فهم التحديات التي تواجه الحل دون قيود

وقد أصبح الباع الخالية من الرصاص معيار الصناعة بسبب الأنظمة البيئية مثل توجيه تقييد المواد الخطرة (RoHS) وعلى عكس ما يُباع من طلقات حرفية تقليدية تذوب عند حوالي 183 درجة مئوية، فإن السكك الحديدية الخالية من الرصاص مثل SAC305 (الحدائق المائلة) تتطلب درجات حرارة ذروة تتراوح بين 235 درجة مئوية و250 درجة مئوية، مع وجود نقاط سائلة قرب 217 درجة مئوية.

ويمكن أن تسبب درجة الحرارة العالية في لوح حربي ]، ، ]، [التكريرات المخففة إذا كانت المواد اللامعة تفتقر إلى المقاومة الحرارية الكافية.

وقد استجاب المصنعون للمكونات بتقديم مجموعات متوافقة مع الخيوط، ولكن العديد من المكونات القديمة لا تزال تحمل تقديرات حساسية الرطوبة التي تتطلب الخبز والمناولة بعناية، ويزيد الجمع بين درجة الحرارة، وطول الوقت فوق السائل، والصدمة الحرارية الناجمة عن إعادة التدفق المتعددة، ويمرر إلى جانب ذلك من المطالب على كل جانب من جوانب تصميم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور.

اختيار المواد للتوثيق الحراري

المناطق الفرعية الملغومة

ودرجة الحرارة التي تتحول إلى الزجاج (الزئبق) من حرارة القاعدة هي المعيار الحرج الأول، إذ إن المعيار المكافئ 4 الذي يبلغ وزنه 130 درجة مئوية إلى 140 درجة مئوية غير كاف للعمليات الخالية من الرصاص، وينبغي أن يحدد المصممون ]] هوج-ي-يغ من مكافئ ثاني أكسيد الكربون ] (التركيب 170 درجة مئوية) أو المواد المتقدمة مثل بيئة البوليميتروبية PT-أوكسية،

In addition to Tg, pay attention to the ]coefficient of thermal expansion (CTE)] of the laminate. Lower CTE in the z-axis helps reduce via barrel stress during thermal excursions. Some high-performance substrates achieve Z-axis CTE below 50 ppm/°C, matching that of copper more

Prepreg and Core Constraints

ويؤثر محتوى الراتنج وأسلوب النسيج الزجاجي على الأداء الحراري وعلى التحكم في الإمراق، وبالنسبة لمجالس العد العالية لطبقات العادم، تختار المواسير ذات الحرف المتشابه في النواة لتجنب الإجهاد الداخلي، وتستخدم النسيجات المتفشية للحد من التجويع وتغيّرات السميك التي يمكن أن تسبب تركيزا حراريا، وتشير إلى أن بعض الأوعية المنخفضة توفر ملء أفضل للثثب من خلال الفتحات، مما يحول دون حدوث فراغات التي تباع المشتركة.

اختيار مركب ثنائي الفينيل متعدد الكلور

ويؤثر الانتهاء من سطح الماء على الرصفات النحاسية المعرضة مباشرة على القابلية للبيع في ظل ظروف خالية من الرصاص، وفي حين أن الارتفاع المباع للطائرات الساخنة مع الطين الخالي من الرصاص هو خيار، فإنه يمكن أن ينتج أسطحاً غير متجانسة تساوى في البيع بالغرامة.

  • ENIG (Electroless Nickel Immersion Gold) ] - Provides a flat surface, excellent corrosion resistance, and good wetability. The nickel barrier prevents copper-tin inter metal growth, but gold fishness must be controlled to avoid brittle joints.
  • ENEPIG (Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) ] - Adds a palladium layer that further prevents nickel corrosion and supports bonding for both soldering and wire bonding.
  • OSP (Organic Solderability Preservative)] - إنهية فعالة من حيث التكلفة تعمل جيدا مع المبيعات الخالية من الرصاص إذا كان المعاطف مصممة لملامح عالية التمرين، غير أن مكتب خدمات المشاريع لديه حياة أقصر من حيث الرف ويمكن أن تتضرر من جراء دورات إعادة التدفق المتعددة.
  • Immersion Tin / Silver] – Offer good saleserability but are prone to whisker growth if processing is not tightly controlled. Immersion tin should include a post-treatment step to suppress whiskers.

وبالنسبة للتصميمات العالية الموثوقية، كثيرا ما يوصى بشبكة إن بي جي على الرغم من ارتفاع التكلفة، لأنها تتأقلم مع مرورات متعددة لإعادة التدفق وتوفر طبقة ثابتة بين الفلزات، وبغض النظر عن النهاية، تكفل أن تظل سميك السطح ] ضمن مواصفات المصنعين لتجنب الاختلاس المشترك.

مبادئ توجيهية لتصميم الطلاءات والتضاريس

Pad Geometry and Solder Mask

وتظهر الباعة الخالية من الرصاصات تبلل وتفشياً أكثر سوءاً مقارنة بالمناشف المحتوية على الرصاص، ولذلك يجب أن تُحسب أبعاد الرصيف بعناية لضمان كمية كافية من المبيعات مع منع الرشوة، وزيادة عدد المسامير المزودة بمقياس 10-15 في المائة بالنسبة لمكونات الرسوب السطحي للتعويض عن انخفاض الرطب، وبالنسبة للأجهزة الرائدة، فإن استخدام قناع غير المصفوفد المعرف [1]

وينبغي إبقاء فتحات قناع العزل ضيقة حول الأغطية لتجنب القذف أو انهيار القناع على النحاس. والاحتفاظ بـ ] تطهير قناع العسر ] من 75 ميكروغرام على الأقل (3 ملليمتر) للتصميمات القياسية و100 ميكروم (4 ملليتر) لمكونات الرش الغرامية، والنظر في تصميم مركب مزود بأجهزة مزودة بالكم.

سلة السلك والإغاثات الحرارية

ويساعد ارتفاع الآثار على توزيع الحرارة بعيدا عن المفاصل المباعة أثناء إعادة التدفق، مما يقلل من خطر البقع الساخنة، وبالنسبة لشبكات الطاقة، تستخدم أسلاك التتبع التي يمكن أن تعالج على الأقل 1.5 مرة من التيار المتوقع عند درجات الحرارة تصل إلى 30 درجة مئوية فوق المحيط، وفيما يتعلق بأثار الإشارات، تحافظ على البارودات إلى ما لا يقل عن 0.15 ملم (6 ملليمتر) لمنع المقاومة المفرطة تحت درجة الحرارة المرتفعة.

Thermal reliefs] are essential for pads connected to large copper planes. A typical free design uses four spokes with a width of 10 - 15 mil each. The spoke angle should provide enough copper to conduct heat during soldering but narrow enough to allow the pad to reachering temperature quickly. Avoid using a solid connection to

النظر في مسألة اليقظة والوضع عبر الهول

ويجب أن يكون لتدفقات الرؤوس الخالية من الرصاص بطاطس قوية، وينبغي أن يكون سمك النحاس في البرميل 25 ميكروغرام (مليون) كحد أدنى لمواجهة الإجهاد الحراري، أما بالنسبة للميكروفيا (المقودة بواسطة الليزر)، فتحافظ على نسبة جانبية تبلغ 1 أو أقل لضمان ملء النحاس الموثوق به.

تكوين الإدارة الحرارية

ومن الأمور الحاسمة أن تُحدّد عناصر التدرج على اللوح لتقليل التدرجات الحرارية وحماية الأجزاء الحساسة، وأن تُوجّه عناصر حساسة للحرارة مثل أجهزة التكتل الكهربائي، والوصلات مع المساكن البلاستيكية، والمناورات الكريستالية بعيداً عن حوافات اللوحات، وممرات تدفق الهواء القريبة من التبريد، وإذا أمكن، توجه عناصر كبيرة إلى اتجاه حركة السفر من أجل تقليل آثار الظل.

Thermal shadowing] occurs when long components block heat from reaching smaller components behind them. To mitigate this, stagger component altitudes and avoid placing very long parts immediately upstream of small passive components. For multi-layer boards, use internal copper planes as heat spreaders-attach ground planes to thermal padrmal padrmal devices using multiple the power boards.

وعند وضع مجالس مزدوجة الجانب، النظر في وزن وحجم المكونات على الجانب السفلي، وقد تفصل المكونات الثقيلة خلال عملية التدفق الثانية إذا لم تكن مدعومة على النحو المناسب، واستخدام النقاط الراقية أو تقنيات البيع الانتقائية في الأجزاء من القاع إلى القاع من خلال الثقوب.

:: معالجة موجزات وعملية البارامترات على الوجه الأمثل

وتحتاج ملامح التدفق الخالية من الرصاص عادة إلى منطقة سوك ] بين 150 درجة مئوية و200 درجة مئوية لمدة 60-90 ثانية لتفعيل التدفق وضمان درجة الحرارة الموحدة عبر اللوحة، وينبغي أن يقتصر معدل السطو أثناء منطقة ما قبل الحرارة على 1-3 درجة مئوية في الثانية لمنع الصدمة الحرارية، وينبغي أن يتراوح الوقت الذي تتجاوز فيه درجة الحرارة 15 ثانية بين 30 و90 درجة مئوية.

وفيما يتعلق بمكونات الموجات المباعة عبر الحفر، تنطبق المبادئ نفسها: ما قبل التجمع إلى نحو 100-120 درجة مئوية، ثم الاتصال بالموجة الخالية من الرصاص عند 260-270 درجة مئوية لمدة 2-5 ثوان، واستخدام الغلاف الجوي للنيتروجين في وعاء المباع لتقليل الأكسدة وتحسين الرطب، وينبغي أن توفر الموجة المباعة الاضطرابات الكافية لتفكك مخلفات الفلورا وضمان ملء الثقب الكامل.

كما أن التطهير من النيتروجين في أفران التدفق يعود بالنفع: فهو يقلل من التوتر السطحي للمبيعات المتحركة، مما يؤدي إلى تحسين الرطبة والحد من الجسور على مكونات الدقائق، غير أن النيتروجين يضيف تكلفة، ولذلك ينبغي تبرير استخدامه من خلال بيانات تحسين العائد.

تصميم التفتيش وإعادة العمل

ويمكن أن يكون تفتيش مفاصل خالية من الرصاص أمراً صعباً بالنظر بصرياً إلى ظهورها المتملّق مقارنة بمبيعات الرصاص. Automated optical inspection (AOI) يجب أن تُعيَّن نظم التفتيش الرأسي لمعالجة هذا التناقض المخفض. وبالإضافة إلى ذلك، من المرجح أن تظهر المفرقعات الخالية من الرصاص التي لا تُوصى بها للتفتيش البصري؛

ومن أجل إعادة العمل، يلزم رفع درجة الحرارة واستبدال المكونات، مما يزيد من خطر رفع الرصيف وتلفه، وتصميم اللوحة بمرسى النحاس الإضافيين [(FLT:0]) على الرصيفات الكبيرة وتجنب وضع القوارير بالقرب من الحافة، وتوفير التطهير حول العنصر للسماح بأدوات إعادة العمل والربطات دون إلحاق أضرار بأجزاء الجيران.

اختبار مراقبة الجودة والقابلية للاعتماد

وفيما عدا التفتيش البصري الموحد والاختبارات الكهربائية، تستفيد جمعيات المركبات الثنائية الفينيل المتعددة الكلور الخالية من الرصاص من اختبارات أكثر صرامة للموثوقية، وتشمل الاختبارات الرئيسية ما يلي:

  • Thermal cycling] — Typically −40°C to +125°C for 500 -2000 cycles. Monitor joint resistance changes to detect failures early.
  • Drop and shock testing] — Lead-free salesers can be more brittle under high strain rates; board-level drop tests per JEDEC JESD22-B111 help validate robustness.
  • Moisture sensitivity testing] - After baking, subject assembled boards to 85°C/85% RH for 168 hours, then reflow to check for delamination or popcorning.
  • ]Cros-sectioning] - التحليل الضار لمفاصل المباعات يكشف عن سميكة بين الفلزات، ونسبة مئوية ملغية، وزاوية مبللة.

(ج) العمل مع مصنع ثنائي الفينيل متعدد الكلور موثوق به يقدم بيانات مفصلة عن شهادات المواد وضوابط العمليات، ويوفر العديد من المؤسسات التصميم الحر لعمليات استعراض التصنيع التي تستوعب قضايا الاختلال الحراري في وقت مبكر.

Eco-Environment and Regulatory Compliance

ويتوافق تصميم المواد المباعة مجاناً تلقائياً مع متطلبات نظام المعلومات الصحية للهندسة السطحية، ولكن يجب على المصممين أيضاً أن ينظروا في القيود المفروضة على المواد المسببة لثبطات اللهب المهلجنة وغيرها من المواد الكيميائية، وأن يحددوا المواد الملغومة التي تستوفي معيار الإبلاغ الدولي 61249-2-21 من أجل الامتثال المكشوف للمهجنات إذا استهدفوا الأسواق الأوروبية، وبالإضافة إلى ذلك، ضمان ألا تحتوي النهاية السطحية المحظورة على مواد محظورة، مثلاً، تجنباً القيام بعمليات الانتهاء من استخدام حمّمات التي تستخدم حمّام الذهب المستندة إلى السيانيد دون معالجة سليمة.

ويتزايد أهمية إعادة التدوير واعتبارات نهاية العمر، واستخدام معايير IPC لوضع رموز لتحديد راتنج الراتنج على المكونات الكبيرة ووسمها بالنوع النهائي لتيسير الفرز، كما يتطلب بعض العملاء الإبلاغ عن المعادن النـزاعية لأغراض القصدير والتنتالوم والتنغستن والذهب المستخدم في اللوحة.

دراسة حالة: نماذج الفشل المشتركة وكيفية تجنبها

ومن الأسباب الرئيسية للفشل الميداني في التصميمات الخالية من الرصاص الرأس في النسيج ]، حيث لا تتزامن مع الكرة المباعة تماما مع الكرة المكوّنة أثناء إعادة التدفق، وكثيرا ما ينتج ذلك عن عدم كفاية تصميم الرصيف أو إعادة التصفيف غير المفاجئ، ومن سبل الانتصاف هذه زيادة سرعة التدفق المسبق إلى الأمام.

وثمة مسألة أخرى متكررة هي [(FLT:0)] حشرات الصنبور ] - تمزق الرطوبة تحت الرصيف بسبب الضغط الضعيف، ويتفاقم ذلك بسبب ارتفاع درجة الحرارة لدى المبيعات الخالي من الرصاص، كما أن التخفيف من التدفق ينطوي على استخدام النحاس السميك (الوزة 1) على طبقات خارجية، مما يقلل من حجم الرصيف مقارنة بنمط الإجهاد في الأرض.

وأخيراً، يمكن أن تحدث ] الهجرة الكيمائية الإلكترونية إذا لم يتم تنظيف مخلفات التدفق تماماً، ولا سيما في إطار عناصر الدقائق، واستخدام التدفقات غير المنظفة المصممة للعمليات الخالية من الرصاص وضمان بقاء المقاومة السطحية على السطح فوق 108 بعد التجمع، ويمكن أن يوفر التصفيق المكثف حاجزاً إضافياً ضد الرطوبة في الجرعات.

خاتمة

إن تصميم مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور من أجل بيعها بدون الرصاص ليس مجرد مسألة زيادة درجة الحرارة العائدة؛ بل يتطلب نهجاً شاملاً من اختيار المواد إلى الاختبار النهائي، ومن خلال اختيار الفيتامينات العالية، والانتهاءات السطحية المناسبة، والمقاييس الجغرافية المثبتة على الوجه الأمثل، ووضع المكونات الذهنية، يمكن للمهندسين أن ينتجوا جمعيات تصمد أمام حواجز التجهيز الخالية من الرصاص.

For further reading, consult the NIST guidelines on lead-free solder joint reliable] and the ]IPC-7095 standard for BGA design and assembly.