اختيار معجون اللحام: التعريف، النطاق، ولمن هذا الدليل

اختيار معجون اللحام هو العملية الحاسمة لمطابقة الخصائص الكيميائية والفيزيائية لمادة اللحام مع متطلبات تجميع لوحات الدوائر المطبوعة (PCB) الخاصة بك، وكثافة المكونات، وبيئة التشغيل. إنها ليست مجرد اختيار رقم جزء؛ بل تتضمن موازنة تركيبة السبائك، ونشاط التدفق، وحجم الجسيمات لضمان وصلات كهربائية وميكانيكية موثوقة. بالنسبة لقادة المشتريات والمهندسين، يؤثر هذا القرار بشكل مباشر على معدلات الإنتاجية، وتكاليف إعادة العمل، وموثوقية المنتج على المدى الطويل.

يقدم هذا الدليل نهجًا منظمًا لاختيار المعجون المناسب، متجاوزًا أوراق البيانات الأساسية إلى معايير شراء قابلة للتنفيذ. إنه مصمم للمحترفين الذين يحتاجون إلى التحقق من صحة الموردين وتحديد مواصفات قوية للإنتاج الضخم. سواء كنت تتعامل مع مكونات ذات مسافات دقيقة أو ظروف تشغيل قاسية، فإن الاختيار الصحيح للمعجون يمنع الأعطال الميدانية المكلفة.

في APTPCB (مصنع APTPCB للوحات الدوائر المطبوعة)، نرى بشكل مباشر كيف تؤثر مواصفات المعجون على نجاح التصنيع. يحدد هذا الدليل المعلمات والمخاطر وخطوات التحقق الدقيقة اللازمة لتأمين عملية SMT مستقرة.

متى تستخدم اختيار معجون اللحام (ومتى يكون النهج القياسي أفضل)

بمجرد فهمك لنطاق اختيار معجون اللحام، فإن الخطوة التالية هي تحديد ما إذا كان مشروعك يتطلب اختيارًا مخصصًا متخصصًا أم أن معجونًا قياسيًا من الشركة المصنعة يكفي. استخدم عملية اختيار متخصصة عندما:

• مكونات ذات خطوة دقيقة: تستخدم مكونات سلبية 0201، أو uBGA، أو CSP تتطلب مسحوقًا من النوع 4 أو النوع 5 لضمان التحرير السليم من الاستنسل.
• متطلبات الموثوقية العالية: المنتج مخصص لقطاعات السيارات، الفضاء، أو الطبية حيث تكون مقاومة الدورات الحرارية والاهتزازات غير قابلة للتفاوض.
• ملفات حرارية معقدة: تحتوي اللوحة على كتلة حرارية عالية أو مكونات حساسة تحد من نافذة إعادة التدفق، مما يتطلب معجونًا ذو نافذة عملية واسعة.
• حساسية الفراغات: لديك وسادات أرضية كبيرة (QFNs/LGAs) حيث يجب تقليل الفراغات لتبديد الحرارة.
• قيود عدم التنظيف (No-Clean): لا يمكن للتطبيق تحمل بقايا التدفق، أو يجب أن تكون البقايا خاملة كيميائيًا لمنع الهجرة الكهربائية.

التزم بمعجون الشركة القياسي عندما:

• إلكترونيات المستهلك القياسية: يستخدم التصميم مكونات 0603+ القياسية وحزم SOIC بكثافة معتدلة.
• حساسية التكلفة: استخدام المعجون القياسي للمصنع المتعاقد (عادةً SAC305 النوع 4) يستفيد من أسعارهم بالجملة وملفاتهم المحددة.
• النماذج الأولية السريعة: السرعة هي الأولوية، ونظرة عامة على عملية SMT القياسية التي يوفرها المجمع كافية للاختبار الوظيفي.

مواصفات اختيار معجون اللحام (المواد، التراص، التفاوتات)

بعد تحديد أن مشروعك يتطلب اختيارًا محددًا لمعجون اللحام، يجب عليك تحديد المواصفات الفنية بوضوح في وثائقك لتجنب الغموض أثناء الشراء.

المواصفات الرئيسية التي يجب تحديدها:

• تركيب السبيكة:
  • خالي من الرصاص القياسي: SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) للاستخدام العام.
  • موثوقية عالية: SnPb (63/37) للدفاع/الفضاء (تنطبق الإعفاءات).
  • درجة حرارة منخفضة: SnBiAg للمكونات الحساسة للحرارة (إعادة تدفق < 170 درجة مئوية).
• نوع التدفق (IPC J-STD-004):
  • ROL0/ROL1: قائم على الراتنج، نشاط منخفض. آمن لـ "بدون تنظيف".
  • ORL0: قائم على المواد العضوية. غالبًا ما يكون قابلًا للذوبان في الماء.
  • التصنيف: يجب تحديد "بدون تنظيف" (NC) أو "قابل للذوبان في الماء" (WS).
• حجم المسحوق (IPC J-STD-005):
  • النوع 3 (25-45 ميكرومتر): مسافة قياسية (>0.5 مم).
  • النوع 4 (20-38 ميكرومتر): مسافة دقيقة (0.4 مم - 0.5 مم).
  • النوع 5 (15-25 ميكرومتر): مسافة فائقة الدقة (<0.4 مم، رقائق 01005).
• الحمل المعدني:
  • عادة 88% - 90% بالوزن. يزيد الحمل المعدني الأعلى من اللزوجة ويقلل من الانحدار.
• اللزوجة:
  • النطاق: 1300-2000 بواز (مالكوم). حاسم لسرعة الطباعة وتحديدها.
• مؤشر الانسيابية (TI):
  • الهدف: 0.5-0.6. يحدد كيفية ترقق المعجون تحت إجهاد القص (الممسحة) واستعادته لهيكله بعد الطباعة.
• محتوى الهالوجين:
  • خالي من الهالوجين: <900 جزء في المليون كلور/بروم إذا كان الامتثال البيئي مطلوبًا.
• عمر الالتصاق:

• 8 ساعات. يضمن بقاء المكونات في مكانها في حالة وجود تأخير بين التثبيت وإعادة التدفق.

• عمر الاستنسل:

  • 8 ساعات. يجب ألا تجف العجينة على الاستنسل أثناء وردية عمل مستمرة.

• أداء التكهف (Voiding Performance):
  • متطلب الفئة 3: <25% من مساحة الفراغ على وسادات BGA/QFN الحرارية.
• خصائص المخلفات:
  • يجب أن تكون قابلة للاختبار بالدبابيس (مخلفات ناعمة) أو صلبة/خاملة حسب متطلبات اختبار الدائرة المتكاملة (ICT).

مخاطر التصنيع عند اختيار معجون اللحام (الأسباب الجذرية والوقاية)

يعد تحديد المواصفات هو الخطوة الأولى فقط؛ يجب عليك أيضًا توقع مخاطر التصنيع المرتبطة بـ اختيار معجون اللحام لتطبيق ضوابط عملية فعالة.

المخاطر الشائعة واستراتيجيات الوقاية:

1. تكوين كرات اللحام (Solder Balling):
   • السبب الجذري: أكاسيد زائدة في المسحوق، أو ترهل المعجون الذي يسد الوسادات، أو انبعاث غازات متفجر.
   • الكشف: الفحص البصري الآلي (AOI) أو الفحص البصري بعد إعادة التدفق.
   • الوقاية: اختر معجونًا ذا مقاومة عالية للأكسدة؛ تأكد من معدل ارتفاع درجة حرارة ملف إعادة التدفق الصحيح.
2. التكتل (Graping) (مسحوق غير معاد تدفقه):
   • السبب الجذري: استنفاد التدفق قبل ذوبان اللحام؛ شائع في الملفات الطويلة/الساخنة.
   • الكشف: سطح خشن ومتقطع على الوصلات (يبدو مثل العنب).
   • الوقاية: استخدم معجونًا ذا تدفق عالي الاستقرار الحراري؛ قم بتحسين إعدادات ملف إعادة التدفق للمبتدئين لتقليل وقت النقع.
3. تأثير الرأس في الوسادة (Head-in-Pillow - HiP):
   • السبب الجذري: تشوه المكون يرفع كرة BGA؛ يجف تدفق المعجون قبل أن تسقط الكرة مرة أخرى.

• الكشف: فحص بالأشعة السينية (غالبًا ما يكون صعب الرؤية) أو فشل وظيفي.
• الوقاية: استخدام معجون ذو نشاط ترطيب ممتاز وتقنية تدفق الحاجز.

4. التجويف (Voiding):
   • السبب الجذري: المواد المتطايرة المحاصرة في المفصل؛ عدم هروب الغازات المتصاعدة من التدفق.
   • الكشف: فحص بالأشعة السينية.
   • الوقاية: تحسين منطقة النقع للسماح بهروب المواد المتطايرة؛ اختيار تركيبات معجون محددة قليلة التجويف.
5. الترهل (Slumping):
   • السبب الجذري: لزوجة منخفضة أو حمل معدني منخفض؛ درجة الحرارة في الطابعة مرتفعة جدًا.
   • الكشف: رؤية الجسور في فحص معجون اللحام (SPI) أو دوائر قصيرة بعد إعادة التدفق.
   • الوقاية: الحفاظ على بيئة الطابعة (23-25 درجة مئوية)؛ اختيار معجون ذو مقاومة أعلى للترهل البارد.
6. تأثير الشاهدة (Tombstoning):
   • السبب الجذري: قوى ترطيب غير متساوية؛ جانب واحد يذوب/يترطب أسرع من الآخر.
   • الكشف: بصري/AOI.
   • الوقاية: استخدام سبائك يوتكتيكية أو معاجين ذات نطاقات انصهار محددة؛ ضمان تناظر تصميم الوسادة.
7. تآكل بقايا التدفق:
   • السبب الجذري: بقايا التدفق النشطة غير مغلفة بالكامل أو غير نظيفة.
   • الكشف: فشل اختبار مقاومة العزل السطحي (SIR).
   • الوقاية: التحقق من تصنيف ROL0/ROL1؛ التأكد من أن إعادة التدفق تنشط/تغلف المنشطات بالكامل.
8. ضعف تحرير الاستنسل:
   • السبب الجذري: يجف المعجون في الفتحات؛ حجم الجسيمات كبير جدًا بالنسبة لنسبة الفتحة.
   • الكشف: حجم غير كافٍ في بيانات SPI.

• الوقاية: مطابقة نوع المسحوق (النوع 4/5) لحجم الفتحة؛ استخدام استنسلات مطلية بالنانو.

التحقق من اختيار معجون اللحام وقبوله (الاختبارات ومعايير النجاح)

لضمان تخفيف المخاطر المحددة أعلاه، يلزم وجود خطة تحقق قوية قبل الموافقة على اختيار معجون لحام جديد للإنتاج الضخم.

خطوات ومعايير التحقق:

1. اختبار قابلية الطباعة:
   • الهدف: التحقق من إطلاق المعجون وتحديده.
   • الطريقة: الطباعة على مركبة اختبار بنسب مساحة فتحة متغيرة (0.5 إلى 0.7). القياس باستخدام SPI.
   • القبول: تكرارية الحجم CpK > 1.66؛ عدم وجود تجسير؛ كفاءة النقل > 80%.
2. اختبار الترهل (IPC-TM-650 2.4.35):
   • الهدف: التحقق من السلامة الهيكلية قبل إعادة التدفق.
   • الطريقة: طباعة أنماط محددة، التسخين إلى 150 درجة مئوية لمدة 10 دقائق.
   • القبول: عدم وجود تجسير بين الوسادات المتباعدة 0.2 مم.
3. اختبار كرة اللحام (IPC-TM-650 2.4.43):
   • الهدف: تقييم مستويات الأكسيد وتكتل إعادة التدفق.
   • الطريقة: إعادة تدفق نقطة مطبوعة على قسيمة سيراميك.
   • القبول: كرة كبيرة واحدة لا يزيد عدد الكرات التابعة لها عن 3 (مفضل).
4. اختبار توازن التبلل:
   • الهدف: التحقق من نشاط التدفق على تشطيبات محددة (ENIG، OSP، HASL).
   • الطريقة: قياس قوة ووقت التبلل.
   • القبول: وقت التبلل < 2 ثانية؛ عدم التبلل.
5. تحليل الفراغات (الأشعة السينية):
   • الهدف: تحديد نسبة الفراغات في الوسادات الحرارية.

• الطريقة: فحص QFNs و BGAs بالأشعة السينية على 10 لوحات عينة.
• القبول: متوسط الفراغات < 15%؛ أكبر فراغ فردي < 5%.

6. اختبار مقاومة العزل السطحي (SIR):
   • الهدف: ضمان الموثوقية الكهروكيميائية (عدم وجود تشعبات).
   • الطريقة: اختبار تحيز عند 85 درجة مئوية / 85% رطوبة نسبية لمدة 168 ساعة فأكثر.
   • القبول: المقاومة > 100 ميجا أوم؛ عدم وجود نمو تشعبي.
7. اختبار الالتصاق:
   • الهدف: التحقق من تثبيت المكونات.
   • الطريقة: قياس قوة الالتصاق على مدار 8 ساعات.
   • القبول: القوة > 100 جرام بعد 8 ساعات.
8. نافذة ملف تعريف إعادة التدفق (Reflow Profile Window):
   • الهدف: تحديد متانة العملية.
   • الطريقة: تشغيل ملفات تعريف عند الحدود الدنيا (الباردة) والعليا (الساخنة) للمواصفات.
   • القبول: تبلل جيد وعدم تفحم عند كلا الطرفين.

قائمة التحقق لتأهيل موردي معجون اللحام (طلب عرض أسعار، تدقيق، تتبع)

بمجرد أن يثبت التحقق أن المادة تعمل، استخدم قائمة التحقق هذه لتأهيل المورد واختيار معجون اللحام المحدد للمشتريات المستمرة.

المجموعة 1: مدخلات طلب عرض الأسعار (ما تطلبه)

• ورقة البيانات الفنية (TDS) التي تؤكد سبيكة اللحام، التدفق، وحجم المسحوق.
• ورقة بيانات السلامة (SDS) للامتثال (REACH/RoHS).
• ضمان مدة الصلاحية (على سبيل المثال، 6 أشهر عند 0-10 درجة مئوية).
• الحد الأدنى لكمية الطلب (MOQ) وحجم العبوة (عبوة 500 جرام مقابل خرطوشة).
• المهلة الزمنية للدفعات الجديدة (يجب ألا يكون المعجون أقدم من شهر واحد عند الاستلام).
• القدرة على الشحن بسلسلة التبريد (هل تتضمن مسجلات البيانات؟).
• مستويات التسعير حسب الحجم (كجم/شهر).
• توفر الدعم الفني لتحسين الملف الشخصي.

المجموعة 2: إثبات القدرة

• تقارير مختبر داخلية لضمان الاتساق بين الدفعات (اللزوجة، الحمل المعدني).
• شهادة خالية من الهالوجين (إن وجدت).
• دليل على الاستخدام الناجح مع التشطيب السطحي الخاص بك (مثل توافق OSP).
• عملاء مرجعيون في صناعتك (السيارات/الطبية/الفضاء).
• توفر عينات لتشغيل تأهيل 500 جرام.
• تقارير التوافق مع عوامل التنظيف المختارة (في حالة الغسيل).

المجموعة 3: نظام الجودة والتتبع

• شهادة ISO 9001 / IATF 16949.
• نظام تتبع الدفعات (هل يمكنهم تتبع دفعة المسحوق ودفعة التدفق؟).
• شهادة تحليل (CoA) مقدمة مع كل شحنة.
• تتضمن شهادة التحليل بيانات اختبار فعلية، وليس مجرد "اجتياز".
• سياسة الاحتفاظ بالعينات (كم من الوقت يحتفظون بعينات الدفعات؟).
• إجراءات التعامل مع تجاوزات درجة الحرارة أثناء الشحن.

المجموعة 4: التحكم في التغيير والتسليم

• سياسة إشعار تغيير المنتج (PCN): إشعار مسبق بحد أدنى 6 أشهر لتغييرات التركيبة.
• متانة التعبئة والتغليف (صناديق معزولة، عبوات ثلج، مؤشرات درجة الحرارة).
• خيارات التخزين المحلية لتقليل وقت العبور.
• توفر المخزون في حالات الطوارئ.
• إجراءات التخلص من المعجون منتهي الصلاحية/إعادة تدويره.
• تسمية واضحة لتاريخ التصنيع وتاريخ انتهاء الصلاحية.

كيفية اختيار معجون اللحام (المقايضات وقواعد القرار)

مع مورد مؤهل، غالبًا ما يتضمن القرار النهائي مقايضات. استخدم هذه القواعد لوضع اللمسات الأخيرة على اختيار معجون اللحام الخاص بك.

سيناريوهات المقايضة:

1. بدون تنظيف (No-Clean) مقابل قابل للذوبان في الماء (Water-Soluble):
   • القاعدة: إذا كان لديك مكونات منخفضة الارتفاع (QFNs/LGAs) حيث لا يمكن للماء إزالة البقايا، اختر No-Clean. إذا كنت بحاجة إلى وصلات لامعة للفحص البصري ولديك تنظيف عالي الضغط، اختر Water-Soluble.
2. مسحوق من النوع 4 مقابل النوع 5:
   • القاعدة: إذا كان لديك مكونات 01005 أو BGAs بمسافة 0.3 مم، اختر النوع 5. بخلاف ذلك، اختر النوع 4 لتوفير التكلفة وتقليل مخاطر الأكسدة (المسحوق الأصغر يتأكسد بشكل أسرع).
3. خالي من الهالوجين مقابل قياسي:
   • القاعدة: إذا كان العميل النهائي يتطلب الامتثال "الأخضر"، اختر الخالي من الهالوجين. كن على دراية بأن معاجين اللحام الخالية من الهالوجين غالبًا ما يكون لها نافذة عملية أضيق وترطب بشكل أقل فعالية على الوسادات المؤكسدة.
4. سبيكة عالية الحرارة مقابل منخفضة الحرارة:
   • القاعدة: إذا كانت المكونات لا تستطيع تحمل 245 درجة مئوية، اختر SnBiAg (درجة حرارة منخفضة). لاحظ أن وصلات درجة الحرارة المنخفضة هشة ولها مقاومة أقل للصدمات عند السقوط.
5. التصاق عالي مقابل التصاق منخفض:
   • القاعدة: إذا كان لديك خط إنتاج عالي السرعة بحركة سريعة، اختر التصاقًا عاليًا لمنع تحرك المكونات. إذا كان لديك خط بطيء، فإن الالتصاق القياسي كافٍ.
6. بقايا شفافة مقابل قابلة للاختبار بالدبوس:

• القاعدة: إذا كنت تستخدم اختبار الدائرة المتكاملة (ICT)، اختر بقايا قابلة للاختبار بالدبابيس (ناعمة، غير لزجة) لمنع تلوث المجسات. إذا كانت الجماليات هي الأهم، اختر بقايا شفافة.

الأسئلة الشائعة حول اختيار معجون اللحام (التكلفة، المهلة الزمنية، ملفات DFM، المواد، الاختبار)

يساعد معالجة التفاصيل النهائية في تبسيط عملية الشراء لـ اختيار معجون اللحام.

س: كيف يؤثر اختيار معجون اللحام على التكلفة الإجمالية لتجميع لوحات الدوائر المطبوعة؟

• بينما المعجون نفسه رخيص، فإن الاختيار الخاطئ يزيد التكلفة من خلال إعادة العمل والخردة.
• يزيد استخدام مسحوق من النوع 5 بدلاً من النوع 4 تكلفة المواد بنسبة تتراوح بين 20-30% تقريبًا، ولكنه ضروري لتحقيق الإنتاجية في التصميمات ذات الخطوة فائقة الدقة.

س: ما هي المهلة الزمنية النموذجية لطلبات معجون اللحام المخصصة؟

• السبائك القياسية (SAC305) عادة ما تكون متوفرة في المخزون (2-3 أيام).
• قد تتطلب السبائك المتخصصة (درجة حرارة منخفضة، رصاص عالي) أو تركيبات تدفق محددة مهلة زمنية تتراوح من 2-4 أسابيع.

س: كيف أحدد متطلبات معجون اللحام في ملفات DFM الخاصة بي؟

• قم بتضمين ملاحظة في رسم التصنيع: "معجون اللحام: IPC J-STD-004 ROL0, SAC305, Type 4".
• تأكد من أن طبقة استنسل لوحة الدوائر المطبوعة في ملفات Gerbers الخاصة بك تتطابق مع تخفيضات الفتحات الموصى بها لنوع المعجون المختار.

س: هل يمكنني استخدام معجون لحام قديم إذا تم تبريده؟

• اتبع تاريخ انتهاء الصلاحية بدقة. حتى المعجون المبرد يمكن أن ينفصل أو يمتص الرطوبة.
• قم بإجراء اختبار كرات اللحام وفحص اللزوجة إذا كان يجب عليك استخدام معجون منتهي الصلاحية للنماذج الأولية غير الحرجة.

س: ما هي الاختبارات المطلوبة لمعايير قبول علامة تجارية جديدة للمعجون؟

• الحد الأدنى: اختبار قابلية الطباعة (SPI)، توازن التبلل، وتحليل الفراغات.
• للموثوقية العالية، أضف اختبار SIR ودورات درجة الحرارة.

س: كيف يؤثر اختيار معجون اللحام على نظرة عامة على عملية SMT؟

• يحدد المعجون ملف تعريف إعادة التدفق (درجة الحرارة القصوى، وقت النقع).
• راجع نظرة عامة على عملية SMT لفهم كيف تملي خصائص المعجون سرعة الخط وإعدادات الفرن.

س: لماذا يعتبر "الترهل البارد" مواصفة حرجة للخطوات الدقيقة؟

• يحدث الترهل البارد بعد الطباعة ولكن قبل إعادة التدفق.
• إذا ترهل المعجون كثيرًا، فإنه يربط بين الفوط ذات الخطوات الدقيقة، مما يسبب دوائر قصيرة.

س: هل تقوم APTPCB بإجراء مراقبة جودة واردة على معجون اللحام؟

• نعم. نتحقق من درجة حرارة التخزين، وتاريخ انتهاء الصلاحية، ونجري اختبارات خلط بصرية.
• يضمن نظام الجودة لدينا دخول المواد المتوافقة فقط إلى خط الإنتاج.

موارد لاختيار معجون اللحام (صفحات وأدوات ذات صلة)

• تجميع SMT و THT: افهم أين يتناسب اختيار المعجون مع سير عمل التجميع الأوسع.
• خدمات استنسل PCB: يجب أن يتوافق تصميم الاستنسل مع اختيار المعجون الخاص بك لتحقيق أفضل إطلاق.
• فحص SPI: تعرف على كيفية التحقق من حجم المعجون ومحاذاته في الوقت الفعلي.
• إرشادات DFM: قواعد التصميم لضمان توافق وساداتك مع تطبيقات المعجون القياسية.
• اللحام الانتقائي: بدائل لإعادة تدفق المعجون للوحات ذات التقنيات المختلطة.

طلب عرض أسعار لاختيار معجون اللحام (مراجعة DFM + التسعير)

هل أنت مستعد للانتقال إلى الإنتاج؟ توفر APTPCB مراجعة شاملة لتصميم DFM لضمان توافق اختيار معجون اللحام الخاص بك مع تصميم لوحتك ومتطلبات الحجم.

للحصول على عرض أسعار دقيق وتحليل DFM، يرجى تقديم ما يلي:

1. ملفات Gerber: بما في ذلك طبقات المعجون ورسومات التجميع.
2. BOM (قائمة المواد): لتحديد المكونات ذات الخطوة الدقيقة.
3. متطلبات خاصة: لاحظ أي احتياجات محددة من السبائك (على سبيل المثال، SnPb) أو التدفق (على سبيل المثال، قابل للذوبان في الماء).
4. الحجم: يساعدنا الاستخدام السنوي المقدر في تخطيط مصادر المواد.

الخلاصة: الخطوات التالية لاختيار معجون اللحام

يُعد اختيار معجون اللحام الفعال توازنًا بين الكيمياء والفيزياء والتحكم في العمليات. من خلال تحديد مواصفات واضحة للسبيكة والتدفق (الفلكس)، وفهم مخاطر تكون الفراغات (voiding) والترهل (slump)، والتحقق من الأداء من خلال اختبارات صارمة، فإنك تضمن عملية تجميع عالية الإنتاجية. استخدم قائمة التحقق المتوفرة لتأهيل الموردين والمواد الخاصة بك، مما يضمن أن كل طباعة تؤدي إلى وصلة لحام موثوقة.

Related links

• استنسل لوحة الدوائر المطبوعة
• نظرة عامة على عملية SMT
• نظام الجودة
• فحص SPI
• إرشادات DFM
• اللحام الانتقائي