W technologii montażu powierzchniowego rozróżnienie pomiędzystrumieńIpasta lutowniczadefiniuje podstawowe decyzje procesowe, które wpływają na wydajność, niezawodność i przepustowość produkcji. Topnik-chemiczny środek czyszczący składający się z aktywatorów, nośników i rozpuszczalników-usuwa tlenki metali z powierzchni podłoża i sprzyja zwilżaniu podczas wahań temperatury. Pasta lutownicza łączy tę chemię topnika z kulistym proszkiem stopu (zazwyczaj 85-90% wagowo metalu) zawieszonym w lepkim ośrodku, tworząc materiał do jednorazowego zastosowania do mocowania komponentów. Obie substancje działają na tych samych zasadach metalurgicznych, ale służą wyraźnie różnym kontekstom produkcyjnym.
Co właściwie robi Flux
Oto kwestia strumienia, o której nie mówi się wystarczająco dużo: jest to zasadniczo materiał ofiarny. Aktywatory,-niezależnie od tego, czy są to kalafonia,-pochodna kwasu abietynowego, halogenki organiczne czy związki syntetyczne-, służą chemicznej redukcji tlenków miedzi (Cu₂O i CuO) z powrotem do metalu nieszlachetnego podczas ogrzewania. Ta reakcja zachodzi szybko. Naprawdę szybko. A kiedy te aktywatory zostaną zużyte, masz może 90-180 sekund, zanim ponowne utlenianie zacznie pogarszać okno nawilżania.
System klasyfikacji IPC J-STD-004 dzieli to na czteroznakowy kod. ROL0 oznacza na bazie kalafonii, o niskiej aktywności, bez halogenków. ORM1 oznacza topnik organiczny o średniej aktywności i zawartości halogenków. Większość inżynierów zapamiętuje kilka popularnych oznaczeń i uważa to za dzień.
Składnik nośnika-kalafonia, żywica syntetyczna lub nośniki na bazie-glikolu-służą dwóm celom. Rozpuszcza sole metali powstałe podczas redukcji tlenków i fizycznie pokrywa złącze podczas lutowania, aby zapobiec ponownemu-utlenianiu atmosferycznemu. Topniki-rozpuszczalne w wodzie wykorzystują pochodne glikolu polietylenowego, które spłukują się czysto, ale absorbują wilgoć jak szalone, jeśli pozostaną na płycie. Kalafonia zestala się, tworząc bursztynową pozostałość, która w normalnych warunkach jest elektrycznie obojętna. Żadne-czyste preparaty nie pozostawiają zgodnie z projektem minimalnych pozostałości, chociaż określenie „nie-czyste” jest nieco mylące-w trudnych warunkach użytkowania lub przy określonych wykończeniach powierzchni, nawet te pozostałości mogą powodować problemy.
Pasta lutownicza: opracowana kombinacja
Pasta lutownicza całkowicie eliminuje oddzielny etap nakładania topnika. Proszek stopowy-Eutektyka Sn63/Pb37 do starszych zastosowań, SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) zgodnie z dyrektywą RoHS-jest zawieszony w ośrodku topnika w kontrolowanych proporcjach. Pasta zachowuje się jak płyn tiksotropowy: pozostaje stabilnie na szablonie, ale wypływa pod naprężeniem ścinającym z rakla.
Rozmiar cząstek ma większe znaczenie, niż większość ludzi zdaje sobie sprawę. Proszek typu 3 (średnica 25–45 μm) dobrze sprawdza się w przypadku elementów o rozstawie 0,5 mm. Zmniejsz do 0,3 mm, a będziesz miał do czynienia z typem 4 (20–38 μm) lub typem 5 (15–25 μm). Drobniejszy proszek oznacza większą powierzchnię, co oznacza szybsze utlenianie podczas przechowywania i większe zapotrzebowanie na topnik podczas rozpływu. Zawsze jest jakiś kompromis.
Wymagania dotyczące przechowywania powodują wiele problemów w hali produkcyjnej. Pasta lutownicza ulega degradacji na wiele sposobów: cząstki metalu utleniają się, topnik oddziela się od nośnika, rozpuszczalniki odparowują przez niedoskonałe uszczelnienia. Chłodzenie w temperaturze 0-10 stopni wydłuża okres przydatności do spożycia do 3-6 miesięcy. Pozostaw w temperaturze pokojowej, a degradacja przyspieszy w ciągu kilku tygodni. Każdy słoik z pastą musi zostać wyrównany do temperatury otoczenia na 4-8 godzin przed użyciem - otwórz go na zimno, a kondensacja zanieczyści topnik.
Rzeczywistość drukowania szablonowego
Dobór grubości szablonu odbywa się zgodnie z zasadą proporcji powierzchni: otwór otworu podzielony przez powierzchnię ściany powinien przekraczać 0,66, aby zapewnić niezawodne uwalnianie pasty. W większości zastosowań sprawdza się szablon o grubości 150 μm. Układy BGA-o drobnej podziałce mogą wymagać 100 μm lub nawet 80 μm. Szablony wycinane laserowo- zapewniają czystsze ścianki apertury niż trawienie chemiczne, co bezpośrednio przekłada się na wydajność przenoszenia.
Cały proces wklejania-na-podkładce polega na zerwaniu wiązania klejowego pomiędzy pastą a ścianą szablonu przy jednoczesnym zachowaniu spójnego wiązania w osadzie pasty. Jeśli zrobisz to źle, zobaczysz niekompletne wypełnienia,-psie uszy, mostkowanie przy-defektach druku, które rozprzestrzeniają się poprzez rozpływ w postaci otwartych połączeń lub zwarć.
Kiedy używasz czego
Drzewo decyzyjne nie jest skomplikowane, jeśli zrozumie się ograniczenia procesu.
Pasta lutownicza dominuje w montażu SMT.Lutowanie rozpływowe-konwekcyjne, w fazie gazowej czy w podczerwieni-wymaga wstępnego-umieszczenia materiału lutowniczego na polach lutowniczych przed umieszczeniem komponentów. Nie ma praktycznej alternatywy dla wielkości produkcji. Maszyna wybiera-i-umieszcza komponenty na lepkich osadach pasty; przyczepność pasty utrzymuje wszystko na swoim miejscu podczas transportu do pieca rozpływowego.
Samodzielny strumień służy do różnych zastosowań.Do lutowania na fali-elementów z otworami przelotowymi stosuje się topniki w sprayu lub piance, które pokrywają spód płytki, zanim zetknie się ona z falą stopionego lutu. Stanowiska naprawcze zależą od topnika w płynie lub żelu nakładanego bezpośrednio na naprawiane złącze. Do lutowania ręcznego tradycyjnie wykorzystuje się drut-rdzeniowy z topnikiem, chociaż dodatkowy topnik poprawia wyniki w przypadku utlenionych powierzchni lub trudnych stopów.
Lutowanie selektywne-podejście hybrydowe dla płytek o technologii mieszanej--zazwyczaj wykorzystuje dedykowane strumienie topnika, które nakładają materiał tylko tam, gdzie styka się dysza selektywna.
Problem z profilem przepływu
W tym miejscu chemia topników krzyżuje się z inżynierią cieplną i tam sprawy stają się naprawdę skomplikowane.
Standardowy profil rozpływu ma cztery strefy. Rozgrzewanie wstępne od temperatury otoczenia do około 150 stopni z szybkością 1-3 stopni na sekundę-wystarczająco szybko, aby zapewnić przepustowość, i wystarczająco wolno, aby uniknąć szoku termicznego kondensatorów ceramicznych i umożliwić równomierne nagrzewanie całego zespołu. Strefa namaczania utrzymuje się w temperaturze 150–180 stopni przez 60–120 sekund. To tutaj naprawdę następuje aktywacja strumienia. Rozpuszczalniki ulatniają się, aktywatory zaczynają atakować tlenki, a cały zespół osiąga niemal jednolitą temperaturę.
Potem rampa na szczyt. Stopy-bezołowiowe wymagają maksymalnej temperatury 240-250 stopni z 30–60 sekundami powyżej likwidusu (217 stopni w przypadku SAC305). W tym oknie tworzą się związki międzymetaliczne – Cu₆Sn₅ na styku lutu i podkładki miedzianej. Za krótkie i nieodpowiednie zwilżenie. Zbyt długi i międzymetaliczny wzrost osłabia połączenie; warstwa IMC staje się krucha.
Szybkość chłodzenia powinna osiągnąć 3-4 stopnie na sekundę w wyniku zestalania. Wolniejsze chłodzenie powoduje wzrost większych struktur ziarnistych o gorszej odporności zmęczeniowej.
Strumień w paście nakłada twarde ograniczenia na ten profil. Nie-czyste preparaty mają niższą aktywność-, na początek wymagają czystszych powierzchni i mniejszych okien procesowych. Pasty-rozpuszczalne w wodzie zapewniają agresywne usuwanie tlenków, ale bezwzględnie wymagają czyszczenia-po rozpływie. Pomiń etap czyszczenia, a w ciągu kilku miesięcy od wdrożenia w terenie zobaczysz wzrost dendrytów między przewodnikami.
Taksonomia defektów
Każdy inżynier produkcji ma swojego osobistego wroga wśród defektów SMT. Oto związek z wyborem strumienia i pasty:
Nagrobek(Efekt Manhattanu): Jeden koniec elementu chipowego unosi się podczas ponownego przepływu. Główną przyczyną są nierówne siły zwilżania.-Jeśli jedna podkładka zwilża się wcześniej, napięcie powierzchniowe powoduje pionizację elementu. Aktywność strumienia i równowaga objętości pasty mają tutaj znaczenie, ale ważna jest także geometria podkładki i symetria termiczna.
Kulkowanie lutu: Te maleńkie kuleczki rozrzucone wokół komponentów po ponownym rozpłynięciu. Istnieje wiele przyczyn-rozpryskiwania pasty lutowniczej w wyniku szybkiego nagrzewania podczas podgrzewania wstępnego, odgazowywania topnika podczas ponownego rozpływu lub wyciskania pasty-podczas umieszczania elementu, który nie łączy się z głównym złączem. Niskie-topniki resztkowe czasami pogarszają sytuację, ponieważ jest mniej nośnika, który może pomieścić wyciekające lutowie.
Mostkowanie: Nadmiar lutu łączący sąsiednie pola lub przewody. Może powstać podczas druku (zbyt dużo pasty, nieprawidłowe dopasowanie szablonu) lub podczas ponownego rozpływu (niewystarczająca aktywność strumienia, niewspółosiowość komponentów). Szczególnie wrażliwe są-drobne części o podziałce środkowej wynoszącej 0,4 mm.
Pustka: Kieszenie gazowe uwięzione w złączu lutowanym. Najczęstszym winowajcą są lotne substancje topnika, które nie ulatniają się przed zestaleniem. Podzespoły-zakończone dołem-QFN, LGA-wykazują najgorszą sytuację, ponieważ nie ma miejsca na ujście gazu. Ponowny przepływ próżniowy pomaga. Podobnie jest z formułą pasty o mniejszej tendencji do tworzenia pustych przestrzeni. Niektóre aplikacje po prostu uczą się żyć z 25-30% pustym obszarem.
Zimne stawy / brak-moczenia: Lut nie zwilżył prawidłowo jednej lub obu powierzchni. Niewystarczająca aktywność topnika, utlenione powierzchnie lub niewystarczający czas powyżej likwidusu. W tym przypadku wybór topnika naprawdę ma znaczenie-silnie utlenione płytki lub komponenty o słabej lutowności wymagają topnika-o wyższej aktywności i kropka.
Rodzaje strumieni: szybki przegląd
Kalafonia (R): Naturalna kalafonia-pochodząca z sosny w rozpuszczalniku. Bardzo niska aktywność. Działa na-cynowanych powierzchniach i niewiele więcej. Pozostałość jest twarda i obojętna. Nikt już nie używa tego do celów produkcyjnych, ale nadal występuje w zastosowaniach hobbystycznych.
RMA (łagodnie aktywowana kalafonia): Kalafonia plus łagodne aktywatory. Klasyczny typ strumienia od dziesięcioleci. Nadal przydatny do lutowania ręcznego przy rozsądnych wymaganiach dotyczących czystości.
RA (aktywowany kalafonią): Agresywne aktywatory do powierzchni utlenionych. Pozostałości mogą powodować korozję.-obowiązkowe czyszczenie. Klasyfikacje IPC, takie jak ROM1 lub ROH0.
Nie-Wyczyść: Zaprojektowany tak, aby pozostałości pozostały na miejscu. Niska zawartość części stałych, zazwyczaj 2-5% w porównaniu do 15-30% w przypadku topników kalafonii. Wymaga czystszych powierzchni początkowych i ściślejszej kontroli procesu.
Woda-Rozpuszczalna: Na bazie kwasu organicznego-, niezwykle aktywny, całkowicie żrący, jeśli nie zostanie usunięty. Doskonała wydajność zwilżania. Absolutnie wymaga wodnego czyszczenia po-reflow-spryskaniu wodą DI lub zanurzeniu w środkach powierzchniowo czynnych. Popularny w zastosowaniach motoryzacyjnych i-o wysokiej niezawodności, gdzie czyszczenie jest już częścią procesu.
Szczegóły przechowywania i obsługi, które naprawdę mają znaczenie
Pasta lutownicza chce być przechowywana w lodówce, ale należy ją wyciągnąć na 4 godziny przed użyciem. Chce zostać wymieszany lub ugniatany przed załadowaniem do drukarki. Zależy mu na stałym docisku belki ssącej i prędkości separacji. Pierwsze wydruki po nałożeniu pasty często wykazują inną charakterystykę transferu niż wydruki powstałe po kilku cyklach działania pasty.
Topnik w postaci płynnej-do lutowania na fali lub selektywnego-ma mniejsze wymagania w zakresie obsługi, ale nadal ulega degradacji. Topniki na bazie alkoholu-odparowują, jeśli pojemniki nie są zamknięte. Preparaty na bazie wody-mogą z czasem wspierać rozwój drobnoustrojów.
Największa awaria, jaką wielokrotnie widziałem: użycie pasty po upływie terminu przydatności do spożycia, ponieważ „nadal wygląda dobrze”. Pasta może dobrze drukować i pozostawiać rozsądne ilości. Jednak skład chemiczny topnika uległ pogorszeniu, więc powstają-pięknie wyglądające osady pasty, które nie zwilżają się prawidłowo podczas rozpływu. Stawy wyglądają na matowe i ziarniste. Test elektryczny wyłapuje pewne awarie; inne wysyłają do klientów i kończą się niepowodzeniem.
Wykonywanie połączenia
Do produkcji SMT: zawsze pasta lutownicza. Dopasuj rodzaj topnika do wymagań dotyczących czystości i wykończenia powierzchni. Płyty OSP (organiczny środek konserwujący lutowność) w większości przypadków nie tolerują-czystej pasty. ENIG (bezprądowe złoto zanurzeniowe w niklu) wybacza błędy. Wykończenie HASL (wyrównywanie lutu gorącym powietrzem) ma już powłokę lutowniczą, więc wymagania dotyczące aktywności topnika są niższe.
W przypadku montażu-przez otwory przelotowe na dedykowanych liniach: lutowanie na fali z płynnym topnikiem nanoszonym za pomocą topnika natryskowego lub pianki. W przypadku płyt z-technologią mieszaną-wklejanie-wklejania (inwazyjne rozpływanie) eliminuje krok falowy w wielu projektach.
Do poprawek: topnik lepki lub topnik żelowy nakładany miejscowo. Złącze wymaga oczyszczenia, ale nie chcesz, aby materiał migrował do sąsiednich obszarów.
Do prac prototypowych lub ręcznego montażu-na małą skalę: drut lutowniczy-z topnikiem radzi sobie w większości sytuacji. Trzymaj topnik w pobliżu uporczywych połączeń.
Szerszą kwestią jest to, że topnik i pasta lutownicza nie są dla siebie alternatywą w większości kontekstów-są to różne kategorie produktów spełniające nakładające się, ale odrębne funkcje. Pasta lutownicza to opracowany system zawierający topnik. Samodzielny topnik jest materiałem eksploatacyjnym do zastosowań, w których materiał lutowniczy dostarczany jest osobno. Zrozumienie, kiedy każdy z nich pasuje i dlaczego, jest podstawową umiejętnością dla każdego, kto ma kontakt z produkcją elektroniki.
Dostępnych jest więcej niuansów-wybór stopów,-wyzwania związane z przejściem bezołowiowym, szczegółowa fizyka tworzenia się międzymetali, metodologia kontroli klasyfikacji pozostałości topnika. Jednak w przypadku podejmowania-{4}}codziennych decyzji dotyczących procesów, przedstawione tutaj podstawy obejmują większość sytuacji, z którymi możesz się spotkać.
