שטף הלחמה

שטף הלחמה הוא חומר כימי המשמש בהלחמה להכנה והגנה על משטחי מתכת. הוא מסייע בחיבור מתכות על ידי ניקוי תחמוצות פני השטח ומניעת חמצון חדש במהלך החימום.[1][2]השטף משפר את זרימת הלחמה המותכת על ידי הפחתת מתח הפנים שלה, מה שמאפשר להלחמה להירטב ולהתפשט באופן שווה על פני הפדים והמוליכים.[3][1]בפועל, שטף מיושם בצורות שונות - למשל כ גרעין מוצק בחוט הלחמה, כ- תרסיס נוזלי או ג'ל, או אפילו בתור א גז/אדים[2]כל צורות אלה מספקות כימיקלים ריאקטיביים (כגון שרף אורן או חומצות אורגניות) שהופכים לפעילים בעת חימום. כאשר הם מופעלים, הפלקס מסיר תחמוצות וזיהומים אחרים ויוצר שכבת מגן זמנית כך שהמתכת הנקייה לא תתחמצן מחדש לפני שההלחמה זורמת.[1][4].

לפלקס מספר תפקידים מרכזיים בהלחמה: מסיר תחמוצות מתכת, מונע חמצון נוסף של פני השטח במהלך החימום, ו משפר את ההרטבה על ידי ההלחמה[1][3]שילוב אפקטים זה מוביל למחברי הלחמה חזקים ואמינים יותר. לדוגמה, מקור אחד מציין: "שטף הוא מרכיב חיוני בהלחמה אלקטרונית. הוא מסיר תחמוצות, מקדם הרטבה, משפר את זרימת ההלחמה ומונע חמצון חוזר, שכולם תורמים למחברי הלחמה חזקים ואמינים".[1]בנוסף, שטף יכול לסייע בהולכת חום לתוך חיבורים קטנים ועשוי להסיר שמנים קלים או מזהמים מהמתכת, ובכך לשפר עוד יותר את יכולת ההלחמה.[2][1]לדוגמה, שטף מסייע בהלחמה על ידי "הסרת תחמוצות ממשטחי מתכת" ו"מניעת חמצון חוזר" כך שהלחמה תוכל "להתפשט באופן שווה על פני פדים ומוליכי רכיבים".[4][1].

סיווגי שטף

שטפים מסווגים לפי הכימיה שלהם ורמת הפעילות שלהם. המערכת הנפוצה ביותר היא IPC J-STD-004 תקן (לשעבר תקני MIL או QQ), המחלק את השטפים לארבע קבוצות בסיסיות לפי הרכבם העיקרי: RO (על בסיס רוזין), RE (שרף או שרף סינתטי), OR (אורגני), ו IN (דוֹמֵם)[5]במילים אחרות, תחת IPC-J-STD-004, שטף הוא אחד מ:

• RO (רוזין)– שטף המבוסס בעיקר על שרף אורן.
• שרף (RE)– שטף על בסיס שרפים סינתטיים או טבעיים (שאינו רוזין טהור).
• OR (אורגני)– פלקס שהמרכיב המוצק העיקרי שלו הוא חומצה אורגנית או דומה.
• IN (אי-אורגני)– פלסיפיקציה המכילה חומצות אנאורגניות או מלחים כמרכיבים עיקריים.

לדוגמה, Chemtronics מסבירה את הקטגוריות IPC-J-STD-004: סוגים: RO (רוזין), OR (אורגני), IN (אי-אורגני), RE (שרף/שרף סינתטי)[5]. לשטפים ניתנת גם רמת פעילות (למשל נמוכה, בינונית, גבוהה) ותכולת הליד (0 עבור ללא פעילות, 1 עבור חלק מהתכולה) בסכימה זו. לדוגמה, "ROL0" פירושו שטף רוזין (פעילות נמוכה, ללא הליד).[6].

לכל קטגוריה יש התנהגות ייחודית:

• פלוקסים אורגניים (מסיסים במים):חומרי ניקוי אלו מבוססים על חומצות אורגניות עדינות (כגון חומצת לימון או חומצת חלב) מעורבבות עם ממסים. הם בעלי פעילות בינונית של חומרי ניקוי: חזקים יותר משרף טהור אך פחות קורוזיביים מחומצות אנאורגניות.[7]שטפי חומצה אורגנית יעילים בהסרת שכבות תחמוצת והם בדרך כלל מסיסים במים (ומכאן שמו).[7]הם נוטים להשאיר יותר שאריות מאשר פלספור "לא נקי", ולכן לוחות מולחמים עם פלספור מסיס במים בדרך כלל נשטפים או מנוקים לאחר ההלחמה. לדוגמה, אחד המקורות מציין: "שטיפי חומצה אורגנית... העשויים מחומצות אורגניות כמו חומצות לימון, חומצות לקטית וסטארית... יעילים בהסרת תחמוצות מתכת. יש להם גם פעילות הלחמה גבוהה והם קלים לניקוי."[7].
• שטפי חומצה אנאורגניים:אלה משתמשים בחומצות או מלחים אנאורגניים חזקים (לדוגמה חומצה הידרוכלורית, אבץ כלוריד, אמוניום כלוריד וכו'). הם מספקים ניקוי אגרסיבי מאוד (הם "פעילים מאוד") אך קורוזיבי ביותרבפועל, בדרך כלל נמנעים מהם באלקטרוניקה. מקור אחד מתאר שטף אנאורגני כ- "החומרים המאכלים החזקים ביותר, ... מורכבים מחומצות כלוריות (ZnCl₂, NH₄Cl, HCl) ... פעילים מטמפרטורת החדר עד 300-400 מעלות צלזיוס"[8]שטף אנאורגני מתאים ביותר להלחמת מתכות קשות (נחושת, פליז, נירוסטה) בעבודות אינסטלציה או מתכת כבדה, אך אם משתמשים בו על מעגל מודפס (PCB) יש לנקות את הלוח ביסודיות באופן מיידי כדי להסיר שאריות קורוזיביות.[8]בקיצור, שטפי חומצה אנאורגנית מנקים היטב אך עלולים לגרום נזק מהיר למעגלים חשמליים אם הם נשארים במגע.
• שטפי רוזין/שרף:פלקס רוזין הוא פלקס אלקטרוני קלאסי העשוי משרף עץ אורן. בצורתו הטהורה (לא פעילה) הוא אינרטי מבחינה חשמלית. כאשר הוא מחומם מעל נקודת ההיתוך שלו (~125°C), הרוזין מופעל ומסייע בניקוי החיבור. פלקס רוזין סטנדרטי (Type R) אינו מכיל תוספת מפעיל; פלקסים "רוזין מופעל בעדינות" (RMA) ו-"רוזין מופעל" (RA) מכילים חומרי ניקוי חזקים יותר ויותר. לדוגמה, Chemtronics מציינת: "שטף רוזין, שמקורו בשרף זפת אורן, הוא שטף ההלחמה הבסיסי ביותר... כאשר הוא מומס בממס... ומשתמשים בו ללא מפעילים, הוא מסווג כשטף רוזין מסוג R. ניתן להוסיף מפעילים... כולל RMA (רוזין מופעל קלות) ו-RA (רוזין מופעל)"[9]שטף רוזין עובד היטב על משטחים נקיים או שעברו חמצון קל; RMA ו-RA משמשים לחמצון כבד יותר. חשוב לציין, לאחר שהתמצק, הרוזין מתמצק. לא קורוזיבי ולא מוליך חשמליתמקור אחד אומר ששטף רוזין "הוא חומצי, אך כאשר הוא מתמצק, הוא הופך לאינרטי ויכול להישאר על משטח הריתוך מבלי לגרום נזק"[10]זו הסיבה שפלקסים מבוססי רוזין נמצאים בשימוש נרחב באלקטרוניקה: קל לטפל בהם והשאריות אינן פוגעות במעגלים (אם כי מהנדסים רבים עדיין מנקים אותן לשם המראה). פלקסים מודרניים "שאינם נקיים" מבוססים בדרך כלל על רוזין או שרפים דומים, אך מנוסחים כך שיותירו שאריות מינימליות.[11][12].

סוגי שטף לפי יישום

בהלחמה מעשית, שטף מגיע במגוון פורמטים. הסוגים הנפוצים כוללים:

• שטף נוזלי:פלוקס נוזלי (לעתים קרובות תמיסה על בסיס אלכוהול או מים). הוא מיושמים בדרך כלל באמצעות מברשת, ריסוס, הקצפה או שימוש בעט פלוקס. פלוקס נוזלי מנקה את המשטחים מיד לפני הלחמה. לדוגמה, הלחמת גל משתמש בשטף נוזלי המרוסס על המעגל המודפס רגע לפני הכניסה לגל ההלחמה[13]חברות כימיות מציינות: "שטף נוזלי הוא צורה נפוצה... לרוב מדולל באלכוהול איזופרופילי... שמורחים על חיבורי הלחמה או רכיבים לפני ההלחמה כדי לנקות משטחים, לשפר את זרימת ההלחמה ולשפר את איכות החיבור"[14]הוא נמצא בשימוש נרחב גם בהלחמה ידנית (מיושם בעזרת מברשת או עט) ובמכונות הלחמה סלקטיביות.
• ליבת שטף (הלחמה עם ליבה):כאן השטף נמצא בליבה חלולה בתוך חוט הלחמה. כאשר הלחמה נמסה, השטף משתחרר ומנקה את החיבור בזמן שהלחמה זורמת. זה נוח להלחמה ידנית מכיוון שהוא משלב הלחמה ושטף. מקור אחד מסביר: "הלחמת ליבת פלקס היא חוט הלחמה בעל ליבה חלולה מלאה בפלקס. כאשר החוט נמס, הפלקס משתחרר, מנקה את המשטחים ומסייע לזרימת הלחמה."[15].
• הדבקת הלחמה:לעבודות הרכבה משטחית, משתמשים במשחת הלחמה. משחת הלחמה היא תערובת מוצקה למחצה של חלקיקי סגסוגת הלחמה דקים ושטף (בדרך כלל רוזין או חומר סינתטי לשטף). השטף שבמשחה מנקה את הפד ועוזר להלחמה להרטיב את המתכת בעת חימום. הערות של Chemtronics: "משחת הלחמה היא תערובת מוצקה למחצה של חלקיקי סגסוגת הלחמה ושטף... היא מסייעת בניקוי פדים ורכיבים של הלחמה, מקדמת הרטבה ומחזיקה רכיבים במקומם לפני הלחמת הזרמה מחדש"[16].
• שטף דביק או ג'ל:אלו הם פלקסים עבים יותר, דמויי ג'ל, שנדבקים היטב לחיבורים אנכיים או עיליים. הם מונעים מהפלקס לנזול לפני ההלחמה. (לדוגמה, בעת הלחמת חוט אנכי, פלקס דביק נשאר במקומו.) מקור אחד מציין: "פלוקס דביק... בעל מרקם סמיך יותר, דמוי ג'ל... מתאים היטב ליישומים בהם אסור שפלוקס יזרום או יטפטף"[17].
• שטף הדבקה:לפעמים נקרא שטף משחת הלחמה, זה כמו משחת הלחמה עבה אבל בלי חלקיקי הלחמה מתכתיים. זוהי משחת נשאית שטף המשמשת למריחת שטף על שטח גדול או בעיבוד חוזר.

בחירת שטף

בחירת הפלקס הנכון תלויה במתכות שיש להלחים ובדרישות הניקוי/תפוקה. באופן כללי, המטרה היא להבטיח חיבור הלחמה טוב על ידי הסרת תחמוצות ומתן אפשרות להלחמה להרטיב את המתכת. כפי שצוין לעיל, פלקסים נעים בין עדין (פלקס רוזין לא נקי) לאגרסיבי (פלקס חומצה אורגנית או אנאורגנית מסיסת במים). פלקס רוזין לא נקי עלול להשאיר שאריות קטנות ולא מזיקות, בעוד שפלקס מסיס במים או אנאורגנית דורש ניקוי יסודי לאחר מכן.

קריטריון מפתח לבחירה הוא שאריות והצורך בניקוי. שטף בעל פעילות גבוהה (למשל רוזין אנאורגני או בעל פעילות גבוהה) עשוי לספק יכולת הלחמה מיידית טובה יותר, אך דורש שטיפה של המעגל לאחר מכן. שטף שאינו נקי (בדרך כלל ORL0 או ROL0 בתכנית IPC) דורש ניקוי מועט או ללא ניקוי כלל, ומשמשים כאשר הניקוי קשה או לא רצוי.[12][11]עם זאת, שאריות שאינן נקיות, אמנם שפירות, יכולות להיות מעט דביקות או למשוך אבק לאורך זמן.[18]לעומת זאת, שטיפה מסיסת במים (שטיפה חומצה אורגנית) נותנת ניקוי פעיל מאוד ויש לשטוף אותה לחלוטין כדי למנוע קורוזיה.[7][19].

בעבודות אלקטרוניקה, שטפי דבק מבוססי רוזין (רוזין או מסוגים בעלי פעילות נמוכה "ללא ניקוי") הם הנפוצים ביותר משום שהם מאזנים ביצועים עם סיכון נמוך לקורוזיה. אם מעגל כבר מצופה בתמיסת רוזין (כמשפר הלחמה), ייתכן שלא יהיה צורך בשטפי דבק נוסף בעת הלחמת רכיבים. להלחמה ידנית של חלקים קטנים או שימור רכיבים, בדרך כלל מומלץ שטפי דבק מסוג רוזין (שרף אורן). לעומת זאת, סוגי שטפי דבק מסוג משחה או שמן (המכילים לעתים קרובות מפעילים חזקים יותר) שמורים בדרך כלל לחיבורים גדולים יותר או לחומרה שאינה אלקטרונית, מכיוון ששאריותיהם עלולות לגרום לקורוזיה באלקטרוניקה עדינה.[20][8].

הלחמה עם שטף: שלבי יישום

בעת הלחמה ידנית, ההליך הטיפוסי הוא: (1) לנקות משטחי המתכת שיש לחבר (לנגב עם אלכוהול או ממס) כדי להסיר אבק, שומן ותחמוצות כבדות. (2) החל שטף באופן שווה על החיבור או לפזר את קצה החוט בפלקס. (3) חממו את המפרק בעזרת מלחם. השטף אמור להימס, לזרום על פני המשטחים ולהסיר כימית את שכבת התחמוצת. (4) הזנת הלחמה לתוך החיבור. ההלחמה המותכת תוכל כעת להיקשר למתכת הנקייה. לבסוף (5) נקו את המפרק במידת הצורך (הסרת שאריות השטף שנותרו לאחר קירור) כדי להבטיח אמינות[20].

לדוגמה, מדריך הלחמה אחד מפרט את השלבים הבאים: "1. לפני השימוש בשטף, יש לנקות את אזור המתכת בעזרת ממס... 2. יש למרוח את השטף באופן שווה על פני השטח... 3. כאשר קצה הברזל חם, יש לחמם את האזור בעזרת השטף, אשר נמס ומתפשט על פני השטח, תוך הסרת שכבת התחמוצת... 4. לאחר שהשטף התאדה, יש להכניס ולהמיס את חוט הלחמה כדי להיקשר לפני חמצון חוזר."[20]בפועל, משמעות הדבר היא שאסור להלחים ישירות על משטח מלוכלך או שומני - תחילה יש לנקות אותו ולמרוח עליו שטף נוזלי - ויש למרוח הלחמה זמן קצר לאחר שהשטף עשה את עבודתו ולפני שהמתכת מתחמצנת מחדש. בדרך כלל מומלץ לנגב כל שאריות שטף גלויות (עם אלכוהול או חומר ניקוי שטף מסחרי) לאחר ההלחמה, במיוחד אם השטף חומצי. לדוגמה, ניתן להסיר שאריות שטף מבוססות רוזין בעזרת אלכוהול איזופרופילי בריכוז 90-99%.[21]יש לשטוף היטב שטיפה מסיסת במים, שהיא קורוזיבית מאוד, במים חמים או בחומר ניקוי מיוחד מיד לאחר ההלחמה.[19].

בתהליכי הלחמה המונית, שיטת היישום משתנה. הלחמת גל, לוח המעגלים מחומם מראש בדרך כלל, לאחר מכן מרססים נוזל שטף על המוליכים והפדים לפני שהלוח עובר מעל גל ההלחמה. כפי שמסביר מקור אחד: "שטיפי חימום המשמשים להלחמת גלים... מרוססים על גבי המעגל המודפס לפני שהם עוברים דרך גל ההלחמה. לאחר היישום, השטיפי חימום מנקה את הרכיבים המיועדים להלחמה, ומסיר כל שכבת תחמוצת שנוצרה."[13], הלחמה זרימה מחדש, בדרך כלל, שטף מובנה בתוך משחת הלחמה, כך שאין צורך בתרסיס שטף נפרד; השטף במשחה מחזיק את הרכיבים במקומם ומפסיק את חמצן, ומונע חמצון עד להשלמת ההלחמה.[22].

פורמטים של שטף

כמה פורמטים נפוצים של שטף כוללים:

• נוזל פלקס בבקבוקים:בדרך כלל מיושם באמצעות מברשת, פיפטה או עט שטיפה. טוב ליישום מקומי או לתיקונים. קווי הלחמה גליים רבים מרססים שטיפה נוזלית על לוחות גדולים. כפי שצוין לעיל, שטיפה נוזלית בבקבוקים מבוססת לרוב על רוזין או שרף סינתטי ומתנקה היטב.[14].
• משחת שטף:שטף סמיך דמוי ג'ל. משמש לעתים קרובות להלחמה ידנית של חיבורים גדולים או צינורות. (הערה: מוצרי "שטף צינורות" רבים חומציים מאוד ואינם מתאימים לעבודה על מעגלים מודפסים ללא ניקוי זהיר.)
• עטי שטף ומקלות:מקלות מוצקים לשטיפה או טושים ספוגים בשטיפה. שימושי ליישום מדויק על רכיבים או חוטים.
• שטף בחוט הלחמה (ליבת שטף):כפי שצוין, חוט הלחמה עם ליבת שטף משחרר שטף כשהוא נמס.[15].
• שטף במשחת הלחמה:משמש בהרכבת SMT; מכיל שטף המסייע בהלחמה כמתואר לעיל[16].

בטיחות ואחסון

פלקס מכיל בדרך כלל ממסים (לעתים קרובות אלכוהולים) ואקטיקטורים שיכולים להיות מסוכנים. דליקות: פלקסים רבים משתמשים בממסים נדיפים כמו איזופרופנול או אתנול. יש לטפל בהם באזורים מאווררים היטב הרחק מלהבות גלויות או ניצוצות. יש לסגור תמיד את מכסה מיכלי הפלקס כאשר אינם בשימוש כדי למנוע הצטברות אדים. חיי מדף: פלקס מבוסס ממס יכול להתאדות עם הזמן, ולשנות את הרכבו. חיי מדף אופייניים הם בסדר גודל של 1-2 שנים אם הוא אטום ומאוחסן כראוי. לדוגמה, גיליון הנתונים של אינדיום מציין א "חיי מדף של שנתיים במיכל סגור המאוחסן בטמפרטורה של פחות מ-32.2 מעלות צלזיוס"[23], וממליץ כי לאחר הפתיחה יש "החזירו את המכסה כדי להפחית את אידוי האלכוהול ואחסנו בסביבה קרירה ויבשה"[23]במילים אחרות, יש לשמור את הפלוקס במקום קריר (בערך 18-25 מעלות צלזיוס), יבש ואטום היטב כדי למנוע אובדן ממס. ההנחיה הסינית לאחסון בטמפרטורה של כ-18-25 מעלות צלזיוס ולחות של 75-85% עולה בקנה אחד עם עצה זו.

הימנע מזיהום: אין לאפשר לפלצף (או לאצבעות) לזהם משטחים חשופים של המעגל לפני ההלחמה. יש להגן על חוטי הרכיבים והמעגלים המודפסים משמנים, זיעה או גריז. לאחר ההלחמה, יש לשמור על ניקיון הלוח עד שהפלצף יתייבש לחלוטין או נוקה, כדי למנוע משמנים מאצבעות להידבק לשאריות.

יישום על מכונות הלחמה גלים: במערכת גלים או ריסוס, השטף נשמר במיכל אטום ונשאב באופן רציף. יש לכוון את כמות הריסוס והלחץ עבור המכונה והמוצר הספציפיים. עם הזמן, מוצקים בלתי מסיסים עשויים לשקוע בתחתית מיכל השטף. כדי לשמור על ביצועים, על מפעילי המכונה לנקות את המיכל והמסננים באופן קבוע (למשל, מדי שבוע) ולהחליף עודפי מוצקי שטף. (אם ריכוז השטף עולה עקב אידוי הממס, ניתן לדלל או להחליף את השטף).

טמפרטורות חימום מראש: תהליכי הלחמה אופייניים של PCB מחממים מראש את הלוחות לפני יישום גל ההלחמה. חד צדדי עבור מעגלים מודפסים, טמפרטורות החימום המקדים עשויות להיות בסדר גודל של 60-110 מעלות צלזיוס בצד העליון ו-60-120 מעלות צלזיוס בצד התחתון עבור הלחמה בדיל-עופרת.[24]. פורום ללא עופרת הלחמת גלים, חימום מוקדם גבוה יותר נפוץ; לדוגמה, גיליון נתונים אחד של שטף ממליץ על כ-85-120 מעלות צלזיוס על פני המעגל המודפס ו-85-125 מעלות צלזיוס בתחתית עבור סגסוגות ללא עופרת.[24](ההנחיה הסינית של ~60-90°C עליון ו-75-105°C תחתון עבור הלחמה חד-צדדית, ו-~70-95°C עליון ו-85-120°C תחתון עבור הלחמה דו-צדדית, נמצאת בטווח דומה.) חימום מוקדם נכון מסייע בהפעלת השטף ומקדם זרימת הלחמה חלקה.

ניקוי לאחר הלחמה: אם הפלצף אינו נוסחה אמיתית "שאינה ניתנת לניקוי", יש לנקות את מכלול ההלחמה כדי להסיר שאריות. באופן כללי, שאריות פלצף רוזין מוסרות באמצעות אלכוהול או מסירי פלצף מסחריים. פלצפים מסיסים במים דורשים שטיפה במים חמים (לעתים קרובות עם אלקלי עדין או סבון) כדי לנטרל את החומצות.[19]מדריך אחד מדגיש: "פלוקס מסיס במים הוא אגרסיבי מאוד... שאריותיו קורוזיביות מאוד ויש להסירן לחלוטין"[19]אפילו שטיפות שאינן נקיות, למרות שתוכננו להיות בלתי קורוזיביות, ניתנות לעיתים לשטיפה לשיפור הבדיקה או הידבקות הציפוי.[25].

סיכום נקודות המפתח

• פונקציה:השטף מנקה ומפעיל משטחי מתכת, ומאפשר הרטבה נכונה של הלחמה ומחברים חזקים[1][26]זה גם מגן על המתכות מפני חמצון חוזר עד שההלחמה זורמת.
• טפסים:השטף מגיע בצורת ליבות מוצקות (חוט הלחמה), תמיסות נוזליות, משחות, תרסיסים, או משולב במשחת הלחמה או חוט.[2][27].
• סוגים:IPC מסווג את השטף כ-RO (רוזין), OR (אורגני), IN (אי-אורגני) או RE (שרף סינתטי).[5]בפועל, "אורגני" בדרך כלל פירושו שטף מסיס במים בעל פעילות בינונית (חומצות לימון/חומצת חלב)[7], ופלקס "רוזין" מתייחס לפלקס שרף-אורן (R, RMA, RA)[9]קיימים שטפי חומצה אנאורגנית קורוזיביים ביותר, אך הם בדרך כלל לשימוש שאינו אלקטרוני.[8].
• נוֹהָג:יש למרוח תמיד פלקס על משטחי מתכת נקיים לפני הלחמה. בהלחמה חוזרת של משחת הלחמה, הפלקס מובנה בתוך המשחה.[22]בהלחמת גלים, מרססים שטף על הלוחות מראש[13]בהלחמה ידנית, הפלקס נצבע או מצופה בחוט פחם על החיבורים. יש לפעול לפי פרמטרי התהליך (זמן מגע, חימום מוקדם, מהירות מסוע) כפי שמומלץ עבור כל פלקס.[24].
• בטיחות/אחסון:יש לטפל בפלקס (במיוחד מסוגים מבוססי ממס) תוך הקפדה על אוורור ואמצעי זהירות מפני אש. יש לאחסן אותו אטום, קריר ויבש כדי למנוע אובדן וזיהום של ממס.[23]יש להקפיד על כל הנחיות לגבי חיי מדף או שימוש במיכל פתוח (לעתים קרובות 1-2 שנים סגורות).[23]לבסוף, לאחר ההלחמה, יש לנגב או לשטוף כל שארית של השטף הפעיל כדי למנוע קורוזיה ארוכת טווח או דליפה חשמלית.