Topilo za spajkanje, ki izboljša izkoristek

Kemija pretoka določa razliko med proizvodno linijo, ki doseže 98-odstotni izkoristek-prvega prehoda, in eno, ki šepa pri 87-odstotnem, medtem ko se vsi prepirajo, čigava je krivda. Sama spojina -reaktivna mešanica aktivatorjev, nosilcev in topil, oblikovanih za odstranjevanje oksidnih filmov in spodbujanje metalurškega vlaženja-predstavlja morda 2 % vaših stroškov materiala in približno 40 % vaših temeljnih vzrokov za okvaro, ko se kaj pokvari. IPC J-STD-004B razvršča te formulacije po stopnjah aktivnosti (L, M, H), vsebnosti halogenidov in osnovni kemiji, vendar vam specifikacijski list ne pove skoraj nič o tem, ali določentokbo dejansko deloval na vaši liniji, z vašimi ploščami, ki vodijo vaše toplotne profile. Ta vrzel med obljubami podatkovnih listov in realnostjo proizvodnje je tisto, kjer donos živi ali umre.

Oksidacija poteka hitreje, kot se večina ljudi zaveda. Gledate merljivo rast oksida v nekaj sekundah po tem, ko baker doseže povišane temperature-ne v minutah, ne "na koncu", ampak takoj. In tukaj je stvar: staljena spajka se nikakor ne veže na oksidirano kovino. O fiziki tega se ne-ne da pogajati.

Tukaj flux zasluži svoje plačilo. Aktivatorji-derivati abietinske kisline v formulacijah kolofonije, organske kisline, kot sta adipinska ali jantarna v vodo{2}}topnih sistemih-kemično zmanjšajo te oksidne plasti, hkrati pa postavijo zaščitno pregrado pred ponovno-oksidacijo v kritičnih sekundah, ko spajka dejansko teče. Brez te ovire bijete izgubljeno bitko proti termodinamiki.

Pojav vlaženja je pomembnejši, kot večina proizvodnih inženirjev ceni. Površinska napetost naravno povzroči, da staljena spajka zmanjša kontaktno površino. Želi se žogati. Flux spojine zmanjšajo to površinsko napetost, kar omogoča, da se zlitina širi po blazinicah s hitrostjo, ki dejansko podpira proizvodni pretok. Kdaj aktivnost toka ni zadostna? Dobite odvod vode, spajkanje, nepopolne spoje, ki so ob vizualnem pregledu videti v redu, tri mesece kasneje pa med toplotnim ciklom nastanejo kraterji.

Bodimo iskreni glede nečesa, o čemer prodajalci fluksa neradi razpravljajo: no-clean je bolj tržni izraz kot tehnična klasifikacija.

Kemija se je pojavila v poznih osemdesetih kot odgovor na omejitve Montrealskega protokola glede čistilnih topil s CFC. Namesto da bi razvili alternativne postopke čiščenja, je industrija kemike za flukse prisilila k oblikovanju izdelkov z ostanki, ki bi teoretično lahko ostali na ploščah, ne da bi povzročili težave z zanesljivostjo. Pristop je vključeval dramatično zmanjšano vsebnost trdnih delcev-včasih 1,5 % v primerjavi z 20 % pri tradicionalni kolofoniji-v kombinaciji z aktivatorji, zasnovanimi za popolno razgradnjo med prelivanjem.

Ko je toplotni profil popoln in je luna v pravi fazi ter nihče ni kihnil v bližini tiskalnika šablon, no-clean deluje razmeroma dobro.

Težava je v tem, da noben-čisti tok ni izjemno občutljiv na variacije postopka. Ti aktivatorji potrebujejo določene temperature za določen čas, da se popolnoma razgradijo. Območje namakanja je prekratko? Aktivni ostanki ostanejo. Najvišja temperatura na robovih plošče ni povsem dosegla specifikacij? Imate delno razgrajen tok, ki leži pod komponentami, počasi absorbira atmosfersko vlago in ustvarja prevodne poti, ki povzročajo okvare na polju osemnajst mesecev po pošiljanju.

To je tisto, česar vam nihče ne pove na kosilu s prodajalcem fluksa-in-se naučite: velik odstotek visoko-zanesljivih proizvajalcev vseeno očisti svoj ne-čisti fluks. Zahteve razreda 3 IPC-A-610 za vesoljske in medicinske sestave v bistvu zahtevajo. Goste plošče z BGA z razmikom 0,4 mm- in komponentami s spodnjim zaključkom ustvarjajo popolna okolja za ostanke fluksa, ki povzročajo elektrokemično migracijo. Zakaj tvegati?

In če se vseeno odločite, da ne{0}}čistite ostankov po dejstvu-vso srečo. Ista nizko{3}}aktivna formulacija, zaradi katere naj bi bili "varni", jih naredi tudi trdovratno odporne na tipične čistilne kemikalije. Potrebovali boste agresivna topila, ki prinašajo lastne glavobole pri ravnanju in okolju.

Če ni-clean nož za maslo, je vodotopno talilo motorna žaga. Delo opravi hitro, a posledice neprevidnega ravnanja so hude.

Formulacije na osnovi aktivatorjev-glikola-organske kisline s citronsko, mlečno ali adipinsko kislino-zagotavljajo izjemno odstranjevanje oksidov. Pri močno oksidiranih površinah, težkih metalizacijah, kot je ENEPIG, ali pospešenih stopnjah oksidacije brez{4}}svinčeve obdelave pri 260 stopinjah, v vodi-topni tok pogosto prekaša vse ostalo z znatnimi razlikami.

Druga stran je absolutno, brez-pogovora, hitro čiščenje. V vodi{2}}topni ostanki so močno higroskopni. Pustite jih čez noč v okolju s 60% vlažnostjo in zjutraj boste opazili vidno korozijo. Videl sem, da so plošče od električno popolne postale odpad v manj kot šestnajstih urah, ker jih je nekdo pustil sedeti po valovnem spajkanju in pozabil zagnati cikel čiščenja.

Samo čiščenje je preprosto-DI voda, pogosto z umililci, v pršilnih ali potopnih sistemih. Ultrazvočno mešanje pomaga doseči komponente pod nizkim{2}}odstopom. Ključna zahteva je temeljitost. Delno čiščenje prerazporedi ionske onesnaževalce na te-do-dosegljiva mesta, ne da bi jih dejansko odstranila, kar je nekako slabše, kot da se sploh ne bi očistili.

Ena stvar, ki ujame ljudi nepripravljene: vodo{0}}topni ostanki prevajajo elektriko, ko so mokri. Vsako električno testiranje pred popolnim sušenjem daje podatke o smeti. Plošče z visoko-gostoto s slepimi odprtinami zadržujejo vlago na mestih, ki jih je presenetljivo težko posušiti brez vakuumskega pečenja.

Soldering Flux

Flux ne obstaja sam po sebi. Je del sistema, ki vključuje vaš toplotni profil, kemijo paste, metalizacijo vaše plošče, sposobnost spajkanja komponent in približno štirideset drugih spremenljivk, ki vse medsebojno delujejo na načine, zaradi katerih se odpravljanje težav počuti kot detektivsko delo.

Območje namakanja je mesto, kjer izvira večina-povezanih napak. Preveč agresivno predgretje požge hlapne nosilce, še preden opravijo svoje zaščitno delo. Aktivatorji se porabijo za boj proti oksidaciji med predgretjem, namesto da bi ostali na voljo za dejanski dogodek reflowa. Ta manifest boste videli kot graping-vzorec napake, ki je pod povečavo videti natanko tako kot grozd grozdja, kjer so se posamezni delci spajke prelili, vendar se nikoli niso združili, ker so oksidni filmi preprečili fuzijo.

Okvare vzglavnika-v-na BGA-jih se v približno 60 % primerov vračajo k temu istemu mehanizmu. Embalaža se med reflowom zvije, pri čemer se spajkalne kroglice dvignejo stran od nanosa paste. Če je tok že izčrpal svojo aktivnost med preveč agresivnim predgretjem, ni več ničesar, kar bi zmanjšalo oksidno plast, ki nastane na izpostavljeni površini kroglice med ločevanjem. Kroglica in pasta se stopita, vendar se ne združita. Dobite nekaj, kar je videti kot glava, stisnjena v blazino-ki je fizično v stiku, a metalurško ločena.

Dušik pomaga, vendar ni čarovnija. Izvajanje reflowa v inertni atmosferi zmanjša, vendar ne odpravi potreb po aktivnosti toka. Še vedno potrebujete ustrezno aktivacijo za vašo specifično kombinacijo paste in plošče.

Zahteve glede fluksa za selektivno spajkanje se razlikujejo od valovitega in reflowa na načine, za katere je industrija potrebovala leta, da jih je popolnoma razumela.

Temeljni izziv je lokalno ogrevanje. Selektivna spajkalna šoba dovaja intenzivno toplotno energijo na majhno območje, medtem ko sosednja območja ostanejo relativno hladna. To ustvarja strme toplotne gradiente in omejen čas za delovanje toka. Potrebujete formulacije z dovolj aktivacije za hitro rezanje skozi okside, vendar brez vsebnosti halogenidov, ki bi povzročila težave z zanesljivostjo na območjih, ki nimajo popolne čistilne prednosti neposrednega stika s spajkami.

Zamašitev šob zaradi talil-na osnovi kolofonije ostaja stalno breme vzdrževanja. Kolofonija-, ki je tehnični izraz za derivate borove smole-, se sčasoma nagiba k karbonizaciji in kopičenju na šobah aplikatorja fluksa. Sintetične alternative rešujejo to težavo, vendar včasih uvajajo lastne omejitve močenja.

Uporaba toka Microjet zahteva nadzor viskoznosti, ki je strožji, kot ga vzdržuje večina proizvodnih okolij. Spremembe temperature v rezervoarju pretoka spremenijo karakteristike toka dovolj, da vplivajo na konsistenco nanosa. Več tednov sem opazoval linije, ki lovijo fantomske napake, preden se je nekdo domislil preveriti viskoznost fluksa glede na vhodne specifikacije.

Neglamurozna resnica je, da izboljšanje izkoristka,-povezano s pretokom, običajno izhaja iz discipline postopka in ne iz čudežnih formulacij.

Spremljajte svojo specifično težo toka. Vodni-sistemi absorbirajo vlago iz ozračja. Sistemi-na osnovi alkohola izgubijo topilo zaradi izhlapevanja. Vsak vzorec zanašanja spremeni ravni aktivnosti na načine, ki se ne objavijo, dokler se stopnje napak ne povečajo.

Čistočo šablone preverjajte pogosteje, kot se vam zdi potrebno. Delno posušeni ostanki talila na odprtinah šablone vplivajo na sproščanje paste na načine, ki so videti kot težave s pasto, vendar so v resnici težave s čistočo.

Potrdite spajkanje dohodne komponente. Najboljša formula fluxa na svetu ne more premagati močno oksidiranih zaključkov komponent. J-Testiranje STD-002 stane, vendar prihrani več, kot stane, ko ujamete slabo pošiljko, preden pride v proizvodnjo.

Uskladite aktivnost toka z dejanskim stanjem površine, ne s teoretičnim stanjem površine. Plošče, ki so bile na zalogi šest mesecev, potrebujejo bolj agresiven tok kot sveža proizvodnja. To se zdi očitno, vendar število vrstic, ki izvajajo iste parametre pretoka ne glede na starost plošče, nakazuje, da ni dovolj očitno.

Soldering Flux

Če obstaja ena napaka, ki opredeljuje sodoben pogovor o izkoristku SMT, je to vzglavnik-in-na spojih BGA. Prehod na-brez svinca ga je še poslabšal. Zaradi večjih paketov komponent z več žogicami je bilo to statistično neizogibno. Industrija je razvila kar pomeni celotno pod-specialnost okoli preprečevanja in odkrivanja.

Mehanizem napake vključuje ločitev med kroglico BGA in usedlino spajkalne paste med reflowom, ki jo običajno povzroči zvijanje komponente pri povišanih temperaturah. Izpostavljena površina žoge oksidira. Ko se komponenta med ohlajanjem spet splošči, pride krogla v stik s pasto, vendar plast oksida prepreči zlivanje.

Dejavnost toka je tu kritična, vendar je le ena spremenljivka. Paste z večjo-aktivnostjo lahko premagajo zmerne oksidne filme. Atmosfera dušika zmanjša stopnjo nastajanja oksidov. Zasnova šablone vpliva na količino paste-več paste pomeni več razpoložljivega fluksa za obvladovanje izziva oksida. Optimizacija profila reflow zmanjša temperaturno razliko, ki povzroča zvijanje.

Toda tukaj so izkušnje pomembne: včasih je odgovor izbira komponente in ne optimizacija procesa. Nekateri paketi BGA se preprosto deformirajo bolj kot drugi. Nekatere konstrukcije podlage so bolj dimenzijsko stabilne. Nobena količina optimizacije toka ne kompenzira bistveno problematične zasnove komponent.

Spajkalne praznine nastanejo, ko se hlapne snovi fluksa med strjevanjem ujamejo v spoj. Nekaj praznin je neizogibno-standardi IPC dovoljujejo do 25 % praznega območja za sklope razreda 2 in do 25 % za razred 3, čeprav številne specifikacije OEM zahtevajo strožje omejitve.

Spodaj-končne komponente, kot so QFN, so prazni magneti. Velika osrednja toplotna blazinica ustvarja geometrijo, ki ujame topila, ki izpuščajo pline, brez izhodne poti. To lahko opazujete v rentgenskih žarkih: čudoviti vzorci praznjenja, ki nastanejo, ko se spajka strdi okoli mehurčkov, ki nimajo kam iti.

Obstajajo paste-z nizkim izločanjem izločanja in pomagajo. Kemija vključuje hlapne sisteme, ki izparijo prej v toplotnem profilu, preden spajka doseže likvidus. Vakuumsko reflow odstrani ujete pline z zmanjšanjem tlaka okolice med fazo strjevanja-učinkovito, vendar drago za izvedbo in vzdrževanje.

Praktične rešitve običajno vključujejo oblikovanje šablon. Manjše zaslonke z večjim razmikom. Okenska stekla ali navzkrižni-vzorci šrafov, ki ustvarjajo ubežne kanale za hlapne snovi. Optimizacija razmerja površin, ki uravnoteži volumen paste s tveganjem za nastanek praznin.

Pogovor o nabavi običajno poteka nekako takole: inženiring želi najboljši tok za svojo specifično aplikacijo, nabava želi najcenejši tok, ki očitno ne bo pokvaril stvari, prodajalec fluksa pa želi prodati vse, kar ima najboljšo maržo v tem četrtletju. Nihče v tem trikotniku ni popolnoma usklajen z vašimi cilji donosa.

Začnite z dejanskimi podatki o napakah. Če je vaš glavni način napake nezadostno vlaženje, potrebujete več aktivnosti. Če je vaš glavni način okvare korozija-povezana z ostanki ali težave s testiranjem, potrebujete manj dejavnosti ali boljše čiščenje. Rešitev ene težave pogosto ustvari drugo, zato je razumevanje vaše trenutne porazdelitve napak pomembnejše od teoretične optimizacije.

Upoštevajte svoje inšpekcijske zmožnosti. Goste plošče z majhnimi-komponentami naklona lahko skrijejo napake, ki se pokažejo le pod rentgenskimi-žarki. Če nimate-zmožnosti pregleda z rentgenskimi žarki, nobena-čista formulacija na BGA-težkih sestavih ne predstavlja pomembnega tveganja za zanesljivost, ki ga ne boste zaznali, dokler ne začnejo prihajati rezultati s terena.

Iskreno upoštevajte svojo čistilno infrastrukturo. Ne izberite v vodi-topnega talila, če je vaša sposobnost čiščenja enaka razpršilni-steklenici in optimizmu. Ne izberite no-clean in domnevajte, da so ostanki dejansko benigni, če vaš izdelek deluje v okoljih z visoko-vlažnostjo ali je podvržen konformnemu premazu.

In kaj je vredno: flux, ki je odlično deloval pri zadnjem izdelku, lahko pri naslednjem popolnoma odpove. Metalizacija plošče, oksidacijsko stanje komponente, porazdelitev toplotne mase, zmožnost profila reflowa-vse to je medsebojno povezano. Konzervativni pristop je testiranje kvalifikacij na reprezentativnih sklopih, preden se zavežejo obsegu proizvodnje.

Upravljanje toka je dolgočasno. Nihče se ni začel ukvarjati s proizvodnjo elektronike, ker je bil navdušen nad spremljanjem specifične teže ali zamenjavo kamnov za flukser iz pene. Urniki vzdrževanja se preskočijo. Spremljanje procesa postane nedosledno. Dohodni pregled se skrajša, ko linija zamuja.

In potem pospravi rezervoarje in vsi se trudijo identificirati temeljni vzrok, in izkaže se, da je bil tok dva tedna izven specifikacij, a nihče ni preverjal.

Vidik discipline pri izboljšanju donosa ni glamurozen. Ne omogoča vznemirljivih predstavitev prodajalcev ali napovedi inovativne tehnologije. Toda proizvajalci, ki dosegajo 98 %+ izkoristek prvega-prehoda, tega ne počnejo s skrivnimi formulacijami fluksa, ki niso na voljo vsem drugim. To delajo z neusmiljeno pozornostjo do temeljev: spremljanje, vzdrževanje, vhodna kontrola kakovosti, usposabljanje operaterjev, procesna dokumentacija.

Sam tok je potreben, vendar ne zadostuje. Razumevanje tega razlikovanja je verjetno vredno več kot katero koli specifično priporočilo za izdelek, ki bi ga lahko dal.

Izboljšanje donosa ni cilj-, ampak stalen argument z entropijo. Tok, ki ga izberete, določa pogoje tega argumenta, okno procesa, znotraj katerega morate delati, in načine napak, na katere boste naleteli, ko se nekaj neizogibno premakne. Da bi to naredili pravilno, je potrebno razumeti kemijo tega, kaj flux dejansko počne, in praktično resničnost delovanja proizvodnih linij. Ena brez druge ustvarja bodisi teoretično eleganco, ki v praksi ne uspe, bodisi empirično odpravljanje težav, ki nikoli ne obravnava temeljnih vzrokov. Proizvajalci, ki dosledno dosegajo svoje cilje glede donosa, so ugotovili, kako držati obe perspektivi hkrati.