أنواع لحام العناصر الإلكترونية

سنتحدّث في هذا المقال عن أساسيات اللِّحام، وأنواع السبائك (الخلائط المعدنية) المختلفة المستعملة في تجميع العناصر الإلكترونيّة، إضافةً إلى قائمة شاملة لمختلف أنواع السبائك اعتماداً على معايير متنوّعة.

مع بداية تعلُّمك للإلكترونيات ستتعامل مع عناصر إلكترونيّة ولوحات اختبار متعددة؛لكن إذا أردت تصميم دارةٍ أكبر فإنّ تصميم لوحة الدارة هو الخيار الأنسب، وبعد تصميمها يمكنك الحصول على اللوحة المطبوعة (PCB) من الشركات المُنتِجة لها،  ومن ثَمّ تجميعُ  العناصر الإلكترونية كافّة على اللوحة عن طريق اللّحام (Soldering).

تُعَدّ أسلاك سبائك اللّحام (Solder) أحد الجوانب المهمّة في عملية اللحام وهي أسلاك معدنيّة تذوب وتربط معدنين معاً مثل ربط العناصر الإلكترونية واللوحة النحاسية (Copper pad) على اللوحة المطبوعة. ولا تُعَدّ كل الخلائط المعدنية ملائمة لربط جميع أنواع المعادن. 

ماهي عملية اللّحام؟

تُعرّف عملية اللّحام بأنها ربط معدنيّ بين معدنين مختلفين باستعمال عنصر حشو filler element تبلغ درجة انصهاره نحوَ 315 درجة مئوية والتي تقابل 600 فهرنهايت.

يُعرّف عنصر الحشو بأنّه سبيكة معدنيّة (خليط)، وتتألّف سبائك اللّحام عادةً من العناصر التالية: الرصاص Lead (Pb)، والقصدير Tin (Sn)، والفضة Silver) (Ag)، والبزموت Bismuth (Bi) ، والأنتيمون Antimony (Sb)، والإنديوم Indium (In) ، والكادميوم Cadmium(cd)، ويُعَدّ عنصري الرصاص والقصدير من العناصر الأساسية المستخدمة في عمليات اللّحام المتنوعة المخصّصة للِّحامِ الناعم (أي لحام العناصر الإلكترونية).

ومع ذلك فإنّ استخدام الرصاص ينخفض تدريجياً خاصةً في المرحلة الصناعية (أي تجميع اللوحة المطبوعة)، نظراً لطبيعة الرصاص السامة . وبذلك يكون اللّحام الحديث خالياً من الرصاص، ولكنه لايزال خياراً شائعاً بالنسبة لعمليات اللّحام البسيطة الفرديّة أو للهواة من مستخدمِي الالكترونيات.

نقطة انصهار السبيكة		مكونات السبيكة
361°F	183°C	Pb 30 / 70 Sn
361°F	183°C	Pb 37 / 67 Sn
361°F	183°C	Pb 40 / 60 Sn
361°F	183°C	Pb 50 / 50 Sn
361°F	183°C	Pb 60 / 40 Sn
365°F	185°C	Pb 70 / 30 Sn
361°F	183°C	Pb 75 / 25 Sn
504°F	268°C	Pb 90 / 10 Sn
586°F	308°C	Pb 95 / 5 Sn
355°F	179°C	Ag 2 / Pb 36 / 62 Sn
504°F	268°C	Ag 2 / Pb 88 / 10 Sn
558°F	292°C	Ag 5 / Pb 90 / 5 Sn
430°F	221°C	Ag 3.5 / 96.5 Sn
455°F	235°C	Sb 5 / 95 Sn
281°F	138°C	B 58 / 42 Sn
423°F	217°C	Cu 0.5 / Ag 5 / 95.5 Sn

تُعَدّ نقطة انصهار الأسلاك المستعملة في اللّحام المعيار الرئيسيّ لاختيار الخليط المنساب ؛ إذ ينبغي لنقطة انصهارها أن تكون أقل من نقاط انصهار المعادن المُراد ربطها ببعضها، وإلا فإنّ سلك اللّحام سينصهر قبل انصهار وربط المعادن، وتعتمد درجة انصهار سلك اللحام على المادة المصنوعة منها، ويُبيّن الجدول التالي أنواع مختلفة من أسلاك اللحام شائعة الاستخدام في الإلكترونيات الصناعية، والمجوهرات والسّباكة.

تُصنّف أسلاك اللّحام إلى أنواع مختلفة اعتماداً على العناصر الداخلة في تركيبها، واعتماداً على شكلها والمادة الأساسيّة المُكوِّنة لها وتركيبها. وهناك أيضاً أسلاك معيّنة مُصمّمة خصيصاً لربط معادن محددة مثل أسلاك الألمنيوم والأسلاك المصنوعة من الحديد الصّلب (cast Iron).

أنواع أسلاك اللّحام وفقاً للعنصر المُكوّن لها:

تُصنّف أسلاك اللّحام اعتماداً على العنصر المكون لها إلى أربع فئات كالآتي:

1. أسلاك اللّحام المصنوعة من الرصاص:

يُمزج في هذه أسلاك الرصاص مع عناصر أخرى للحصول على نقطة الانصهار وقوّة الشدّ المرغوبة، وتُعرّف أيضاً باسم أسلاك اللّحام اللّينة (Soft Solder).

وتُعَدُّ أسلاك الرصاص الممزوجة مع القصدير من أكثر الأسلاك استخداماً، إذ تُمزج بنسبة 60/40 (قصدير/رصاص).

تتراوح نقطة انصهار هذه السبيكة من 180 إلى 1900 درجة مئوية، ويُعزى سبب تفضيل أسلاك القصدير إلى درجة انصهارها المنخفضة، إضافة إلى ذلك أنّ  القصدير يزيد من قوة الشد والقص للمعدن، ومن ناحية أخرى يمنع الرصاص نمو شعيرات القصدير.

• أسلاك اللّحام الخالية من الرصاص:

لا تحتوي هذه الأسلاك على أيّ رصاص، وتتمتّع بنقطة انصهار أعلى من أسلاك الرصاص.

وتشجِّع بعض الحكومات على استخدامها نظراً لأضرار الرصاص على الصحة والبيئة. ففي الولايات المتحدة الأمريكية يمكنك الحصول على مزايا ضريبية إذا استخدمت أسلاكاً خالية من الرصاص، كما توفّر الحكومة الفيدرالية حوافز للمُصنِّعين الذين يستخدمونها،

• أسلاك اللّحام ذات المذيب:

تتوفر  على هيئةِ أسلاك ملفوفة على قطعة أسطوانية ويوجد مادّة ضمن جوفها،

في أثناء عمليّة اللحام تُحرَّر المادة المذيبة وتزيل الطبقة المؤكسدة الموجودة على سطح المعدن وبذلك يصبح سطح المعدن نظيفاً وجاهزاً للّحام، إضافة إلى ذلك فإنّ المادة المذيبة تزيد من خصائص ترطيب اللّحام. تستخدم بعض الأصماغ كمادة مذيبة من أجل لحام المكوّنات الالكترونية، بينما لربط المعادن والسّباكة تُستخدَم موادّ حمضيّة.

• أسلاك لحام من الفضة:

يمكن لأسلاك الفضة أن تكون خالية من الرصاص أو معتمدة عليه. في السنوات

 الأولى كان معدن الفضة يُضاف فقط إلى أسلاك اللحام المعتمدة على الرصاص وذلك لمنع حدوث تأثير يُسمى هجرة الفضة (Silver migration)، إذ تدخل الفضة الموجودة في طلاء الفضة في أسلاك اللحام، وإذا طُبِّقَ هذا الخليط على المعادن قبل عملية اللحام فإنها تجعل الوصلات هشة وعرضة للكسر.

تتفاوت نِسَبُ الفضة والرصاص الداخلة في أسلاك اللحام من الفضة وتعتمد كلفتها على تلك النسب.

أنواع أسلاك اللحام حسب نوع النواة:

تُقسّم أسلاك اللحام إلى ثلاث أنواع بناءً على نوع النواة كالآتي:

1. أسلاك اللحام المعتمدة على الحمض: تكون على شكل أسلاك ملفوفة حول نواة مجوّفة تحتوي على حمض، ويكون فعّالاً في إزالة الطبقة المؤكسدة المتشكلة على سطح المعدن إضافة إلى أنه يمنع التأكسد السريع للمعادن. وعلى هذا ينتج ربط قوي غير قابل للكسر. ويستخدم هذه النوع لربط الفولاذ والمعادن الأخرى. يجب تنظيف بقايا المادة بعد عملية اللحام لمنع حدوث التآكل في المعادن، ويستخدم بشكل أساسي لربط الأنابيب النحاسية والصفائح المعدنية.
2. أسلاك اللحام الصمغية:

لهذه الأسلاك نواة مجوفة بشكل مشابه للنوع السابق، لكن الفرق الوحيد بينهما أن هذا النوع يستخدم مادة مذيبة خفيفة مصنوعة من مادة صمغية والميزة الأساسية لهذه المادة أن بقاياها لا تسبب تآكل المعادن لذلك تستخدم في لحام الأجهزة الكهربائية التي يصعب فيها إزالة البقايا من بين التوصيلات الكهربائية.

• أسلاك اللحام الصلب: يستخدم هذا النوع أسلاك صلبة بدلاً من النواة المجوفة ولا تحتوي على مادة مذيبة لذا عند استخدامك سلك اللحام تحتاج إلى مادة مذيبة بشكل منفصل من أجل التنظيف.

أنواع أسلاك اللحام اعتماداً على الشكل:

تعدّ سبائك اللحام ذات الأسلاك الملفوفة على البكرة الشكل الأكثر شيوعاً للحام، إضافة إلى وجود عديد من الأشكال الأخرى، مثل لصاقات اللحام، وحبيبات اللحام وقضبان اللحام، ورقائق اللحام، وحلقات اللحام، وشرائط اللحام. ويعتمد اختيار شكل ونوع على التطبيق المطلوب ونوع المعدن المراد لحامه، إضافة لذلك هناك حلقات اللحام (solder washers) المطلية مسبقاً والتي يمكنها أتمتة عملية اللحام.

أنواع سبائك اللحام حسب التطبيق المراد:

يستخدم اللحام استخداما كبيرا في مجال السباكة وتطبيقاتها، ويستخدم في صيانة الطائرات والسيارات والمنازل والأجهزة الإشعاعية، لكن يجب توفير بعض الشروط لتطبيق اللحام في هذه المجالات، على سبيل المثال يجب أن تتحمل السبائك المستخدمة في الطائرات الاهتزازات والتبادل الحراري. وفي حال الإصلاحات الإشعاعية تُستخدم السبائك لسدّ التسريبات في المبادلات الحرارية لسائل التبريد في السيارات. وهناك أيضاً سبائك مخصّصة طُوِّرت لِلِحام معادن معينة؛ إذ تكون السبائك العادية غير فعّالة في لحام هذه المعادن مثل سبائك الألمنيوم وسبائك الحديد الصلب.

الأسئلة المتكرّرة:

1. ما الأنواع الثلاث الرئيسية لأسلاك اللحام؟
2. هي الخالية من الرصاص، وسبائك الرصاص، والسبائك المعتمدة على المواد المذيبة، ويوجد نوع آخر هو سبائك الفضة، وإضافةً لذلك هناك أنواع أخرى تعتمد على الشكل والنواة والتطبيق المخصّص لها.
3. ما هو أقوى نوع من أسلاك اللحام؟
4. تُعد أسلاك اللّحام المكوّنة من مزيج بنسبة 60% قصدير و40% رصاص الأقوى عند لحم المعادن، كما أنها سهلة الاستخدام بسبب درجة انصهارها المنخفضة؛ لكن من سلبياتها أنها ذات كلفة عالية.
5. ما الفرق بين أسلاك الفضة والأسلاك العادية؟

تحتوي أسلاك الفضة على أكثر من 45% فضة وهي إمّا أن تكون معتمِدة على الرصاص وإمّا خالية منه، وتستعمل أسلاك الفضة لمنع تأثير هجرة الفضة، وتعدّ أقوى من الأسلاك العادية وتستخدم في الربط الميكانيكي. تمتلك أسلاك الفضة نقطة انصهار عالية وبذلك لا يمكنك استخدامها لربط المعادن ذات درجة الانصهار المنخفضة