Svako ko je proveo stvarno vrijeme na proizvodnom pogonu zna frustraciju. Imate savršene komponente, čiste ploče, reflow peć uvučenu-i dalje, spojevi izgledaju dosadno. Ili još gore, počinjete da vidite nadgrobne spomenike na 0402s. Devet puta od deset, krivac nije greška operatera ili kvar opreme. To je pasta za lemljenje.
Flux pastanalazi se u srcu modernog SMT sklopa, iako ga ne biste uvijek znali po tome koliko malo pažnje pridaje u poređenju sa legurama za lemljenje ili preciznošću postavljanja. To je greška.
Šta se zapravo dešava na molekularnom nivou
Evo stvari o metalnim oksidima o kojima većina operatera nikad ne razmišlja: oni se formiraju gotovo trenutno. Izložite čisti bakar vazduhu i za nekoliko minuta nagomilaćete sloj bakrovog oksida. U trenutku kada ta ploča dođe do povrata, oksidacija je već ugrozila sposobnost vlaženja. Lem se ne vezuje dobro za okside. Period.
Flux pasta za lemljenjesadrži organske kiseline-obično adipinsku kiselinu, jantarnu kiselinu ili njihove vlasničke mješavine-koje hemijski redukuju ove okside nazad u goli metal. Reakcija se dešava upravo kada se temperature penju kroz raspon od 150-180 stepeni, neposredno pre nego što se lem ukapni. Vreme je ovde važnije nego što ljudi shvataju. Preagresivan aktivator i dobijete prskanje pri predgrijavanju. Previše blagi i ti oksidi prežive u zoni reflow.
Vozilo za fluks-obično na bazi kolofonija ili sintetičke smole pomiješane sa rastvaračima- služi dvostrukoj svrsi koju inženjeri ponekad zanemaruju. Prvo, održava metalni prah ravnomjerno suspendiranim po cijeloj pasti. Odvajanje je pravi problem sa većim veličinama tegli; Vidio sam da pasta ostavljena da stoji nedelju dana razvija dovoljno segregacije lemljenja da smanji količinu depozita za 15%. Drugo, vozilo kontroliše reologiju tokom štampanja. To je ono što vam daje čisto oslobađanje od zidova otvora šablona.
Problem vlaženja o kojem niko ne govori
Površinska napetost upravlja svime u lemljenju. Rastopljeni SAC305 ima površinski napon oko 500-520 mN/m – otprilike deset puta veći od vode. Prepušten sam sebi, tečni lem želi da se zgrči i minimizira kontaktnu površinu. To je fizika koja radi protiv tebe.
Aktivatori fluksa smanjuju međufaznu napetost između rastopljenog lema i podloge. To omogućava da se lem širi preko jastučića i penje na olovku, formirajući tu idealnu konkavnu geometriju fileta. Bez adekvatne aktivnosti fluksa, dobijate nedovoljno vlaženje-spojeva koji izgledaju sjajno, ali nisu formirali odgovarajuće intermetalne veze na međumetalnoj površini bakra. Ovi spojevi će otkazati pod termičkim ciklusom. Možda ne odmah, ali neće uspjeti.
Klasifikacioni sistemi i šta oni znače u praksi
IPC J-STD-004B definira sistem klasifikacije fluksa na koji se poziva većina proizvođača. Na prvi pogled izgleda komplikovano, ali se logično kvari kada prođete kroz nekoliko primjera.
Prva dva slova označavaju tip fluksa: RO za kolofonij, RE za smolu, OR za organsku kiselinu, IN za neorgansku. Slijedi nivo aktivnosti-L, M ili H za nizak, srednji, visok. Konačno, nula ili jedna oznaka sadržaja halida. Dakle, REL0 je fluks sintetičke smole niske{5}}aktivnosti bez halogenida. ROM1 je kolofonij srednje{8}}aktivnosti sa halogenim aktivatorima. Dovoljno jednostavno.
Pravo pitanje je koja je klasifikacija zapravo bitna za vašu aplikaciju. Vidio sam kako odjeli za nabavku insistiraju na ROL0 u cijelosti jer "ne-čisto znači nema čišćenja", a zatim se bore sa problemima vlaženja na oksidiranim OSP završnim slojevima. U međuvremenu, ROM1 bi riješio problem-da, tehnički sadrži halogenide, ali u koncentracijama koje predstavljaju nulti rizik za pouzdanost kada se pravilno pretoči. Kontekst je bitan.
Vrste rastvorljive u vodi
Formulacije ORL1 i ORH1 daju najveću aktivnost-odlično za izazovne aplikacije kao što su igle konektora ili scenariji jako oksidiranih dorada. Zahtevaju vodeno čišćenje, obično DI voda iznad 50 stepeni uz mešanje. Ostaci su korozivni i hidrofilni. Ostavite ih na ploči i tražite elektrohemijsku migraciju niz liniju.
Zalijepite faktore performansi izvan očiglednog
Sadržaj metala je bitan. Standardna pasta za lemljenje sadrži 88-91% metala po težini, ali razlika između 89% i 90,5% pokazuje se u otpornosti na slijeganje i postojanosti visine naslaga. Veće opterećenje metala znači manje vozila za izgaranje, čistije ostatke, čvršće prozore procesa. Kompromis je mogućnost štampanja-teško opterećene paste koje mogu biti izbirljive sa šablonima finog koraka.
Raspodjela veličine čestica slijedi klasifikaciju tipova. Tip 3 (25-45 mikrona) obavlja većinu standardnih SMT poslova. Tip 4 (20-38 mikrona) postaje neophodan za BGA i 0201 komponente sa korakom od 0,4 mm. Tip 5 i dalje postoje za ultra-fine aplikacije, ali ćete platiti premiju i potrebna vam je odgovarajuća stroža kontrola procesa. Što je prah finiji, veća je površina, brža je oksidacija tokom skladištenja. Neke paste tipa 5 imaju rok trajanja kraći od četiri mjeseca čak i u hladnjaku.
A kad smo kod hlađenja-da, to je obavezno. Lemna pasta je na neki način živa stvar. Hemija fluksa nastavlja da reaguje na sobnoj temperaturi, viskozitet se penje prema gore, metalni prah se polako razgrađuje. Većina pasta specificira skladištenje na 0-10 stepeni. Dobavljači su mi rekli da njihov proizvod opstaje na sobnoj temperaturi "nekoliko dana", ali podaci to ne podržavaju. Jednom smo radili-uporedni testovi štampe sa pravilno pohranjenom pastom u odnosu na pastu koja je izostavljena tokom vikenda. Razlika u punjenju otvora blende je odmah bila očigledna.
Dobavljanje paste tamo gdje treba
Štampanje šablona ostaje radna metoda za nanošenje SMT paste. Tiksotropna svojstva nosača fluksa određuju ponašanje štampe-za koje želite karakteristike razrjeđivanja smicanja{2}} koje omogućavaju da se pasta kotrlja i popuni otvore pod pritiskom brisača, a zatim zadrži oblik nakon nanošenja. Previše tiksotropije i pasta se neće čisto osloboditi. Premalo i naslage padaju prije postavljanja.
Za preradu, špricevi i sistemi za doziranje stavite pastu tačno tamo gde vam je potrebna. Primjenjuje se ista kemija fluksa, samo u drugom mehanizmu isporuke. Gel fluks u samostalnom obliku-bez metalnog praha-primjenjuje se za-lemljenje u talasima kroz rupe i ručno popravljanje.
Debata o čišćenju
U industriji je stalna rasprava o tome da li-čisti ostaci zaista ne trebaju čišćenje. Tehnički, ne-to je cijela poenta. Ostatak je dizajniran tako da bude dobroćudan, ne{4}}provodljiv, ne-korozivan. Ali "benigno" ima granice.
Ako nanosite konformni premaz, ostatak će ometati prianjanje. Ako je vaš proizvod izložen okruženjima visoke vlažnosti, čak ni-čisti ostaci ne mogu apsorbirati vlagu i stvoriti puteve curenja. Visoko{3}}aplikacije visoke pouzdanosti-medicinski, svemirski, automobilski sigurnosni sistemi-obično zahtijevaju čišćenje bez obzira na vrstu fluksa. To je pristup kaiša-i-naramenicama koji dodatno košta, ali eliminiše način kvara.
Druga strana: nepotrebno čišćenje troši resurse i uvodi rukovanje koje može oštetiti komponente. Čišćenje također stvara tokove otpada koji zahtijevaju odlaganje. Za potrošačku elektroniku sa umjerenim zahtjevima za pouzdanost, pravilno odabrani bez-čisti fluks zaista nije-čist.
Gdje ovo sve vodi
Tehnologija Flux paste nastavlja da se razvija. Prelazak na sitnije nagibe i manje komponente zahtijeva paste koje su čišće štampe, brže se vlažu i ostavljaju manje ostataka. Legure bez olova-sa svojim višim tačkama topljenja zahtijevaju sisteme fluksa koji prežive duže vrijeme iznad likvidusa bez ugljenisanja ili prerano iscrpljivanja rezervi aktivatora.
Neke od novijih sintetičkih ne-čistih formulacija su zaista impresivne-stabilne viskoznosti u svim temperaturnim rasponima, produženi vijek trajanja šablona, skoro-nevidljivi ostaci. Oni koštaju više. Hoće li to koštati olovke ovisi o vašim stopama kvarova, teretu prerade i zahtjevima za kvalitetom.
Na kraju dana, flux pasta je hemijsko sredstvo. Kao i svaki drugi alat, njegova učinkovitost ovisi o odabiru pravog za posao i korištenju u okviru njegovih dizajnerskih parametara. Ispravite to i zapitat ćete se zašto vam je lemljenje ikada stvaralo probleme. Pogriješite i nikakvo podešavanje profila ili preciznost postavljanja vas neće spasiti.
