اتصال لحیم سرد چیست و چگونه از آن جلوگیری کنیم

آیا تا به حال تجربه‌ی خرابی‌های پی در پی دستگاه‌های الکترونیکی خود را داشته‌اید؟ در این صورت، ممکن است با مشکل «اتصالات لحیم سرد» مواجه شده باشید. 

طبق مطالعات اخیر، تقریباً ۷۰٪ از خرابی‌های الکترونیکی ناشی از لحیم‌کاری ناکافی است. با در نظر گرفتن این آمار، فرض می‌کنیم که شما نیز از همین مشکل رنج می‌برید و به دنبال یک راه‌حل ساده هستید. بنابراین، بیایید عمیق‌تر به این موضوع بپردازیم تا در مورد آن بیشتر بدانیم. 

اتصال لحیم سرد چیست؟ 

«اتصال لحیم سرد» به طور ساده لحیمی است که برای ایجاد یک اتصال بی‌نقص، کاملاً ذوب نمی‌شود. در یک اتصال لحیم سرد، لحیم اتصال قوی و قابل اعتمادی بین اجزا یا پایه‌هایی که قرار است به هم متصل شوند، ایجاد نمی‌کند. این عدم اتصال مناسب می‌تواند منجر به مشکلات مختلفی از جمله افزایش مقاومت الکتریکی، عملکرد متناوب و احتمال بیشتر خرابی اجزا شود.

برخی از متغیرهایی که می‌توانند منجر به اتصالات لحیم سرد شوند عبارتند از:

● خیس شدن، برگشت یا ذوب شدن ناکافی لحیم در محل اتصال.

● لرزش یا سایر اختلالات هنگام خنک شدن لحیم.

● وقتی دمای فرآیند خیلی بالا باشد، فلاکس (روان‌ساز) زودتر از موعد از کار می‌افتد.

● خیس شدن ناکافی اتصالات لحیم زمانی رخ می‌دهد که دمای فرآیند خیلی پایین باشد.

از ویژگی‌های رایج اتصالات لحیم سرد می‌توان به ظاهری کدر و دانه‌دار اشاره کرد، برخلاف روکش صاف و براق یک اتصال خوش‌فرم. این اتصالات اغلب از نظر مکانیکی و الکتریکی ضعیف‌تر هستند و ممکن است رسانایی لازم را برای عملکرد بهینه اجزای الکتریکی فراهم نکنند. 

شما می‌توانید محل اتصال لحیم سرد را با یک ذره‌بین تشخیص دهید. روش دیگر این است که قطعه لحیم شده را حرکت دهید تا محل اتصال لحیم سرد را بررسی کنید؛ اگر محل اتصال ضعیف باشد، قطعه کمی حرکت خواهد کرد. 

انواع مختلف اتصالات لحیم سرد

حالا که می‌دانید اتصال لحیم سرد چیست، بیایید به بررسی برخی از انواع آن بپردازیم. 

۱. درز سرد توزیع‌شده

اتصال لحیم سرد توزیع‌شده به وضعیتی اشاره دارد که در آن گرمایش ناکافی در طول فرآیند لحیم‌کاری منجر به ایجاد چندین اتصال در سراسر مدار با اتصال ناکافی می‌شود. در این زمینه، "توزیع‌شده" نشان می‌دهد که مشکل در اتصالات مختلف پخش شده است و به یک ناحیه خاص محدود نمی‌شود. این پدیده معمولاً زمانی رخ می‌دهد که در طول مونتاژ قطعات الکترونیکی، لحیم در چندین اتصال لحیم گرم و ذوب نمی‌شود.

شناسایی اتصالات لحیم سرد توزیع‌شده شامل بررسی بصری کل برد مدار است. این اتصالات ممکن است ظاهری کدر و دانه‌دار داشته باشند که با اتصالات ضعیف‌شده به دلیل اتصال ناقص مشخص می‌شود. برای رفع این مشکل، فرآیند تعمیر شامل اعمال شار در نواحی آسیب‌دیده و گرم کردن و لحیم‌کاری مجدد سیستماتیک هر اتصال برای اطمینان از گرم شدن یکنواخت و ایجاد اتصالات قابل اعتماد در سراسر برد مدار است. 

۲. ترک خوردگی اتصال لحیم

اتصال لحیم ترک خورده به اتصال لحیم شده در الکترونیک اشاره دارد که یک یا چند ترک، چه قابل مشاهده و چه میکروسکوپی، در ماده لحیم ایجاد شده است. با وجود این ترک‌ها، احتمال دارد که برد شما یکپارچگی اتصال را به خطر بیندازد و منجر به طیف وسیعی از مشکلات در دستگاه شود. 

ترک خوردگی اتصال لحیم به دلایل مختلفی از جمله تنش حرارتی، تنش مکانیکی یا چرخه‌های مکرر انبساط یا انقباض رخ می‌دهد. عواملی مانند تغییرات دما، ضربات فیزیکی یا عدم تحمل کرنش کافی می‌توانند در ایجاد ترک در لحیم نقش داشته باشند.

عواقب ترک خوردگی اتصالات لحیم کاری ممکن است شامل افزایش مقاومت الکتریکی، عملکرد متناوب و مدارهای باز بالقوه باشد. اما، وقتی می‌خواهید ترک‌ها را ببینید، اغلب از بازرسی بصری برای شناسایی آنها استفاده می‌شود. با این حال، در برخی موارد، ممکن است تکنیک‌های پیشرفته‌ای مانند بازرسی با اشعه ایکس برای تشخیص ترک‌های میکروسکوپی ضروری باشد.

۳. اتصال لحیم خشک

این نوع مشکل لحیم‌کاری زمانی رخ می‌دهد که لحیم وجود نداشته باشد. آن‌ها حاوی فلز کافی نیستند که منجر به اتصال باز و حوادث ناگوار می‌شود. این اتصال ممکن است در موقعیت‌های دیگر رسانایی و مقاومت الکتریکی بالایی را به صورت پراکنده نشان دهد. بنابراین، هنگام استفاده، صدای جیرجیر تولید می‌کنند.

عواملی که باعث اتصال لحیم سرد می‌شوند

اتصالات لحیم سرد می‌توانند از عوامل مختلفی ناشی شوند و درک این مسائل برای دستیابی به اتصالات قابل اعتماد و بادوام در قطعات الکترونیکی بسیار مهم است. در اینجا به برخی از عوامل رایج که در تشکیل اتصالات لحیم سرد نقش دارند، اشاره می‌کنیم:

1. حرارت ناکافی

گرم نشدن کافی یک یا هر دو سطح، یک خطای معمول لحیم کاری است که منجر به اتصال لحیم سرد می شود. این اتفاق زمانی می افتد که هویه را خیلی کم تنظیم می کنید یا زمان کافی برای اتصال لحیم به پین قطعه به آن نمی دهید. در این حالت گرم کردن مجدد ضروری است.

همچنین موقعیت‌هایی وجود دارد که نوک هویه به پد روی برد برخورد کرده و آن را گرم می‌کند، اما پین قطعه گرم نمی‌شود. در نتیجه، لحیم به جای پین قطعه، به پد برد مدار می‌چسبد. برعکس، این اتفاق نیز ممکن است رخ دهد، که در این صورت لحیم به جای پد برد مدار به پین قطعه متصل می‌شود.

۲. تمیز کردن ضعیف

وقتی لحیم کاری خیلی سریع یا بدون توجه کافی به جزئیات انجام شود، کثیفی می‌تواند وارد اتصال لحیم شود. وجود آلاینده‌ها، از جمله گریس، کثیفی و اکسید فلز، ممکن است کیفیت اتصال لحیم شده را مختل کند. معمولاً وقتی لحیم به صورت گلوله یا مهره در می‌آید و نمی‌تواند به سطوح کثیف بچسبد، این موضوع آشکار می‌شود. اتصالات لحیم سرد همچنین می‌توانند در اثر تداخل ایجاد شوند و باعث شوند لحیم خیلی آهسته روی محل اتصال چکه کند.

۳. لحیم‌کاری نامناسب

کمبود قلع در محل‌های لحیم‌کاری پس از قلع‌کاری برد، به عنوان نشانه‌ای از وضعیت ضعیف لحیم‌کاری شناخته می‌شود. اگرچه دلایل احتمالی متعددی وجود دارد، اما رایج‌ترین آنها این است که در طول کل عملیات، گرمای کافی اعمال نمی‌شود. در نتیجه، لحیم‌کاری ضعیف منجر به خطاهای الکتریکی و اتصالی می‌شود.

اثرات اتصالات لحیم سرد

عوامل کاهش‌دهنده‌ای در ارتباط با اتصالات لحیم سرد وجود دارد که ممکن است بر عملکرد کلی PCB تأثیر بگذارند. این تأثیرات بیشتر در پایداری مکانیکی و رسانایی الکتریکی اتصال قابل توجه هستند. بنابراین، بیایید رایج‌ترین اثرات اتصالات لحیم سرد را بررسی کنیم. 

1. مسائل مربوط به رسانایی الکتریکی

یک شکاف هوای نامطلوب بین اجزای یک اتصال لحیم سرد تشکیل می‌شود که ممکن است بشکند یا شکننده شود. این باعث اکسیداسیون می‌شود که به طور جدی رسانایی الکتریکی (یا خوردگی در مورد فلزات آهنی) را مختل می‌کند. بنابراین، وقتی این اتفاق می‌افتد، می‌توانید انتظار داشته باشید که دستگاه‌های شما تا حدی یا کاملاً غیرقابل اعتماد شوند.

۲. ناپایداری مکانیکی 

اتصالات لحیم سرد، استحکام مکانیکی کمتری نسبت به اتصالات خوش‌فرم نشان می‌دهند و همین امر آنها را بیشتر در معرض تنش مکانیکی، ارتعاشات یا شوک‌های خارجی قرار می‌دهد. این کاهش استحکام، نگرانی‌هایی را در مورد توانایی اتصال در مقاومت در برابر سختی‌های کاربردهای دنیای واقعی ایجاد می‌کند. علاوه بر این، محیط‌هایی که شامل حرکت مکرر یا نیروهای خارجی هستند، سایش و پارگی زودرس را افزایش می‌دهند و خرابی‌ها و اختلالات را تشدید می‌کنند.

۳. عملکرد متناوب

یکی از قابل توجه‌ترین اثرات اتصالات لحیم سرد، تمایل آنها به ایجاد عملکرد متناوب است. یک اتصال الکتریکی غیرقابل اعتماد می‌تواند منجر به خرابی یا اختلال گاه به گاه در عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی شود. این غیرقابل پیش‌بینی بودن، چالش‌های قابل توجهی را در حفظ عملکرد مداوم و قابل اعتماد ایجاد می‌کند.

4. تولید گرما

مقاومت بالاتر مرتبط با اتصالات لحیم سرد، به تولید گرمای موضعی در مدار کمک می‌کند. این گرما می‌تواند به قطعات فشار وارد کند و به طور بالقوه منجر به آسیب طولانی مدت یا ایجاد شرایط نامطلوب برای عناصر اطراف شود. تأثیر حرارتی، خطری برای سلامت کلی و طول عمر سیستم الکترونیکی ایجاد می‌کند.

۵. اعوجاج سیگنال

اتصالات لحیم سرد می‌توانند منجر به اعوجاج سیگنال در مدارهایی شوند که یکپارچگی سیگنال در آنها بسیار مهم است. این اعوجاج به صورت تخریب سیگنال، افزایش نویز یا در موارد شدید، از دست دادن سیگنال ظاهر می‌شود. این اثرات می‌توانند دقت و کارایی انتقال داده در سیستم الکترونیکی را به خطر بیندازند.

نحوه شناسایی اتصال لحیم سرد

بر اساس تخصص عملی ما، ما از مشکلاتی که لحیم سرد می‌تواند در طول فرآیند مونتاژ PCB ایجاد کند، آگاه هستیم. به عنوان مثال، برد مدار ممکن است دچار نقص شود یا به آرامی واکنش نشان دهد. بیایید بررسی کنیم که چگونه می‌توانید یک اتصال لحیم سرد را شناسایی کنید. 

1. بازرسی بصری

برای بررسی دقیق اتصالات لحیم سرد، اغلب به ذره‌بین، چراغ قوه و سایر وسایل کمکی چشم نیاز است. اولین چیزی که هنگام انجام این بازرسی بصری باید به آن توجه کرد، رنگ اتصال است. 

در مرحله بعد، به شکل اتصال لحیم نگاه می‌کنیم. اگر تغییر شکل داده یا شکل غیر مقعر داشته باشد، نشان می‌دهد که آلیاژ لحیم احتمالاً به اندازه کافی گرم نشده تا کاملاً ذوب شود. در نتیجه، اتصال ممکن است گرم شود و در نهایت به دلیل مقاومت از برد جدا شود. در مرحله بعد، از مشعل و ذره‌بین برای بررسی هرگونه اتصال از نظر نشت نور استفاده کنید. اگر نوری از اتصال عبور کند، به این معنی است که اتصال به اندازه کافی محکم نشده و نیاز به تعمیر دارد.

در نهایت، برد را کج کنید تا ببینید آیا هیچ اتصالی از پایه برد شل شده است یا خیر. علاوه بر این، برد باید از نظر سرریز بیش از حد بررسی شود، که می‌تواند باعث ایجاد اتصال کوتاه شود و کل برد را از بین ببرد.

۲. آزمایش با مولتی‌متر

هنگام شناسایی یک اتصال لحیم سرد با مولتی‌متر، تمرکز بر ویژگی‌های الکتریکی اتصال ضروری است. می‌توانید با تنظیم مولتی‌متر روی حالت پیوستگی یا مقاومت شروع کنید. سپس، مدار را از برق بکشید و پروب‌های مولتی‌متر را در دو طرف اتصال لحیم قرار دهید. یک اتصال لحیم‌کاری شده صحیح باید مقاومت یا پیوستگی کمی از خود نشان دهد که نشان‌دهنده اتصال الکتریکی محکم است. 

در مقابل، یک اتصال لحیم سرد ممکن است مقاومت بالاتر یا پیوستگی متناوب را نشان دهد. بنابراین، باید به مقادیری که نوسان دارند یا از مقادیر مورد انتظار منحرف می‌شوند توجه کنید. این بی‌نظمی‌ها نشان‌دهنده اتصال ضعیفی هستند که نیاز به توجه دارد. علاوه بر این، استفاده از مولتی‌متر برای ارزیابی پیوستگی الکتریکی، روشی دقیق برای شناسایی اتصالات لحیم سرد و اطمینان از قابلیت اطمینان اتصالات الکترونیکی فراهم می‌کند.

3. تست برق 

آزمایش الکتریکی، که اطلاعاتی در مورد قابلیت اطمینان و یکپارچگی اتصالات الکتریکی ارائه می‌دهد، در یافتن اتصالات لحیم سرد بسیار مهم است. استفاده از یک مولتی‌متر می‌تواند جزئیات ضروری در مورد اتصالات لحیم را در طول این روش ارائه دهد. 

یکی دیگر از آزمایش‌های الکتریکی مفید، اندازه‌گیری مقاومت در سراسر اتصال لحیم و آزمایش پیوستگی است. مقاومت کم، مشخصه یک اتصال لحیم خوش‌فرم است که رسانایی الکتریکی مؤثر را تضمین می‌کند. یک اتصال لحیم سرد ممکن است باعث مقاومت بالاتر از حد انتظار شود که نشان‌دهنده پیوند ضعیف و مشکلات احتمالی در عملکرد است.

این آزمایش‌های الکتریکی به عنوان اقدامات پیشگیرانه در طول فرآیند لحیم‌کاری عمل می‌کنند و به شناسایی اتصالات لحیم سرد که ممکن است از قبل وجود داشته باشند، کمک می‌کنند. با ادغام این بازرسی‌ها در پروتکل‌های کنترل کیفیت، می‌توانید ایجاد اتصالات الکتریکی محکم را تضمین کنید، احتمال عملکرد نامنظم را کاهش داده و قابلیت اطمینان کلی دستگاه‌های الکترونیکی را افزایش دهید.

چگونه یک اتصال لحیم سرد موجود را تعمیر کنیم؟

خوشبختانه، تعمیر اتصالات لحیم سرد خیلی سخت نیست. بنابراین، بیایید ببینیم چگونه می‌توانید این کار را انجام دهید. 

۱. اول، مفصل را گرم کنید 

محل اتصال را پیدا کنید و آن را گرم کنید تا لحیم به طور یکنواخت جریان یابد. برای این کار می‌توانید از هوای گرم یا هویه استفاده کنید. برای گرم کردن صحیح محل اتصال، گرما را به طور یکنواخت اعمال کنید و مراقب باشید که محل اتصال بیش از حد گرم نشود. در صورت امکان، از هویه با کنترل دما استفاده کنید تا از کنترل دقیق دما اطمینان حاصل شود. علاوه بر این، در صورت لزوم، می‌توانید لحیم اضافی نیز اضافه کنید. 

پس از گرم کردن محل اتصال، لحیم سرد را دوباره بررسی کنید تا مطمئن شوید محکم و بدون خطا است. برای اطمینان از تناسب مناسب، ممکن است لازم باشد لبه‌های دو قطعه‌ای که به هم متصل می‌شوند را سوهان یا سنباده بزنید.

۲. لحیم اضافی را بردارید

اگر محل اتصال بیش از حد لحیم داشته باشد، توزیع گرما می‌تواند چالش برانگیز باشد. در نتیجه، ممکن است محل اتصال ضعیف شود و لحیم به طور ناهموار جریان یابد. 

نحوه پاک کردن لحیم اضافی به این صورت است:

● از ابزار لحیم‌زدایی یا انتهای نوک‌تیز هویه برای تراشیدن لحیم اضافی استفاده کنید. 

● با فشار دادن نوک هویه یا ابزار روی لحیم، صبر کنید تا لحیم اضافی ذوب شود.

● با استفاده از یک تکه پارچه‌ی لحیم‌زدایی، لحیم داغ را به آرامی جدا کنید. 

● پس از برداشتن لحیم اضافی، محل اتصال را بررسی کنید و مطمئن شوید که هیچ شکاف و حفره‌ای وجود ندارد. در غیر این صورت، ابتدا باید آنها را پر کنید تا بتوانید ادامه دهید.

● محل اتصال را دوباره بشویید و از هویه برای گرم کردن آن استفاده کنید. روان‌ساز از اکسیداسیون جلوگیری می‌کند و به جریان یکنواخت لحیم جدید کمک می‌کند.

● در نهایت، قبل از استفاده از لحیم جدید، صبر کنید تا محل اتصال خنک شود. 

پس از خنک شدن محل اتصال، مطمئن شوید که محکم و عاری از هرگونه شکاف یا حفره است. اگر اتصال هنوز محکم نیست، می‌توانید دوباره این کار را انجام دهید.

در طول فرآیند، باید به یاد داشته باشید که اگر محل اتصال لحیم سرد روی یک اتصال حیاتی است، قطعه را تعویض کنید. 

چگونه از اتصال لحیم سرد جلوگیری کنیم

اگرچه درست است که تعمیرات مکرر اتصالات لحیم سرد یک واقعیت ناگوار است، اما می‌توان چندین اقدام پیشگیرانه را اجرا کرد. بنابراین، بیایید به تفصیل به آنها بپردازیم. 

۱. از یک پروفایل Reflow مناسب استفاده کنید

یک اقدام مؤثر، استفاده از یک پروفیل بازتاب مناسب در طول فرآیند لحیم کاری است. پروفیل بازتاب به منحنی دما-زمان اعمال شده در لحیم کاری اشاره دارد. اطمینان حاصل کنید که خمیر لحیم به مدت کافی به دمای مورد نیاز رسیده و آن را حفظ می‌کند و امکان خیس شدن و اتصال مناسب را فراهم می‌کند. 

این امر را می‌توان با پیروی از مشخصات جریان مجدد توصیه‌شده توسط سازنده لحیم یا برگه اطلاعات قطعه، محقق کرد. به مراحل پیش‌گرمایش، خیساندن و جریان مجدد توجه کنید، زیرا انحراف در دما یا مدت زمان در هر مرحله می‌تواند منجر به جریان ناکافی لحیم و در نتیجه، اتصالات سرد شود. 

۲. تمیز کردن صحیح قطعات

قطعات خود را به طور مناسب با یک حلال عمومی تمیز کنید تا چربی یا هر ناخالصی دیگری که می‌تواند در فرآیند لحیم کاری اختلال ایجاد کند، از بین برود. ابزارهای لحیم کاری باید به طور منظم تمیز شده و در یک محفظه خشک و بدون گرد و غبار نگهداری شوند تا از آلودگی جلوگیری شود.

۳. منابع لرزش را حذف کنید

یکی دیگر از دلایل اتصال لحیم سرد، لرزش و حرکتی است که در طول فرآیند خنک شدن، اتصال را مختل می‌کند. برای جلوگیری از این امر، باید در یک فضای کاری محکم سرمایه‌گذاری کنید تا منابع لرزش را از بین ببرید. در صورت کار با اجزای ظریف، استفاده از ابزارهای ضد الکتریسیته ساکن مانند تشک کف یا مهار مچ دست را در نظر بگیرید. همچنین می‌توانید از ماسک لحیم برای جلوگیری از اختلالات بیشتر در طول فرآیند خنک شدن استفاده کنید. 

پرسش و پاسخهای متداول 

۱) مشکلات رایج لحیم کاری چیست؟

مشکلات رایج لحیم‌کاری شامل اتصالات سرد و خشک است. اتصالات سرد زمانی رخ می‌دهند که لحیم به درستی جریان پیدا نمی‌کند و به قطعات نمی‌چسبد و در نتیجه اتصال ضعیفی ایجاد می‌شود. اتصالات خشک زمانی رخ می‌دهند که لحیم کافی نباشد و منجر به رسانایی الکتریکی ضعیف شود. سایر مشکلات ممکن است شامل پل‌های لحیم (اتصالات ناخواسته بین پدهای مجاور)، گرمای بیش از حد (که می‌تواند به قطعات آسیب برساند) و لحیم ناکافی یا بیش از حد باشد.

۲) یک اتصال لحیم خوب چه شکلی است؟

یک اتصال لحیم خوب، سطحی صاف و براق با خیس‌شدگی مناسب دارد که نشان می‌دهد لحیم به اندازه کافی روان شده و به قطعه و برد مدار چسبیده است. اتصال باید ظاهری یکنواخت و بدون هیچ گونه شکاف، ترک یا بی‌نظمی داشته باشد.

۳) تفاوت بین مفصل سرد و مفصل خشک چیست؟

در حالی که هر دو مشکل لحیم کاری هستند، اتصال سرد به اتصال لحیمی اشاره دارد که در آن لحیم به درستی ذوب و جاری نشده و منجر به پیوند ضعیف می‌شود. این اتصال اغلب کدر به نظر می‌رسد و ممکن است بافت دانه‌ای داشته باشد. از سوی دیگر، اتصال خشک زمانی رخ می‌دهد که لحیم کافی وجود نداشته باشد و در نتیجه رسانایی الکتریکی ضعیفی ایجاد شود. اتصالات خشک معمولاً ظاهری مات یا خشن دارند. هر دو مشکل می‌توانند بر عملکرد و قابلیت اطمینان مدارهای الکترونیکی تأثیر بگذارند، و شناسایی و رفع آنها در طول فرآیند لحیم کاری ضروری است.

نتیجه

اتصال لحیم سرد می‌تواند برای مهندسان کابوس باشد، اما دیگر نیازی به گفتن نیست زیرا این مقاله همه چیز را پوشش داده است! از درک ماهیت آنها گرفته تا شناسایی، پیشگیری و تعمیر آنها، شما می‌دانید که چگونه این کار را در مراحل ساده و آسان انجام دهید. 

بنابراین، چه در حال عیب‌یابی نقص‌ها باشید و چه به دنبال لحیم‌کاری بی‌عیب و نقص، ما می‌توانیم منبع اصلی شما برای دستیابی به عملکرد الکترونیکی بهینه باشیم.