Hemija fluksa određuje razliku između proizvodne linije koja postiže 98% prinosa u prvom-prolasku i one koja šepa sa 87% dok se svi raspravljaju o tome čija je greška. Samo jedinjenje-reaktivna mješavina aktivatora, nosača i rastvarača formuliranih za skidanje oksidnih filmova i promoviranje metalurškog vlaženja-predstavlja možda 2% vaše cijene materijala i otprilike 40% uzroka vašeg kvara kada nešto krene u stranu. IPC J-STD-004B klasifikuje ove formulacije po nivoima aktivnosti (L, M, H), sadržaju halida i osnovnoj hemiji, ali list sa specifikacijama vam ne govori gotovo ništa o tome da li određenifluksće zapravo raditi na vašoj liniji, sa vašim pločama, pokrećući vaše termalne profile. Taj jaz između obećanja u tablici podataka i stvarnosti proizvodnog praga je mjesto gdje prinos živi ili umire.
Problem oksida o kome niko ne razmišlja dok ne bude prekasno
Oksidacija se dešava brže nego što većina ljudi misli. Gledate na mjerljiv rast oksida u roku od nekoliko sekundi nakon što bakar dosegne povišene temperature-ne minuta, ne "na kraju", već odmah. I evo stvari: rastopljeni lem se apsolutno neće vezati za oksidirani metal. O njegovoj fizici se ne može pregovarati-.
Ovo je mjesto gdje flux zarađuje svoju platu. Aktivatori-derivati abijetinske kiseline u formulacijama kolofonija, organske kiseline poput adipinske ili sukcinske kiseline u vodi-sistemima rastvorljivim-hemijski smanjuju te oksidne slojeve dok istovremeno postavljaju zaštitnu barijeru protiv re-oksidacije tokom kritičnih sekundi kada je lemljenje. Bez te barijere, vodite izgubljenu bitku protiv termodinamike.
Fenomen vlaženja je važniji nego što većina proizvodnih inženjera cijeni. Površinska napetost prirodno uzrokuje da rastopljeni lem minimizira kontaktnu površinu. Želi da se popne. Jedinjenja fluksa smanjuju tu površinsku napetost, omogućavajući leguri da se širi po jastučićima brzinom koja zapravo podržava proizvodni protok. Kada je aktivnost fluksa nedovoljna? Dobijate ovlaživanje, zalemljenje, nepotpune spojeve koji izgledaju dobro pod vizuelnim pregledom, ali krater tokom termičkog ciklusa tri mjeseca kasnije.
Zašto vaš No-Clean Flux vjerovatno ne radi dobro kao što mislite
Budimo iskreni o nečemu o čemu prodavači fluksa ne vole raspravljati: ne-čisto je marketinški termin više od tehničke klasifikacije.
Hemija se pojavila kasnih 1980-ih kao odgovor na ograničenja Montrealskog protokola na CFC rastvarače za čišćenje. Umjesto da razvija alternativne procese čišćenja, industrija je natjerala hemičare fluksa da formuliraju proizvode s ostacima koji bi teoretski mogli ostati na pločama bez izazivanja problema s pouzdanošću. Pristup je uključivao dramatično smanjen sadržaj čvrstih tvari-ponekad 1,5% u odnosu na 20% za tradicionalni kolofonij-u kombinaciji s aktivatorima dizajniranim da se potpuno razgrađuju tokom ponovnog toka.
Kada je termalni profil savršen i mjesec je u pravoj fazi i niko nije kihnuo u blizini štampača šablona, nijedno-čišćenje ne funkcionira razumno dobro.
Problem je u tome što nijedan-čisti tok nije izuzetno osjetljiv na varijacije procesa. Ovim aktivatorima su potrebne određene temperature za određeno trajanje da bi se potpuno razgradili. Zona namakanja je prekratka? Aktivni ostaci ostaju. Maksimalna temperatura nije sasvim dostigla specifikaciju na ivicama ploče? Imate djelimično razloženi fluks koji leži ispod komponenti, polako upija atmosfersku vlagu i stvara provodne puteve koji uzrokuju kvarove na terenu osamnaest mjeseci nakon otpreme.
Evo šta vam niko ne kaže na ručku-i-i-proizvođača fluksa: značajan postotak visoko-proizvođača visoke pouzdanosti ionako čisti svoj ne-čisti fluks. Zahtjevi IPC-A-610 klase 3 za zrakoplovne i medicinske sklopove to u suštini nalažu. Guste ploče sa BGA-om nagiba 0,4 mm- i komponentama sa donjim krajevima stvaraju savršeno okruženje za ostatke fluksa koji izazivaju elektrohemijsku migraciju. Zašto rizikovati?
A ako odlučite čistiti bez-ostatke nakon toga-sretno. Ista formula niske-aktivnosti koja ih navodno čini "sigurnim" takođe ih čini tvrdoglavo otpornim na tipične hemije za čišćenje. Trebat će vam agresivni rastvarači, a oni sami sebi uzrokuju probleme u rukovanju i okolišu.
U vodi{0}}Rastvorljivo: Nuklearna opcija
Ako je bez-čist nož za puter, fluks-topiv u vodi je motorna pila. Posao se obavlja brzo, ali posljedice nepažljivog rukovanja su teške.
Formulacije na bazi aktivatora organske kiseline-glikol-sa limunskom, mliječnom ili adipinskom kiselinom-ostvaruju izuzetno uklanjanje oksida. Za jako oksidirane površine, teške metalizacije kao što je ENEPIG ili ubrzane stope oksidacije bezolovne-obrade na 260 stepeni, fluks koji je rastvorljiv u vodi često nadmašuje sve ostalo sa značajnim marginama.
Obrnuta strana je apsolutna, bez{0}}pregovaranja, brzo čišćenje. Ostaci{2}}topivi u vodi su izrazito higroskopni. Ostavite ih preko noći u okruženju sa 60% vlage i do jutra ćete pronaći vidljivu koroziju. Video sam da su ploče od električnih savršenih postale otpadne za manje od šesnaest sati jer ih je neko ostavio da sede nakon talasnog lemljenja i zaboravio da pokrene ciklus čišćenja.
Samo čišćenje je jednostavno-DI vodom, često sa saponifikatorima, u sistemima za raspršivanje ili uranjanje. Ultrazvučna agitacija pomaže u dosezanju komponenti sa niskim-otporom. Kritični zahtjev je temeljitost. Djelomično čišćenje redistribuira jonske kontaminante na teže--dostupne lokacije bez njihovog stvarnog uklanjanja, što je nekako gore od nečišćenja.
Jedna stvar koja ljude hvata nespremne: ostaci{0}}topivi u vodi provode električnu energiju dok su mokri. Svako električno testiranje prije potpunog sušenja daje podatke o smeću. Ploče visoke-gustine sa slijepim spojevima zadržavaju vlagu na lokacijama koje je iznenađujuće teško osušiti bez pečenja u vakuumu.
Odnos profila reflow
Flux ne postoji izolovano. To je dio sistema koji uključuje vaš termalni profil, hemiju paste, metalizaciju vaše ploče, lemljivost vaših komponenti i četrdesetak drugih varijabli koje međusobno djeluju na način da rješavanje problema izgleda kao detektivski posao.
Zona namakanja je mjesto gdje potiče većina defekata povezanih sa fluksom. Previše agresivno predgrijavanje sagorijeva isparljive nosače prije nego što obave svoj zaštitni posao. Aktivatori se istroše boreći se protiv oksidacije tokom predgrijavanja umjesto da ostanu dostupni za stvarni događaj ponovnog toka. Vidjet ćete ovaj manifest kao iscrtavanje-defektnog uzorka koji izgleda tačno kao grozd pod uvećanjem, gdje su se pojedinačne čestice lemova ponovno formirale, ali se nikada nisu spojile jer su oksidni filmovi spriječili fuziju.
Defekti-u-jastučićima na BGA-ima prate ovaj isti mehanizam oko 60% vremena. Pakovanje se iskrivljuje tokom ponovnog toka, podižući kuglice lemljenja od naslaga paste. Ako je fluks već iscrpio svoju aktivnost tokom pretjerano agresivnog predgrijavanja, ne postoji ništa što bi moglo smanjiti oksidni sloj koji se formira na izloženoj površini kuglice tokom odvajanja. Lopta i pasta se tope, ali se ne spajaju. Dobijate nešto što izgleda kao glava utisnuta u jastuk-fizički u kontaktu, ali metalurški odvojena.
Azot pomaže, ali nije magija. Provođenje povratnog toka u inertnoj atmosferi smanjuje, ali ne eliminira zahtjeve za aktivnošću fluksa. I dalje vam je potrebna odgovarajuća aktivacija za vašu specifičnu kombinaciju paste i ploče.
Selektivno lemljenje je vlastita životinja
Zahtjevi za fluks za selektivno lemljenje razlikuju se od valovitog i povratnog toka na načine za koje su industriji bile potrebne godine da ih potpuno shvati.
Osnovni izazov je lokalizirano grijanje. Selektivna mlaznica za lemljenje primjenjuje intenzivnu toplinsku energiju na malu površinu dok susjedni dijelovi ostaju relativno hladni. Ovo stvara strme toplinske gradijente i ograničeno vrijeme za djelovanje fluksa. Potrebne su vam formulacije s dovoljno aktivacije da brzo probijete okside, ali bez sadržaja halogenida koji bi uzrokovao probleme s pouzdanošću na područjima koja ne ostvaruju punu korist čišćenja direktnim kontaktom lemljenja.
Začepljenje mlaznica od fluksa na bazi kolofonija{0}} ostaje stalni teret održavanja. Kolofonija-to je tehnički izraz za derivate borove smole-sklona je karbonizaciji i akumulaciji na mlaznicama aplikatora fluksa tokom vremena. Sintetičke alternative rješavaju ovaj problem, ali ponekad uvode vlastita ograničenja vlaženja.
Primjena Microjet fluksa zahtijeva kontrolu viskoziteta koja je stroža nego što se održava u većini proizvodnih okruženja. Varijacije temperature u rezervoaru fluksa mijenjaju karakteristike protoka dovoljno da utiču na konzistentnost depozita. Gledao sam kako linije jure fantomske defekte nedeljama pre nego što je neko pomislio da proveri viskozitet fluksa u odnosu na ulazne specifikacije.
Šta zapravo pokreće poboljšanje prinosa
Neglamurozna istina je da poboljšanje prinosa vezano za fluks- obično dolazi od discipline procesa, a ne od čudesnih formulacija.
Pratite svoju specifičnu težinu fluksa. Sistemi na bazi vode{1}}upijaju vlagu iz atmosfere. Sistemi na bazi alkohola- gube rastvarač isparavanjem. Bilo koji drift obrazac mijenja nivoe aktivnosti na načine koji se ne najavljuju sve dok se stopa defekta ne poveća.
Provjeravajte čistoću šablona češće nego što mislite da je potrebno. Djelomično osušeni ostaci toka na otvorima šablona utječu na oslobađanje paste na načine koji izgledaju kao problemi s pastom, ali su zapravo problemi s čistoćom.
Potvrdite lemljivost ulaznih komponenti. Najbolja formulacija fluksa na svijetu ne može prevladati loše oksidirane završetke komponenti. J-STD-002 testiranje košta novac, ali štedi više nego što košta kada uhvatite loš dio prije nego što počne proizvodnju.
Uskladite svoju aktivnost fluksa sa vašim stvarnim stanjem površine, a ne vašim teoretskim stanjem površine. Ploče koje su bile na zalihama šest mjeseci trebaju agresivniji fluks od svježe proizvodnje. Ovo se čini očiglednim, ali broj linija koje pokreću iste parametre fluksa bez obzira na starost ploče sugerira da to nije dovoljno očigledno.
Epidemija Head-in-Pillow
Ako postoji jedan nedostatak koji definira moderan SMT razgovor o popuštanju, to je glava-u-jastuku na BGA spojnicama. Prelazak na-bez olova to je pogoršao. Veći paketi komponenti sa više loptica učinili su to statistički neizbježnim. Industrija je razvila ono što predstavlja čitavu pod-specijalnost oko prevencije i otkrivanja.
Mehanizam defekta uključuje razdvajanje između BGA kuglice i naslaga paste za lemljenje tokom ponovnog toka, što je obično uzrokovano deformacijom komponenti na povišenim temperaturama. Izložena površina lopte oksidira. Kada se komponenta ponovo spljošti tokom hlađenja, lopta dolazi u kontakt sa pastom, ali oksidni sloj sprečava spajanje.
Aktivnost fluksa je ovdje kritična, ali to je samo jedna varijabla. Paste-više aktivnosti mogu savladati umjerene oksidne filmove. Atmosfera dušika smanjuje stope stvaranja oksida. Dizajn šablona utiče na zapreminu paste-više paste znači više fluksa na raspolaganju da se nosi sa izazovom oksida. Optimizacija profila povratnog toka minimizira temperaturnu razliku koja dovodi do savijanja.
Ali ovdje je iskustvo bitno: ponekad je odgovor odabir komponenti, a ne optimizacija procesa. Neki BGA paketi se jednostavno iskrivljuju više od drugih. Neke konstrukcije supstrata su dimenzionalno stabilnije. Nikakva optimizacija fluksa ne kompenzira fundamentalno problematičan dizajn komponenti.
Pražnjenje: nedostatak koji se skriva
Praznine za lem nastaju kada se isparljivi fluks zarobe u spoju tokom skrućivanja. Neka praznina je neizbježna-IPC standardi dozvoljavaju do 25% prazne površine za sklopove klase 2 i do 25% za klasu 3, iako mnoge specifikacije OEM-a zahtijevaju stroža ograničenja.
Donje{0}}komponente kao što su QFN su prazni magneti. Veliki centralni termalni jastučić stvara geometriju koja zadržava rastvarače koji ispuštaju fluks bez izlaznog puta. Možete gledati kako se to dešava na X- zracima: prelijepi obrasci praznina koji se formiraju dok se lem učvršćuje oko mjehurića koji nisu imali kamo otići.
Formulacije paste sa malim-mraznim mokrenjem postoje i one pomažu. Hemija uključuje isparljive sisteme koji se gase ranije u termičkom profilu, prije nego što lem dođe do likvidusa. Vakuumski reflow eliminiše zarobljene gasove smanjenjem pritiska okoline tokom faze očvršćavanja-efikasno, ali skupo za implementaciju i održavanje.
Praktična rješenja obično uključuju dizajn šablona. Manji otvori sa većim razmakom. Okna prozora ili unakrsni-obrasci šrafura koji stvaraju kanale za izlaz za volatile. Optimizacija omjera površine koja balansira volumen paste i rizik od stvaranja praznina.
Real World Flux Selection
Razgovor o nabavci obično ide otprilike ovako: inženjering želi najbolji fluks za njihovu specifičnu primjenu, kupovina želi najjeftiniji tok koji očigledno neće pokvariti stvari, a prodavač toka želi prodati ono što ima najbolju maržu u ovom kvartalu. Niko u tom trouglu nije u potpunosti usklađen s vašim ciljevima prinosa.
Počnite sa stvarnim podacima o greškama. Ako je vaš primarni način kvara nedovoljno vlaženje, trebate više aktivnosti. Ako je vaš primarni način kvara problem-povezan sa korozijom ili testiranjem, trebate manje aktivnosti ili bolje čišćenje. Rješenje jednog problema često stvara drugi, pa je razumijevanje vaše trenutne distribucije kvarova važnije od teoretske optimizacije.
Uzmite u obzir svoje mogućnosti inspekcije. Guste ploče sa finim-komponentama mogu sakriti nedostatke koji se manifestiraju samo pod X-snimkom. Ako nemate mogućnost X-inspekcije, nikakve-čiste formulacije na BGA-teškim sklopovima predstavljaju značajnu kocku na pouzdanost koju nećete otkriti dok ne počnu pristizati povratni podaci sa terena.
Iskreno računajte na svoju infrastrukturu za čišćenje. Nemojte birati fluks u vodi{1}}rastvorljivom ako je vaša sposobnost čišćenja jednaka -bočici s raspršivačem i optimizmu. Nemojte birati bez-čisto i pretpostaviti da su ostaci stvarno benigni ako vaš proizvod radi u okruženjima sa visokom-vlažnošću ili je podvrgnut konformnom premazu.
I za ono što vrijedi: fluks koji je savršeno funkcionisao za prošli proizvod može nesrećno propasti na sljedećem. Metalizacija ploče, stanje oksidacije komponenti, raspodjela termalne mase, sposobnost profila reflow-sve je u interakciji. Konzervativni pristup je kvalifikaciona testiranja na reprezentativnim sklopovima prije nego što se posvete obima proizvodnje.
Ljudski faktor
Upravljanje fluksom je dosadno. Niko se nije upustio u proizvodnju elektronike jer su bili strastveni u praćenju specifične težine ili zamjeni kamena za pjenasti flukser. Raspored održavanja se preskače. Praćenje procesa postaje nedosljedno. Dolazna inspekcija se skraćuje kada red kasni.
A onda dajte rezervoare, i svi se trude da identifikuju osnovni uzrok, i ispostavilo se da je fluks bio van specifikacija dve nedelje, ali niko nije proveravao.
Disciplinski aspekt poboljšanja prinosa nije glamurozan. Nije pogodan za uzbudljive prezentacije dobavljača ili najave inovativnih tehnologija. Ali proizvođači koji postižu 98%+ prinosa prvog-prolaska ne rade to sa tajnim formulacijama fluksa koje su nedostupne svima ostalima. Oni to rade s nemilosrdnom pažnjom na osnove: nadzor, održavanje, ulaznu kontrolu kvaliteta, obuku operatera, procesnu dokumentaciju.
Sam tok je neophodan, ali nije dovoljan. Razumijevanje te razlike vjerovatno vrijedi više od bilo koje posebne preporuke za proizvod koju bih mogao dati.
Poboljšanje prinosa nije odredište-već stalna rasprava sa entropijom. Tok koji odaberete određuje uslove tog argumenta, prozor procesa u kojem morate raditi i modove neuspjeha na koje ćete naići kada se nešto neizbježno pomakne. Da biste to učinili kako treba, potrebno je razumjeti kako hemiju onoga što fluks zapravo radi, tako i praktičnu stvarnost kako proizvodne linije zapravo rade. Jedno bez drugog proizvodi ili teorijsku eleganciju koja ne uspijeva u praksi ili empirijsko rješavanje problema koje nikada ne rješava korijenske uzroke. Proizvođači koji su dosljedno postizali svoje ciljeve prinosa smislili su kako zadržati obje perspektive istovremeno.
