חומרי הלחמה הם סגסוגות מילוי עם נקודות התכה נמוכות מאלה של מתכות הבסיס. עם החימום וההתכה, הם ממלאים את פערי ההזדווגות באמצעות פעולה נימית, עוברים אינטראקציה מתכתית עם המתכות הבסיסיות ומתמצקות ליצירת מפרק יציב. סגסוגות מילוי אלו נמצאות בשימוש נרחב בייצור מכני, רכיבים אלקטרוניים, תעופה וחלל, מכשירי חשמל ביתיים ומתקני חשמל; הם משמשים כחומרים מתכלים חיוניים לשליטה בהתנגדות המפרק, עמידות בפני רעידות ותוחלת חיים תפעולית לטווח ארוך. בייצור של מגעים, מפסקי זרם ומתגי אחסון אנרגיה, הבחירה בחומר ההלחמה קובעת ישירות את יציבות המוליכות החשמלית והתנגדות הקשת של מגעי ההלחמה החשמליים.
חומרי הלחמה מורכבים ממרכיבי בסיס, מדכאי נקודת התכה ואלמנטים משנים ביצועים. רכיבי בסיס מבטיחים תאימות מתכתית לחומרי האב; תרופות להורדת נקודת התכה שומרים על טמפרטורת ההיתוך מתחת לטמפרטורת הסולידוס של המתכות הבסיסיות; ואלמנטים משתנים מתאימים את מאפייני ההתפשטות והזרימה של הסגסוגת המותכת, כמו גם את הביצועים המכניים של המפרק. בתעשייה, חומרי הלחמה מסווגים לפי טמפרטורות ההיתוך שלהם להלחמות "רכות" וסגסוגות הלחמה "קשות". הלחמות רכות נמסות מתחת ל-450 מעלות - בדרך כלל סגסוגות מבוססות פח או ביסמוט - ומשמשות בעיקר להרכבת PCB ורכיבים אלקטרוניים קטנים ומדויקים, אם כי הם מציעים חוזק מפרקים נמוך יחסית. סגסוגות הלחמה קשות נמסות מעל 450 מעלות וכוללות סגסוגות על בסיס כסף, על בסיס נחושת ועל בסיס ניקל; אלה מספקים יכולת נשיאת עומס מעולה ועמידות בחום, מה שהופך אותם למתאימים לרכיבים נושאי כוח, כלי חיתוך וצנרת מבנית. עם תקנות סביבתיות מחמירות יותר ויותר, הלחמות נטולות עופרת מחליפות בהדרגה את המערכות המסורתיות של עופרת בדיל, בסגסוגות בדיל-כסף-נחושת וסגסוגות בדיל-ביסמוט המשמשות כעת כפתרונות המיינסטרים להרכבה אלקטרונית.
בעת הערכת חומרי הלחמה עבור יישומים הנדסיים, יש לתת עדיפות ליכולת הרטבה, נזילות, חוזק מפרקים, עמידות בפני קורוזיה ומוליכות חשמלית. יכולת הרטבה מתייחסת ליכולתה של סגסוגת מותכת להתפשט על פני השטח של מתכת בסיס. מידת התפשטות זו קובעת את אזור ההדבקה האפקטיבי ומושפעת מניקיון משטח המתכת הבסיסית, הרכב הסגסוגת ומדדי החימום. נזילות קובעת את האפקטיביות של מילוי פערים; נזילות לא מספקת עלולה להוביל לחללים, בעוד שנזילות יתר עלולה לגרום לאובדן סגסוגת המילוי. חוזק המפרק מאומת באמצעות בדיקת גזירה ומתיחה כדי להבטיח שהוא עומד בדרישות העומס של הרכיבים. עמידות בפני קורוזיה חיונית עבור חלקים החשופים לסביבות לחות או מלח, מונעת קורוזיה מועדפת בממשק המפרק. מוליכות חשמלית היא קריטית במיוחד עבור רכיבי מגע כוח, שכן תנודות בהתנגדות הממשק עלולות לגרום לעליית טמפרטורה חריגה ולאובדן כוח נוסף.
תהליך בחירת החומר כולל הערכת המתכת הבסיסית, עומסים תפעוליים, טמפרטורות חימום מותרות, עלויות חומרים ותאימות לתקנות. מתכות בסיס מנירוסטה משולבות בדרך כלל עם סגסוגות מילוי על בסיס כסף או ניקל, בעוד שסגסוגות אלומיניום מותאמות בצורה הטובה ביותר לחומרי מילוי על בסיס אלומיניום. עבור רכיבים הנתונים לעומס מחזורי או לתנאי טמפרטורה גבוהה, יש לבחור סגסוגות הלחמה עמידות חום ועמידות בפני עייפות. לאורך תהליך ההלחמה, אסור שהטמפרטורה תעלה על טמפרטורת הסולידוס של המתכת הבסיסית כדי למנוע השפלה של מבנה הגרגירים שלה. חומרי מילוי על בסיס כסף מתאימים לרכיבים הדורשים מוליכות חשמלית גבוהה ועמידות בקשת - כמו אלו המשמשים בהרכבת הלחמת קשוח במגע כסף - אם כי יש להם עלות גבוהה יותר; עבור יישומים עם דרישות עומס או מוליכות פחות מחמירות, ניתן להשתמש במקום סגסוגות על בסיס נחושת או אבץ. מכיוון שהשימוש בסגסוגות הלחמה המכילות עופרת או המכילות קדמיום מוגבל על ידי תקנות, יש לתת עדיפות למערכות סגסוגת בעלת רעילות נמוכה עבור פרויקטים חדשים.
תהליכי הלחמה שונים דורשים צורות ספציפיות של חומר מילוי. הלחמת להבה משתמשת בדרך כלל בחומרי מילוי בצורת מוט, בעוד שהלחמת אינדוקציה מתאימה היטב לחומרי מילוי בצורת גיליון או משחה. חומרי מילוי בצורת הדבק המורכבים מאבקת סגסוגת, מדיום נשא ושטף - הם אידיאליים לקווי ייצור אוטומטיים בנפח גבוה. Flux משמש יחד עם חומר המילוי כדי להסיר שכבות תחמוצת מהמשטחים של המתכת הבסיסית וסגסוגת המילוי, תוך הגנה על הבריכה המותכת מפני חמצון. קצבי החימום והקירור חייבים להיות מיושרים עם המאפיינים התרמיים של המתכת הבסיסית; חימום מהיר מדי עלול לגרום לנתזים ועיוותים, בעוד שקירור איטי יותר מסייע בהפחתת מתח שיורי במפרק, אם כי במחיר של מחזור ייצור ארוך יותר.
יש לשמור על תנאי האחסון יבשים ונקיים, שכן חומרי הלחמה באבקה או בצורת משחה עלולים להתקבץ ולאבד מיעילותם אם הם נחשפים ללחות. לפני השימוש ברכיבי הטבעה מולחמים במגע חשמלי, יש לנקות חומרי מילוי בצורת חוט כדי להסיר כל שמן או מזהמים, ולערבב היטב חומרי מילוי בצורת משחה כדי להבטיח עקביות אחידה. יש לשחזר חומרי הלחמה שגרוטו בהתאם לתקנות פסולת מסוכנת; לא ניתן לזרוק רכיבים המכילים מתכות כבדות ללא הבחנה.
חומרי הלחמה מיושמים במגוון רחב של מגזרים תעשייתיים. תעשיית האלקטרוניקה משתמשת בעיקר בהלחמות רכות על בסיס פח לאריזת רכיבים וחיבורי מעגלים. בעיבוד מכני, סגסוגות הלחמה קשות על בסיס נחושת וניקל (הלחמת מתכות מילוי) משמשות להרכבת כלי חיתוך ורכיבים מבניים. מגזר התעופה והחלל מסתמך על סגסוגות הלחמה על בסיס קובלט או ניקל עמידות לטמפרטורה גבוהה. בתעשיית מכשירי החשמל הביתיים, הלחמה משמשת עבור מחליפי חום ובתי מדחסים. עבור רדיאטורים לרכב ורכיבי בקרה אלקטרוניים, נדרשים קריטריונים ספציפיים לביצועים לגבי עמידות המפרקים לעייפות תרמית ולרעידות.
המחקר והפיתוח הנוכחי של התעשייה מתמקד בניסוחים בעלי רעילות נמוכה, סגסוגות הלחמה מחוזקות בשילוב, סגסוגות מילוי שעברו ננו-שינוי, וסירי הלחמה או שקעים מוכנים מראש. רכיבי הלחמה מעוצבים מראש ומשחות הלחמה יציבות מתאימים היטב לקווי ייצור אוטומטיים, ועוזרים למזער חוסר עקביות שעלולות לנבוע אחרת מהתערבות ידנית. אופטימיזציה מתמשכת של הרכב החומרים וחידוד התהליך ממשיכים להוזיל את עלות היחידה של חומרי הלחמה איכותיים.
לפני שצוותי ההנדסה ממשיכים ביצירת אב טיפוס וייצור המוני של רכיבים כגון מתגים או מגעים, עליהם לקבוע באופן סופי את דרגת סגסוגת ההלחמה הספציפית, מערכת השטף, פרופיל החימום ותקני הבדיקה. רק על ידי הבטחת היישור של בחירת החומר, פרמטרי התהליך ופרוטוקולי הבדיקה ניתן לשלוט ביעילות בהתנגדות ממשק המגע. גישה זו מפחיתה את הסיכון לכשל הנגרם משחיקת קשת או עייפות הנגרמת ברעידות, ומבטיחהמכלול מגע מולחם כסףלשמור על ביצועים יציבים לאורך מחזורי מיתוג ארוכי טווח.
פנה אלינו
