قابلیت اطمینان دستگاه الکترونیکی است.

مکانیسم هایی که سبیل های حلبی باعث خرابی می شوند عبارتند از:

مدارهای کوتاه: سبیل های حلبی که هادی های مجاور را پل می کنند باعث ایجاد شورت الکتریکی می شوند. در بسته‌های با چگالی بالا (0.5 میلی‌متر زمین و کمتر)، سبیل‌هایی با طول تنها ده‌ها میکرومتر می‌توانند فاجعه ایجاد کنند.

تخلیه قوس: در محیط‌های با ولتاژ بالا، سبیل‌های حلبی می‌توانند باعث ایجاد قوس الکتریکی شوند، که باعث ذوب شدن ناگهانی دمای بالا، به‌ویژه در محیط‌های خلاء یا فشار کم- (مانند ماهواره‌ها و تجهیزات ارتفاع بالا) می‌شود.

آلودگی زباله: سبیل های حلبی ممکن است شکسته شوند و زباله های رسانا را در داخل تجهیزات تشکیل دهند که به طور تصادفی باعث خرابی های متناوب می شود.

از نظر تاریخی، سبیل های حلبی باعث چندین حادثه فاجعه آمیز معروف شده اند:

ماهواره Galaxy IV (1998): کل ماهواره به دلیل اتصال کوتاه سبیل قلع در کامپیوتر کنترل از کار افتاد و صدها میلیون دلار خسارت وارد کرد.

نیروگاه هسته ای Millstone (2005): سبیل های حلبی باعث می شوند که سیستم نظارت بر فشار بخار به هشدار کاذب برسد و باعث خاموش شدن اضطراری شود.

حادثه "شتاب فانتوم" تویوتا (که در تحقیقات ذکر شد): برخی از محققان سبیل های حلبی را در حسگرهای موقعیت دریچه گاز پیدا کردند، اگرچه تحقیقات رسمی در نهایت این علت را رد کرد.

مکانیسم تشکیل سبیل قلع

اگرچه پدیده سبیل قلع در اوایل دهه 1940 کشف شد، مکانیسم تشکیل دقیق آن هنوز به طور کامل شناخته نشده است. در حال حاضر عوامل محرک اصلی شناخته شده هستندتنش های فشاری:

استرس رشد ترکیب بین فلزی: هنگامی که آبکاری قلع با بستر مس تماس می گیرد، اتم های مس در لایه قلع پخش می شوند و ترکیبات بین فلزی Cu6Sn5 را در سطح مشترک ایجاد می کنند. گسترش حجم IMC باعث ایجاد تنش فشاری در لایه قلع می شود.

عدم تطابق ضریب انبساط حرارتی: تفاوت در ضریب انبساط حرارتی (CTE) بین قلع و زیرلایه هایی مانند مس و نیکل باعث تجمع تنش سطحی با نوسانات دما می شود.

استرس مکانیکی: خم شدن اجزاء سرب، فشار دادن{0}}مناسب، لرزش، و سایر اقدامات مکانیکی باعث ایجاد غلظت موضعی تنش می‌شوند.

خوردگی-استرس ناشی از خوردگی: آلودگی یونی (مانند یون های کلرید و سولفید) شروع به خوردگی موضعی می کند، با تغییر حجم محصول اکسیدی که باعث ایجاد تنش می شود.

ماهیت رشد سبیل قلع فرآیندی است که در آن کریستال های قلع تنش داخلی را از طریق انتشار مرز دانه و حرکت جابجایی آزاد می کنند. هنگامی که تنش از یک مقدار بحرانی فراتر می رود، اتم های قلع در امتداد جهت های کریستالوگرافی خاص مهاجرت می کنند و "اکسترود" می کنند تا سبیل هایی در سطح ایجاد کنند.

شایان ذکر است، دلیل اینکه افزودن سرب باعث سرکوب رشد سبیل قلع می‌شود، در درجه اول این است: اتم‌های سرب به مرزهای دانه قلع جدا می‌شوند و مانع از انتشار مرز دانه می‌شوند. به طور همزمان، حضور فاز سرب، ساختار دانه قلع را تغییر می دهد و باعث آرامش یکنواخت تنش می شود.

استراتژی های کاهش ویسکر قلع

از آنجایی که خطر سبیل قلع را نمی توان به طور کامل حذف کرد، صنعت استراتژی های کاهش چند سطحی- را اتخاذ می کند:

سطح مواد

لایه سد نیکل: افزودن یک لایه آبکاری نیکل (1-2 میکرومتر) بین بستر مسی و آبکاری قلع مانع از انتشار مس در قلع می شود و منابع استرس رشد IMC را حذف می کند.

قلع-درمان غوطه‌ورسازی سرب/غوطه‌وری داغ: غوطه ور کردن اجزای قلع اندود خالص در قلع-لحیم کاری سرب باعث سرکوب سبیل می شود

قلع مات به جای قلع روشن: آبکاری قلع مات دانه بزرگ-سطح تنش کمتری نسبت به-قلع روشن دانه کوچک دارد

افزودن بیسموت و سایر عناصر آلیاژیبیسموت ردیابی می تواند ساختار دانه قلع را تغییر دهد و اثرات سرکوبی مشابه سرب ایجاد کند.

سطح فرآیند

درمان آنیلینگ: درمان در دمای 150 درجه به مدت 1 ساعت یا دمای بالاتر باعث کاهش استرس می شود

درمان فیوزینگ: Heating pure tin plating above melting (>232 درجه) سپس سرد شدن تنش آبکاری را از بین می برد

پوشش لحیم کاری: از طریق لحیم کاری، سرب های قلع خالص به طور کامل توسط قلع-سرب یا لحیم SAC پوشانده می شوند.

سطح طراحی

پوشش منسجم: استفاده از روکش پلی اورتان، اکریلیک یا سیلیکون به ضخامت 2 تا 3 میل پس از مونتاژ PCB به طور فیزیکی رشد سبیل قلع را مسدود کرده یا از نفوذ که باعث شورت می شود جلوگیری می کند.

افزایش فاصله هادی: ایجاد حاشیه های ایمنی برای رشد سبیل قلع در طراحی مدار

انتخاب اجزای بدون آبکاری قلع خالص: تعیین درمان‌های سطحی جایگزین مانند NiPdAu، قلع-سرب، یا توپ‌های SAC

تشخیص و نظارت

انجام آزمایش‌های رشد شتاب‌زده سبیل قلع (دما{0}}چرخه‌ای رطوبت،-دمای بالا-ذخیره‌سازی رطوبت) طبق استاندارد JEDEC JESD201

بازرسی منظم مناطق بحرانی با استفاده از SEM (میکروسکوپ الکترونی روبشی)

ایجاد سیستم های ارزیابی ریسک سبیل قلع تامین کننده

فرآیندهای لحیم کاری و بهینه سازی مشخصات دما

لحیم کاری مجدد

لحیم کاری مجدد فرآیند اصلی فناوری نصب سطحی (SMT) است که جریان اصلی آن عبارت است از:

خمیر لحیم کاری از طریق یک شابلون روی پدهای PCB چاپ می شود

اجزای دستگاه را بر روی خمیر لحیم کاری قرار دهید-و- قرار دهید

PCB از طریق یک کوره جریان مجدد عبور می کند که در آن خمیر لحیم ذوب می شود و اتصالات لحیم ایجاد می شود

چهار مرحله مشخصات دما

منطقه پیش گرم: گرم کردن PCB از دمای اتاق تا 150-200 درجه با سرعت رمپ 1-3 درجه در ثانیه، فرار حلال ها در خمیر لحیم در حالی که از شوک حرارتی جلوگیری می کند.

منطقه خیساندن: حفظ دما در محدوده 150-200 درجه برای 60-120 ثانیه، اطمینان از دمای یکنواخت صفحه و فعال کردن شار برای شروع حذف اکسید

منطقه Reflow: حرارت دادن سریع تا دمای اوج (تقریباً 235-245 درجه برای SAC305، 205-215 درجه برای سرب قلع) که در آن لحیم ذوب می شود و اتصالات ایجاد می شود. زمان بالاتر از مایع (TAL) به 60-90 ثانیه کنترل می شود

منطقه خنک کننده: خنک شدن در دمای اتاق با سرعت 2-4 درجه در ثانیه. سرعت خنک کنندگی مناسب به شکل گیری ساختارهای دانه ای ظریف و یکنواخت کمک می کند

ملاحظات ویژه برای سرب-لحیم کاری رایگان

نقطه ذوب بالاتر لحیم{0}}آزاد سرب چالش هایی را برای فرآیندهای جریان مجدد ایجاد می کند:

اوج دمای تقریباً 30 درجه افزایش می‌یابد، که احتمالاً از محدودیت‌های دمایی برخی از اجزای حساس به حرارت (خازن‌های الکترولیتی، اتصالات پلاستیکی){1} تجاوز می‌کند.

دماهای بالاتر تاب خوردگی PCB و BGA را تشدید می کند و استرس اتصال لحیم را افزایش می دهد

برای اطمینان از رسیدن تمام اتصالات لحیم کاری به دمای مایع، کنترل دما دقیق تری مورد نیاز است

اتمسفر محافظ نیتروژن می تواند ترشوندگی را بهبود بخشد و اکسیداسیون را کاهش دهد

لحیم کاری موجی

لحیم کاری موجی عمدتاً برای لحیم کاری دسته ای-قطعات سوراخ شده و لحیم کاری پایین- تخته های مونتاژ مخلوط استفاده می شود. قسمت پایینی PCB به طور پیوسته امواج لحیم مذاب را در تماس می‌گیرد و لحیم از طریق-سوراخ‌ها از طریق عملکرد مویرگی و خیس کردن سرنخ‌های اجزای آن نفوذ می‌کند.

مدیریت لحیم کاری موج

مدیریت ترکیب دیگ لحیم کاری در لحیم کاری موجی بسیار مهم است. با پیشرفت لحیم کاری، آلاینده های زیر به تدریج جمع می شوند:

انحلال مس: PCB copper layers and component leads release copper into the solder; excessive copper content (>0.3٪ باعث کاهش سیالیت می شود

اکسیداسیون ذرات: اکسیداسیون سطح لحیم کاری باعث تشکیل تفاله شده و از دست دادن مواد را افزایش می دهد

سایر ناخالصی ها: نیکل، طلا و سایر عناصر حاصل از تیمارهای سطح PCB به تدریج متمرکز می شوند

تجزیه و تحلیل ترکیب لحیم کاری منظم و پر کردن لحیم تازه اقدامات تعمیر و نگهداری ضروری است. آلیاژهای مس قلع{1} (مانند SN100C)، به دلیل حلالیت اشباع مس کمتر، عمر بیشتری در لحیم کاری موجی نسبت به SAC305 دارند.

لحیم کاری انتخابی

لحیم کاری انتخابی فرآیندی بین لحیم کاری موجی و لحیم کاری دستی است که از سرهای لحیم کاری قابل برنامه ریزی برای لحیم کاری دقیق مناطق خاص استفاده می کند. این فرآیند برای موارد زیر مناسب است:

از طریق-لحیم کاری سوراخ در نزدیکی اجزای حساس به حرارت{1}}

نواحی روی تخته‌های با تراکم بالا-که نمی‌توان در آنها لحیم کاری موج انجام داد

مجموعه های مخلوطی که به آلیاژهای لحیم کاری مختلف نیاز دارند

سیستم های لحیم کاری انتخابی معمولاً شامل سه ماژول برای پاشش شار، پیش گرمایش و لحیم کاری هستند که پارامترهای قابل تنظیم برای هر ویژگی اتصال لحیم کاری را دارند.

تست قابلیت اطمینان و استانداردهای صنعت

روش های ارزیابی قابلیت اطمینان اتصال لحیم کاری

تست چرخه حرارتی

شبیه سازی نوسانات دما توسط دستگاه های الکترونیکی در حین استفاده. شرایط معمولی چرخه های -40 درجه تا +125 درجه، با 30-60 دقیقه در هر چرخه است. اتصالات لحیم کاری به تدریج تحت فشار ناشی از عدم تطابق ضریب انبساط حرارتی، ترک های خستگی ایجاد می کنند. آزمایش معمولاً برای صدها تا هزاران دوره ادامه می یابد تا زمانی که مقاومت مفصل لحیم کاری به طور قابل توجهی افزایش یابد یا باز شدن کامل رخ دهد.

دما{0}}تست رطوبت

مقاومت در برابر خوردگی و تمایل به مهاجرت الکتروشیمیایی اتصالات لحیم کاری را در محیط‌های{0}}در دمای بالا و رطوبت{1} بالا ارزیابی می‌کند. شرایط معمولی 85 درجه / 85% RH برای بیش از 1000 ساعت است. این آزمایش به ویژه خطرات قابلیت اطمینان ناشی از باقیمانده های شار را نشان می دهد.

تست ضربه قطره

سناریوهای سقوط دستگاه قابل حمل را شبیه سازی می کند. PCB های مونتاژ شده در وسایل استاندارد ثابت می شوند و از ارتفاعات مشخص (مانند 1.5 متر) روی سطوح سفت و سخت رها می شوند که ده ها تا صدها بار تکرار می شود. تعداد افت ها به حالت های خرابی و خرابی اتصال لحیم کاری ثبت می شود. آلیاژهای SAC، مخصوصاً فرمول{4}}نقره بالا، ممکن است در این آزمایش عملکرد ضعیفی داشته باشند.

تست خم

مقاومت در برابر شکست مفصل لحیم کاری تحت تغییر شکل خمشی PCB را ارزیابی می کند. اتصالات خمشی چهار نقطه یا سه

تست مقاومت برشی

استحکام مکانیکی گلوله‌های لحیم یا اتصالات را با استفاده از تسترهای میکرو-برشی اندازه‌گیری می‌کند. این یک معیار اساسی برای ارزیابی کیفیت لحیم کاری و مقایسه آلیاژها / فرآیندهای مختلف است.

سیستم استاندارد IPC

استانداردهای توسعه یافته توسط IPC (Association Connecting Electronics Industries) معیارهای معتبر برای صنعت تولید الکترونیک جهانی هستند:

J-STD-001 "الزامات برای مجموعه های الکتریکی و الکترونیکی لحیم شده"

این استاندارد اصلی برای فرآیندهای لحیم کاری و کنترل کیفیت است که شامل موارد زیر است:

مواد مورد نیاز: مشخصات لحیم کاری، شار، و پرداخت سطح PCB

الزامات فرآیند: کنترل پیش گرمایش، دمای لحیم کاری و پارامترهای زمان

معیارهای پذیرش: استانداردهای قضاوت برای ظاهر مفصل لحیم کاری، زاویه خیس شدن و ارتفاع پر

کنترل های محیطی: دما و رطوبت، حفاظت ESD، و الزامات تمیزی

J-STD-001 محصولات را به سه سطح طبقه‌بندی می‌کند:

طبقه 1: محصولات الکترونیکی عمومی (لوازم الکترونیکی مصرفی)

طبقه 2: محصولات الکترونیکی خدمات اختصاصی (صنعتی، مخابراتی)

کلاس 3: محصولات الکترونیکی{1} با عملکرد بالا (نظامی، هوافضا، پزشکی)

طبقات بالاتر الزامات سخت گیرانه تری برای کیفیت اتصال لحیم کاری و کنترل فرآیند دارند.

J-STD-002 "تست های لحیم کاری برای سرنخ ها، پایانه ها، بند ها، پایانه ها و سیم ها"

روش‌های استاندارد را برای ارزیابی قابلیت لحیم‌کاری سرنخ‌ها و پایانه‌های اجزا مشخص می‌کند، از جمله:

تست غوطه وری: درجه خیس شدن لحیم را روی سرب ها ارزیابی می کند

تست تعادل خیس شدن: منحنی های تغییر نیروی خیس را در طول زمان به صورت کمی اندازه گیری می کند

تست Reflow: رفتار خیس شدن توپ لحیم کاری BGA را در شرایط جریان مجدد SMT شبیه سازی می کند

J-STD-003 "تست های لحیم کاری برای تابلوهای چاپی"

استانداردهایی برای ارزیابی لحیم کاری سطوح لخت PCB (HASL، ENIG، OSP، نقره غوطه وری، قلع غوطه وری، و غیره).

IPC{0}}A-610 «قابلیت پذیرفتن مجموعه‌های الکترونیکی»

دستورالعمل های مصور جامعی را برای تعیین اینکه آیا اتصالات لحیم کاری و کیفیت مونتاژ قابل قبول هستند ارائه می دهد. این پرکاربردترین استاندارد مرجع بازرسی بصری است.

شیوه های کنترل کیفیت

کنترل کیفیت ورودی (IQC)

لحیم کاری: تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی، تعیین نقطه ذوب

شار: مقدار اسید، محتوای جامد، آزمایش محتوای هالوژن

اجزاء: نمونه گیری لحیم کاری، اندازه گیری ضخامت آبکاری

در{0}}کنترل کیفیت فرآیند (IPQC)

چاپ خمیر لحیم کاری: ضخامت، افست موقعیت، تشخیص پل زدن (تجهیزات SPI)

نمایه جریان مجدد:-پایش دمای واقعی، ضبط پیک/TAL

لحیم کاری موج: دمای لحیم کاری، سرعت نوار نقاله، نظارت بر کمیت تفاله

کنترل کیفیت نهایی (FQC)

بازرسی خودکار نوری (AOI): شناسایی عیوب مانند اتصالات سرد، پل زدن و لحیم کاری ناکافی

X-ray Inspection: Detecting voids and connections in hidden solder joints of BGAs, QFNs, etc.

تست الکتریکی: باز کردن / شورت، امپدانس، تأیید عملکرد

چارچوب تصمیم گیری انتخاب آلیاژ لحیم کاری

تحلیل سناریوی کاربردی

انتخاب آلیاژهای لحیم کاری نیازمند روشن شدن سناریوهای کاربرد محصول و الزامات قابلیت اطمینان است:

لوازم الکترونیکی مصرفی (گوشی های هوشمند، تبلت ها، پوشیدنی ها)

نگرانی های اولیه: کاهش عملکرد تاثیر، کنترل هزینه

آلیاژهای توصیه شده: SAC105، SAC0307 یا SAC با نقره کم-

شار: بدون{0}}نوع تمیز

تجهیزات صنعتی / مخابراتی

نگرانی های اولیه: قابلیت اطمینان چرخه حرارتی، پایداری طولانی مدت-

آلیاژهای توصیه شده: SAC305، SAC387

شار: بدون-تمیز یا آب- محلول (با تمیز کردن)

الکترونیک خودرو

نگرانی های اولیه: محدوده دمایی گسترده (40- درجه تا +150 درجه)، دوام ارتعاش

آلیاژهای توصیه شده: SAC305/SAC387; آلیاژهای{2}}در دمای بالا را برای قسمت های محفظه موتور در نظر بگیرید

الزامات ویژه: گواهی AEC-Q100/Q200

هوافضا/نظامی

نگرانی های اولیه: قابلیت اطمینان فوق العاده، خطر سبیل قلع، عمر طولانی

آلیاژهای توصیه شده: ممکن است از استفاده از قلع-سرب (Sn63/Pb37) یا محلول‌های بدون سرب با گواهی دقیق- معاف باشند

الزامات ویژه: ناسا، ESA، MIL{0}}انطباق با STD

تجهیزات پزشکی

نگرانی های اولیه: سازگاری زیستی، قابلیت اطمینان طولانی مدت، انطباق با مقررات

آلیاژهای توصیه شده: SAC305 (دستگاه‌های قابل کاشت ممکن است از قلع-معافیت سرب استفاده کنند)

الزامات ویژه: FDA، گواهینامه ISO 13485

مونتاژ دمای پایین-

نگرانی های اولیه: کاهش آسیب حرارتی، کنترل تاب خوردگی

آلیاژهای توصیه شده: سری Sn-Bi (Sn42Bi58، Sn42Bi57Ag1)

ملاحظات: ارزیابی کنید که آیا مقاومت مکانیکی با الزامات کاربرد مطابقت دارد یا خیر

ماتریس ارزیابی جامع

در انتخاب عملی، امتیازدهی جامع را می توان در ابعاد زیر انجام داد:

ملاحظات زنجیره تامین و هزینه

ریسک نوسان قیمت نقره

هزینه های نقره می تواند 60 تا 70 درصد هزینه های آلیاژ SAC را تشکیل دهد. هنگامی که قیمت نقره به شدت نوسان می کند، هزینه های لحیم کاری بر این اساس تغییر می کند. توصیه ها:

قراردادهای قفل قیمت را با تامین کنندگان امضا کنید

امکان‌سنجی جایگزین‌های کم-نقره را ارزیابی کنید

موجودی استراتژیک معقول ایجاد کنید

گواهی تامین کننده

برنامه های کاربردی حیاتی باید لیست های فروشنده تایید شده (AVL) را ایجاد کنند که تامین کنندگان را ملزم به ارائه موارد زیر می کند:

بیانیه های انطباق مواد (RoHS، REACH، مواد معدنی تضاد)

گواهی های تجزیه و تحلیل (CoA)

قابلیت ردیابی دسته ای

گزارش تست لحیم کاری

روندهای آینده و چشم انداز فناوری

چالش های لحیم کاری در بسته بندی پیشرفته

همانطور که بسته بندی تراشه به سمت یکپارچگی 2.5D/3D تکامل می یابد، فناوری لحیم کاری با چالش های جدیدی روبرو می شود:

میکرو برآمدگی ها

گام میکروبامپ ستون مسی در بسته بندی های پیشرفته به زیر 40 میکرومتر کاهش یافته است و ضخامت لایه لحیم کاری تنها چند میکرومتر است. چنین حجم لحیم کاری کوچکی تأثیر رشد IMC بر قابلیت اطمینان را تقویت می کند و به ترکیب دقیق تر و کنترل فرآیند نیاز دارد.

پیوند هیبریدی

برخی از بسته‌بندی‌های پیشرفته شروع به اتصال-به-مس مستقیم کرده‌اند و لحیم کاری را کاملاً حذف می‌کنند. این ممکن است راه حل نهایی برای اتصالات متقابل با تراکم فوق‌العاده--بالا باشد، اما هزینه‌های فعلی بسیار بالاست و استفاده را به برنامه‌های کاربردی محدود می‌کند.

تکامل فناوری لحیم کاری در دمای پایین-

لحیم کاری در دمای پایین نه تنها یک الزام برای اجزای حساس به حرارت{1}}بلکه یک روند اصلی برای حفظ انرژی و کاهش انتشار است. جهت تحقیق عبارتند از:

آلیاژهای اصلاح شده Sn-Bi: غلبه بر شکنندگی از طریق میکرو-آلیاژسازی، نانو-تقویت و سایر روش‌ها

پیوند فاز مایع گذرا (TLP): استفاده از لایه‌های میانی-نقطه ذوب-پایین برای اتصالات با دمای پایین-، متعاقباً تشکیل ترکیبات بین فلزی با نقطه ذوب بالا-

چسب های رسانا جایگزین لحیم کاری: چسب های رسانا مبتنی بر نقره-در برخی کاربردها جایگزین لحیم کاری سنتی می شوند

ملاحظات پایداری

فشار زیست محیطی بر صنعت تولید الکترونیک همچنان تشدید می شود:

ارزیابی چرخه زندگی (LCA): تأثیر زیست‌محیطی لحیم کاری از استخراج مواد خام تا بازیافت پایان عمر محصول--

اقتصاد دایره ای: بازیابی و استفاده مجدد از فلزات لحیم کاری از ضایعات محصولات الکترونیکی

بهبود بهره وری انرژی: لحیم کاری در دمای پایین-مصرف انرژی کوره را کاهش می‌دهد

اگرچه آلیاژهای لحیم قلع بخش کوچکی از محصولات الکترونیکی را تشکیل می دهند، اما وظیفه اتصال کل دنیای الکترونیک را بر عهده دارند. از قلع کلاسیک-یوتکتیک سرب گرفته تا آلیاژهای چند عنصری پیچیده بدون سرب-، از نسبت‌های ترکیبی ساده تا کنترل دقیق ریزساختار، هر پیشرفتی در علم لحیم کاری، تولید الکترونیک را به سمت قابلیت اطمینان بالاتر، ابعاد کوچک‌تر و هزینه‌های کمتر سوق داده است.

در دوران بدون سرب، SAC305 به دلیل عملکرد کلی متعادل آن به جریان اصلی صنعت تبدیل شده است. اما هیچ آلیاژی نمی تواند تمام الزامات کاربردی را برآورده کند. مهندسان باید ویژگی‌های آلیاژهای مختلف را عمیقاً درک کنند و بر اساس الزامات قابلیت اطمینان کاربرد خاص، محدودیت‌های فرآیند و اهداف هزینه تصمیم‌گیری علمی اتخاذ کنند.

با نگاهی به آینده، با توسعه فناوری بسته بندی پیشرفته و افزایش الزامات پایداری، فناوری لحیم کاری به تکامل خود ادامه خواهد داد. اما صرف نظر از اینکه فناوری چگونه تغییر می کند، ماموریت اصلی پیگیری اتصالات قابل اعتماد هرگز تغییر نخواهد کرد-زیرا قابلیت اطمینان هر اتصال لحیم کاری به خط حیاتی کل سیستم الکترونیکی مربوط می شود.