Co to jest topnik do lutowania na fali?

Topnik do lutowania falowegoto środek chemiczny nakładany na płytki drukowane zanim zetkną się one z falą stopionego lutu, służący do usuwania tlenków metali z powierzchni lutowniczych, jednocześnie sprzyjając właściwemu zwilżaniu i tworzeniu związków międzymetalicznych. Topnik składa się z aktywatorów, nośników i rozpuszczalników,-każdy składnik pełni odrębne funkcje termochemiczne, które określają, czy połączenie tworzy się prawidłowo, czy też staje się kolejnym wpisem w rejestrze usterek.

zobacz więcej

Na każdej metalowej powierzchni wystawionej na działanie atmosfery tworzy się warstwa tlenku. Miedź utlenia się. Cyna utlenia się. Przewody podzespołów, które leżały w tej tubie przez sześć miesięcy w magazynie,-zdecydowanie utlenione. Utlenianie zachodzi w sposób ciągły, rozpoczynając od chwili, gdy goły metal zobaczy powietrze, przyspieszając w podwyższonych temperaturach.

Lut nie zwilża tlenków. Zwilża czysty metal.

Ta fundamentalna niezgodność tworzy cały strumień istnienia. Nie dodajesz topnika, ponieważ kazała ci to jakaś karta specyfikacji. Dodajesz to, ponieważ bez interwencji chemicznej fala SAC305 o 260 stopniach przetoczy się po twojej planszy, nie osiągając dokładnie niczego. Lut zbija się w kulki, nie rozprzestrzenia się, a-otwory przelotowe wyglądają, jakby ktoś próbował je wypełnić rtęcią.

Widziałem, jak operatorzy wpatrują się w słabo zwilżone złącza, obwiniając zanieczyszczenia stopem, czas przebywania, przepływ azotu-za wszystko oprócz tego, co oczywiste. Najpierw sprawdź zasięg strumienia. Dziewięćdziesiąt procent niepowodzeń zwilżania wynika z niewystarczającego strumienia docierającego do obszaru złącza.

Topniki na bazie kalafonii- dominują w lutowaniu na fali z powodów sięgających wieków. Aktywny składnik-kwas abietynowy, C19H29COOH-pochodzi z żywicy sosnowej w wyniku destylacji i oczyszczania. To nie jest wyrafinowana chemia. Starożytni hutnicy używali smoły sosnowej. Nowoczesna formuła po prostu lepiej kontroluje zmienne.

Kwas abietynowy topi się w temperaturze około 172-175 stopni, dogodnie poniżej tradycyjnej eutektyki cyny-ołowiu w temperaturze 183 stopni. Czas ma znaczenie. Chcesz, aby aktywacja topnika poprzedzała kontakt z lutem o ułamki sekund-wystarczająco długo, aby usunąć tlenki i wystarczająco krótko, aby oczyszczona powierzchnia nie uległa ponownemu utlenieniu przed pojawieniem się lutu.

Mechanizm aktywacji obejmuje reakcje kwasowo-zasadowe pomiędzy grupami karboksylowymi i tlenkami metali:

RCOOH + CuO → RCOO-Cu + H2O

Miedź wiąże się w rozpuszczalnej- soli kalafonii. Produkty reakcji rozpuszczają się w stopionym strumieniu i są usuwane ze złącza. Czyste pozostałości metalu. Lut zawilgocony.

Brak ołowiu- zmienił wszystko w tym czasie. Likwidus SAC305 ma temperaturę 217-220 stopni. Te dodatkowe 35-40 stopni oznacza, że topnik musi dłużej pozostać aktywny chemicznie, zanim rozkład termiczny uczyni go bezużytecznym. Tradycyjne preparaty kalafonii przeznaczone do procesów 63/37 często nie sprawdzają się-w temperaturach wolnych od ołowiu – wyczerpały się ich właściwości usuwania tlenków, zanim jeszcze dotarł lut.

„Bez-czyszczenia” nie oznacza „braku pozostałości”. Oznacza to, że pozostałość teoretycznie nie spowoduje problemów z niezawodnością, jeśli pozostanie na płycie.

Teoretycznie.

Rzeczywistość jest taka, że producenci topników przeprowadzają testy SIR przy wilgotności względnej 85 stopni/85% na grzebieniu IPC-B-24 i wykazują, że ich pozostałości utrzymują rezystancję izolacji na poziomie 100 megaomów przez 168 godzin w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. To, czy przekłada się to na to, czy Twój produkt przetrwa dziesięć lat w komorze silnika samochodowego, czy w środowisku przemysłowym z rzeczywistym zanieczyszczeniem, to zupełnie inna kwestia.

Nie-czyste topniki zawierają 1-5% zawartości substancji stałych-głównie słabych kwasów organicznych z dodatkiem kalafonii lub żywicy syntetycznej. Formuły celowo poświęcają aktywność na rzecz łagodności pozostałości. Kompromis działa, gdy komponenty mają świeże, nadające się do lutowania powierzchnie. Nie udaje się to spektakularnie, gdy źródła zaopatrzenia w utlenione części pochodzą od dostawcy z Shenzhen, który przechowuje zapasy w magazynie, w którym nie panuje-klimatyzacja.

Każdy producent kontraktowy, z którym współpracowałem, ma pod ręką rozpuszczalny w wodzie topnik do płytek, które-nie są dobrze lutowane na czysto. Oficjalna dokumentacja procesu może określać ORL0-clean dla wszystkiego. Rzeczywistość na hali produkcyjnej polega na zmianie środków chemicznych w przypadku wzrostu liczby defektów.

Topniki-rozpuszczalne w wodzie zawierają kwasy organiczne-adypinowy, cytrynowy, bursztynowy-o poziomach aktywności, które sprawiają, że formuły kalafonii wyglądają delikatnie. Wyższa zawartość kwasu agresywnie atakuje tlenki. Zwilżanie następuje szybko. Poprawia się wypełnienie otworów. Stawy wyglądają na błyszczące.

Pozostałości są również na tyle żrące, że mogą zniszczyć produkt.

Nie ostatecznie. Nie teoretycznie. Aktywnie żrący. Pozostaw-rozpuszczalną w wodzie pozostałość na zasilanej płycie na noc i obserwuj, jak dendryty rosną pomiędzy śladami. Zanieczyszczenia jonowe tworzą ścieżki przewodzące poprzez absorpcję wilgoci. Następuje migracja elektrochemiczna. Komponenty zawodzą.

Procesy-rozpuszczalne w wodzie wymagają mycia. Czyszczenie wodne, zwykle w temperaturze 140 stopni F za pomocą wody DI, usuwa sole topnika, zanim spowodują uszkodzenia. Każda deska. Za każdym razem. Żadnych wyjątków.

Etap czyszczenia zwiększa koszty-sprzętu, uzdatniania wody, suszenia i testowania zanieczyszczeń jonowych. Inżynierowie produkcji tego nienawidzą. Jednak w przypadku grubych płyt o długich cylindrach lub komponentów z silnie utlenionymi ołowiami, a także w każdej sytuacji, w której wypełnienie otworów wymaga maksymalnej aktywności topnika, jedynym niezawodnie działającym środkiem chemicznym- pozostaje rozpuszczalny w wodzie.

IPC J-STD-004 klasyfikuje je jako typy ORH, a nawet INH. „H” oznacza wysoką aktywność. System klasyfikacji istnieje specjalnie po to, aby ostrzegać ludzi o potencjale korozyjnym.

Topnik piankowy polega na przepuszczeniu sprężonego powietrza przez porowaty kamień zanurzony w topniku, tworząc stojącą pianę, która styka się ze spodem płyty. Proces ten trwa od lat 70. XX wieku. Jest prosty, tani i niezawodny, jeśli jest właściwie konserwowany.

Rozprowadza również strumień nierównomiernie.

Głowa pianki zapada się, gdy przechodzą przez nią deski o nieregularnym ukształtowaniu dna. Duże elementy przyklejone do strony lutowanej tworzą cienie. Zużycie topnika zmienia się w zależności od wilgotności otoczenia. Porowaty kamień zatyka zaschniętymi pozostałościami, jeśli ktoś zapomni opróżnić zbiornik przed wyłączeniem.

Całe zmiany spędziłem na rozwiązywaniu problemów z topnikiem piankowym. Blokada kamieni jest klasycznym-objawem zmniejszonej wysokości piany, którą operatorzy kompensują poprzez zwiększenie ciśnienia powietrza, co powoduje powstanie niestabilnej piany, która zapada się podczas transportu płyty, powodując nierówne pokrycie objawiające się przypadkowym lutowaniem pomijanym. Naprawa wymaga osuszenia, oczyszczenia, a czasem całkowitej wymiany kamienia. Tymczasem produkcja zostaje zatrzymana.

Topnik natryskowy atomizuje strumień cieczy przez dysze, osadzając kontrolowane ilości dokładnie tam, gdzie zaprogramowano. Jednorodność pokrycia znacznie się poprawia. Zużycie topnika spada, ponieważ nie utrzymuje się zbiornika piany stale parującej. Parametry procesu-objętość natrysku, prędkość przesuwu, ciśnienie noża powietrznego-reagują w przewidywalny sposób na regulację.

Systemy natryskowe kosztują więcej. Zatykają się, jeśli ktoś używa topnika o dużej zawartości części stałych bez dostosowania harmonogramów konserwacji. Jednak w przypadku dowolnej wielkości produkcji uzasadniającej wydatki inwestycyjne spray ma lepszą skuteczność niż pianka.

Nowsze systemy atomizacji ultradźwiękowej fragmentują strumień na drobniejsze kropelki niż w przypadku natrysku wspomaganego powietrzem-, co poprawia penetrację w ciasnych przestrzeniach. To, czy ma to znaczenie dla konkretnego projektu płyty, zależy całkowicie od geometrii.

Lut-bezołowiowy nie wypełnia dziur tak jak cyna-ołowiu.

Fizyka obejmuje napięcie powierzchniowe i prędkość zwilżania. SAC305 wykazuje wyższe napięcie powierzchniowe niż 63/37 – około 500 mN/m w porównaniu do 470 mN/m. Stopiony stop jest odporny na spływanie do wąskich beczek. Cierpi wzrost naczyń włosowatych. Filety z wierzchu są cienkie lub całkowicie nieobecne.

Strumień może częściowo kompensować. Preparaty o wyższej aktywności zmniejszają efektywne napięcie powierzchniowe poprzez lepsze usuwanie tlenków, poprawiając działanie kapilarne. Wydłużone podgrzewanie wstępne zapewnia całkowite odparowanie substancji lotnych topnika przed kontaktem z falą, maksymalizując resztkowe stężenie aktywatora w krytycznym momencie. Niższe prędkości przenośnika wydłużają czas kontaktu, dając lutowi więcej możliwości przesiąkania w górę.

Ale są granice.

Płyty o grubości powyżej 0,093 cala i współczynniku kształtu przekraczającym 8:1 stanowią wyzwanie nawet dla agresywnych topników. Długość lufy po prostu przekracza możliwości działania kapilarnego w dostępnym czasie przebywania. Albo zwiększasz czas kontaktu, aż do momentu, gdy uszkodzenie termiczne zagrozi komponentom, albo akceptujesz niepełne wypełnienie jako nieuniknione ograniczenie procesu.

Niektórzy producenci rozwiązują ten problem poprzez lutowanie selektywne w przypadku problematycznych połączeń. Inni przeprojektowują geometrię podkładek. Nikt nie znalazł rozwiązania-wyłącznie z topnikiem dla beczek o-wydłużeniu-ze stopów-bezołowiowych. Fizyka na to nie pozwala.

Przepisy dotyczące lotnych związków organicznych wymusiły zmianę formuły topnika w całej branży. Tradycyjne topniki-na bazie alkoholu emitują opary izopropanolu podczas aplikacji i podgrzewają-na tyle, aby powodować problemy związane ze zgodnością z przepisami ochrony środowiska w jurysdykcjach, w których obowiązują surowe wymagania dotyczące jakości powietrza.

W preparatach niezawierających LZO-wykorzystuje się wodę jako rozpuszczalnik nośnikowy. Działają. Zachowują się też inaczej.

Woda paruje wolniej niż izopropanol. Strefy podgrzewania wstępnego wymagają przedłużenia lub wyższych temperatur, aby uzyskać równoważne usunięcie rozpuszczalnika. Wolniejsze suszenie wpływa na rozkład strumienia na nieregularnych powierzchniach. Charakterystyka pozostałości zmienia się, ponieważ różna kinetyka parowania nośnika zmienia to, co pozostaje po ekspozycji termicznej.

Przejście z-alkoholu na topnik-bez lotnych związków organicznych nigdy nie oznacza utraty-zamiennika. Rekwalifikacja procesu jest obowiązkowa. Każdy, kto twierdzi inaczej, w rzeczywistości nie próbował przejścia na produkt o wysokiej-niezawodności.

Solders

Schemat klasyfikacji strumieni IPC zastąpił stare wojskowe standardy QQ-S-571 matrycą desygnatorów: skład (RO dla kalafonii, RE dla żywicy, OR dla substancji organicznych, IN dla substancji nieorganicznych) w połączeniu z poziomem aktywności (L/M/H dla niskiej/średniej/wysokiej) i zawartością halogenków (0 lub 1).

Zatem ROL0 wskazuje-na bazie kalafonii, o niskiej-aktywności, bez halogenków-topnika. ORM1 oznacza skład organiczny, średnią aktywność, obecność halogenków.

System pomaga porównywać produkty różnych producentów. Nie mówi Ci, czy określony strumień będzie działał w Twojej aplikacji. Dwa topniki ROL0 od różnych dostawców mogą wykazywać zasadniczo różną skuteczność zwilżania, ponieważ klasyfikacja mierzy określone parametry testowe-lustro miedziane, SIR, korozję-, a nie ogólną zdolność procesu.

Użyj klasyfikacji do wstępnej selekcji. Zaufaj własnym testom kwalifikacyjnym przy podejmowaniu decyzji produkcyjnych.

Aktywatory halogenkowe-zazwyczaj związki chlorkowe lub bromkowe, takie jak chlorek dietyloamoniowy-znacznie poprawiają szybkość zwilżania. Atakują tlenki szybciej niż alternatywne kwasy organiczne. W przypadku utlenionych komponentów lub wykończeń OSP z czystej miedzi topnik aktywowany halogenkami często stanowi różnicę pomiędzy akceptowalną wydajnością procesu a ciągłą obróbką dodatkową.

Pozostałości pozostają jonowe. Pod wpływem wilgoci pozostałości halogenków pochłaniają wilgoć i stają się przewodzące. Migracja elektrochemiczna przyspiesza. Inżynierowie ds. niezawodności dokumentują awarie w terenie wynikające z wzrostu dendrytów wiele lat po montażu.

Zastosowania-o wysokiej niezawodności-lotniczo-kosmicznej, medycznej, wojskowej-często zabraniają stosowania topnika zawierającego halogenki-całkowicie, niezależnie od klasyfikacji działalności. Elektronika użytkowa toleruje halogenki, ponieważ żywotność produktów nie sięga dziesięcioleci, a środowiska operacyjne rzadko łączą wysoką wilgotność z ciągłą mocą.

Wybór wiąże się z wyraźną akceptacją ryzyka. Halogenki poprawiają możliwości produkcyjne kosztem-długoterminowego potencjału korozyjnego. Żadne-czyste preparaty z halogenkami (oznaczniki L1, M1) nie wymagają szczególnej kontroli, ponieważ pozostałości zaprojektowano tak, aby pozostawały na płytce przez czas nieokreślony.

Płynny topnik dostarczany jest od dostawców z określoną zawartością substancji stałych-może 2% w przypadku sprayu no-clean, 15% w przypadku kalafonii piankowej. Podczas stosowania rozpuszczalnik odparowuje. Gęstość rośnie. Aktywność na jednostkę objętości wzrasta.

Bez monitorowania strumień, który rozpoczął się przy zawartości substancji stałych 2%, wzrasta do 3% lub 4%. Objętość aplikacji pozostaje stała, ponieważ nikt nie zmieniał ustawień sprayu. Do płyt otrzymuje się znacznie więcej materiału aktywnego niż zakwalifikowano do procesu. Poziom pozostałości przekracza oczekiwania. Zgodność z SIR staje się wątpliwa.

Przy każdej operacji lutowania na fali należy codziennie mierzyć gęstość strumienia. Refraktometry działają, chociaż dedykowane mierniki gęstości strumienia zapewniają większą dokładność. Pomiar trwa trzydzieści sekund. Alternatywą jest odkrycie podczas audytów kwalifikacyjnych klienta, że sześć miesięcy temu Twój proces odszedł od specyfikacji.

Topnik na bazie kalafonii-zawiera związki ze sprzężonymi wiązaniami podwójnymi, podatne na polimeryzację oksydacyjną. Przechowuj w ciepłym miejscu, wystawiaj na działanie światła, zostawiaj pojemniki niezamknięte-topnik ulega degradacji. Lepkość wzrasta. Spada wydajność zwilżania. To, co sprawdziło się w zeszłym miesiącu, dzisiaj zawodzi.

Producenci określają przechowywanie w temperaturze 15-25 stopni. Oni to mają na myśli.

Przez wiele tygodni widziałem, jak linie produkcyjne rozwiązywały problemy z defektami lutowania fantomowego, zanim ktoś sprawdził, czy bębny z topnikiem były przechowywane obok przewodu wylotowego podgrzewania wstępnego. Topnik zasadniczo zagotował się podczas przechowywania. Świeży materiał z tego samego numeru partii wykonywany normalnie.

Wybór topnika obejmuje zrównoważenie aktywności z problemami związanymi z pozostałościami, dopasowanie składu chemicznego do konkretnego komponentu i wykończenia płytki, a następnie sprawdzenie wydajności w rzeczywistych próbach produkcyjnych. Specyfikacje arkuszy danych stanowią punkty wyjścia, a nie gwarancje. System klasyfikacji oferuje słownictwo służące do omawiania opcji, a nie przewidywań sukcesu.

Podstawowe zadanie-usuwania tlenków w celu zwilżenia metalu przez lut-nie zmieniło się od czasu, gdy starożytni rzemieślnicy odkryli, że smoła sosnowa pomaga łączyć brąz. Nowoczesne receptury optymalizują się pod kątem współczesnych ograniczeń: temperatur-wolnych od ołowiu, przepisów środowiskowych, geometrii o dużej-gęstości, wymagań dotyczących niezawodności wydłużających żywotność produktów.

Jeśli lutowanie nie powiedzie się, najpierw sprawdź topnik. Sprawdź zasięg, sprawdź aktywację, sprawdź, czy skład chemiczny faktycznie odpowiada warunkom procesu. Odpowiedź jest zwykle prostsza, niż ktokolwiek chce przyznać.