پی سی بی اسمبلی کے لئے اوپر ٹن سولڈر مرکب

الیکٹرانکس مینوفیکچرنگ کے دائرے میں، سولڈر پرنٹ شدہ سرکٹ بورڈز (PCBs) کو الیکٹرانک اجزاء سے جوڑنے والے ناگزیر "پل" مواد کے طور پر کام کرتا ہے۔ یہ نہ صرف قابل اعتماد برقی کنکشن قائم کرتا ہے بلکہ میکانکی طاقت،-طویل مدتی وشوسنییتا، اور الیکٹرانک مصنوعات کی سروس لائف کا بھی تعین کرتا ہے۔ اسمارٹ فونز سے ایرو اسپیس آلات تک، طبی آلات سے لے کر آٹوموٹیو الیکٹرانکس تک، ہر الیکٹرانک مصنوعات کا دل بے شمار سولڈر جوائنٹس کے ساتھ دھڑکتا ہے۔

یوروپی یونین کی RoHS ہدایت کے نفاذ اور عالمی ماحولیاتی بیداری میں اضافے کے ساتھ، الیکٹرانکس کی صنعت نے لیڈ سے لیڈ سے فری سولڈر کی طرف ایک تاریخی تبدیلی کی ہے۔ یہ تبدیلی محض مادی متبادل سے کہیں زیادہ پھیلی ہوئی ہے-یہ سولڈرنگ کے عمل، آلات، درجہ حرارت کے پروفائلز، اور قابل اعتماد تصدیقی نظام کی جامع تنظیم نو کی نمائندگی کرتی ہے۔ یہ مضمون انتہائی اہم ٹی کی گہرائی سے-تحقیق فراہم کرتا ہے۔میں - بیسڈ سولڈرپی سی بی اسمبلی میں استعمال ہونے والے مرکب دھاتیں، دھاتی اصولوں سے لے کر انجینئرنگ پریکٹس تک، مادی خصوصیات سے لے کر اصلاح کے عمل تک، الیکٹرانکس مینوفیکچرنگ انجینئرز کو ایک جامع تکنیکی حوالہ پیش کرتے ہیں۔

سولڈر الائیز کے میٹالرجیکل بنیادی اصول

سولڈرنگ کے اصول اور مصر دات ڈیزائن

سولڈرنگ کے جوہر میں ایک کم-پگھلنے والی-پوائنٹ فلر میٹل (سولڈر) کا استعمال شامل ہے جو گرمی میں پگھلتی ہے، گیلے اور کیپلیری ایکشن کے ذریعے جڑی ہوئی دھاتوں کی سطحوں پر خوردبینی خلا میں بہتی ہے، اور ٹھنڈک اور ٹھوس ہونے پر مخصوص میکانکی طاقت کے ساتھ انٹرمیٹالک کمپاؤنڈ (IMC) کنکشن بناتی ہے۔

ٹن (Sn) اپنی منفرد فزیک کیمیکل خصوصیات کی وجہ سے الیکٹرانک سولڈرز کا بنیادی عنصر بن گیا ہے: اعتدال پسند پگھلنے کا نقطہ (232 ڈگری)، بہترین گیلا پن، اچھی برقی اور تھرمل چالکتا، اور عام پی سی بی پیڈ دھاتوں جیسے کاپر (Cu)، نکل (Ni)، اور (سونا) کے ساتھ مستحکم IMCs بنانے کی صلاحیت۔ تاہم، خالص ٹن میں نمایاں خرابیاں ہیں-یہ ٹن کیڑوں کے لیے حساس ہے (کم درجہ حرارت پر ایک مرحلے کی تبدیلی جس سے پاؤڈرنگ ہوتی ہے) اور ٹن وِسکر کی نشوونما ہوتی ہے۔ لہذا، عملی ایپلی کیشنز میں ہمیشہ دیگر دھاتوں کے ساتھ ملاوٹ کرنے والے ٹن شامل ہوتے ہیں۔

الائے ڈیزائن کے بنیادی مقاصد کئی جہتوں میں بہترین توازن تلاش کرتے ہیں:

پگھلنے کے نقطہ کنٹرول: پگھلنے کے نقطہ کو eutectic یا قریب - eutectic کمپوزیشن کے ذریعے کم کرنے سے اجزاء اور ذیلی جگہوں کو تھرمل جھٹکا کم ہوتا ہے

گیلے پن کی اصلاح: اس بات کو یقینی بنانا کہ پگھلا ہوا سولڈر مکمل طور پر پھیل سکتا ہے اور سولڈرنگ انٹرفیس میں گھس سکتا ہے۔

مکینیکل پراپرٹی ایڈجسٹمنٹ: کافی تناؤ کی طاقت، قینچ کی طاقت، اور رینگنے کی مزاحمت فراہم کرنا

وشوسنییتا کی یقین دہانی: ماحولیاتی دباؤ جیسے تھرمل سائیکلنگ، کمپن، اور نمی کے تحت سولڈر جوائنٹ کی سالمیت کو برقرار رکھنا

عمل کی مطابقت: ریفلو، لہر، اور سلیکٹیو سولڈرنگ سمیت مختلف عمل کی ضروریات کو اپنانا

Eutectic اللویز اور پیسٹی رینج

سولڈر مرکب کو سمجھنے میں ایک بنیادی تصور "eutectic" ہے۔ مخصوص ساختی تناسب پر Eutectic مرکبات میں ایک واحد پگھلنے کا نقطہ ہوتا ہے (پگھلنے کی حد کے بجائے)، براہ راست ٹھوس سے مائع میں منتقل ہوتا ہے اور اس کے برعکس۔ سولڈرنگ کے عمل کے لیے یہ خصوصیت بہت اہم ہے

مثال کے طور پر کلاسک ٹن-لیڈ الائے کو لے کر، Sn63/Pb37 کا تناسب بالکل ٹھیک 183 ڈگری کے پگھلنے والے نقطہ کے ساتھ eutectic نقطہ پر ہے۔ اس کے برعکس، Sn60/Pb40 eutectic نقطہ سے ہٹ جاتا ہے، جو تقریباً 7 ڈگری (183 ڈگری -190 ڈگری) کی پیسٹی رینج کو ظاہر کرتا ہے۔ اس پیسٹی رینج کے اندر، ٹانکا لگانا ایک ٹھوس مائع بقائے باہمی کی حالت میں موجود ہے، جہاں کوئی میکانکی خلل "کولڈ جوائنٹ" کے نقائص کا باعث بن سکتا ہے۔

سیسہ-مفت سولڈرز میں، SAC مرکبات کا eutectic نقطہ Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7 (SAC387) کے قریب ہے، جس کا پگھلنے کا نقطہ تقریباً 217 ڈگری ہے۔ وسیع پیمانے پر استعمال ہونے والا SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) eutectic سے قدرے ہٹ جاتا ہے، جس کی پیسٹی رینج تقریباً 3 ڈگری ہے۔ تاہم، یہ خصوصیت درحقیقت چپ کے اجزاء میں "ٹمبسٹوننگ" کے نقائص کو کم کرنے میں مدد کرتی ہے۔

لیڈڈ سولڈر مرکب: کلاسیکی اور میراث

ٹن-لیڈ الائے سسٹم

تیزی سے سخت ماحولیاتی ضوابط کے باوجود، لیڈ سولڈرز فوجی، ایرو اسپیس، طبی آلات، اور دیگر اعلی- قابل اعتماد ایپلی کیشنز میں استعمال کے لیے مستثنیٰ ہیں۔ یہ فیلڈز انتہائی سخت سولڈر جوائنٹ وشوسنییتا کا مطالبہ کرتے ہیں، اور ٹن-لیڈ الائے نے نصف صدی سے زیادہ انجینئرنگ کی توثیق کے ذریعے سب سے زیادہ جامع قابل اعتماد ڈیٹا بیس قائم کیا ہے۔

Sn63/Pb37 (Eutectic ٹن-لیڈ)

یہ الیکٹرانکس انڈسٹری کی تاریخ میں سب سے زیادہ کلاسک سولڈر فارمولیشن ہے۔ 183 ڈگری کا eutectic پگھلنے کا نقطہ ایک وسیع پروسیس ونڈو فراہم کرتا ہے، جس میں عام ریفلو چوٹی کا درجہ حرارت صرف 205-215 ڈگری -240-245 ڈگری سے کم ہے جو لیڈ فری سولڈرز کے لیے درکار ہے۔ کم درجہ حرارت سولڈرنگ کا مطلب ہے:

اجزاء پر کم تھرمل دباؤ، خاص طور پر حرارت کے حساس حصوں جیسے الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز اور آپٹو الیکٹرانک آلات کے لیے فائدہ مند

کم پی سی بی وار پیج اور اخترتی

توسیعی سامان کی عمر اور کم توانائی کی کھپت

مائیکرو اسٹرکچرل نقطہ نظر سے، Sn63/Pb37 ٹن اور لیڈ فیزز کے ساتھ ایک عام لیملر یوٹیکٹک ڈھانچہ بناتا ہے، جو تھکاوٹ کی بہترین مزاحمت فراہم کرتا ہے۔ سیسہ کی موجودگی ٹن وِسکر کی نشوونما کو مؤثر طریقے سے روکتی ہے

Sn60/Pb40

Sn63/Pb37 سے قدرے کم لاگت، لیکن eutectic نقطہ سے ہٹ جاتی ہے، جس کے نتیجے میں پیسٹی رینج ہوتی ہے۔ دستی سولڈرنگ کے منظرناموں میں، یہ خصوصیت درحقیقت لمبا "کام کرنے کا وقت" فراہم کرتی ہے، جو سولڈررز کو جوڑوں کو ایڈجسٹ کرنے کی اجازت دیتی ہے۔

Sn62/Pb36/Ag2 (Ternary Alloy)

2% چاندی کا اضافہ نمایاں بہتری لاتا ہے: چاندی ٹانکا لگانے والے مائع درجہ حرارت کو کم کرتی ہے اور گیلے پن کو بہتر بناتی ہے۔ زیادہ اہم بات یہ ہے کہ، تانبے کے پیڈ کی تہہ کے ساتھ چاندی کا رد عمل سولڈر میٹرکس میں تانبے کی تحلیل کی شرح کو سست کر دیتا ہے، لہر سولڈرنگ جیسی مسلسل کارروائیوں میں سولڈر برتن کی زندگی کو بڑھاتا ہے۔ چاندی کا اضافہ سولڈر جوڑوں کی برقی چالکتا اور سنکنرن مزاحمت کو بھی بڑھاتا ہے۔

اعلی-درجہ حرارت کی قیادت والے ٹانکے

کچھ خاص ایپلی کیشنز کو اعلی درجہ حرارت کے ماحول میں مستحکم رہنے کے لیے سولڈر جوڑوں کی ضرورت ہوتی ہے۔ چونکہ خالص سیسہ کا پگھلنے کا نقطہ 327 ڈگری تک ہوتا ہے، لہٰذا اعلی-سیسے کے مرکب اعلی-درجہ حرارت کے سولڈر کے لیے ترجیحی انتخاب بن جاتے ہیں۔

Sn10/Pb88/Ag2

تقریباً 299 ڈگری کے پگھلنے کے نقطہ کے ساتھ، یہ مرکب انتہائی اعلی-درجہ حرارت والے ماحول جیسے ہوائی جہاز کے انجن کے کنٹرول کے نظام اور ڈاون ہول تیل اور گیس کے آلات کے لیے موزوں ہے۔ اس طرح کے مرکب عام طور پر "پہلے-اسٹیپ سولڈرنگ" میٹریل کے طور پر استعمال ہوتے ہیں، اس کے بعد کے عمل میں "اسٹیپ سولڈرنگ" کے لیے کم-پگھلنے والے-پوائنٹ سولڈر کا استعمال کیا جاتا ہے تاکہ یہ یقینی بنایا جا سکے کہ اعلی-درجہ حرارت کے جوڑ دوبارہ پگھل نہیں رہے ہیں۔

لیڈ-مفت سولڈر مرکب: ماحولیاتی دور کے ورک ہارسز

ایس اے سی الائے فیملی

SAC (Sn-Ag-Cu، tin-چاندی-تانبے کے مرکب آج کی الیکٹرانکس مینوفیکچرنگ انڈسٹری میں مطلق مرکزی دھارے ہیں۔ 2006 میں جب سے RoHS کی ہدایت نافذ ہوئی ہے، SAC الائے نے مسلسل کنزیومر الیکٹرانکس، صنعتی کنٹرول، ٹیلی کمیونیکیشن آلات اور دیگر شعبوں میں مارکیٹ شیئر حاصل کیا ہے۔ اعداد و شمار سے پتہ چلتا ہے کہ SAC الائے کا حصہ 65% سے زیادہ لیڈ- فری سولڈر مارکیٹ میں ہے۔

SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5)

یہ آئی پی سی کی سولڈر پروڈکٹس ویلیو کونسل کے ذریعہ تجویز کردہ "ترجیحی" لیڈ-مفت مرکب ہے اور عالمی سطح پر وسیع پیمانے پر اپنایا جاتا ہے۔ اس کی کامیابی متعدد پہلوؤں میں توازن سے ہوتی ہے:

پگھلنے کا نقطہ اور عمل کی اہلیت: 217-220 ڈگری پگھلنے کا نقطہ، جبکہ ٹن لیڈ یوٹیکٹک سے 34 ڈگری زیادہ، زیادہ تر الیکٹرانک اجزاء کے درجہ حرارت کی رواداری کے اندر رہتا ہے۔ عام ریفلو چوٹی کا درجہ حرارت 235-245 ڈگری پر سیٹ کیا جاتا ہے، جس میں مائع (TAL) سے اوپر کا وقت 60-90 سیکنڈ تک کنٹرول کیا جاتا ہے۔

مکینیکل پراپرٹیز: SAC305 کی تناؤ کی طاقت تقریباً 40-50 MPa ہے، Sn63/Pb37 کے 25-35 MPa سے زیادہ۔ یہ بنیادی طور پر چاندی کے ذریعہ تشکیل پانے والے Ag3Sn انٹرمیٹالک مرکبات کے بازی مضبوط کرنے والے اثر سے منسوب ہے۔ تاہم، اعلی طاقت کا مطلب بھی کم لچک ہے، ممکنہ طور پر ڈراپ امپیکٹ ٹیسٹ میں ٹن لیڈ سولڈر کے مقابلے میں کمتر کارکردگی کا نتیجہ ہے۔

گیلا پن: ٹن-لیڈ سولڈر کے مقابلے میں، SAC305 میں گیلا کرنے کا ایک بڑا زاویہ ہے (تقریباً 30 ڈگری بمقابلہ 15 ڈگری) اور گیلا کرنے کی رفتار کم ہے۔ اس کے لیے زیادہ فعال بہاؤ استعمال کرنے یا سولڈرنگ درجہ حرارت پروفائلز کو بہتر بنانے کی ضرورت ہے۔

تھرمل تھکاوٹ مزاحمت: SAC305 تھرمل سائیکلنگ ٹیسٹ (-40 ڈگری سے +125 ڈگری) میں بہترین کارکردگی کا مظاہرہ کرتا ہے، جس میں ٹانکا لگانا جوائنٹ لائف ٹن لیڈ سولڈر کے مقابلے یا اس سے بھی زیادہ ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ Ag3Sn فیز اناج کی باؤنڈری سلائیڈنگ کو پن کرتا ہے، جس سے تھکاوٹ کے شگاف کے پھیلاؤ میں تاخیر ہوتی ہے۔

لاگت کے عوامل: چاندی کی قیمتوں میں اتار چڑھاؤ SAC305 کی قیمتوں کو نمایاں طور پر متاثر کرتا ہے۔ جب 2011 میں چاندی کی قیمتیں $40/oz سے تجاوز کر گئیں، صنعت نے فعال طور پر کم-چاندی کے متبادل کی تلاش کی۔

SAC387 (Sn95.5/Ag3.8/Cu0.7)

حقیقی ٹرنری یوٹیکٹک پوائنٹ کے قریب، تیز پگھلنے والے رویے کی نمائش کرتا ہے۔ زیادہ چاندی کا مواد SAC305 کے مقابلے میں قدرے بہتر تھرمل تھکاوٹ مزاحمت فراہم کرتا ہے، جو اسے درجہ حرارت کے شدید اتار چڑھاو جیسے آٹوموٹو انجن کے کمپارٹمنٹس اور صنعتی کنٹرول کیبنٹ کے لیے زیادہ موزوں بناتا ہے۔ ابتدائی لیڈ-مفت علمبردار جیسے Motorola نے 2001 کے اوائل میں SAC387 کے ساتھ موبائل فون بنانا شروع کیا۔

SAC105 (Sn98.5/Ag1.0/Cu0.5)

چاندی کی بڑھتی ہوئی قیمتوں اور پورٹیبل آلات کے لیے مزاحمتی تقاضوں میں کمی کے جواب میں کم-چاندی کا مرکب تیار ہوا۔ تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ چاندی کے مواد کو کم کرنے سے ٹوٹنے والے Ag3Sn مرحلے کے حجم کے حصے میں کمی آتی ہے، سولڈر جوڑوں کی پلاسٹک کی خرابی کی صلاحیت کو بہتر بناتا ہے اور اس طرح ڈراپ اثر کارکردگی کو بڑھاتا ہے۔ iNEMI (انٹرنیشنل الیکٹرانکس مینوفیکچرنگ انیشیٹو) ٹیسٹنگ ظاہر کرتی ہے کہ SAC105 ڈراپ ٹیسٹ میں SAC305 کو پیچھے چھوڑ دیتا ہے۔ تاہم، سلور کا کم مواد تھرمل سائیکلنگ کی قابل اعتمادی کو قربان کرتا ہے، اس لیے SAC105 بنیادی طور پر پورٹیبل کنزیومر الیکٹرانکس جیسے اسمارٹ فونز اور ٹیبلٹس میں استعمال ہوتا ہے۔

ڈوپڈ ترمیم شدہ SAC اللویس

کارکردگی کو مزید بہتر بنانے کے لیے، محققین نے ٹریس عنصر کے اضافے کے ساتھ مختلف SAC مرکب تیار کیے ہیں:

SAC+Mn/Ce: ٹریس کی مقدار شامل کرنا (<0.1%) of manganese or cerium significantly improves both drop impact and thermal cycling performance

SAC+Bi: بسمتھ کا اضافہ گیلے پن کو بہتر بناتا ہے، پگھلنے کے نقطہ کو کم کرتا ہے، اور سولڈر جوائنٹ وائڈنگ کو کم کرتا ہے۔

SAC+Ni: نکل بنیادی دھات کاری کی تہہ کو ضرورت سے زیادہ تحلیل سے بچاتا ہے۔

SAC+Sb: اینٹیمونی ٹن سرگوشیوں کو دبانے کے دوران میکانکی طاقت کو بڑھاتا ہے۔

ٹن-تانبے کے مرکب (Sn-Cu)

Sn99.3/Cu0.7

سادہ ترین لیڈ-مفت بائنری الائے جس کا پگھلنے کا نقطہ تقریباً 227 ڈگری ہے، جو SAC305 سے تقریباً 7 ڈگری زیادہ ہے۔ ٹن-تانبے کے مرکب کا سب سے بڑا فائدہ لاگت ہے-مہنگی چاندی کو مکمل طور پر ختم کرنا انہیں لہر سولڈرنگ اور دستی سولڈرنگ کے لیے ایک اقتصادی انتخاب بناتا ہے۔

تاہم، خالص ٹن-تانبے کے مرکب میں SAC سیریز کے مقابلے میں کم تر گیلا پن اور مکینیکل خصوصیات ہیں۔ ان کوتاہیوں کو دور کرنے کے لیے، صنعت نے مختلف ترمیم شدہ فارمولیشنز تیار کیے ہیں:

SN100C (Sn-0.7Cu-0.05Ni+Ge)

ٹریس نکل اور جرمینیم کے اضافے کے ساتھ، SN100C کی گیلی صلاحیت SAC305 تک پہنچ جاتی ہے، اور تانبے کی تحلیل سست ہوتی ہے، جس سے لہر سولڈر برتن کی بحالی کے وقفوں کو بڑھاتا ہے۔ جرمینیم آکسیکرن اور ڈراس کی تشکیل کو کم کرتا ہے۔

K100 (Sn-Cu-Ni سیریز)

ویو سولڈرنگ کے لیے موزوں الائے، جہاں نکل کا اضافہ (Cu,Ni)6Sn5 انٹرمیٹالک کمپاؤنڈ پرتیں بناتا ہے جو کہ خالص Cu6Sn5 سے زیادہ مستحکم ہوتا ہے، جس سے ضرورت سے زیادہ انٹرفیشل IMC نمو میں تاخیر ہوتی ہے۔

ٹن-بسمتھ لو-درجہ حرارت کے مرکب (Sn-Bi)

کم-درجہ حرارت سولڈرنگ ٹیکنالوجی نے حالیہ برسوں میں خاصی توجہ مبذول کی ہے، جس کی وجہ سے:

درجہ حرارت-حساس اجزاء (جیسے MEMS اور بعض سینسر) کے لیے اسمبلی کے تقاضے

پی سی بی اور بی جی اے پیکیج وار پیج کو کم کرنا

توانائی کا تحفظ، اخراج میں کمی، اور کاربن فوٹ پرنٹ میں کمی

مرحلہ وار سولڈرنگ کے عمل میں "دوسرا-مرحلہ" کم-درجہ حرارت سولڈرنگ

Sn42/Bi58 (Eutectic Tin-Bismuth)

صرف 138 ڈگری کے پگھلنے کے نقطہ کے ساتھ، یہ سب سے کم پگھلنے کا نقطہ عملی لیڈ-مفت سولڈر ہے۔ عام ریفلو چوٹی کے درجہ حرارت کو 170-180 ڈگری تک کنٹرول کیا جا سکتا ہے، جو SAC305 سے تقریباً 70 ڈگری کم ہے۔ اس کا مطلب ہے:

حرارت کے حساس اجزاء کو پہنچنے والے نقصان کے خطرے کو نمایاں طور پر کم کر دیا گیا۔

PCBs اور BGAs میں تھرمل وار پیج کو کافی حد تک کم کیا گیا۔

کم ریفلو اوون توانائی کی کھپت اور توسیعی سامان کی زندگی

تاہم، بسمتھ کی موروثی ٹوٹ پھوٹ Sn-Bi alloys کی Achilles کی ہیل ہے۔ خالص Sn42/Bi58 کی لمبائی صرف 1-2% ہے، جو SAC305 کے 20-40% سے بہت کم ہے۔ اس کی وجہ سے ٹانکا لگانے والے جوڑوں کو ڈراپ اثر یا موڑنے والے دباؤ کے تحت آسانی سے ٹوٹ جاتا ہے۔ مزید برآں، اعلی درجہ حرارت کی بڑھتی ہوئی عمر انٹرفیس پر بسمتھ کی علیحدگی کا سبب بنتی ہے، اور میکانکی خصوصیات کو مزید خراب کرتی ہے۔

Sn42/Bi57/Ag1

1% چاندی کا اضافہ کم پگھلنے والے پوائنٹ کے فوائد کو برقرار رکھتے ہوئے گیلے پن اور تھکاوٹ کے خلاف مزاحمت کو بہتر بناتا ہے۔ چاندی کے ذریعے تشکیل پانے والا Ag3Sn مرحلہ کسی حد تک مائیکرو اسٹرکچر کو بہتر کرتا ہے، جس سے لچک میں بہتری آتی ہے۔

غیر-Eutectic Sn-Bi Alloys

تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ eutectic مرکب سے ہٹنے والے مرکب (جیسے Sn-Bi کے ساتھ 40% Bi یا اس سے کم) بہتر میکانکی خصوصیات رکھتے ہیں۔ نچلے بسمتھ کا مواد نسبتاً کم پگھلنے والے مقامات کو برقرار رکھتے ہوئے ٹوٹنے والے مراحل کے حجم کے حصے کو کم کرتا ہے۔

Reinforced Sn-Bi Composite Solders

ٹوٹ پھوٹ کے مسائل پر قابو پانے کے لیے، صنعت نے کمک کے مختلف طریقوں کو تلاش کیا ہے:

Epoxy- reinforced سولڈر: ٹانکا لگانا پیسٹ میں epoxy اجزاء شامل کرنے سے ایک حفاظتی پرت بنتی ہے جو ری فلو کے بعد سولڈر جوڑوں کو گھیرتی ہے

نینو پارٹیکل ری انفورسمنٹ: اناج کی ساخت کو بہتر بنانے کے لیے NiO اور TiO2 جیسے نینو پارٹیکلز کو شامل کرنا

ہائبرڈ سولڈرنگ ٹیکنالوجی: کم-درجہ حرارت Sn-بائی سولڈر پیسٹ کو SAC305 سولڈر بالز کے ساتھ ملا کر کم درجہ حرارت پر ہائبرڈ جوڑوں کو مکمل کرنا

دیگر خاص اللویس

Sn-Ag (بائنری ٹن-سلور)

Sn96.5/Ag3.5 ابتدائی لیڈ-مفت سولڈر ریسرچ کا مرکز تھا، جس کا پگھلنے کا نقطہ 221 ڈگری تھا، SAC سیریز کے قریب۔ خالص ٹن-چاندی کے مرکب SAC سے بہتر گیلے ہونے کی صلاحیت رکھتے ہیں لیکن اس کی قیمت زیادہ ہوتی ہے، اور ان میں انٹرفیشل IMC گروتھ کی کمی ہوتی ہے جو تانبا فراہم کرتا ہے۔

Sn-Zn (Tin-Zinc)

Sn91/Zn9 eutectic الائے کا پگھلنے کا نقطہ صرف 199 ڈگری ہے، ٹن-لیڈ اور SAC کے درمیان، اور کبھی اسے ایک امید افزا لیڈ-فری امیدوار سمجھا جاتا تھا۔ تاہم، زنک کی زیادہ رد عمل آکسیکرن کے شدید مسائل کا باعث بنتی ہے، جس میں سولڈرنگ کے دوران غیر فعال ماحول کی حفاظت کی ضرورت ہوتی ہے۔ تانبے کے پیڈوں میں زنک کی سنکنرنی بھی درخواست میں رکاوٹ ہے۔

Sn-ان (ٹن-انڈیم)

انڈیم پگھلنے والے پوائنٹس کو ڈرامائی طور پر کم کر سکتا ہے (Sn-52 میں eutectic پوائنٹ صرف 118 ڈگری ہے) اور سونے کے ساتھ اچھی مطابقت رکھتا ہے، جس سے یہ سونے کے تاروں کی بندھن اور کم درجہ حرارت والے ڈائی اٹیچ کے لیے موزوں ہے۔ تاہم، انڈیم کی کمی، زیادہ قیمت، اور سنکنرن کے لیے حساسیت اس کی درخواست کی حد کو محدود کرتی ہے۔

فلوکس: سولڈرنگ کامیابی کا پوشیدہ سرپرست

فلوکس میکانزم آف ایکشن

اس سے کوئی فرق نہیں پڑتا ہے کہ سولڈر الائے خود کتنا ہی عمدہ کیوں نہ ہو، سولڈرنگ کا عمل مناسب بہاؤ کے بغیر آگے نہیں بڑھ سکتا۔ بہاؤ کے بنیادی افعال میں شامل ہیں:

آکسائیڈ ہٹانا: دھاتی سطحیں ہوا میں آکسائیڈ فلمیں بناتی ہیں جو ٹانکا لگانا روکتی ہیں۔ بہاؤ میں فعال اجزاء (جیسے نامیاتی تیزاب اور ہالائڈز) آکسائڈ کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتے ہیں جب انہیں گرم، تحلیل یا غیر مستحکم مرکبات میں تبدیل کیا جاتا ہے۔

دوبارہ-آکسیڈیشن کی روک تھام: سولڈرنگ درجہ حرارت پر، فلوکس دھاتی سطحوں کو ڈھانپتا ہے جو ایک حفاظتی تہہ بناتا ہے جو کہ فضا میں آکسیجن کو الگ کرتی ہے۔

سطحی تناؤ میں کمی: بہاؤ میں سرفیکٹینٹس پگھلے ہوئے سولڈر کی سطح کے تناؤ کو کم کرتے ہیں، پیڈ پر یکساں پھیلاؤ کو فروغ دیتے ہیں۔

ہیٹ ٹرانسفر میڈیم: مائع بہاؤ گرمی کو سولڈرنگ انٹرفیس میں یکساں طور پر منتقل کرنے میں مدد کرتا ہے۔

فلوکس درجہ بندی کا نظام

IPC J-STD-004 معیار کے مطابق، بہاؤ کو بنیادی مواد اور سرگرمی کی سطح کے لحاظ سے درجہ بندی کیا جاتا ہے:

روزن-بیسڈ فلوکس

روزن ایک قدرتی مصنوعہ ہے جو پائن کے درخت کی رال سے نکالا جاتا ہے، بنیادی طور پر ابیٹک ایسڈ پر مشتمل ہوتا ہے۔ Rosin-کی بنیاد پر بہاؤ کی ایک طویل تاریخ اور مستحکم کارکردگی ہے، جو الیکٹرانک سولڈرنگ کے روایتی انتخاب کی نمائندگی کرتی ہے۔

R (Rosin): سب سے کم سرگرمی کے ساتھ خالص روزن، صرف کم سے کم آکسیڈیشن والی صاف شدہ سطحوں کے لیے موزوں

RMA (روزن ہلکے سے چالو): اعتدال پسند سرگرمی اور ہلکی باقیات کے ساتھ ایکٹیویٹرز کی تھوڑی مقدار پر مشتمل ہے۔

RA (Rosin Activated): زیادہ ایکٹیویٹر مواد، زیادہ بھاری آکسیڈائزڈ سطحوں کے لیے موزوں، باقیات کو صفائی کی ضرورت ہوتی ہے

روزن فلوکس کی باقیات ٹھوس، غیر-مواصلاتی، اور کمرے کے درجہ حرارت پر کیمیائی طور پر غیر فعال ہوتی ہیں۔ روایتی طور پر، R اور RMA باقیات کو سرکٹ بورڈز پر چھوڑنا قابل قبول سمجھا جاتا تھا، لیکن جدید ہائی-کثافت والے سرکٹس سخت صفائی کا مطالبہ کرتے ہیں، اور بہت سی ایپلی کیشنز اب بھی صفائی کی سفارش کرتی ہیں۔

پانی-گھلنشیل بہاؤ

نامیاتی تیزاب (جیسے سائٹرک ایسڈ اور اڈیپک ایسڈ) کو فعال اجزاء کے طور پر استعمال کرتا ہے، جو عام طور پر پانی میں گھلنشیل کیریئرز جیسے ایتھیلین گلائکول-سے تیار ہوتے ہیں۔ پانی-حل پذیر بہاؤ میں سب سے زیادہ سرگرمی ہوتی ہے، جو ضدی آکسائیڈ کی تہوں کو ہٹانے کی صلاحیت رکھتی ہے، جو مشکل-سے-ٹانکا لگانے والی سطحوں یا بھاری آکسیڈائزڈ پرانے حصوں کے لیے موزوں ہے۔

تاہم، اعلی سرگرمی کا مطلب اعلی سنکنرن خطرہ بھی ہے۔ پانی کی لہٰذا، پانی کی صفائی کے سخت عمل کو پانی-حل پذیر بہاؤ کے استعمال پر عمل کرنا چاہیے۔

نہیں-کلین فلوکس

عمل کے بہاؤ کو آسان بنانے اور اخراجات کو کم کرنے کے لیے تیار کیا گیا ہے۔ اس کا ڈیزائن فلسفہ یہ ہے: فعال اجزاء سولڈرنگ درجہ حرارت پر اپنا ڈی آکسیڈیشن کام مکمل کرتے ہیں، پھر باقیات ایک غیر-کنڈکٹیو، غیر-سنکنی حالت میں رہتی ہیں جنہیں سرکٹ بورڈز پر محفوظ طریقے سے چھوڑا جا سکتا ہے۔

نہیں-کلین فلوکس عام طور پر کم ٹھوس مواد کے فارمولیشنز (1-5%) کا استعمال کرتا ہے، زیادہ تر فعال مادے ری فلو کے دوران اتار چڑھاؤ یا گلنے کے ساتھ۔ باقیات کی مقدار کم سے کم اور کیمیائی طور پر مستحکم ہے۔ یہ تیز رفتار SMT پروڈکشن لائنوں کے لیے ترجیحی انتخاب بناتا ہے- صفائی کے عمل کو ختم کرنے کا مطلب ہے سائیکل کا کم وقت، سازوسامان کی کم سرمایہ کاری، اور کم کیمیاوی کھپت۔

تاہم، "نہیں-کلین" کا مطلب "کوئی باقیات نہیں" نہیں ہے۔ اعلی-قابل اعتماد ایپلی کیشنز (ایرو اسپیس، میڈیکل امپلانٹس) یا ہائی-فریکوئنسی سرکٹس میں، یہاں تک کہ ٹریس کی باقیات بھی کارکردگی کو متاثر کر سکتی ہیں۔ لہذا، یہ ایپلی کیشنز عام طور پر اب بھی صفائی کے عمل کا انتخاب کرتی ہیں۔

بہاؤ انتخاب کی حکمت عملی

بہاؤ کے انتخاب کے لیے درج ذیل عوامل پر جامع غور کرنے کی ضرورت ہے:

سولڈرنگ آبجیکٹ کی سطح کی حالت: نئے تیار کردہ ٹن-پلیٹڈ اجزاء میں کم سے کم آکسیکرن ہوتا ہے اور وہ کم-سرگرمی کا بہاؤ استعمال کر سکتے ہیں۔ لمبے سٹوریج کے اوقات یا ناقص سطح کے علاج والے اجزاء کے لیے اعلی-سرگرمی کے بہاؤ کی ضرورت ہوتی ہے۔

سولڈر ملاوٹ کی قسم: لیڈ-مفت سولڈرز میں عام طور پر ٹن-لیڈ سولڈرز کے مقابلے میں کم تر گیلا پن ہوتا ہے، عام طور پر زیادہ فعال بہاؤ کی ضرورت ہوتی ہے۔

صفائی کی صلاحیت: اگر پروڈکشن لائن میں صفائی کا مکمل سامان ہے (الٹراسونک، اسپرے سسٹم)، تو پانی میں گھلنشیل بہاؤ کا انتخاب بہترین سولڈرنگ کے نتائج کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ بصورت دیگر، کوئی-صاف یا روزن-پر مبنی انتخاب نہیں کیا جانا چاہئے۔

مصنوعات کی وشوسنییتا کی سطح: IPC کلاس 3 (اعلی-قابل اعتماد) پروڈکٹس کو عام طور پر باقیات کی صفائی کی ضرورت ہوتی ہے یا سختی سے تصدیق شدہ نمبر-کلین فلوکس کا استعمال کرنا ہوتا ہے۔

ماحولیاتی ضوابط: کچھ علاقوں میں VOC (غیر مستحکم نامیاتی مرکب) کے اخراج پر سخت حدود ہیں، جن کے لیے پانی-بیسڈ یا کم-VOC فارمولیشنز کی ضرورت ہوتی ہے۔

ٹن وِسکرز: لیڈ-مفت دور کا قابل اعتماد ڈراؤنا خواب

ٹن وِسکر رجحان اور خطرات

ٹن وِسکرز فلیمینٹری سنگل-کرسٹل ڈھانچے ہیں جو خالص ٹن یا اونچی-ٹین مرکب سطحوں سے بے ساختہ بڑھتے ہیں، عام طور پر قطر میں 1-5 مائیکرو میٹر اور لمبائی میں سینکڑوں مائیکرو میٹر سے کئی ملی میٹر تک ہوتی ہے۔ یہ تقریباً پوشیدہ دھاتی "بال" الیکٹرانک ڈیوائس کی وشوسنییتا کے لیے سنگین خطرہ ہیں۔

وہ طریقہ کار جن کے ذریعے ٹن سرگوشیاں ناکامی کا باعث بنتی ہیں:

شارٹ سرکٹس: ملحقہ کنڈکٹرز کو برج کرنے والی ٹن سرگوشیاں بجلی کی شارٹس کا سبب بنتی ہیں۔ اعلی-کثافت والے پیکجوں میں (0.5 ملی میٹر پچ اور نیچے)، صرف دسیوں مائکرو میٹر لمبی سرگوشیاں تباہی کا باعث بن سکتی ہیں۔

آرک ڈسچارج: ہائی-وولٹیج والے ماحول میں، ٹن وِسکر آرسنگ کو متحرک کر سکتے ہیں، جس سے فوری طور پر زیادہ-درجہ حرارت پگھل سکتا ہے، خاص طور پر خلا یا کم-دباؤ والے ماحول میں خطرناک ہے (جیسے سیٹلائٹ اور اونچائی کا سامان)۔

ملبے کی آلودگی: ٹن سرگوشیاں ٹوٹ سکتی ہیں، سازوسامان کے اندر کنڈکٹیو ملبہ بناتی ہیں جو تصادفی طور پر وقفے وقفے سے ناکامی کا باعث بنتی ہیں۔

تاریخی طور پر، ٹن سرگوشیاں کئی مشہور تباہ کن واقعات کا سبب بنی ہیں:

گلیکسی IV سیٹلائٹ (1998): کنٹرول کمپیوٹر میں ٹن وِسکر شارٹ سرکٹ کے باعث پورا سیٹلائٹ فیل ہو گیا جس سے کروڑوں ڈالر کا نقصان ہوا۔

مل اسٹون نیوکلیئر پاور پلانٹ (2005): ٹن وِسکرز نے بھاپ کے دباؤ کی نگرانی کے نظام کو غلط الارم بنا دیا، جس سے ہنگامی بندش شروع ہو گئی۔

ٹویوٹا "فینٹم ایکسلریشن" واقعہ (تفتیش میں مذکور): کچھ محققین نے تھروٹل پوزیشن سینسرز میں ٹن سرگوشیوں کو پایا، اگرچہ سرکاری تحقیقات نے بالآخر اس وجہ کو مسترد کر دیا

ٹن وِسکر فارمیشن میکانزم

اگرچہ ٹن وِسکر کے رجحان کو 1940 کی دہائی کے اوائل میں دریافت کیا گیا تھا، لیکن اس کی تشکیل کا صحیح طریقہ کار نامکمل طور پر سمجھا جاتا ہے۔ فی الحال تسلیم شدہ بنیادی ڈرائیونگ عوامل ہیں۔کمپریشن دباؤ:

انٹرمیٹالک کمپاؤنڈ گروتھ کا تناؤ: جب ٹن چڑھانا تانبے کے سبسٹریٹ سے رابطہ کرتا ہے، تو تانبے کے ایٹم ٹن کی تہہ میں پھیل جاتے ہیں، جس سے انٹرفیس میں Cu6Sn5 انٹرمیٹالک مرکبات پیدا ہوتے ہیں۔ IMC حجم کی توسیع ٹن کی تہہ میں دباؤ پیدا کرتی ہے۔

تھرمل ایکسپینشن گتانک کی مماثلت: ٹن اور سبسٹریٹس جیسے تانبے اور نکل کے درمیان تھرمل ایکسپینشن (CTE) کے گتانک میں فرق درجہ حرارت کے اتار چڑھاو کے ساتھ انٹرفیشل تناؤ کے جمع ہونے کا سبب بنتا ہے۔

مکینیکل تناؤ: اجزاء لیڈ موڑنے، پریس-فٹنگ، وائبریشن، اور دیگر میکانکی حرکتیں مقامی تناؤ کی ارتکاز پیدا کرتی ہیں۔

سنکنرن-حوصلہ افزائی تناؤ: آئنک آلودگی (جیسے کلورائڈ اور سلفائیڈ آئن) مقامی سنکنرن کو شروع کرتی ہے، آکسائیڈ پروڈکٹ کے حجم میں تبدیلی کے ساتھ تناؤ پیدا ہوتا ہے۔

ٹن وِسکر کی نمو کا جوہر وہ عمل ہے جس کے ذریعے ٹن کرسٹل اناج کی باؤنڈری ڈفیوژن اور ڈس لوکیشن موشن کے ذریعے اندرونی تناؤ کو جاری کرتے ہیں۔ جب تناؤ ایک اہم قدر سے بڑھ جاتا ہے تو، ٹن کے ایٹم مخصوص کرسٹللوگرافک سمتوں کے ساتھ ہجرت کرتے ہیں اور سطح پر سرگوشیاں بنانے کے لیے "ایکسٹروڈ" ہوتے ہیں۔

خاص طور پر، جس وجہ سے سیسہ کا اضافہ ٹن وِسکر کی نشوونما کو روکتا ہے وہ بنیادی طور پر یہ ہے: سیسہ کے ایٹم ٹن اناج کی حدود میں الگ ہوجاتے ہیں، اناج کی باؤنڈری کے پھیلاؤ کو روکتے ہیں۔ اس کے ساتھ ہی، لیڈ فیز کی موجودگی ٹن کے اناج کی ساخت کو تبدیل کرتی ہے، یکساں تناؤ میں نرمی کو فروغ دیتی ہے۔

ٹن وِسکر کم کرنے کی حکمت عملی

چونکہ ٹن وِسکر کے خطرے کو مکمل طور پر ختم نہیں کیا جا سکتا، اس لیے صنعت کثیر- سطحی تخفیف کی حکمت عملی اپناتی ہے:

مواد کی سطح

نکل بیریئر پرت: تانبے کے سبسٹریٹ اور ٹن پلیٹنگ کے درمیان نکل چڑھانے والی تہہ (1-2 مائیکرو میٹر) کو شامل کرنا تانبے کے پھیلاؤ کو ٹن میں روکتا ہے، جس سے IMC ترقی کے دباؤ کے ذرائع کو ختم کرتا ہے۔

ٹن-لیڈ وسرجن/ہاٹ ڈِپ ٹریٹمنٹ: خالص ٹن چڑھایا ہوا اجزاء کو ٹن میں ڈبونا-لیڈ سولڈر سرگوشیوں کو دبانے کے لیے سیسہ متعارف کراتا ہے

روشن ٹن کے بجائے میٹ ٹن: بڑے-اناج کے دھندلا ٹن چڑھانے میں چھوٹے-اناج کے روشن ٹن سے کم تناؤ کی سطح ہوتی ہے

بسمتھ اور دیگر مرکب عناصر کا اضافہ: ٹریس بسمتھ ٹن کے اناج کی ساخت کو تبدیل کر سکتا ہے، جو سیسہ کی طرح دبانے والے اثرات فراہم کرتا ہے۔

عمل کی سطح

اینیلنگ کا علاج: 1 گھنٹہ یا اس سے زیادہ درجہ حرارت کے لیے 150 ڈگری پر علاج تناؤ میں نرمی کو فروغ دیتا ہے۔

فیوزنگ ٹریٹمنٹ: Heating pure tin plating above melting (>232 ڈگری) پھر ٹھنڈک چڑھانے کے تناؤ کو ختم کرتی ہے۔

سولڈر کوریج: سولڈرنگ کے ذریعے، خالص ٹن لیڈز مکمل طور پر ٹن-لیڈ یا SAC سولڈر سے ڈھک جاتی ہیں

ڈیزائن کی سطح

کنفارمل کوٹنگ: PCB اسمبلی کے بعد 2-3 ملی میٹر موٹی پولی یوریتھین، ایکریلک، یا سلیکون کوٹنگ لگانے سے ٹن وِسکر کی نشوونما کو جسمانی طور پر روکا جاتا ہے یا شارٹس کے دخول کو روکتا ہے۔

کنڈکٹر سپیسنگ میں اضافہ: سرکٹ ڈیزائن میں ٹن وِسکر کی نمو کے لیے حفاظتی مارجن کی اجازت دینا

خالص ٹن چڑھانا کے بغیر اجزاء کا انتخاب: متبادل سطح کے علاج جیسے NiPdAu، ٹن-لیڈ، یا SAC بالز کی وضاحت کرنا

کھوج اور نگرانی

JEDEC JESD201 معیار کے مطابق تیز رفتار ٹن وِسکر گروتھ ٹیسٹ (درجہ حرارت-نمی سائیکلنگ، اعلی-درجہ حرارت زیادہ-نمی اسٹوریج) کا انعقاد

SEM (اسکیننگ الیکٹران مائکروسکوپ) کا استعمال کرتے ہوئے اہم علاقوں کا باقاعدہ معائنہ

سپلائر ٹن وِسکر رسک اسیسمنٹ سسٹم قائم کرنا

سولڈرنگ کے عمل اور درجہ حرارت کی پروفائل کی اصلاح

ریفلو سولڈرنگ

ریفلو سولڈرنگ سرفیس ماؤنٹ ٹیکنالوجی (SMT) کا بنیادی عمل ہے، جس کا بنیادی بہاؤ یہ ہے:

سولڈر پیسٹ کو پی سی بی پیڈ پر سٹینسل کے ذریعے پرنٹ کیا جاتا ہے۔

سولڈر پیسٹ پر مشینوں کی پوزیشن کے اجزاء کو چنیں-اور-لگائیں۔

پی سی بی ایک ریفلو اوون سے گزرتا ہے جہاں سولڈر پیسٹ پگھل کر سولڈر جوڑ بناتا ہے۔

درجہ حرارت کی پروفائل کے چار مراحل

پری ہیٹ زون: پی سی بی کو کمرے کے درجہ حرارت سے 150-200 ڈگری تک 1-3 ڈگری/سیکنڈ کے ریمپ ریٹ پر گرم کرنا، تھرمل جھٹکے سے بچتے ہوئے سولڈر پیسٹ میں سالوینٹس کو اتار چڑھاؤ کرنا

سوک زون: درجہ حرارت کو 150-200 ڈگری کی حد میں 60-120 سیکنڈ تک برقرار رکھنا، بورڈ کے یکساں درجہ حرارت کو یقینی بنانا اور آکسائیڈ کو ہٹانا شروع کرنے کے لیے بہاؤ کو چالو کرنا

ری فلو زون: چوٹی کے درجہ حرارت پر تیزی سے گرم ہونا (تقریباً 235-SAC305 کے لیے 245 ڈگری، ٹن لیڈ کے لیے 205-215 ڈگری) جہاں سولڈر پگھل کر جوڑ بنتا ہے۔ Liquidus (TAL) سے اوپر کا وقت 60-90 سیکنڈ تک کنٹرول کیا جاتا ہے۔

کولنگ زون: کمرے کے درجہ حرارت پر 2-4 ڈگری/سیکنڈ کی شرح سے ٹھنڈا کرنا۔ مناسب ٹھنڈک کی شرح ٹھیک، یکساں اناج کے ڈھانچے بنانے میں مدد کرتی ہے۔

لیڈ-مفت سولڈرنگ کے لیے خصوصی تحفظات

سیسہ کا اعلی پگھلنے والا نقطہ-مفت سولڈر ری فلو کے عمل کے لیے چیلنج پیش کرتا ہے:

چوٹی کا درجہ حرارت تقریباً 30 ڈگری تک بڑھ جاتا ہے، ممکنہ طور پر کچھ حرارت کے حساس اجزاء (الیکٹرولائٹک کیپسیٹرز، پلاسٹک کنیکٹر) کے درجہ حرارت کی حد سے زیادہ

زیادہ درجہ حرارت پی سی بی اور بی جی اے کے وار پیج کو بڑھاتا ہے، سولڈر جوائنٹ تناؤ کو بڑھاتا ہے۔

تمام سولڈر جوڑوں کو مائع درجہ حرارت تک پہنچنے کو یقینی بنانے کے لیے زیادہ درست درجہ حرارت کنٹرول کی ضرورت ہے۔

نائٹروجن حفاظتی ماحول گیلے پن کو بہتر بنا سکتا ہے اور آکسیکرن کو کم کر سکتا ہے۔

لہر سولڈرنگ

ویو سولڈرنگ بنیادی طور پر مخلوط اسمبلی بورڈز کے بیچ سولڈرنگ کے ذریعے-ہول اجزاء اور نیچے-سائیڈ سولڈرنگ کے لیے استعمال ہوتی ہے۔ پی سی بی کا نچلا حصہ پگھلی ہوئی سولڈر لہروں سے مسلسل رابطہ کرتا ہے، جس میں سولڈر کیپلیری ایکشن اور گیلا کرنے والے اجزاء کی لیڈز کے ذریعے سوراخوں سے گھس جاتا ہے۔

لہر سولڈر مینجمنٹ

لہر سولڈرنگ میں سولڈر برتن کی ساخت کا انتظام بہت اہم ہے۔ جیسے جیسے سولڈرنگ کی ترقی ہوتی ہے، درج ذیل آلودگی آہستہ آہستہ جمع ہو جاتی ہیں:

تانبے کی تحلیل: PCB copper layers and component leads release copper into the solder; excessive copper content (>0.3%) روانی کو کم کرتا ہے۔

آکسیکرن ڈراس: ٹانکا لگانے والی سطح کا آکسیکرن گندگی کی شکل دیتا ہے، مواد کے نقصان میں اضافہ ہوتا ہے۔

دیگر نجاست: پی سی بی کی سطح کے علاج سے نکل، سونا اور دیگر عناصر آہستہ آہستہ مرتکز ہوتے ہیں۔

باقاعدگی سے ٹانکا لگانے والی ساخت کا تجزیہ اور تازہ ٹانکا لگانا بحالی کے ضروری اقدامات ہیں۔ ٹن-تانبے کے مرکب (جیسے SN100C)، ان کی کم تانبے کی سنترپتی حل پذیری کی وجہ سے، SAC305 کے مقابلے لہر سولڈرنگ میں طویل زندگی رکھتے ہیں۔

سلیکٹیو سولڈرنگ

سلیکٹیو سولڈرنگ ویو سولڈرنگ اور مینوئل سولڈرنگ کے درمیان ایک عمل ہے، پروگرام کے قابل سولڈرنگ ہیڈز کا استعمال کرتے ہوئے مخصوص علاقوں کو ٹھیک ٹھیک ٹھکانے لگانے کے لیے۔ یہ عمل اس کے لیے موزوں ہے:

گرمی کے حساس اجزاء کے قریب-سوراخ سولڈرنگ کے ذریعے

اعلی-کثافت والے بورڈز کے علاقے جہاں ویو سولڈرنگ نہیں کی جا سکتی ہے۔

مخلوط اسمبلیاں جن میں مختلف سولڈر مرکب کی ضرورت ہوتی ہے۔

سلیکٹیو سولڈرنگ سسٹمز میں عام طور پر فلوکس اسپرے، پری ہیٹنگ اور سولڈرنگ کے لیے تین ماڈیول شامل ہوتے ہیں، ہر سولڈر جوائنٹ کی خصوصیات کے لیے حسب ضرورت پیرامیٹرز کے ساتھ۔

قابل اعتماد جانچ اور صنعت کے معیارات

سولڈر جوائنٹ قابل اعتماد تشخیص کے طریقے

تھرمل سائیکلنگ ٹیسٹنگ

استعمال کے دوران الیکٹرانک آلات کی طرف سے تجربہ کردہ درجہ حرارت کے اتار چڑھاو کی نقل کرتا ہے۔ عام حالات -40 ڈگری سے +125 ڈگری سائیکل ہیں، فی سائیکل 30-60 منٹ کے ساتھ۔ ٹانکا لگانے والے جوڑوں میں تھکاوٹ کی دراڑیں آہستہ آہستہ پیدا ہوتی ہیں جو تھرمل ایکسپینشن گتانک کی مماثلت کی وجہ سے پیدا ہونے والے تناؤ کے تحت ہوتی ہیں۔ ٹیسٹنگ عام طور پر سینکڑوں سے ہزاروں سائیکلوں تک جاری رہتی ہے جب تک کہ سولڈر جوائنٹ کی مزاحمت نمایاں طور پر بڑھ نہ جائے یا مکمل کھل نہ جائے۔

درجہ حرارت{{0}نمی کی جانچ

اعلی-درجہ حرارت، اعلی-نمی والے ماحول میں سنکنرن مزاحمت اور سولڈر جوائنٹس کی الیکٹرو کیمیکل منتقلی کے رجحان کا اندازہ کرتا ہے۔ عام حالات 1000 گھنٹے سے زیادہ کے لیے 85 ڈگری/85% RH ہیں۔ یہ ٹیسٹ خاص طور پر بہاؤ کی باقیات سے قابل اعتماد خطرات کو ظاہر کرتا ہے۔

ڈراپ امپیکٹ ٹیسٹنگ

پورٹیبل ڈیوائس ڈراپ کے منظرناموں کی نقل کرتا ہے۔ اسمبل شدہ پی سی بی کو معیاری فکسچر میں طے کیا جاتا ہے اور مخصوص اونچائیوں (جیسے 1.5 میٹر) سے سخت سطحوں پر گرایا جاتا ہے، دسیوں سے سینکڑوں بار دہرایا جاتا ہے۔ ٹانکا لگانا جوائنٹ کی ناکامی اور ناکامی کے طریقوں کے قطروں کی تعداد ریکارڈ کی جاتی ہے۔ SAC الائے، خاص طور پر اعلی-چاندی کے فارمولیشنز، اس ٹیسٹ میں خراب کارکردگی کا مظاہرہ کر سکتے ہیں۔

بینڈ ٹیسٹنگ

پی سی بی موڑنے والی اخترتی کے تحت سولڈر جوائنٹ فریکچر مزاحمت کا اندازہ کرتا ہے۔ چار-پوائنٹ یا تین-پوائنٹ موڑنے والے فکسچر سولڈر جوائنٹ برقی تسلسل کی نگرانی کرتے ہوئے کنٹرول شدہ تناؤ کا اطلاق کرتے ہیں۔

قینچ کی طاقت کی جانچ

مائیکرو-شیئر ٹیسٹرز کا استعمال کرتے ہوئے سولڈر بالز یا جوڑوں کی مکینیکل طاقت کی پیمائش کرتا ہے۔ یہ سولڈر کے معیار کا جائزہ لینے اور مختلف مرکبات/عمل کا موازنہ کرنے کے لیے ایک بنیادی میٹرک ہے۔

آئی پی سی معیارات کا نظام

IPC (ایسوسی ایشن کنیکٹنگ الیکٹرانکس انڈسٹریز) کے تیار کردہ معیارات عالمی الیکٹرانکس مینوفیکچرنگ انڈسٹری کے لیے مستند معیارات ہیں:

J-STD-001 "سولڈرڈ الیکٹریکل اور الیکٹرانک اسمبلیوں کے تقاضے"

یہ سولڈرنگ کے عمل اور کوالٹی کنٹرول کے لیے بنیادی معیار ہے، کورنگ:

مواد کے تقاضے: سولڈر، فلوکس، اور پی سی بی کی سطح کی تکمیل کے لیے وضاحتیں۔

عمل کے تقاضے: پری ہیٹنگ، سولڈرنگ ٹمپریچر، اور ٹائم پیرامیٹرز کا کنٹرول

قبولیت کا معیار: سولڈر جوائنٹ کی ظاہری شکل، گیلا زاویہ، اور بھرنے کی اونچائی کے لیے فیصلے کے معیار

ماحولیاتی کنٹرول: درجہ حرارت اور نمی، ESD تحفظ، اور صفائی کی ضروریات

J-STD-001 مصنوعات کی تین سطحوں میں درجہ بندی کرتا ہے:

کلاس 1: عام الیکٹرانک مصنوعات (کنزیومر الیکٹرانکس)

کلاس 2: وقف سروس الیکٹرانک مصنوعات (صنعتی، ٹیلی کمیونیکیشن)

کلاس 3: اعلی-کارکردگی والے الیکٹرانک مصنوعات (ملٹری، ایرو اسپیس، میڈیکل)

اعلی طبقوں میں سولڈر جوائنٹ کوالٹی اور پروسیس کنٹرول کے لیے سخت تقاضے ہوتے ہیں۔

J-STD-002 "کمپوننٹ لیڈز، ٹرمینیشنز، لگز، ٹرمینلز اور تاروں کے لیے سولڈریبلٹی ٹیسٹ"

اجزاء کی لیڈز اور ٹرمینیشنز کی سولڈریبلٹی کا جائزہ لینے کے معیاری طریقے بتاتا ہے، بشمول:

ڈِپ ٹیسٹ: لیڈز پر سولڈر گیلے ہونے کی ڈگری کا اندازہ کرتا ہے۔

گیلا بیلنس ٹیسٹ: مقداری طور پر وقت کے ساتھ گیلے ہونے والی قوت کے تغیر کے منحنی خطوط کی پیمائش کرتا ہے۔

ریفلو ٹیسٹ: ایس ایم ٹی ریفلو حالات کے تحت بی جی اے سولڈر بال گیلا کرنے کے رویے کی نقل کرتا ہے۔

J-STD-003 "مطبوعہ بورڈز کے لیے سولڈریبلٹی ٹیسٹ"

ننگی پی سی بی سطح کی تکمیل (HASL، ENIG، OSP، وسرجن سلور، وسرجن ٹن، وغیرہ) کی سولڈریبلٹی تشخیص کے معیارات۔

IPC-A-610 "الیکٹرانک اسمبلیوں کی قابل قبولیت"

اس بات کا تعین کرنے کے لیے کہ آیا ٹانکا لگانا جوڑ اور اسمبلی کا معیار قابل قبول ہے، جامع واضح رہنما خطوط فراہم کرتا ہے۔ یہ سب سے زیادہ استعمال ہونے والا بصری معائنہ کا حوالہ معیار ہے۔

کوالٹی کنٹرول کے طریقے

انکمنگ کوالٹی کنٹرول (IQC)

سولڈر: کیمیائی ساخت کا تجزیہ، پگھلنے والے نقطہ کا تعین

بہاؤ: تیزاب کی قیمت، ٹھوس مواد، ہالوجن مواد کی جانچ

اجزاء: سولڈر ایبلٹی سیمپلنگ، چڑھانا موٹائی کی پیمائش

ان-پروسیس کوالٹی کنٹرول (IPQC)

سولڈر پیسٹ پرنٹنگ: موٹائی، پوزیشن آفسیٹ، برجنگ کا پتہ لگانے (SPI آلات)

ری فلو پروفائل: حقیقی-وقت کے درجہ حرارت کی نگرانی، چوٹی/TAL ریکارڈنگ

لہر سولڈرنگ: ٹانکا لگانا درجہ حرارت، کنویئر کی رفتار، ڈراس مقدار کی نگرانی

فائنل کوالٹی کنٹرول (FQC)

خودکار آپٹیکل انسپیکشن (AOI): نقائص کی نشاندہی کرنا جیسے ٹھنڈے جوڑ، برجنگ، اور ناکافی سولڈر

ایکس- رے معائنہ: BGAs، QFNs وغیرہ کے پوشیدہ سولڈر جوائنٹس میں voids اور کنکشن کا پتہ لگانا۔

الیکٹریکل ٹیسٹنگ: کھولتا/شارٹس، مائبادا، فنکشنل تصدیق

سولڈر مصر دات انتخاب کے فیصلے کا فریم ورک

درخواست کے منظر نامے کا تجزیہ

سولڈر اللویز کو منتخب کرنے کے لیے پہلے پروڈکٹ ایپلیکیشن کے منظرناموں اور قابل اعتماد تقاضوں کو واضح کرنے کی ضرورت ہوتی ہے:

کنزیومر الیکٹرانکس (اسمارٹ فونز، ٹیبلیٹس، پہننے کے قابل)

بنیادی خدشات: گراوٹ اثر کارکردگی، لاگت کنٹرول

تجویز کردہ مرکب: SAC105، SAC0307، یا کم-سلور ڈوپڈ SAC

بہاؤ: نہیں-صاف قسم

صنعتی/ٹیلی کمیونیکیشن کا سامان

بنیادی خدشات: تھرمل سائیکلنگ کی وشوسنییتا، طویل-استحکام

تجویز کردہ مرکب: SAC305، SAC387

بہاؤ: نہیں-صاف یا پانی-گھلنشیل (صفائی کے ساتھ)

آٹوموٹو الیکٹرانکس

بنیادی خدشات: درجہ حرارت کی وسیع رینج (-40 ڈگری سے +150 ڈگری)، کمپن کی پائیداری

تجویز کردہ مرکب: SAC305/SAC387؛ انجن کے کمپارٹمنٹ ایریاز کے لیے اعلی-درجہ حرارت کے مرکب پر غور کریں۔

خصوصی تقاضے: AEC-Q100/Q200 سرٹیفیکیشن

ایرو اسپیس/ملٹری

بنیادی خدشات: انتہائی قابل اعتماد، ٹن وِسکر کا خطرہ، طویل سروس کی زندگی

تجویز کردہ مرکب: ٹن-لیڈ (Sn63/Pb37)، یا سختی سے تصدیق شدہ لیڈ-مفت حل استعمال کرنے سے مستثنیٰ ہوسکتے ہیں

خصوصی تقاضے: NASA, ESA, MIL-STD تعمیل

طبی آلات

بنیادی خدشات: حیاتیاتی مطابقت، طویل مدتی اعتبار، ریگولیٹری تعمیل

تجویز کردہ مرکب: SAC305 (قابل امپلانٹیبل آلات ٹن-لیڈ کی چھوٹ کا استعمال کر سکتے ہیں)

خصوصی ضروریات: ایف ڈی اے، آئی ایس او 13485 سرٹیفیکیشن

کم-درجہ حرارت اسمبلی

بنیادی خدشات: تھرمل نقصان کو کم کرنا، وار پیج کنٹرول

تجویز کردہ مرکب: Sn-Bi سیریز (Sn42Bi58, Sn42Bi57Ag1)

تحفظات: اندازہ کریں کہ آیا مکینیکل طاقت درخواست کی ضروریات کو پورا کرتی ہے۔

جامع تشخیص میٹرکس

عملی انتخاب میں، جامع اسکورنگ کو درج ذیل جہتوں میں انجام دیا جا سکتا ہے:

سپلائی چین اور لاگت کے تحفظات

چاندی کی قیمت میں اتار چڑھاؤ کا خطرہ

چاندی کی لاگت SAC مصر دات کی لاگت کا 60-70% ہو سکتی ہے۔ جب چاندی کی قیمتوں میں ڈرامائی طور پر اتار چڑھاؤ آتا ہے، تو اس کے مطابق سولڈر کی قیمتیں بدل جاتی ہیں۔ سفارشات:

سپلائرز کے ساتھ پرائس لاک کے معاہدوں پر دستخط کریں۔

کم-چاندی کے متبادل کی فزیبلٹی کا اندازہ لگائیں۔

معقول اسٹریٹجک انوینٹری قائم کریں۔

سپلائر سرٹیفیکیشن

اہم ایپلی کیشنز کو منظور شدہ وینڈر لسٹ (AVL) قائم کرنا چاہیے، جس کے لیے فراہم کنندگان کو فراہم کرنے کی ضرورت ہے:

مادی تعمیل کے بیانات (RoHS، REACH، تنازعہ معدنیات)

تجزیہ کے سرٹیفکیٹ (CoA)

بیچ کا پتہ لگانے کی صلاحیت

سولڈر ایبلٹی ٹیسٹ رپورٹس

مستقبل کے رجحانات اور ٹیکنالوجی آؤٹ لک

اعلی درجے کی پیکیجنگ میں سولڈرنگ چیلنجز

چونکہ چپ پیکیجنگ 2.5D/3D انضمام کی طرف تیار ہوتی ہے، سولڈرنگ ٹیکنالوجی کو نئے چیلنجز کا سامنا کرنا پڑتا ہے:

مائکروبمپس

اعلی درجے کی پیکیجنگ میں تانبے کے ستون کی مائیکروبمپ پچ سکڑ کر 40 مائیکرو میٹر سے نیچے رہ گئی ہے، سولڈر لیئر کی موٹائی صرف چند مائیکرو میٹر ہے۔ اس طرح کے چھوٹے سولڈر والیوم IMC کی ترقی کے اثر کو بھروسے پر بڑھاتے ہیں، جس کے لیے زیادہ درست ساخت اور عمل کے کنٹرول کی ضرورت ہوتی ہے۔

ہائبرڈ بانڈنگ

کچھ اعلی درجے کی پیکیجنگ کاپر-سے-کاپر ڈائریکٹ بانڈنگ کو اپنانا شروع کر رہی ہے، سولڈر کو مکمل طور پر ختم کر رہی ہے۔ یہ انتہائی-ہائی-کثافت کے باہمی ربط کے لیے حتمی حل ہو سکتا ہے، لیکن موجودہ قیمتیں ممنوع ہیں، استعمال کو اعلی-اینڈ ایپلی کیشنز تک محدود کرتے ہیں۔

کم-درجہ حرارت سولڈرنگ ٹیکنالوجی کا ارتقاء

کم-درجہ حرارت کی سولڈرنگ نہ صرف حرارت کے لیے ایک ضرورت ہے-حساس اجزاء بلکہ توانائی کے تحفظ اور اخراج میں کمی کا ایک اہم رجحان بھی ہے۔ تحقیقی ہدایات میں شامل ہیں:

ترمیم شدہ Sn-Bi alloys: مائیکرو-الائینگ، نینو-کمک، اور دیگر طریقوں کے ذریعے ٹوٹ پھوٹ پر قابو پانا

عارضی مائع مرحلہ (TLP) بانڈنگ: کم-پگھلنے والی-کم-درجہ حرارت کے کنکشنز کے لیے پوائنٹ انٹرمیڈیٹ تہوں کا استعمال، بعد میں ہائی-پگھلنے-پوائنٹ انٹرمیٹالک مرکبات بنتے ہیں۔

کنڈکٹیو چپکنے والی ٹانکا لگانے والی چیزیں: چاندی پر مبنی کنڈکٹیو چپکنے والی چیزیں جو کچھ ایپلی کیشنز میں روایتی سولڈر کی جگہ لے رہی ہیں

پائیداری کے تحفظات

الیکٹرانکس مینوفیکچرنگ انڈسٹری پر ماحولیاتی دباؤ مسلسل بڑھتا جا رہا ہے:

لائف سائیکل اسسمنٹ (LCA): سولڈر کا ماحولیاتی اثر خام مال نکالنے سے لے کر مصنوعات کے اختتام-کی-زندگی کی ری سائیکلنگ تک ہوتا ہے

سرکلر اکانومی: فضلہ الیکٹرانک مصنوعات سے سولڈر دھاتوں کی بازیافت اور دوبارہ استعمال

توانائی کی کارکردگی میں بہتری: کم-درجہ حرارت سولڈرنگ ریفلو اوون کی توانائی کی کھپت کو کم کرتا ہے۔

اگرچہ ٹن سولڈر مرکب الیکٹرانک مصنوعات کا ایک چھوٹا سا حصہ بناتے ہیں، وہ پوری الیکٹرانک دنیا کو جوڑنے کا مشن برداشت کرتے ہیں۔ کلاسک ٹن-لیڈ eutectic سے لے کر پیچیدہ ملٹی-عنصر لیڈ-مفت مرکب تک، سادہ ساختی تناسب سے لے کر عین مائیکرو اسٹرکچر کنٹرول تک، سولڈر سائنس میں ہر پیشرفت نے الیکٹرانکس مینوفیکچرنگ کو اعلی وشوسنییتا، چھوٹے طول و عرض اور کم لاگت کی طرف گامزن کیا ہے۔

لیڈ-آزاد دور میں، SAC305 اپنی متوازن مجموعی کارکردگی کی وجہ سے صنعت کا مرکزی دھارا بن گیا ہے۔ لیکن کوئی ایک مصرع تمام درخواست کی ضروریات کو پورا نہیں کر سکتا۔ انجینئرز کو مختلف مرکب دھاتوں کی خصوصیات کو گہرائی سے سمجھنے اور مخصوص ایپلی کیشن کی قابل اعتماد ضروریات، عمل کی رکاوٹوں اور لاگت کے مقاصد کی بنیاد پر سائنسی انتخاب کے فیصلے کرنے کی ضرورت ہے۔

مستقبل کی طرف دیکھتے ہوئے، جیسا کہ جدید پیکیجنگ ٹیکنالوجی تیار ہوتی ہے اور پائیداری کی ضروریات میں اضافہ ہوتا ہے، سولڈر ٹیکنالوجی تیار ہوتی رہے گی۔ لیکن اس سے قطع نظر کہ ٹیکنالوجی کیسے بدلتی ہے، قابل بھروسہ کنکشن حاصل کرنے کا بنیادی مشن کبھی نہیں بدلے گا-کیونکہ ہر سولڈر جوائنٹ کی وشوسنییتا پورے الیکٹرانک سسٹم کی لائف لائن سے متعلق ہے۔