لحیمکاری عملی است که در آن دو یا چند فلز یا قطعات الکترونیکی را به هم می‌چسباند. ماده‌ای که برای اتصال دو فلز استفاده میشود را لحیم میگویند. لحیم در حقیقت آلیاژی از چند فلز است که ابتدا به وسیله گرمای هویه ذوب میشود و بعد از خنک شدن به حالت جامد برمیگردد و پیوند محکمی را میان فلزهای مورد نظر و یا قطعات الکترونیکی ایجاد میکند. یکی از اعمالی که در صنایع و الکترونیک بسیار مهم و کاربردی است؛ لحیمکاری است. در این مطلب با لحیم و قلع بیشتر آشنا میشوید.
لحیم چیست؟
همانطور که گفته شد جهت اتصال دو یا چند فلز, آلیاژی از چند فلز به نام لحیم مورد استفاده قرار میگیرد. در گذشته لحیم سربی در میان تعمیرکاران و صنعتگران بسیار پرکاربرد بوده است. لحیم سربی از مقدار زیادی سربی و اندکی از فلزات دیگر تشکیل میشد. اما به دلیل مضراتی که داشته است این روزه از سرب استفاده نمیشود و یا درصورت استفاده, از ترکیب چند فلز استفاده میشود. ترکیب اصلی اغلب لحیم‌ها در بازار قلع, نقره و مس است. هرچند هنوز هم لحیم با ترکیب سرب محبوب است اما در حال حاضر هنگام خرید میتوانید علامتی را بر روی محصولات ببینید که نشان میدهد این لحیم فاقد سرب است یا از سرب در آن استفاده شده است.
انواع لحیم
لحیم ها از لحاظ ظاهر و مدل ساخت متفاوت هستند که به شیوه استفاده آن بستگی دارد. همچنین از لحاظ جنس و میزان ترکیب هر فلز برای ساخت لحیم هم تفاوت هایی دارند. برای مثال لحیم های سخت نقطه ذوب بالایی دارند اما لحیم های نرم از نقطه ذوب بسیار پایینی برخوردار هستند.
لحیم ها از لحاظ تحمل درجه حرارتی که دارند به سه نوع لحیم سخت, لحیم متوسط و لحیم نرم تقسیم بندی میشوند. که هر کدام در درجه حرارتی متفاوتی ذوب میشوند. برای مثال در هنگام لحیم کاری در طلا با عیارهای مختلف, میتوان از هر کدام از این نوع لحیم‌ها استفاده کرد.
لحیم نرم
اغلب لحیم‌های نرم از آلیاژ دو فلز قلع و سرب ساخته میشوند. درصدهای مختلفی از ترکیب این دو فلز برای ساخت لحیم در بازار موجود است که نقاط ذوب مختلفی داشته و در صنعت هم کاربردهای متفاوتی دارند. این نوع از لحیم در اکثر رشته های صنعتی و تعمیر لوازم استفاده میشود. برای مثال از لحیم نرم در اتومبیل سازی , برق, ساخت مدار الکترونیکی و صنایع بسته بندی و … استفاده میشود.
در صنعت الکترونیک , به لحیمی احتیاج داریم که هم نقطه ذوب پایینی داشته باشد و هم خیلی راحت رونده و جاری شود تا بتوانیم به راحتی قطعات الکترونیکی را به هم متصل کنیم. همچنین حرارت زیاد منجر به خرابی قطعات حساس و ظریف الکترونیکی دارد به همین دلیل نقطه ذوب و میزان حرارت در هنگام لحیم کاری, اهمیت زیادی دارد.
کمترین درجه نقطه ذوب لحیم قلع و سرب, زمانی است که قلع 63 درصد و سرب 37 درصد باشد که در این حالت نقطه ذوب به 183 درجه سانتیگراد میرسد که پایین‌ترین نقطه ذوب لحیم به حساب می‌آید و برای اتصالات الکترونیکی و لحیم بر روی بردها و مدارهای الکترونیکی بسیار مناسب است. لحیم در این حالت, قبل از ذوب یک حالت خمیری به خود میگیرد که برای لحیم کاری قطعات الکترونیکی بسیار مناسب است. دقت کنید که اگر مقدار قلع را از 63 درصد بیشتر کنید؛ کیفیت لحیم بیشتر نمیشود و حالت مفید بودن خود را از دست میدهد.
لحیم در لحیمکاری سخت
نام دیگر لحیم کاری سخت, بریزکاری است. در این نوع از لحیم کاری برای لحیم, از سیم لحیم استفاده نمیشود. در این حالت از یک پرکننده یا فیلر استفاده میکنند. در لحیم کاری سخت لازم است فیلر مورد نظر ما نقطه جوش پایین تری نسبت به دو فلز دیگر داشته باشد.
در لحیم کاری سخت قطعات نسبت به هم, حالت نزدیک تری دارند و میتوان دو فلز یکسان یا غیر یکسان را با استحکام بالا به هم متصل کرد. در لحیم کاری سخت, لحیم با توجه به خاصیت موئینگی در فضای خالی بین دو فلز جریان پیدا میکند. موئینگی خاصیتی است که به وسیله نیروی چسبندگی سطحی به وجود می‌آید.
روش های متداول برای لحیم کاری سخت معمولا به وسیله مشعل و شعله گازی فرایند لحیم کاری انجام میشود. از روش های دیگر لحیم کاری سخت میتوان به لحیم کاری داخل کوره و لحیم کاری با اشعله لیزر اشاره کرد. لحیم کاری سخت به وسیله مشعل در صنعت خودروسازی کاربرد دارد. لحیم برای انجام لحیم کاری سخت به صورت میله, نوار,پودر و یا سیم مورد استفاده قرار می گیرد و آلیاژهای مورد استفاده برای لحیم مس, قلع, طلا, نقره و یا آلیاژهای نقره است.
لحیم مفتولی یا سیم لحیم
در این مدل از لحیم آلیاژ دو فلز, به صورت مفتولی و سیم هستند که اغلب به دور یک قرقره پیچیده شده‌اند. سیم لحیم در قطرهای مختلفی در بازار موجود است که هر کدام برای انجام کار خاصی تولید و طراحی شده‌اند. نوع ضخیم سیم لحیم برای کارهای بزرگ صنعتی و هنگامی که دو فلز قطور را میخواهیم لحیمکاری کنیم؛ استفاده میشود.
نوع نازک آن بیشتر برای کارهای الکترونیکی و ظریف استفاده میشود و قطر سیم لحیم بین 0.5 تا 1.5 میلیمتر است. البته ممکن است ظریفتر و یا ضخیمتر از این مدل هم برای صنایع الکترونیکی استفاده شود.
در اکثر سیم های لحیم مقداری روغن لحیم نیز وجود دارد که برای لحیم کاری تمیز و بهتر, بسیار اهمیت دارد و محل اتصال را از وجود اکسید و هرگونه چربی اضافی پاک و تمیز میکند.روغن لحیم موجود در مغزی سیم لحیم تفاوت هایی دارد که هر کدام عملکرد متفاوتی دارند.
سیم لحیم فاقد سرب نیز در بازار وجود دارد که این مدل از لحیم ها, دمای ذوب بالاتری دارند و باید به این نکته دقت کنید. همچنین سیم های لحیم بدون سرب به هویه با کیفیت تری احتیاج دارند و کندن آن هم سخت تر است.
درصد قلع و سرب یا درصد قلع و یا هر فلز ترکیبی دیگری بر روی قرقره سیم لحیم نوشته شده است. به طور مثال اگر بر روی قرقره عدد 63/37 نوشته شده باشد؛ به این معنی است که 63 درصد از قلع و 37 درصد از سرب استفاده شده است.
لحیم سیمی محبوب ترین شکل لحیم در بازار است زیرا کار با آن راحت تر است و میتوان به راحتی درزها و محل اتصالات با هر اندازه‌ای را میتوان با سیم لحیم پر کرد. همچنین در این حالت احتمال آن که حالت لحیم سرد کمتر اتفاق می‌افتد.
لحیم شمشی یا شمش قلع
شمش قلع همانند سیم های لحیم از آلیاژهای مختلفی برخوردار هستند و حتی بدون سرب و یا با سرب هم از این مدل لحیم موجود است. لحیم شمشی فاقد سرب, مقدار خاکستر بعد از استفاده از قلع را به شدت کاهش میدهد و خورندگی مس را هم پایین می‌اورد. این مدل از لحیم ها مقدار اکسیداسیون قلع را به شدت پایین می‌آورد بنابراین نیاز به سرویس مجدد و تمیزکاری نیست و همین امر موجب میشود هزینه‌ها به شدت کاهش پیدا کند.
هنگامی که در کارخانه یا کارگاهی به تولید انبوه احتیاج داریم دیگر لحیم اری به وسیله دستگاه هویه و سیم قلع کاربرد ندارد زیرا حجم لحیم کاری بسیار گسترده است پس برای لحیم کاری از حمام قلع یا دیگ مذاب لحیم استفاده می شود. اندازه این حمام لحیم, باتوجه به نوع کاربرد متفاوت است. در این حالت با ذوب کامل لحیم شمشی, در داخل حوضچه لحیم عملیات لحیم کاری استفاده میشود. هنگام لحیم کاری قطعات DIP از حمام لحیم یا حوضچه لحیم استفاده می شود.
خمیر لحیم یا خمیر قلع
خمیر لحیم هم مانند سیم لحیم برای اتصال بین دو قطعه کاربرد دارد. خمیر لحیم اغلب برای اتصال میان پایه ها و سطح مسی بردهای الکترونیکی و قطعات الکترونیکی استفاده میشود.
خمیر قلع با استنسیل بروی قطعات قرار می گید و به وسیله حرارت, حالتی مذاب به خود گرفته و اتصال بین دو قطعه را انجام میدهد. در هنگام استفاده از خمیر لحیم باید خیلی دقت کنید زیرا کیفیت خمیر لحیم بسیار مهم است زیرل میتواند منجر به اتصال های ناخواسته میان پایه ها شود و موجب اختلال در کار شود. همچنین باید دقت کنید حالت لحیم سرد رخ ندهد و مطمئن شوید در سطح مورد نظر, اتصال به خوبی انجام شده است.
خمیر قلع بدون سرب هم در بازار موجود است که در این صورت نقطه ذوب آن بالاتر میرود اما باید دقت کنید که فقط در بازه کوتاهی به حرارت بالا احتیاج دارد. همچنین خمیر قلع بدون سرب, مقدار اکسایش بر روی سطح کار را بالاتر میبرد که باید دقت و ظرافت بیشتری داشته باشید.
پودر لحیم یا پودر قلع
این شکل از لحیم معمولا از نقره و قلع ساخته میشود اما در مواردی از نقره و سرب هم استفاده می شود. پودر لحیم برای مونتاژ تخته مدار چاپی, تلفن های هوشمند,تجهیزات پزشکی, و سیستم های خودرو استفاده میشود.
ورق لحیم
ورق لحیم در ابعاد بزرگ بیشتر برای کارهای صنعتی بزرگ مورد استفاده قرار میگیرد. زمانی که لحیم کاری به صورت گسترده نیاز داشته باشیم؛ کار با سیم و یا خمیر لحیم زمانبر است. همچنین ورق لحیم استحکام اتصال را تا حد زیادی بالا میبرد. از ورق لحیم در صنعت طلا سازی هم استفاده می شود که جنس آن معمولا نقره است. لحیم مس چندان برای انجام کارهای ظریف مانند طلاسازی و ساخت نقره مناسب نیست.
توپ قلع یا توپ لحیم
مدل ساچمه قلع و توپ لحیم هم موجود است که ابعاد بسیار کوچکی در حد 0.3 میلیمتر دارند و معمولا برای لحیم کاری آی سی ها و ریبال کردن مورد استفاده قرار میگیرد. اگر قصد پر کردن سوراخ و یا حفره ای را داشته باشید؛ انتخاب توپ لحیم گزینه مناسبی خواهد بود.
وسایل مورد استفاده در فرآیند لحیم کاری
ما در این قسمت در نظر داریم تا وسایل مورد استفاده در فرآیند لحیم کاری را معرفی کنیم:
هویه
از هویه برای ایجاد اتصالات در مدارات الکتریکی و الکترونیکی جهت لحیم کاری استفاده می شود که این دستگاه علاوه بر شکل ظاهر و نوع دسته در توان‌های مختلفی ساخته میشوند.
انواع هویه
هویه در انواع مختلفی طراحی شده است که به معرفی آنها می‌پردازیم:
هویه‌ی معمولی
هویه‌ی معمولی ساده‌ترین مدل هویه است که در این نوع هویه امکان تنظیم دما وجود ندارد.
هویه‌ی قلمی
هویه‌ی قلمی محصولی پرطرفدار است که با توان‌های مختلف و به دو صورت با قابلیت تنظیم دما و بدون امکان تنظیم دما ارائه میشود نوک این مدل هویه که دو فلز را به یکدیگر متصل میکند قابل تعویض است.
هویه‌ی تفنگی
هویه‌ی تفنگی قدرت بالاتری برای انتقال گرما و اتصال سطح فلز دارد و در این مدل هویه، حرارت در نوک هویه به وجود آمده و اتصال کوتاه ایجاد میکند.
از انواع دیگر هویه میتوان به هویه‌های چکشی، هویه‌های الکتریکی و هویه‌های هوای گرم (هیتر) نام برد.
انواع روغن لحیم
روغن لحیم نیز یکی از مهم‌ترین لوازم لحیم کاری است که از آن برای لحیم کاری تمیزتر و بهتر استفاده میشود. با استفاده از روغن لحیم میتوان پیش از اقدام به لحیم کاری با هویه و سیم لحیم، سطوح گوناگون بردهای الکترونیکی، مدارات و مدار چاپی را پاک‌سازی و حرکت سیم لحیم ذوب شده بر روی سطح برد الکترونیک و اتصال بهتر پایه‌های قطعات الکترونیکی گوناگون را به دست آورد.
از روغن‌های کروسیو برای لحیم کاری خشن و قطعات بزرگ و حجیم استفاده می شود و برای لحیم کاری نرم از روغن‌های نان کروسیو یا غیرساینده استفاده میشود. این مواد در خلال عمل لحیم کاری تبخیر و تجزیه شده و اکسیدها را در محل اتصال به‌خوبی از بین می‌برند.
نکات لازم درباره‌ی لحیم کاری
یکی از مهم‌ترین رموز لحيم كاري پاكيزگي است؛ پس هر چه وقت بيشتري براي تميز كردن محل اتصال صرف كنيد، احتمال خوب بودن نتیجه‌ی كار بيشتر است .
دماي كار بيشتر هويه‌هايي كه خوب طراحي شده اند بين 350 و 500 درجه سانتيگراد است. شایان ذکر است که از هويه‌هايي كه در دماهاي بالاتر از 500 درجه سانتي گراد دارند نبايد استفاده كنید و صورت استفاده بايد دماي آنها را كنترل كنید زيرا سر هويه خیلی سریع اكسيد مي‌شود.
یکی از علت‌های شكستن لحيم این است كه قطعاتي كه بايد لحيم كاري شوند، به خوبي تميز نشده بودند. علت دیگر مناسب نبودن اندازه‌ی هويه يا سيم لحيم است. پس اگر هويه بيش از اندازه كوچك باشد، محل اتصال به خوبي گرم نمي شود تا چسبندگي لازم ايجاد شود و در صورتی‌که سيم لحيم بيش از اندازه ضخيم باشد و گرماي زيادي از هويه بكشد، این اتفاق رخ میدهد.