لحیم کاری، فرایندی ظریف و پرکاربرد در اتصال فلزات به یکدیگر است. اما این فرایند بدون استفاده از مواد مناسب، می‌تواند چالش‌برانگیز و طاقت‌فرسا باشد. در اینجا، فلاکس لحیم کاری به‌عنوان یک راه‌حل ایده‌آل، نقشی کلیدی ایفا می‌کند. فلاکس لحیم کاری، ماده‌ای جادویی است که با دربرداشتن مزایای متعدد، لحیم کاری را به تجربه‌ای آسان و لذت‌بخش تبدیل می‌کند. این ماده نه‌تنها به ایجاد اتصالات قوی‌تر و باکیفیت‌تر کمک می‌کند، بلکه فرایند لحیم کاری را نیز سریع‌تر و آسان‌تر می‌نماید. در ادامه به توضیح تخصصی‌تر درباره فلاکس لحیم کاری، انواع فلاکس لحیم کاری و کاربردها و ویژگی‌های آن خواهیم پرداخت.
فلاکس (Flux) لحیم کاری چیست؟
فلاکس لحیم کاری ماده‌ای است که با حذف ناخالصی‌ها از سطح لحیم کاری و جلوگیری از تداخل آنها با اتصال بین فلز و لحیم به تمیزکردن و ایجاد پیوند قوی بین قطعات الکترونیکی یا سیم‌ها کمک می‌کند.
فلاکس لحیم به‌صورت مایع، خمیر یا پودر در بازار یافت شده و می‌توان آن را قبل و در حین لحیم کاری استفاده کرد.
انواع فلاکس (Flux) لحیم کاری
فلاکس لحیم کاری از نظر ترکیبات و کاربردهای آنها برای فلزات مختلف به چند دسته تقسیم می‌شوند. همچنین باتوجه‌به میزان اکسیداسیون و پاک‌سازی آلاینده‌های سطوح، فلاکس ها اثربخشی‌های مختلفی دارند که در ادامه توضیح خواهیم داد:
1. فلاکس رزین
رایج‌ترین فلاکس لحیم کاری که سابقه‌ای بیش از هزار سال دارد، رزین طبیعی استخراج شده از صمغ کاج است. صمغ کاج با حلالی حل شده و سپس تقطیر می‌شود تا رزین شفاف و آبگون استفاده شده در فلاکس لحیم کاری به دست آید. رزین مجموعه‌ای از اسیدهای طبیعی است که عمدتاً از اسید آبیتیک و هومولوگ‌های آن تشکیل شده است. هنگام استفاده از رزین به‌عنوان فلاکس لحیم کاری، رزین شفاف در حلالی مانند ایزوپروپیل الکل حل می‌شود. در این حالت، بدون افزودن فعال‌کننده‌های اسیدی، به‌عنوان فلاکس رزین نوع R شناخته می‌شود.
فعال‌کننده‌ها به فلاکس لحیم کاری اضافه می‌شوند تا توانایی آن در حل لایه‌های سنگین‌تر اکسید، به‌ویژه مواردی که در دماهای لحیم کاری بالاتر موردنیاز برای آلیاژهای لحیم بدون‌سرب تولید می‌شوند، افزایش یابد. فلاکس‌های فعال شده را می‌توان با فعال‌کننده ملایم یا نوع RMA (رزین – فعال شده ملایم) یا RA (رزین – فعال شده) طبقه‌بندی کرد. رایج‌ترین فعال‌کننده‌های مورداستفاده شامل اسیدهای آلی، ترکیبات هالوژنی (حاوی کلر یا برم)، آمیدها و نمک‌های آلی تک‌پایه و دوپایه هستند. همه این فعال‌کننده‌ها خورنده هستند و برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت باید از برد مدار پاک شوند.
فلاکس‌های رزین فعال‌شده و با فعال‌سازی ملایم می‌توانند یون‌های کلرید و سایر باقی‌مانده‌های خورنده را باقی بگذارند و بنابراین باید پس از لحیم کاری یا هنگام لحیم از برد مدارچاپی پاک شوند تا از خرابی‌های ناشی از خوردگی طولانی‌مدت جلوگیری شود. باقی‌مانده‌های این فلاکس‌ها گاهی اوقات چسبناک بوده و گردوغباری را به خود جذب می‌کنند که ممکن است حاوی عناصر رسانا باشند و می‌توانند باعث اتصال کوتاه و سایر خرابی‌های الکتریکی روی برد شوند. با رایج شدن آلیاژهای لحیم بدون‌سرب در تولید، استفاده از فلاکس‌های بسیار فعال برای غلبه بر تشکیل لایه اکسید در دماهای لحیم کاری بالاتر افزایش‌یافته است که به دلیل خاصیت خورندگی این مواد، باید پس از لحیم کاری از صفحات شسته و پاک شوند.
2. فلاکس بدون نیاز به شستشو و پاک‌کردن (No clean یا NF)
فلاکس های بدون نیاز به تمیزکاری می‌توانند بر پایه رزین طبیعی ساخته شوند یا حاوی رزین‌های مصنوعی باشند. محلول‌های فلاکس بدون نیاز به تمیزکاری بر پایه رزین طبیعی اساساً همان فلاکس های رزینی (نوع R) هستند، اما معمولاً غلظت رزین طبیعی آنها بسیار کمتر از آنچه در محلول های فلاکس نوع R (RMA،R،RA) استفاده می‌شود، است. فلاکس های واقعی بدون نیاز به تمیزکاری مصنوعی حاوی رزین های مصنوعی هستند که خواص مطلوبی را به فلاکس همانند رزین طبیعی منتقل می‌کنند.
فلاکس های بدون نیاز به تمیزکاری برای کمک به سازندگان بردهای مدارچاپی طراحی شده‌اند تا در زمان و هزینه تمیزکردن برد پس از لحیم کاری صرفه‌جویی کنند. فلاکس‌های بدون نیاز به تمیزکاری، باقی‌مانده بسیار کمتری نسبت به فلاکس‌های معمولی نوع R باقی می‌گذارند و این مقدار کمتر باقی‌مانده معمولاً با عملکرد برد تداخلی نداشته و باعث خرابی‌های ناشی از خوردگی در درازمدت نمی‌شود.
اما باقی‌مانده‌های به‌جای‌مانده از فلاکس بدون نیاز به تمیزکاری ممکن است چسبناک باشند و گردوغبار را جذب کنند یا ظاهر برد مدارچاپی را تحت‌تأثیر قرار دهند و بنابراین برای برآورده‌کردن استانداردهای ظاهری یا عملکردی ممکن است نیاز به حذف (تمیزکردن) داشته باشند. اگر قرار است برد مدارچاپی برای محافظت از مدار در حین کار با روکش هم‌شکلی پوشانده شود، سطح برد باید حتی در صورت استفاده از فلاکس بدون نیاز به تمیزکاری، عاری از باقی‌مانده‌های فلاکس باشد تا از چسبندگی مناسب روکش هم‌شکلی اطمینان حاصل شود.
نیاز به استفاده از فلاکس فعال‌تر (خورنده) هنگام لحیم کاری با آلیاژهای بدون‌سرب نیز ممکن است حذف باقی‌مانده‌های فلاکس را ضروری کند و در نتیجه مزایای استفاده از فلاکس‌های بدون نیاز به تمیزکاری را کاهش دهد.
در واقع، استفاده از فلاکس بدون نیاز به تمیزکاری می‌تواند با صرفه‌جویی در زمان و هزینه تمیزکردن برد همراه باشد، اما نکاتی وجود دارد که باید به آنها توجه کرد. اگر نگران ظاهر برد یا دوام طولانی‌مدت آن هستید، یا از روکش هم‌شکلی استفاده می‌کنید، ممکن است نیاز به تمیزکردن برد حتی در صورت استفاده از فلاکس بدون نیاز به تمیزکاری نیز وجود داشته باشد. همچنین هنگام استفاده از آلیاژهای بدون‌سرب، نیاز به فعال‌کننده‌های بیشتر ممکن است باعث الزام فرایند تمیزکاری شود.
3. فلاکس محلول در آب
فلاکس‌های محلول در آب، معمولاً از رزین‌های قابل‌حل در آب استفاده می‌کنند که باقی‌مانده آنها باید با آبکشی پاک شود. برخی از این نوع فلاکس‌ها به‌صورت محلول‌های پایه آب هستند که این ویژگی، نیاز به استفاده از محلول فلاکس بر پایه الکل را از بین می‌برد. این یکی از راه‌های کاهش انتشار آلاینده‌های فرار (VOC) برای سازندگان بردهایی است که تحت مقررات سخت‌گیرانه محیط زیستی فعالیت می‌کنند. فعال‌کننده‌های اسیدی که به طور معمول در فلاکس‌های محلول در آب استفاده می‌شوند، شامل اسیدهای آلی، ترکیبات هالوژنی (حاوی کلر یا برم)، آمیدها و نمک‌های آلی تک‌پایه و دوپایه هستند. تمامی این فعال‌کننده‌ها خورنده بوده و برای اطمینان از قابلیت اطمینان بلندمدت باید از برد مدار پاک شوند.
انواع مختلف ارائه فلاکس لحیم کاری
فلاکس لحیم کاری در چندین فرمت مختلف ارائه می‌شود که هر کدام مزایا و کاربردهای ویژه خود را دارند. انتخاب فرمت مناسب به نوع لحیم کاری، دسترسی به محل اتصال، روش اعمال فلاکس و الزامات خاص فرایند لحیم کاری بستگی دارد.
در ادامه توضیحی درباره هر فرمت ارائه شده است:
-
مایع فلاکس
مایع فلاکس، رایج‌ترین نوع فلاکس است که با قوام رقیق (اغلب با ایزوپروپیل الکل رقیق شده) وجود دارد و معمولاً در بطری، سرنگ و حتی در بسته‌بندی قلمی برای سهولت استفاده ارائه می‌شود. مایع فلاکس قبل از اعمال لحیم، به محل اتصال یا قطعات لحیم کاری شده زده می‌شود. این کار به تمیزکردن سطوح، بهبود جریان لحیم و افزایش کیفیت اتصال لحیم کمک می‌کند.
همچنین مایع فلاکس ماده‌ای ضروری در لحیم کاری موجی است، فرایندی که به طور معمول در صنعت الکترونیک برای لحیم کردن قطعات سوراخ‌دار روی بردهای مدارچاپی (PCB) استفاده می‌شود. قبل از ورود PCB به دستگاه لحیم کاری موجی، مایع فلاکس به مناطق خاصی که نیاز به لحیم کاری دارند، اعمال می‌شود. این کار معمولاً با استفاده از اسپری، فوم یا دستگاه اعمال فلاکس انتخابی صورت می‌پذیرد.
-
فلاکس چسبنده یا روغن فلاکس
فلاکس چسبنده که به روغن فلاکس نیز معروف است، در مقایسه با مایع فلاکس غلیظ‌تر می‌باشد. بافت چسبناک یا روغن مانند آن، به چسبیدن به سطوحی که لحیم کاری می‌شوند کمک نموده و از جاری‌شدن یا چکه‌کردن آن جلوگیری می‌کند. فلاکس چسبناک اغلب در مواقعی استفاده می‌شود که نیاز است فلاکس در طول فرایند لحیم کاری در جای خود باقی بماند، مانند هنگام لحیم کاری اتصالات عمودی یا سربالا.
-
فلاکس درون سیم لحیم
برخی از سیم‌های لحیم دارای یک هسته توخالی پر از فلاکس هستند که هنگام ذوب‌شدن سیم لحیم در فرایند لحیم کاری، فلاکس آزاد شده و به تمیزکردن سطوح و تسهیل لحیم کاری کمک می‌کند. فلاکس درون سیم لحیم، ازآنجایی‌که هم لحیم و هم فلاکس را در یک محصول و به‌صورت ترکیبی دارد، استفاده از آن را راحت و نیاز به اعمال فلاکس جداگانه را برطرف می‌کند.
-
خمیر فلاکس
خمیر لحیم کاری مخلوطی از ذرات آلیاژ لحیم و فلاکس است که به طور معمول به‌صورت نیمه جامد یا خمیری عرضه می‌شود. خمیر لحیم بیشتر در جایی که قطعات روی بردهای مدار چپی قرار داده و سپس لحیم کاری می‌شوند؛ مانند کاربردهای SMT (فناوری نصب سطحی) استفاده می‌شود. فلاکس موجود در خمیر لحیم به تمیزکردن پدهای لحیم و قطعات، ایجاد اتصال بهتر و نگه‌داشتن لحیم در جای خود قبل از لحیم کاری ریفلو کمک می‌کند.
جمع‌بندی
فلاکس یک جزء ضروری در لحیم کاری الکترونیکی است. این ماده با حذف اکسیدها، بهبود اتصال، افزایش جریان لحیم و جلوگیری از اکسیداسیون مجدد، به ایجاد اتصالات لحیم کاری قوی و قابل‌اعتماد کمک می‌کند. با استفاده از فلاکس مناسب برای کار لحیم کاری خاص، می‌توان قطعات الکترونیکی را به طور موثر به هم متصل و اتصالات الکتریکی و مکانیکی بهینه را تضمین کرد.
