Lehimleme, iki veya daha fazla metal parçayı, birleştirilecek metallerin erime noktasından daha düşük bir erime noktasına sahip olan ve lehim olarak adlandırılan bir dolgu metali kullanarak birleştirme işlemidir. Bu süreçte, birleştirilecek ana metaller erimez; yalnızca lehim metali eritilerek metaller arasında bir bağ oluşturulur. Elektriksel uygulamalarda kullanılan lehim, genellikle kalay (Sn) ve kurşun (Pb) elementlerinin farklı oranlardaki karışımından oluşan iletken bir alaşımdır. Bununla birlikte, gümüş (Ag), çinko (Zn) ve antimon (Sb) gibi metalleri içeren özel lehim alaşımları da mevcuttur. Lehimleme işlemi, lehimin eriyerek birleştirilecek yüzeyler arasında akması, soğuyarak katılaşması ve bu sayede metalleri birbirine bağlaması prensibine dayanır.

Lehimlemenin temel amacı, mekanik bir bağlantı sağlamanın yanı sıra, özellikle elektronik devrelerde elektriksel sürekliliği de temin etmektir. Lehimin hızlı eriyip hızlı donabilmesi ve korozyona karşı dirençli olması, onu elektronik üretim ve onarım süreçlerinin vazgeçilmez bir parçası hâline getirir. Lehimleme, yumuşak lehimleme ve sert lehimleme olmak üzere iki ana kategoriye ayrılır. Bu ayrım, kullanılan dolgu metalinin erime sıcaklığına göre yapılır; 450°C'nin altındaki işlemler yumuşak lehimleme, üzerindekiler ise sert lehimleme olarak sınıflandırılır.

Lehimleme Yöntemleri ve Isıtma Teknolojileri

Lehimleme işlemi, uygulanacak alana, malzeme türüne ve üretim hacmine göre farklılık gösteren çeşitli yöntemler ve teknolojiler kullanılarak gerçekleştirilir. Bu yöntemler, manuel uygulamalardan tam otomatik sistemlere kadar geniş bir yelpazeyi kapsar.

El ile Lehimleme Yöntemleri

Havya ile Lehimleme

En temel ve yaygın lehimleme tekniğidir. Bu yöntemde, havya olarak adlandırılan bir aletin ucu elektrik enerjisiyle ısıtılır. Isınan havya ucu, birleştirilecek metal yüzeylere temas ettirilerek bölgenin lehimin erime sıcaklığına ulaşması sağlanır. Ardından lehim teli bölgeye uygulanır ve eriyen lehim, metaller arasındaki boşluğu doldurur. Havyanın çekilmesiyle lehim soğuyarak katılaşır ve bağlantı tamamlanır. Etkili bir lehimleme için havya ucunun, malzeme bacağı ile ped arasına yaklaşık 45 derecelik bir açıyla yerleştirilmesi ve ısı iletimini hızlandırmak için başlangıçta az miktarda lehim uygulanması önerilir.

Sıcak Hava ile Lehimleme

Bu teknikte, ısı kaynağı olarak sıcak hava üfleyen bir tabanca veya istasyon kullanılır. Havya ile lehimlemeye benzer şekilde, sıcak hava akımı doğrudan lehimlenecek bölgeye yönlendirilerek ısıtma sağlanır. Özellikle yüzey montajlı (SMD) bileşenlerin lehimlenmesi veya sökülmesi gibi, havya ucunun doğrudan temasının zor olduğu veya bileşene zarar verebileceği durumlarda tercih edilen kullanışlı bir yöntemdir. Genellikle devrelerdeki hatalı lehimlerin düzeltilmesinde de kullanılır.

Otomatik ve Yarı Otomatik Yöntemler

Fırında Lehimleme

Genellikle seri üretimde ve karmaşık devre kartlarının montajında kullanılan yarı otomatik bir yöntemdir. Bu teknikte, lehimlenecek bölgelere öncelikle krem lehim (lehim pastası) sürülür. Daha sonra elektronik bileşenler kart üzerine yerleştirilir ve kart, belirli bir sıcaklık profiline ayarlanmış bir fırına konulur. Fırın içinde, lehim pastası eriyerek tüm bağlantıları aynı anda oluşturur. Bu yöntem, özellikle küçük ve yoğun bileşenli devrelerin lehimlenmesinde yüksek verimlilik sağlar.

Ateş ve Baskı Lehimleme

Bu teknikler genellikle sert lehimleme uygulamalarında kullanılır. Ateş lehimlemede, bir alev kaynağı (örneğin gazlı ocak) ile ısıtma manuel olarak yapılır ve daha çok küçük parçaların birleştirilmesinde tercih edilir. Baskı lehimlemede ise dolgu metali parçaların arasına yerleştirilir ve ardından ısıtılarak birleştirme sağlanır. Bu yöntem, otomatik montaj hatlarında kullanılabilir.

^{Lehim İşleminin Yapılması (Yapay Zeka ile Oluşturulmuştur)}

Isıtma Teknolojileri

Lehimleme cihazlarının performansını belirleyen temel faktör, ısıtma teknolojisidir.

Rezistanslı Isıtma Teknolojisi

En eski ve klasik ısıtma yöntemidir. Bir nüve veya seramik makara üzerine sarılmış rezistans telinin elektrik akımıyla ısınması prensibine dayanır. Bu teknoloji, zamanla performans kaybı yaşayabilir; rezistans teli aşınır ve periyodik olarak değiştirilmesi gerekir. Isı stabilitesi düşüktür ve sık kalibrasyon gerektirir. Ayrıca, yüksek elektrik sarfiyatına neden olabilir ve operatörün her malzeme için ısıyı manuel olarak ayarlamasını gerektirdiği için insan hatasına açıktır.

İndüksiyon Frekanslı Isıtma Teknolojisi

Modern ve güvenilir bir teknolojidir. Güç kaynağının ürettiği yüksek frekanslı (genellikle 450 KHz veya 13.56 MHz) akım, özel tasarlanmış havya ucuna iletilir ve ucu doğrudan ısıtır. Bu yöntemde rezistans gibi sarf malzemeleri bulunmaz. En büyük avantajı, ısı stabilitesinin çok yüksek olmasıdır (±1°C). Sistem, lehimlenecek noktanın metal yoğunluğuna göre gücü otomatik olarak ayarladığı için operatörün ısı ayarı yapmasına gerek kalmaz. Bu durum, hem soğuk lehim riskini ortadan kaldırır hem de hassas bileşenlerin aşırı ısıdan zarar görmesini engeller. Daha düşük enerji tüketimi ile yüksek verimlilik sunar ve operatör hatalarını en aza indirir.

Sert Lehimleme

Sert lehimleme, 450°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda gerçekleştirilen bir metal birleştirme işlemidir. Bu teknikte kullanılan dolgu metalleri genellikle gümüş, bakır ve altın gibi yüksek erime noktasına sahip alaşımlardır. Sert lehimleme ile oluşturulan bağlantılar, yumuşak lehimlemeye göre çok daha yüksek mekanik dayanıklılığa sahiptir. Bu nedenle otomotiv, havacılık, uzay ve makine imalatı gibi zorlu koşullara dayanıklılık gerektiren kritik uygulamalarda tercih edilir. Sert lehimli bağlantılar aynı zamanda iyi bir elektriksel iletkenlik de sunar. Uygulama adımları; yüzey hazırlığı, parçaların montajı, uygun sıcaklıkta ısıtma, lehimleme ve kontrollü soğutma süreçlerini içerir. İşlem sırasında yüksek sıcaklıklar ve potansiyel olarak zararlı dumanlar oluşabileceğinden, uygun kişisel koruyucu ekipman kullanımı ve iyi havalandırma gibi güvenlik önlemleri büyük önem taşır.

Lehim Kalitesi ve Uygulama İpuçları

Yapılan bir lehimin kalitesi, hem bağlantının güvenilirliği hem de devrenin performansı açısından kritiktir. Kaliteli bir lehim parlak, pürüzsüz ve malzeme bacağını tam saran konik bir huni şeklinde olmalıdır. Kalitesiz veya hatalı yapılan lehimler ise "soğuk lehim" olarak adlandırılır. Soğuk lehim, donuk ve mat bir görünüme sahiptir, yüzeyinde pürüzler ve çatlaklar bulunabilir. Bu tür bağlantılar mekanik olarak zayıftır ve zamanla elektriksel temassızlıklara yol açabilir.

İyi bir lehim yapmak için dikkat edilmesi gereken bazı püf noktaları şunlardır:

• Temizlik: Lehimlenecek yüzeyler ve havya ucu temiz olmalıdır. Oksit, yağ ve kir, lehimin yüzeye tutunmasını engeller. Havya ucu, nemli bir sünger veya pirinç talaşı ile düzenli olarak temizlenmelidir. Lehimleme sonrası devre kartında kalan pasta (flux) artıkları, korozyona neden olabileceğinden selülozik tiner gibi bir çözücü ve fırça yardımıyla temizlenmelidir.
• Sıcaklık Kontrolü: Havya sıcaklığı, lehimlenecek bileşenin ve kartın termal kütlesine uygun olarak ayarlanmalıdır. Çok düşük sıcaklık soğuk lehime, çok yüksek sıcaklık ise bileşene veya devre kartına zarar vermenin yanı sıra lehimin yapısını da bozabilir.
• Doğru Isıtma: Havya ucu, hem bileşen bacağına hem de devre kartındaki pede aynı anda temas ettirilerek her iki yüzeyin de eşit şekilde ısınması sağlanmalıdır. Yüzeyler yeterince ısınmadan lehim uygulanmamalıdır.
• Lehim Pastası (Flux) Kullanımı: Lehim tellerinin içinde genellikle flux bulunur. Ancak ek flux kullanımı, yüzeydeki oksit tabakasını temizleyerek ve lehimin yüzey gerilimini azaltarak daha kolay akmasını ve daha kaliteli bir bağlantı oluşmasını sağlar.

Lehim Malzemeleri ve Sökme İşlemi

Lehimleme işleminde kullanılan çeşitli malzemeler bulunmaktadır. En yaygın olanı, farklı kalınlıklarda tel şeklinde satılan standart kalay-kurşun lehimleridir. Bunun yanı sıra, yüzey montajlı (SMD) devre elemanlarının lehimlenmesinde kullanılan ve %62 kalay, %36 kurşun, %2 gümüş gibi alaşımlar içeren krem lehim (lehim pastası) da mevcuttur. Takı gibi özel uygulamalar için ise pallion (küçük parçacıklar), levha, tel veya toz formunda gümüş lehimler kullanılır.

Hatalı yapılan veya değiştirilmesi gereken bir lehimin sökülmesi işlemine lehim sökme denir. Bu işlem için iki temel yöntem kullanılır. Birincisi, lehimli bölge havya ile ısıtılır ve eriyen lehimin sıvı hâlinden faydalanılarak bileşen yerinden çıkarılır. İkinci ve daha temiz olan yöntemde ise, erimiş lehim bir lehim pompası (vakumlu bir alet) veya lehim emme teli (bakır örgü tel) kullanılarak bölgeden uzaklaştırılır. Özellikle sökülmesi zor olan çok bacaklı bileşenlerde, eski lehimi daha kolay eritmek için bölgeye bir miktar yeni lehim eklenmesi ve ardından tüm lehimin temizlenmesi etkili bir tekniktir.