تراز کردن لحیم کاری هوای داغ با نیروی کم (LF) یک تکنیک پرداخت سطحی پرکاربرد در تولید تخته های مدار چاپی چندلایه (PCB) است. به عنوان تامین کننده PCB های چند لایه LF HASL، درک خواص شیمیایی LF HASL نه تنها برای تولید، بلکه برای انتقال قابلیت های برد به مشتریان ما نیز ضروری است.
ترکیب و واکنش پذیری
فرآیند LF HASL به طور معمول شامل پوشاندن آثار مس در معرض روی یک PCB با لایه نازکی از لحیم کاری است که عمدتاً از قلع (Sn) و سرب (Pb) در HASL سنتی تشکیل شده است. این صنعت به دلیل نگرانی های زیست محیطی و بهداشتی به سمت جایگزین های بدون سرب رفته است. لحیم‌های بدون سرب که معمولاً در LF HASL استفاده می‌شوند بر پایه قلع و با افزودنی‌هایی مانند نقره (Ag)، مس (Cu) و بیسموت (Bi) هستند.
قلع جزء اصلی لحیم کاری بدون سرب LF HASL است. رسانایی الکتریکی خوبی دارد که برای عملکرد صحیح PCB ضروری است. قلع نیز نسبتاً در برابر خوردگی مقاوم است. هنگامی که در معرض هوا قرار می گیرد یک لایه اکسید نازک (SnO یا SnO2) تشکیل می دهد. این لایه اکسید به عنوان یک مانع محافظ عمل می کند و از اکسید شدن بیشتر قلع زیرین جلوگیری می کند. با این حال، در محیط های با رطوبت بالا یا خورنده، لایه اکسید می تواند توسط مواد شیمیایی خاصی مورد حمله قرار گیرد و منجر به خوردگی شود.
نقره اغلب در مقادیر کم به لحیم‌های بدون سرب اضافه می‌شود. خواص مکانیکی اتصال لحیم کاری مانند استحکام و شکل پذیری آن را بهبود می بخشد. نقره همچنین ترشوندگی لحیم کاری را افزایش می دهد، که برای اطمینان از اتصال خوب بین لحیم کاری و آثار مس روی PCB مهم است. از نظر شیمیایی، نقره نسبتاً بی اثر است، اما می تواند با ترکیبات حاوی گوگرد در جو واکنش نشان دهد و سولفید نقره (Ag2S) را تشکیل دهد که به صورت کدر سیاه ظاهر می شود.
مس یکی دیگر از افزودنی های رایج است. این به بهبود مقاومت لحیم کاری در برابر خستگی حرارتی کمک می کند و همچنین انحلال مس از آثار PCB در لحیم کاری را در طول فرآیند لحیم کاری کاهش می دهد. مس در لحیم کاری می تواند با اکسیژن واکنش داده و اکسیدهای مس (CuO و Cu2O) را تشکیل دهد. اگر این اکسیدها به درستی مدیریت نشوند، می توانند روی لحیم کاری سطح تأثیر بگذارند.
گاهی اوقات از بیسموت برای کاهش نقطه ذوب لحیم استفاده می شود. نقطه ذوب نسبتاً پایینی (271.4 درجه سانتیگراد) دارد و افزودن آن به لحیم کاری قلع می تواند دمای ذوب کلی را کاهش دهد. بیسموت در شرایط عادی از نظر شیمیایی پایدار است اما می تواند در محلول های اسیدی یا قلیایی خاصی واکنش نشان دهد.
تعامل با مواد PCB
خواص شیمیایی LF HASL همچنین بر تعامل آن با مواد مورد استفاده در PCB های چند لایه تأثیر می گذارد. متداول ترین ماده زیرلایه برای PCBها FR - 4 است که یک ورقه اپوکسی تقویت شده با الیاف شیشه ای است.
هنگامی که لحیم کاری LF HASL روی ردهای مسی روی بستر FR - 4 اعمال می شود، یک تعامل فیزیکی و شیمیایی در سطح مشترک وجود دارد. لحیم کاری باید سطح مس را به طور یکنواخت خیس کند تا پیوند خوبی ایجاد شود. ترکیب شیمیایی سطح مس، که ممکن است اکسید یا آلوده باشد، می تواند بر این فرآیند خیس شدن تأثیر بگذارد. شار لحیم کاری مورد استفاده در فرآیند LF HASL با حذف اکسیدها و سایر آلاینده ها به تمیز کردن سطح مس کمک می کند.
خود بستر FR - 4 نسبت به لحیم کاری LF HASL نسبتاً بی اثر است. با این حال، در طول فرآیند لحیم کاری با دمای بالا، رزین اپوکسی در FR - 4 می تواند مقداری تخریب حرارتی را تجربه کند. این تخریب می تواند منجر به آزاد شدن مقادیر کمی از ترکیبات آلی فرار (VOCs) شود و همچنین می تواند خواص مکانیکی و الکتریکی بستر را در طول زمان تحت تاثیر قرار دهد.
برای اطمینان از قابلیت اطمینان طولانی مدت PCB، مهم است که پارامترهای فرآیند لحیم کاری، مانند دما و زمان را کنترل کنید تا تاثیر آن بر بستر FR - 4 به حداقل برسد.
تاثیر بر عملکرد PCB
خواص شیمیایی LF HASL تأثیر مستقیمی بر عملکرد PCB های چند لایه دارد. مقاومت در برابر خوردگی پوشش لحیم کاری برای قابلیت اطمینان طولانی مدت برد بسیار مهم است. در محیط‌های خشن، مانند مناطق با رطوبت بالا یا دارای نمک زیاد، روکش لحیم کاری مقاوم در برابر خوردگی می‌تواند از ایجاد اتصال کوتاه یا مدار باز به دلیل تخریب اتصالات لحیم کاری جلوگیری کند.
رسانایی الکتریکی لحیم کاری نیز مهم است. هر گونه تغییر در ترکیب شیمیایی لحیم کاری، مانند تشکیل اکسیدها یا ترکیبات بین فلزی، می تواند بر خواص الکتریکی آن تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، وجود ترکیبات بین فلزی بیش از حد مس - قلع می تواند مقاومت اتصال لحیم کاری را افزایش دهد که می تواند منجر به تلفات برق و کاهش یکپارچگی سیگنال در PCB شود.
خواص مکانیکی اتصالات لحیم کاری، که تحت تأثیر ترکیب شیمیایی لحیم کاری LF HASL قرار دارد، نیز حیاتی است. اتصالات لحیم کاری قوی و انعطاف پذیر می توانند استرس مکانیکی مانند لرزش و چرخه حرارتی را بدون ترک خوردن یا شکستن تحمل کنند.
کاربردها و ملاحظات
PCB های چند لایه با پوشش LF HASL در طیف گسترده ای از صنایع، از جمله لوازم الکترونیکی مصرفی، اتوماسیون صنعتی، و مخابرات کاربرد دارند.
در لوازم الکترونیکی مصرفی، PCB ها در دستگاه هایی مانندبرد مدار ماشین فروش FR4،برد مدار ساعت الکترونیکی، وبرد مدار سوئیچ برق. این کاربردها به یک سطح قابل اعتماد و مقرون به صرفه نیاز دارند. ویژگی های شیمیایی LF HASL مانند لحیم کاری خوب و مقاومت مناسب در برابر خوردگی آن را به انتخابی مناسب تبدیل کرده است.
در اتوماسیون صنعتی، PCB ها اغلب در معرض محیط های سخت تر، از جمله دماهای بالا، رطوبت و استرس مکانیکی قرار می گیرند. پایداری شیمیایی و استحکام مکانیکی اتصالات لحیم کاری LF HASL برای اطمینان از عملکرد طولانی مدت تجهیزات مهم است. به عنوان مثال،برد مدار مقاومت بالامورد استفاده در برخی از سیستم های کنترل صنعتی ممکن است از خواص شیمیایی خاص LF HASL بهره مند شود.
در صنعت مخابرات، که در آن انتقال سیگنال با سرعت بالا بسیار مهم است، خواص الکتریکی پایان لحیم کاری از اهمیت ویژه ای برخوردار است. هر گونه تغییر در هدایت الکتریکی یا امپدانس اتصالات لحیم کاری می تواند بر کیفیت سیگنال تأثیر بگذارد. PCB مانندPCB ماشین بازیهمچنین بر عملکرد ثابت ارائه شده توسط خواص شیمیایی LF HASL تکیه کنید.
نتیجه گیری
ما به عنوان تامین کننده PCB های چند لایه LF HASL، اهمیت خواص شیمیایی LF HASL را در تعیین کیفیت، قابلیت اطمینان و عملکرد محصولات خود تشخیص می دهیم. ترکیب لحیم کاری شامل قلع، نقره، مس و بیسموت و برهمکنش آنها با مواد PCB تاثیر بسزایی بر رفتار برد در کاربردهای مختلف دارد.
با درک این خواص شیمیایی، می‌توانیم فرآیندهای تولید خود را برای اطمینان از بالاترین کیفیت PCBهایمان بهینه کنیم. ما متعهد هستیم که PCBهایی را به مشتریان خود ارائه دهیم که نیازهای خاص آنها را از نظر عملکرد الکتریکی، استحکام مکانیکی و مقاومت در برابر خوردگی برآورده می کنند.
اگر شما علاقه مند به خرید PCB های چند لایه LF HASL هستید، از شما دعوت می کنیم برای سوالات بیشتر و بحث در مورد نیازهای خاص خود با ما تماس بگیرید. ما مشتاقانه منتظر فرصتی برای همکاری با شما هستیم و راه حل های PCB با کیفیت بالا را به شما ارائه می دهیم.
مراجع
- "مواد برد مدار چاپی و فرآیندهای تولید" نوشته جان کومبز
- کتاب راهنمای فناوری لحیم کاری توسط RJ Klein Wassink
- "سرب - لحیم کاری رایگان برای الکترونیک" نوشته دیوید ال. گرین