Do czego służy pasta lutownicza?

Co właściwie robi pasta lutownicza

Powiedzeniepasta lutowniczajest „używany do lutowania” jest technicznie poprawne, ale nic nie mówi. Po 15 latach pracy w tej branży zauważyłem, że większość ludzi nadal ma całkiem powierzchowne- pojęcie o tym, do czego właściwie służą te rzeczy. Pozwól mi to rozbić.

Pasta lutownicza istnieje z jednego podstawowego powodu:-ustanawiania połączeń między komponentami elektronicznymi a płytkami PCB. Połączenia te muszą spełniać dwie funkcje jednocześnie: przewodzić prąd i utrzymywać części na miejscu. Jeśli przegapisz którykolwiek z nich, będziesz mieć problem.

Proces na linii SMT jest prosty: nanieś pastę lutowniczą na podkładki, wybierz-i-umieść komponenty z maszyny na wierzchu, a cała płytka przechodzi przez piec rozpływowy. Gdy temperatura osiągnie około 230 stopni, cząstki metalu w paście topią się, płyną, zwilżają podkładki i przewody, a następnie zestalają się, tworząc połączenia lutowane.

Brzmi dość prosto. Ale pomyśl o tym,-płyta główna smartfona ma tysiące połączeń lutowanych i każdy z nich musi działać. Jedno uszkodzone złącze i całe urządzenie jest martwe. Mieliśmy raz partię, w której jeden BGA miał słabe zwilżenie na jednym złączu pod spodem. Stopa zwrotu wzrosła do 3%. W tym miesiącu poszły premie dla wszystkich.

Ludzie o tym zapominają.

Szybkie-maszyny do podnoszenia-i-miejsca mogą montować dziesiątki tysięcy komponentów na godzinę. Po umieszczeniu, zanim deska trafi do piekarnika,-co powstrzymuje te wszystkie drobne części przed przesuwaniem się? Kleistość pasty.

Nie lekceważ tego. Pomiędzy drukowaniem a ponownym rozlaniem mogą upłynąć godziny. Deski są transportowane, obsługiwane, a czasami tymczasowo przechowywane. Jeżeli pasta zbyt szybko traci swą lepkość, składniki dryfują lub całkowicie odpadają. Aby to zmierzyć, przemysł wykorzystuje „życie przyczepności”. Różne marki, różne modele.-Ogromna różnorodność. Musisz dopasować go do czasu cyklu swojej linii.

Pasta lutownicza nie jest czystym proszkiem metalu. Znaczącą część stanowi strumień. Bez topnika lutowanie po prostu nie działa.

Podkładki miedziane utleniają się pod wpływem powietrza. Warstwy tlenku nie widać, ale uniemożliwia ona prawidłowe zwilżenie lutu. Topnik aktywuje się po podgrzaniu, reaguje z tlenkami, czyści powierzchnię metalu. Obniża również napięcie powierzchniowe roztopionego lutowia, pomagając w jego rozprzestrzenianiu się.

Jest kilka rodzajów: na bazie kalafonii,-rozpuszczalnych w wodzie i nie-czyszczonych. Teraz nie dominuje-czyszczenie, ponieważ po lutowaniu pomija się etap mycia. Jeśli jednak później nakładasz powłokę konforemną lub chcesz, aby deska wyglądała nieskazitelnie, nadal musisz ją wyczyścić.

Profil temperatury rozpływu składa się z czterech etapów. W każdym przypadku pasta zachowuje się inaczej:

Rozgrzej(temperatura pokojowa do ~150 stopni): Rozpuszczalniki zaczynają parować. Zbyt szybkie nachylenie powoduje gwałtowne odparowanie rozpuszczalnika.-Wszędzie pojawiają się kulki lutownicze. Utrzymuj go na poziomie 1-3 stopni na sekundę.
Moczyć(~150 stopni do 190 stopni): Flux aktywuje i atakuje tlenki na podkładkach i przewodach. Ten etap pomaga również wyrównać temperatury na całej płycie, dzięki czemu Twoje duże i małe komponenty nie mają bardzo różnych temperatur.
Przepływ(szczytowa temperatura wynosi około 235-245 stopni w przypadku-bez ołowiu): Cząsteczki metalu topią się i łączą w ciekły lut, zwilżając i wypełniając szczeliny pomiędzy podkładkami i przewodami. Ciecz reaguje z metalem nieszlachetnym, tworząc warstwę związku międzymetalicznego. Ta część trwa tylko 30–60 sekund – idź dłużej, a IMC staje się zbyt gruby, co w rzeczywistości szkodzi niezawodności.
Chłodzenie: Lut twardnieje. Zwykle 3-4 stopnie na sekundę. Za wolno, uzyskasz gruboziarnistą strukturę, słabsze połączenia. Zbyt szybko grozi stresem termicznym.

Wiele osób zakłada, że pasta lutownicza jest przeznaczona tylko do dużych linii SMT. Nieprawda.

Prototypowanie i małe serie:

Inżynierowie wykonujący próbki używają prostych szablonów do ręcznego drukowania, a następnie laboratoryjnego pieca rozpływowego lub opalarki. Mniej wydajna, ale jakość może zbliżyć się do poziomu produkcji. Robiłem to mnóstwo razy, kiedy zaczynałem. Jedna drżąca ręka i cała plansza jest zniszczona.

Przeróbka:

Wadliwe płytki z linii, zwroty od klientów-za każdym razem, gdy wymieniasz komponenty, potrzebujesz pasty lutowniczej. Proces standardowy: usuń wadliwą część, wyczyść podkładki, ponownie nałóż pastę, umieść nowy element, miejscowe ogrzewanie.

Przez-otwór w przepływie zwrotnym

Elementy-przelotowe używane do lutowania na fali. Teraz więcej fabryk umieszcza-części przez otwory i części SMT na tej samej płycie i wspólnie przepuszcza wszystko przez przepływ zwrotny. Projektujesz specjalne otwory w szablonie, drukujesz dodatkową pastę w-miejscach otworów przelotowych, wstawiasz komponenty, ponownie zalewasz. Eliminuje etap lutowania falowego, obniża koszty.

BGA, CSP, QFN:

Łączenia ukryte pod chipem. Nie mogę ich dotknąć żelazkiem. Jedynym sposobem jest pasta lutownicza plus rozpływ. W miarę kurczenia się opakowań i zmniejszania się paku, wymagania dotyczące wielkości cząstek i dokładności druku stale rosną.

Ten sam materiał, zupełnie inne skupienie w zależności od branży

Elektronika użytkowa

Elektronika użytkowaliczy się szybkość i koszt. Smartfony i tablety wysyłane są w dziesiątkach milionów sztuk rocznie, linie działają szybko, a najważniejsza jest możliwość druku i okno przetwarzania. Najważniejszy jest koszt-marginalna poprawa niezawodności, która kosztuje więcej? Nikt nie kupuje.

Automobilowy

Automobilowyto krok w górę. ECU w komorze silnika może osiągnąć 125 stopni, czasami 150 stopni. Dodaj ciągłe wibracje. Odporność na wysokie-temperatury i odporność na zmęczenie stają się krytyczne. Projekty motoryzacyjne na 15 lat życia. Uszkodzone złącze lutowane może być przyczyną zdarzeń związanych z bezpieczeństwem. Kontrola jakości w całym łańcuchu dostaw jest znacznie bardziej rygorystyczna niż kontrola konsumencka.

Medyczny

Medycznygraniczy z obsesją na punkcie niezawodności. Rozruszniki serca i urządzenia wszczepialne-awaria połączeń lutowanych bezpośrednio zagraża życiu. Zwykle oznacza to 100% testów, identyfikowalność partii, brutalne audyty dostawców.

Lotnictwo i wojsko

Lotnictwo i wojskojest swoim własnym światem. Nadal używam ton pasty lutowniczej zawierającej ołów (wyjątki regulacyjne). Dane dotyczące-długoterminowej niezawodności ołowiu cynowego- z kilkudziesięciu lat. Technologia niezawierająca ołowiu cieszy się postępem, ale nie została sprawdzona w takim samym stopniu w ekstremalnych warunkach.

Elektronika przemysłowa i energoelektronika

Elektronika przemysłowa i energoelektronikadba o duży prąd i odprowadzanie ciepła. Urządzenia zasilające w falownikach, złącza-inwerterów fotowoltaicznych muszą przewodzić ciepło, a nie tylko prąd. Kluczem jest niski wskaźnik pustostanów. W niektórych zastosowaniach stosuje się pastę-o wysokiej zawartości srebra lub proces spiekania srebra.

Oświetlenie LED

Oświetlenie LEDma problemy z podłożem. Diody LED najczęściej montuje się na podłożach aluminiowych lub ceramicznych. Współczynniki rozszerzalności cieplnej są zupełnie inne niż w przypadku miedzi. Pasta wymaga dużej odporności na cykle termiczne.

Elektronika staje się coraz mniejsza i potężniejsza. Nowe wyzwania dla pasty lutowniczej.

Skok maleje. Główny nurt elektroniki użytkowej już przy grubości 0,3 mm lub mniejszej. Wymaga cząstek typu 5 (15–25 μm) lub typu 6 (5–15 μm). Drobniejsze cząstki oznaczają większą powierzchnię tlenku, bardziej rygorystyczne wymagania dotyczące przechowywania i obsługi.

Produkty bezołowiowe-stale się rozwijają. Minęły prawie dwie dekady, odkąd produkty bezołowiowe{{2} weszły do głównego nurtu, ale wymiana w zastosowaniach-o wysokiej niezawodności wciąż trwa. Preparaty o niskiej zawartości-srebra i-nie zawierające srebra to popularne obszary badawcze-redukujące koszty i ryzyko powstawania wąsów.

Pasta o niskiej-temp. znajdująca nowe zastosowania. Tradycyjnie do części-wrażliwych na ciepło (stopy cyny-bizmutu, temperatura topnienia ~138 stopni). Wraz z rozwojem elastycznej elektroniki i urządzeń do noszenia popyt rośnie, ponieważ elastyczne podłoża nie wytrzymują normalnych temperatur rozpływu.

Pojazdy elektryczne i odnawialne źródła energii-zwiększają zapotrzebowanie na lutowanie o dużej mocy. Systemy zarządzania akumulatorami, sterowniki silników, połączenia-wysoko-prądowe wymagają połączeń o dużej zdolności{{4}przenoszenia prądu i rozpraszania-ciepła. Nacisk na rozwój-niezawodnych past i materiałów spiekanych.

Wszystkie te zastosowania, ale pasta lutownicza to nie magia. Warunki muszą być odpowiednie.

Wybór ma znaczenie.Ołów-bez ołowiu lub bez ołowiu, wielkość cząstek, rodzaj topnika, zakres lepkości-wybierz w zależności od konkretnego zastosowania. Zły wybór oznacza spadek wydajności lub, co gorsza, wyrzucenie całych partii.
Kontrola procesu to wszystko.Grubość szablonu i konstrukcja przysłony określają objętość wydruku. Nacisk i prędkość rakla mają wpływ na konsystencję. Każdy parametr w profilu rozpływu ma związek z jakością lutowania. Za dużo pasty, powstają mostki i szorty. Za mało, zimne stawy. Zbyt wysoka temperatura, uszkodzone elementy. Za niskie, słabe zwilżanie.
Przechowywanie musi być odpowiednie.Pasta lutownicza ma okres przydatności-zwykle od 6 miesięcy do roku w lodówce. Po otwarciu należy go szybko zużyć. Długotrwała ekspozycja na powietrze oznacza absorpcję wilgoci, utlenianie, zmiany lepkości. Szczegóły takie jak czas-nagrzewania i metoda mieszania mają wpływ na wyniki drukowania.
Nie można pominąć kontroli.SPI po wydrukowaniu w celu potwierdzenia jakości. AOI lub prześwietlenie-po ponownym przepływie w celu sprawdzenia połączeń. BGA i inne ukryte złącza? Tylko promieniowanie rentgenowskie może ujawnić puste przestrzenie i mostki znajdujące się pod spodem.

Konkluzja: najbardziej podstawowym zadaniem pasty lutowniczej jest elektryczne i mechaniczne połączenie komponentów i płytek. Przy tym zajmuje się także tymczasowym mocowaniem i czyszczeniem powierzchni. Zastosowania obejmują produkcję masową, prototypy i przeróbki. Różne branże dbają o różne aspekty wydajności.

Ostatecznie pasta lutownicza umożliwia technologię montażu powierzchniowego. Od telefonów i komputerów, których używamy na co dzień po satelity i sprzęt medyczny,-płytki drukowane w środku są prawie wszystkie lutowane pastą lutowniczą. Pozorna rzecz, ale absolutnie niezbędna w produkcji elektroniki.