Elektronik endüstrisinde, baskılı devre kartlarının (PCB) yüzey montaj teknolojisi (SMT) ile üretimi, yüksek hassasiyet ve güvenilirlik gerektiren kritik bir süreçtir. Bu sürecin kalbi ise, bileşenleri PCB'ye kalıcı olarak bağlayan lehim pastasıdır. Lehim pastasının ana bileşeni olan kalay tozu (Tin Powder), nihai lehim bağlantısının kalitesini, dayanıklılığını ve elektriksel performansını doğrudan etkiler. Bu nedenle, doğru kalay tozunu seçmek, başarılı bir lehimleme işlemi için hayati önem taşır. Bu blog yazımızda, lehim pastası üretiminde doğru kalay tozunu seçmenin anahtar faktörlerini ve bu seçimin neden kritik olduğunu detaylı bir şekilde inceleyeceğiz.
Lehim pastası, genellikle metalik tozlar (çoğunlukla kalay veya kalay alaşımları), bir akı (flux) ve bir bağlayıcı (reçine) içeren homojen bir karışımdır. SMT sürecinde, bu pasta PCB üzerindeki lehim pedlerine uygulanır, üzerine elektronik bileşenler yerleştirilir ve ardından bir yeniden akış (reflow) fırınında ısıtılarak eriyen lehimin bileşenleri karta bağlaması sağlanır.
Kalay tozu, lehim pastasının hacminin yaklaşık %50'sini, ağırlığının ise %90'ından fazlasını oluşturan ana bileşendir. Pastanın akışkanlığı, baskı kalitesi, yeniden akış performansı ve en önemlisi nihai lehim bağlantısının mekanik ve elektriksel özellikleri, doğrudan kullanılan kalay tozunun kalitesine bağlıdır.
Lehim pastası üreticileri ve elektronik montaj firmaları için doğru kalay tozunu seçerken göz önünde bulundurulması gereken birkaç kritik faktör bulunmaktadır:
Kalay tozunun partikül boyutu ve bu boyutların ne kadar homojen dağıldığı, lehim pastasının baskı kalitesini ve lehimleme performansını büyük ölçüde etkiler.
Daha İnce Partiküller: Genellikle daha küçük aralıklı (fine pitch) ve daha ince hatveli (ultra fine pitch) bileşenlerin lehimlenmesi için tercih edilir. Daha iyi baskı çözünürlüğü ve daha az lehim topaklanması (solder balling) sağlar. Ancak, çok ince partiküller oksitlenmeye daha yatkın olabilir ve pastanın raf ömrünü kısaltabilir.
Daha Kaba Partiküller: Genellikle daha büyük pedler ve bileşenler için kullanılır. Daha iyi akışkanlık sağlayabilir, ancak baskı çözünürlüğünü sınırlayabilir.
Homojen Dağılım: Partikül boyutlarının belirli bir aralıkta ve homojen dağılması, tutarlı baskı ve güvenilir lehim bağlantıları için kritiktir.
Partikül boyutları, IPC-J-STD-005 standardına göre Type 3, Type 4, Type 5, Type 6 ve daha ince tozlar (Type 7, Type 8) şeklinde sınıflandırılır. Çoğu SMT uygulaması için Type 3 (25-45 µm) ve Type 4 (20-38 µm) yaygın olarak kullanılırken, minyatürleşen elektronikler için Type 5 (15-25 µm) ve üzeri partikül boyutlarına ihtiyaç duyulmaktadır.
Kalay tozunun partikül şekli de performansı etkileyen önemli bir faktördür.
Küresel (Spherical) Partiküller: Lehim pastasında en çok tercih edilen şekildir. Küresel partiküller, pastanın daha iyi akışkanlık göstermesini, şablon (stencil) üzerinden daha kolay geçmesini ve daha düzgün baskılar elde edilmesini sağlar. Ayrıca, yüzey gerilimleri daha düşük olduğu için oksitlenme riskini azaltır.
Düzensiz (Irregular) Partiküller: Bazı özel uygulamalarda veya geleneksel yöntemlerle üretilen tozlar düzensiz şekilli olabilir. Bunlar bazen daha iyi mekanik kilitleme sağlayabilir, ancak genellikle daha kötü akışkanlık ve baskı kalitesine yol açar.
Metal tozlarının yüzeyi, havayla temas ettikçe oksitlenir. Oksitlenmiş partiküller, lehimleme sırasında erimeyi zorlaştırır ve bağlantı kalitesini düşürür.
Düşük Oksit Seviyesi: Yüksek kaliteli lehim pastaları için hayati öneme sahiptir. Düşük oksit içeriği, akının (flux) daha az yüklenmesini, daha temiz ve güçlü lehim bağlantıları oluşmasını sağlar. Üretim sürecinde inert atmosfer (azot gibi) kullanılarak oksitlenme minimize edilir.
Kontrollü Üretim: Kalay tozu üreticileri, oksit seviyesini düşük tutmak için özel önlemler almalıdır.
Kalay tozunun kimyasal saflığı, nihai lehim bağlantısının elektriksel ve mekanik özelliklerini doğrudan etkiler. Özellikle kurşunsuz lehimleme (Lead-Free Soldering) standartlarına uyum için saf kalay veya belirli alaşım elementlerini içeren yüksek saflıkta tozlar kullanılmalıdır.
İstenmeyen Katkılar: Bakır, çinko, demir gibi safsızlıklar lehim bağlantısının mukavemetini, elektriksel iletkenliğini veya korozyon direncini olumsuz etkileyebilir.
RoHS ve REACH Uyumuluğu: Özellikle Avrupa Birliği'nin RoHS (Tehlikeli Maddelerin Kısıtlanması) ve REACH düzenlemeleri, lehimleme malzemelerindeki belirli zararlı maddelerin sınırlandırılmasını gerektirir. Kalay tozu seçiminde bu uyumluluklar kritik öneme sahiptir.
Kalay tozunun üretim yöntemi, yukarıda bahsedilen özelliklerin yanı sıra maliyeti de etkiler.
Atomizasyon: Genellikle daha homojen ve küresel partiküller ürettiği için en yaygın ve tercih edilen yöntemdir. Ancak, üretim maliyeti diğer yöntemlere göre daha yüksek olabilir.
Maliyet-Performans Dengesi: Uygulamanın gereksinimleri ve bütçe arasında bir denge kurulmalıdır. Yüksek performanslı ve kritik uygulamalar için yüksek kaliteli (daha ince, küresel, düşük oksitli) tozlar tercih edilirken, daha az kritik uygulamalar için daha uygun maliyetli seçenekler değerlendirilebilir.
Lehim pastası üretimi, elektronik cihazların kalitesi ve güvenilirliği açısından vazgeçilmez bir adımdır. Bu sürecin temelinde yer alan kalay tozu, doğru seçildiğinde üstün lehim bağlantıları sağlayarak elektronik ürünlerin performansını ve ömrünü artırır. Partikül boyutu ve dağılımı, partikül şekli, oksit seviyesi, saflık ve üretim yöntemi gibi faktörler, doğru kalay tozunu seçerken dikkat edilmesi gereken kritik parametrelerdir. Teknolojinin ilerlemesi ve minyatürleşmenin artmasıyla birlikte, lehim pastası üretiminde kullanılan kalay tozlarının kalitesi ve özellikleri daha da önem kazanmaya devam edecektir.
