في صناعة تصنيع الإلكترونيات، أصبح اللحام الانتقائي، بدقته ومرونته، عملية رئيسية في لحام ثنائي الفينيل متعدد الكلور. ومع ذلك، يواجه العديد من الممارسين سؤالًا رئيسيًا عند تكوين معدات اللحام الانتقائي: هل مولد النيتروجين ضروري؟ سوف تتعمق هذه المقالة في العلاقة الوثيقة بين معدات اللحام الانتقائي ومولدات النيتروجين، بالإضافة إلى الدور الأساسي الذي يلعبه النيتروجين في عملية اللحام، مما يوفر مرجعًا احترافيًا لمصنعي الإلكترونيات في اختيار المعدات.
1- التحدي الأساسي لتقنية اللحام الانتقائي: الأكسدة.
يستخدم اللحام الانتقائي التسخين الموضعي للحام وصلات لحام محددة على لوحة الدائرة الكهربائية. وهذا يتجنب بفعالية تلف المكونات الحساسة للحرارة الناجم عن عمليات اللحام على دفعات مثل اللحام الموجي، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص لمعالجة لوحات الدوائر المعقدة التي تحتوي على مكونات دقيقة مثل BGAs و مقدمو خدمات الاتصالات. ومع ذلك، في الإنتاج الفعلي, تفاعلات الأكسدة عند درجات حرارة عالية تظل عاملاً رئيسيًا يحد من جودة اللحام.
عندما يتم تسخين اللحام (سواء أكان سبيكة القصدير التقليدية lead أو اللحام الخالي من lead الصديق للبيئة) إلى حالة منصهرة تتراوح بين 200-300 درجة مئوية، يتفاعل سطحه بسرعة مع الأكسجين في الهواء، مكونًا طبقة أكسيد كثيفة. يشكل فيلم الأكسيد هذا ثلاثة تحديات: أولاً، يقلل من سيولة اللحام، مما ينتج عنه وصلات لحام باردة حيث لا يمكن للحام الوصول إلى الوسادة؛ وثانيًا، يسد خبث الأكسيد الناتج فوهة اللحام، مما يتطلب وقت تعطل الماكينة وتنظيفها كل ثماني ساعات، مما يؤثر بشدة على كفاءة الإنتاج؛ وثالثًا، تقلل الشوائب الناتجة عن الأكسدة من توصيل وصلة اللحام، مما يجعل فشل التلامس أكثر احتمالاً في بيئات الاهتزاز.
تشير إحصاءات الصناعة إلى أن عيوب اللحام الناتجة عن الأكسدة تمثل 62% من إجمالي معدل العيوب في اللحام الانتقائي. في قطاع إلكترونيات السيارات، تزيد الأكسدة من تكاليف إعادة العمل بمعدل 18%. ولهذا السبب أصبحت معالجة مشكلات الأكسدة هدفًا أساسيًا لتحسين العملية في سيناريوهات الإنتاج عالية الموثوقية.
2- مولد النيتروجين: سلاح مضاد للأكسدة من أجل اللحام الانتقائي
كنظام مساعد قياسي لمعدات اللحام الانتقائي، تتمثل الوظيفة الأساسية لمولد النيتروجين في توفير بيئة نيتروجين عالية النقاء لمنطقة اللحام. وباستخدام تقنية الضغط المتأرجح PSA adsosorpion أو تقنية الفصل الغشائي، يستخرج مولد النيتروجين النيتروجين بنقاوة تصل إلى 99.999% مباشرة من الهواء ويوصله بدقة عبر الأنابيب إلى المنطقة المحيطة بفوهة اللحام، مما يخلق منطقة محلية خالية من الأكسجين.
بالنسبة للمصنعين، يوفر نشر مولد النيتروجين ثلاث فوائد مباشرة: أولاً، تحسين إنتاجية اللحام. تُظهر بيانات من إحدى الشركات المصنعة لإلكترونيات السيارات أن تطبيق الحماية بالنيتروجين قلل من معدل وصلات اللحام المعيبة من 3.2% إلى أقل من 0.5%. ثانيًا، تقليل تكاليف صيانة المعدات: تم تمديد دورات تنظيف الفوهة من 8 ساعات إلى 72 ساعة، مما وفر أكثر من 200 مرة تعطل سنويًا. وأخيرًا، تحسين الاستفادة من المواد: انخفاض الخبث يقلل من فقدان اللحام بحوالي 15%. ومن منظور تقني، تمكّن الخصائص الخاملة للنيتروجين من استبعاد الأكسجين من منطقة اللحام بشكل فعال (التحكم في مستويات الأكسجين تحت 50 جزء في المليون)، وبالتالي منع تفاعلات الأكسدة عند المصدر. وقد أصبح هذا النهج "عزل الغاز بدلاً من التنظيف اللاحق" معياراً لعمليات اللحام الانتقائي المتطورة.
3- الدور المحدد للنيتروجين في اللحام الانتقائي
أ- منع أكسدة اللحام:
بدون حماية من النيتروجين، يمكن أن يتأكسد اللحام المنصهر بمعدل يصل إلى 0.3 ميكرومتر في الثانية، أي ما يعادل تكوين طبقة أكسيد بسمك 1 ميكرومتر تقريبًا لكل وصلة لحام. ومع ذلك، يمكن أن يقلل الغلاف الجوي للنيتروجين من محتوى الأكسجين إلى أقل من 0.005%، مما يقلل من معدل تفاعل الأكسدة بأكثر من 99%.
وفي الإنتاج الفعلي، يمكن ملاحظة أن اللحام المنصهر تحت حماية النيتروجين يحافظ على بريق أبيض فضي، بينما يتحول اللحام المعرض للهواء سريعًا إلى اللون الرمادي المائل إلى الأسود. ويرجع هذا الاختلاف البصري إلى اختلاف كبير في بنية المركب بين المعدني (IMC) داخل وصلة اللحام. تكون طبقة المركب البيني المعدني المتكون في بيئة خالية من الأكسجين أكثر اتساقًا وكثافة، بسماكة ضمن النطاق المثالي 2-4 ميكرومتر، بينما تظهر طبقة المركب البيني المعدني المتكون في بيئة مؤكسدة شقوقًا وفراغات.
ب- تحسين قابلية ترطيب وصلة اللحام:
إن عدم كفاية قابلية التبلل هي السبب الرئيسي ل "وصلات اللحام المزيفة"، والتي تتجلى في تشكيل اللحام "كرات" على الوسادة بدلاً من الانتشار بالتساوي. تعمل الحماية بالنيتروجين على تحسين قابلية التبلل من خلال آليتين: أولاً، تقلل من مقاومة طبقة الأكسيد لانتشار اللحام، مما يقلل من زاوية تلامس اللحام من أكثر من 60 درجة إلى أقل من 30 درجة؛ ثانيًا، تقلل من توتر سطح اللحام. تُظهر البيانات التجريبية أن جو النيتروجين يمكن أن يقلل من التوتر السطحي للحام القصدير والفضة والنحاس بحوالي 8%.
ويعد هذا التحسن بالغ الأهمية بشكل خاص في لحام وصلات اللحام عالية الكثافة، مثل تلك الموجودة على اللوحات الأم للهواتف المحمولة. أظهرت الاختبارات التي أجرتها إحدى الشركات المصنعة لمعدات الاتصالات أن معدل التجسير لمفاصل اللحام ذات 0.4 مم انخفض من 12% إلى 1.3% بعد تمكين النيتروجين، مما أدى إلى تحسين موثوقية المنتج بشكل كبير.
ج- الحد من كرات اللحام والتوصيل:
كرات اللحام والتوصيل هي عيوب حرجة يمكن أن تؤثر سلبًا على أداء العزل للوحات الدارات الكهربائية. يتحكم النيتروجين في هذه العيوب من خلال ثلاث آليات رئيسية: أولاً، يعمل تدفق الهواء المستقر على كبح تناثر اللحام، مما يقلل من عدد كرات اللحام بأكثر من 70%؛ وثانيًا، يحسن سيولة اللحام، مما يتيح تشكيل وصلة لحام أكثر دقة؛ وثالثًا، يسرع من تبريد اللحام (تبلغ الموصلية الحرارية للنيتروجين 1.2 ضعف موصلية الهواء)، مما يقلل من وقت تدفق اللحام السائل. ويكتسب هذا الدور أهمية خاصة في إنتاج لوحات دارات وحدة التحكم الإلكترونية في السيارات. بعد أن اعتمدت إحدى الشركات المصنعة الحماية بالنيتروجين، انخفض متوسط عدد كرات اللحام لكل لوحة من 15 إلى أقل من 3، مما أدى إلى القضاء تمامًا على مشكلة فشل الاختبار الوظيفي الناجم عن كرات اللحام.
د- تحسين مظهر وصلة اللحام وموثوقيتها:
تحت حماية النيتروجين، تظهر وصلات اللحام بلون أبيض فضي موحد، وخالية من العيوب التجميلية مثل الثقوب والخدوش. والأهم من ذلك، تم تحسين خواصها الميكانيكية بشكل كبير: زادت قوة قص الشد بحوالي 10%، وفي اختبارات تدوير درجة الحرارة من -40 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية، تم تمديد دورة فشل وصلة اللحام من 500 دورة إلى أكثر من 1500 دورة.
في المجالات التي تتطلب دورات حياة طويلة، مثل الشاشات الطبية vice، فإن هذه الموثوقية المحسنة تترجم مباشرة إلى تنافسية المنتج. تُظهر بيانات التتبع من إحدى الشركات المصنعة للشاشات أن معدلات الأعطال الميدانية للمنتجات الملحومة باستخدام النيتروجين انخفضت بمقدار 65% وشكاوى العملاء بمقدار 72%.
4- النقاط الرئيسية لاختيار مولد النيتروجين لمعدات اللحام
أ- نقاء النيتروجين
وتتطلب التطبيقات المختلفة مستويات نقاء مختلفة للنيتروجين: نقاوة 99.99% (أربعة تسعات) مقبولة للإلكترونيات الاستهلاكية، بينما 99.999% (خمسة تسعات) مطلوبة لإلكترونيات السيارات والفضاء وغيرها من المجالات. يمكن أن يؤدي عدم كفاية النقاء إلى الإضرار بالتأثير الوقائي - عندما يتجاوز محتوى الأكسجين 100 جزء في المليون، يضعف تأثير تثبيط الأكسدة بشكل كبير.
عند اختيار مولد النيتروجين، ضع في اعتبارك ثبات نقاوته. وينبغي أن تكون المعدات عالية الجودة قادرة على الحفاظ على تذبذب النقاء بما لا يزيد عن 0.001% مع تذبذب ضغط المدخل بمقدار ±10%. يوصى أيضًا باستخدام جهاز مراقبة محتوى الأكسجين عبر الإنترنت لمراقبة فعالية الحماية في الوقت الفعلي.
ب- معدل تدفق النيتروجين:
تأخذ حسابات معدل التدفق في الاعتبار ثلاثة معايير: حجم مساحة اللحام وسرعة اللحام وتباعد الألواح. بشكل عام، تتطلب فوهة اللحام الواحدة معدل تدفق نيتروجين يتراوح بين 10-20 لتر/دقيقة. يجب تكديس فوهات متعددة وفقًا للعدد الفعلي للفوهات. يمكن أن يؤدي التدفق غير الكافي lead إلى تسرب الهواء، بينما يؤدي التدفق المفرط إلى إهدار (كل 10 لتر/دقيقة زيادة في التدفق تزيد من تكاليف التشغيل السنوية بحوالي 3000 يوان).
تتميز مولدات النيتروجين الذكية بضبط التدفق الأوتوماتيكي وتكييف إمدادات النيتروجين مع عملية اللحام في الوقت الحقيقي، مما يوفر طاقة 20-30% مقارنةً بأنظمة التدفق الثابت.
ج- استقرار المعدات وموثوقيتها:
يجب أن يكون متوسط الفترة الزمنية بين الأعطال (MTBF) لمولد النيتروجين 8000 ساعة على الأقل، ويجب أن تقدم المكونات الأساسية (مثل أبراج adsorpion وصمامات الملف اللولبي) ضمانًا لمدة ثلاث سنوات على الأقل. بالنسبة للمصانع التي تعمل على نوبات متعددة، يوصى باستخدام نظام ثنائي الأبراج قابل للتبديل لتجنب تقلبات النقاء أثناء تجديد البرج الواحد.
سهولة الصيانة مهمة بنفس القدر. اختر طرازًا بفاصل زمني طويل لاستبدال الفلتر (3000 ساعة على الأقل) وواجهة user سهلة الاستخدام. مقارنة في ديزسمارت أظهر المصنع أن مولدات النيتروجين منخفضة الصيانة قللت من ساعات عمل الصيانة بمقدار 50%.
