غمر الصين في تصنيع الـ PCB: كيف يؤثر على استقرار قناع اللحام

الغمر بالقصدير (وتسمى أيضًا الغمر بالقصدير) هو التشطيب السطحي الشهير في تصنيع الأقراص PCB ، والذي يُقدّر بسبب كفاءته من حيث التكلفة وقابلية اللحام والتوافق مع عمليات التجميع الخالية من الرصاص.مع ذلك، يمكن أن يؤثر تفاعله مع أقنعة اللحام ◄ طبقات حماية حاسمة عازلة آثار النحاس وتمنع الدوائر القصيرة ◄ تأثير كبير على موثوقية PCB.عندما تكون عمليات غمر القصدير وقناع اللحام غير مرتبة، يمكن أن تنشأ مشكلات مثل قشر القناع ، وعيوب اللحام ، والتآكل على المدى الطويل ، مما يقوض أداء PCB.

هذا الدليل يستكشف العلاقة بين غمر القصدير واستقرار قناع اللحام، وتفصيل كيفية تفاعل العمليتين، والتحديات الشائعة، والحلول المثبتة لضمان قوية،PCBs طويلة الأمدسواء كنت تصنع أجهزة إلكترونية استهلاكية أو لوحات صناعية عالية الموثوقية، فإن فهم هذه الديناميكيات هو مفتاح إنتاج منتجات طويلة الأمد عالية الأداء.

المعلومات الرئيسية
1توفر غمرة القصدير طبقة قصدير رقيقة ومتساوية تحمي النحاس من الأكسدة وتعزز قابلية اللحام، مما يجعله مثاليًا للتطبيقات الخالية من الرصاص ذات التكلفة الحساسة.
2تعتمد استقرار قناع اللحام على التجفيف السليم، المقاومة الكيميائية، والتوافق مع عمليات غمر القصدير. يمكن أن تؤدي الخطوات الخاطئة هنا إلى تدهور القناع أو الفشل.
3التفاعلات الكيميائية بين حمامات غمر القصدير وأقنعة اللحام غير المعالجة هي السبب الرئيسي لعدم الاستقرار؛ التنظيف الدقيق ومراقبة العملية يخفف من هذه المخاطر.
4.تضمن أفضل الممارسات، بما في ذلك مطابقة المواد، والتصلب الدقيق، وتنظيف ما بعد المعالجة، أن تعمل قناع الغمر وقناع اللحام بشكل متكافئ لتعزيز موثوقية PCB.

فهم غمر القصدير ودور قناع اللحام
لتقدير تفاعلهم ، من المهم أولاً تحديد الغرض والخصائص لكل من غمر القصدير وقناع اللحام.

ما هو غمر القصدير في تصنيع PCB؟
غمر القطن هو عملية إكمال سطحية غير كهربائية تقوم بإيداع طبقة رقيقة (عادة 0.8 × 2.0 ميكرو مترا) من القطن على وسائد النحاس المكشوفة عن طريق تفاعل النزوح الكيميائي. على عكس القطن المكهرب ، فإن عملية غمر القطن هي عملية غمر القطن.لا يتم استخدام الكهرباء ‬أيونات الصين في الحمام تحل محل ذرات النحاس على سطح PCB، تشكل حاجزاً واقياً.

الفوائد الرئيسية للغرق بالقصدير:

1مقاومة التآكل: يعمل القطن كحاجز، مما يمنع أكسدة النحاس أثناء التخزين والتجميع.
2القدرة على اللحام: يشكّل القطن مفاصل قوية وموثوق بها مع اللحام الخالي من الرصاص (مثل SAC305) ، وهو أمر حاسم للامتثال لـ RoHS.
3فعالية التكلفة: أرخص من التشطيبات القائمة على الذهب (ENIG ، ENEPIG) ومناسبة لإنتاج حجم كبير.
4.التوافق بين المسامير الدقيقة: يعمل التركيب الموحد بشكل جيد للمكونات الصغيرة (BGA مسافة 0.4 ملم) دون مخاطر الجسر.

القيود:

1شارب القصدير: يمكن أن تتشكل نموًا صغيرًا للقصدير يشبه الشعر بمرور الوقت ، مما يسبب حلقات قصيرة يتم تخفيفها بإضافة كميات ضئيلة من النيكل أو التحكم في ظروف الترسب.
2مدة الصلاحية: محدودة إلى 6~12 شهرًا في التخزين (مقارنة بـ 12+ شهرًا لـ ENIG) بسبب مخاطر الأكسدة.

دور أقنعة اللحام في أداء PCB
أقنعة اللحام هي طلاء البوليمر (عادة الايبوكسي أو البولي يوريثان) المطبقة على PCBs ل:

1عزل آثار النحاس: منع الدوائر القصيرة غير المقصودة بين الموصلات المجاورة.
2الحماية من الأضرار البيئية: الحماية من الرطوبة والغبار والمواد الكيميائية.
3التحكم في تدفق اللحام: تحديد المناطق التي يلتصق فيها اللحام (الوسائد) وأين لا (الأثر) ، مما يقلل من الجسر أثناء التجميع.
4تحسين القوة الميكانيكية: تعزيز هيكل PCB ، والحد من الأضرار المرتبطة بالانتعاش.

الخصائص الحاسمة لقناع اللحام:

1الالتصاق: يجب أن يلتصق بقوة مع الركائز النحاسية والمصفوفة لتجنب القشرة.
2المقاومة الكيميائية: تقاوم التعرض لمواد التنظيف، والتيار، واستحمام القصدير الغمر.
3الاستقرار الحراري: الحفاظ على النزاهة أثناء لحام التدفق (240-260 درجة مئوية للعمليات الخالية من الرصاص).
4سمك موحد: عادةً 25-50μm ؛ الخفيفة جداً تخاطر بالثقوب ، والسمك جداً يعيق اللحام الدقيق.

كيف تتفاعل الغمر بالقصدير و أقنعة اللحام
ترتبط العمليتان ارتباطًا جوهريًا: يتم تطبيق أقنعة لحام قبل غمر القصدير ، مما يحدد المناطق النحاسية المكشوفة (وبالتالي المغطاة بالقصدير) والتي يتم حمايتها.هذا التفاعل يخلق فرصاً للتآزر ولكن أيضاً مخاطر:

1تعريف حافة القناع: يضمن محاذاة القناع الدقيقة ترسبات الصين فقط على الأطواق المقصودة ؛ يمكن أن يترك عدم المواءمة النحاس مكشوفًا أو تغطي الأطواق (التي تعيق اللحام).
2التوافق الكيميائي: حمامات غمر القصدير (حمضية ، مع أملاح القصدير وعوامل المعقدة) يمكن أن تهاجم أقنعة اللحام غير المعالجة أو التي لا تلتصق بشكل جيد ، مما يسبب التدهور.
3إدارة المخلفات: يجب أن يزيل التنظيف بعد غمر القصدير مخلفات الحمام لمنع نزع طبقة القناع أو تآكل النحاس.

تحديات استقرار قناع اللحام أثناء غمر القصدير
العديد من العوامل يمكن أن تعرض استقرار قناع اللحام للخطر عندما يتم مقارنته بغمر القصدير ، وغالبا ما تنبع من أخطاء العملية أو عدم توافق المواد.
1هجوم كيميائي من حمامات الغمر بالقصدير
حمامات الغمر بالصين هي حمضية بشكل خفيف (pH 1.5 3.0) لتسهيل ترسب الصين. يمكن لهذه الحموضة:

a.تدهور الأقنعة غير المعالجة: إذا كانت أقنعة اللحام غير معالجة بشكل كاف (عرض ضوئي فوق البنفسجي أو الحراري غير كاف) ، فإن سلاسل البوليمر تبقى غير متقاطعة جزئياً ، مما يجعلها عرضة للذوبان الكيميائي.
b. الضعف في الالتصاق: يمكن أن تخترق الحمامات الحمضية الفجوات الصغيرة بين القناع والنحاس ، مما يكسر الرابطة ويسبب القشرة.

الأدلة: وجدت دراسة أجرتها اللجنة الدولية للمحافظة على الصحة أن الأقنعة التي لم تُعالج بشكل كافٍ والتي تعرضت لحمامات القصدير أظهرت 30-50٪ أكثر من التشريح من الأقنعة التي تم تعقيدها بالكامل ، مع تآكل مرئي على طول حواف الأقنعة.

2أقنعة اللحام ذات المعالجة المنخفضة أو المفرطة
a.التجفيف المنخفض: يترك الروابط المتقاطعة غير الكاملة الأقنعة ناعمة ومسامية ، مما يسمح لمواد حمام القصدير الكيميائية بالانتشار ، والهجوم على النحاس ، وإضعاف الالتصاق.
b.التجفيف المفرط: يجعل التعرض للكثير من الحرارة أو الأشعة فوق البنفسجية الأقنعة هشة، عرضة للتشقق، مما يخلق طرقًا للرطوبة والمواد الكيميائية للوصول إلى النحاس.

التأثير: كلتا القضيتين تقللان من فعالية الأقنعة. قد تذوب الأقنعة التي لم يتم صقلها بشكل كافٍ أثناء غمر القصدير ؛ قد تتصدع الأقنعة التي تم صقلها بشكل مفرط أثناء الدورة الحرارية ، مما يؤدي إلى التآكل على المدى الطويل.

3. تراكم بقايا
التنظيف غير المناسب بعد غمر القصدير يترك خلفه بقايا حمام (أملاح القصدير، وكلاء التجمع العضوي):

أ.عائق الالتصاق باللحام: تتصرف المخلفات كحواجز، مما يسبب إزالة الرطوبة (حبات الحام تصل بدلاً من الانتشار).
(ب) تعزيز التآكل: تمتص الأملاح الرطوبة، مما يسرع أكسدة النحاس تحت القناع.
c. ضعف الالتصاق مع القناع: تتدهور بقايا الكيماويات في رابطة القناع مع الركيزة مع مرور الوقت ، مما يزيد من مخاطر القشرة.

4نمو الشارب
على الرغم من أنها ليست مشكلة مباشرة في الأقنعة ، إلا أن شارب القصدير يمكن أن يخترق أقنعة اللحام الرقيقة ، مما يؤدي إلى حلقات قصيرة. يزداد هذا الخطر إذا:

a.سمك القناع < 25μm (رقيق جداً لحجب الشارب).
b.لدى الأقنعة ثقوب (شائعة مع سوء التطبيق أو التشديد).

كيف يؤثر عدم استقرار قناع اللحام على أداء PCB
فشل قناع اللحام الناجم عن مشاكل غمر القصدير يؤدي إلى سلسلة من مشاكل الأداء والموثوقية.
1عيوب اللحام
a.التطهير: لا يتم نشر اللحام بالتساوي على الأغطية، وغالباً بسبب بقايا القناع أو أكسدة القطن، مما يؤدي إلى ضعف المفاصل غير الموثوق بها.
ب. الجسر: عدم مواءمة القناع (النحاس المكشوف بين الوسائد) أو شظايا القناع المشددة بشكل مفرط تخلق اتصالات لحام غير مقصودة بين الآثار.
c. عدم الرطوبة: يمنع تراكم بقايا شديدة لحام من الالتزام بالكامل ، مما يترك الأغطية عارية والمكونات غير متصلة.

البيانات: وجدت دراسة أجريت في عام 2023 على أقراص PCB للسيارات أن 42% من عيوب اللحام في ألواح المغمورة بالصين تعود إلى عدم استقرار قناع اللحام، وتكلف متوسط 0.50 دولارًا لكل وحدة معيبة في إعادة العمل.

2قضايا الموثوقية على المدى الطويل
التآكل: يتأكسد النحاس المعرض (من نزع طبقة القناع) ، مما يزيد من المقاومة ويخاطر بالانفتاح. يسرع الرطوبة المحاصرة تحت أقنعة القشرة هذه العملية.
التسرب الكهربائي: تسمح الثقوب أو الشقوق لتسرب التيار الكهربائي بين المسارات المجاورة ، مما يتسبب في تداخلات الإشارة أو قصيرة.
c. فشل الإجهاد الحراري: الأقنعة التي تتقشر أثناء إعادة التدفق أو الدورة الحرارية تعرض النحاس للتسخين / التبريد المتكرر ، مما يضعف مفاصل اللحام.

مثال: أظهرت أجهزة الاستشعار الصناعية التي تستخدم أقراص PCB مغمرة بالصين مع أقنعة غير مستقرة معدل فشل 20٪ خلال 2000 ساعة من التشغيل (مقارنة بـ 2٪ للقناع المستقر) ، ويرجع ذلك أساسًا إلى التآكل.

3تدهور الإشارة عالية التردد
في أجهزة الـ RF أو الأقراص الرقمية عالية السرعة (5G ، Ethernet) ، تسبب الأقنعة غير المستقرة:

a.خسارة الإدراج: تعطل عدم انتظام الأقنعة (تغيرات السماكة، الشقوق) مسارات الإشارة، مما يزيد من الخسارة عند الترددات > 1GHz.
b. عدم التطابق في الإعاقة: يغير سمك القناع غير المتكافئ سعة العلامة ، مما يقلل من سلامة الإشارة.

الحلول وأفضل الممارسات لضمان الاستقرار
يتطلب معالجة عدم استقرار قناع اللحام في PCB المغمورة بالصين مزيجاً من اختيار المواد ومراقبة العمليات والتحقق من الجودة.
1. تحسين صقل قناع اللحام
a.التحقق من الصحة: استخدم أجهزة قياس الجرعة فوق البنفسجية والتحديد الحراري لضمان الصحة الكاملة (على سبيل المثال ، 150 درجة مئوية لمدة 30 دقيقة للقناع الايبوكسي). تؤكد عمليات التحقق بعد الصحة بمختبر صلابة (Shore D > 80).
تجنب التجفيف المفرط: اتبع إرشادات الشركة المصنعة لتعرض الأشعة فوق البنفسجية (عادةً 1J / 3J / cm2) والدورات الحرارية لمنع الهشاشة.

2ضمان التوافق الكيميائي
a.مطابقة المواد: اختيار أقنعة اللحام التي تم تقييمها للتوافق مع حمامات الغمر بالقطن (اسأل الموردين عن بيانات الاختبار على المقاومة الكيميائية).الأقنعة القائمة على الايبوكسي تتفوق بشكل عام على البولي يوريثان في البيئات الحمضية.
اختبار ما قبل الغمر: إجراء اختبارات كوبون (عينات صغيرة من PCB) للتحقق من صحة أداء الأقنعة في حمامات القصدير قبل إجراء عمليات الإنتاج الكاملة.

3تحسين التنظيف بعد الغوص
a. تنظيف متعدد المراحل: استخدام:
يتم غسل المياه لإزالة بقايا فضفاضة
المنظفات القلوية الخفيفة (pH 8 ≈ 10) لتحييد الأحماض وذوبان المخلفات العضوية.
غسل المياه النهائي للمياه + تجفيف الهواء لمنع بقع المياه
اختبار المخلفات: استخدم الكروماتوجرافيا الأيونية أو مقاييس الموصلات للتحقق من النظافة (مستويات المخلفات < 1μg/in2).

4. سيطرة على معايير غمر القصدير
a.صيانة الحمام: مراقبة تركيز الصين (5 ¥10 غرام/ لتر) ، و pH (1.8 ¥2.2) ، و درجة الحرارة (20 ¥25 درجة مئوية) لتجنب الظروف العدوانية التي تهاجم الأقنعة.
ب.سمك الترسب: الحفاظ على طبقات الصين داخل 0.8 ∼2.0 ميكرو متراً. الطبقات الأكثر سمكاً تزيد من مخاطر الشارب. الطبقات الرقيقة تقدم حماية غير كافية.

5. تخفيف الشارب القصى
a.إضافات السبائك: استخدم حمامات القصدير مع 0.1 ٪ إلى 0.5 ٪ من النيكل لقمع نمو الشارب.
ب.التخمير بعد الغمر: تسخين PCBs إلى 150 درجة مئوية لمدة ساعة لتخفيف الضغط الداخلي في طبقة القصدير ، مما يقلل من تكوين الشارب.

6فحص الجودة والاختبارات
اختبار الالتصاق: إجراء اختبارات الشريط (IPC-TM-650 2.4.1) للتحقق من ربط القناع لا يجوز القشرة.
اختبار قابلية اللحام: استخدم اختبارات توازن الرطوبة لضمان انتشار اللحام بشكل متساوٍ على الأغطية المغمورة بالقصدير.
ج- اختبار البيئة: اجعل عينات المختبر تتغير في درجة الحرارة (-40 درجة مئوية إلى 125 درجة مئوية) والرطوبة (85٪ RH عند 85 درجة مئوية) لمحاكاة الظروف الميدانية والتحقق من فشل القناع.

لماذا لا تزال غمر القصدير خيارًا قيمًا
على الرغم من التحديات التي تواجهها ، لا يزال غمر القصدير شائعًا بسبب توازنه بين التكلفة والأداء والامتثال الخالي من الرصاص. عندما يرتبط بممارسات قناع اللحام المناسبة ، فإنه يوفر نتائج موثوقة في:

أ - الإلكترونيات الاستهلاكية: الهواتف الذكية وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة القابلة للارتداء تستفيد من انخفاض تكلفتها وتوافقها.
ب - الإلكترونيات السياراتية: تستخدم أجهزة الاستشعار تحت الغطاء وأنظمة الترفيه المعلوماتية غمرة الصين لسهولة اللحام وامتثال RoHS.
c.المراقبة الصناعية: تعتمد PLCs وأجهزة IoT على مقاومة التآكل في البيئات المعتدلة.

الأسئلة الشائعة
س: كم من الوقت يمكن تخزين PCB المغمورة بالقصدير قبل أن تنشأ مشاكل في قناع اللحام؟
ج: إذا تم تنظيفها وتخزينها بشكل صحيح (30 درجة مئوية ، 60٪ RH) ، فإن PCB المغمورة بالصين مع أقنعة اللحام المستقرة لها عمر متواصل يصل إلى 6-12 شهرًا. بعد ذلك ، قد يؤثر أكسدة الصين أو تدهور القناع على اللحام.

السؤال: هل يمكن استخدام غمر القصدير مع الـ PCB المرن؟
ج: نعم، ولكن مطلوبة أقنعة لحام مرنة (على أساس البوليميد) لمقاومة الانحناء. تأكد من أن القناع متوافق مع حمامات القصدير لتجنب التشويش.

س: ما الذي يسبب شارب القصدير، وكيف يؤثر على أقنعة اللحام؟
الجواب: تتشكل الشوارب بسبب التوتر الداخلي في طبقة القصدير. يمكن أن تخترق الأقنعة الرقيقة أو المشقوقة ، مما يتسبب في حلقات قصيرة. إضافة النيكل إلى حمام القصدير أو التسخين بعد الغمر يقلل من هذا الخطر.

س: كيف يؤثر سمك قناع اللحام على غمر القصدير؟
الجواب: الحجم المثالي (25μm) يحمي من الهجوم الكيميائي دون إعاقة اللحام. الخفيفة جدًا تخاطر بالثقوب ، والسميكة جدًا يمكن أن تغطي حواف المساحيق ، مما يضعف ترسب القطن.

س: هل غمر القصدير مناسب لتطبيقات عالية الموثوقية (على سبيل المثال ، الفضاء الجوي) ؟
ج: يمكن أن يكون، ولكن يتطلب تحكمًا صارمًا في العملية (تخفيف الشارب، اختبار الالتصاق) والفحص البيئي. من أجل الموثوقية القصوى، قد يكون ENIG أو ENEPIG أفضل على الرغم من التكاليف المرتفعة.

الاستنتاج
إن غمر القصدير وقناع اللحام هي عمليات مكملة، وعندما يتم إدارتها بشكل صحيح، فإنها تخلق PCBs التي هي فعالة من حيث التكلفة، قابلة لللحام، وموثوقة.مفتاح النجاح يكمن في فهم تفاعلهم: تتطلب الظروف الكيميائية لغمور القصدير أقنعة لحام قوية وذات معالجة جيدة، في حين يضمن تطبيق القنينة بشكل صحيح تراكم القصدير فقط حيث كان المقصود.

من خلال تطبيق أفضل الممارسات ‬مطابقة المواد، والتصلب الدقيق، والتنظيف الدقيق، والاختبارات الصارمة ‬يمكن للمصنعين الاستفادة من فوائد غمر الصين ‬دون التضحية باستقرار قناع اللحام.النتيجة هي PCBs التي تعمل بثقة في تطبيقات تتراوح من أجهزة المستهلك إلى الأنظمة الصناعية.