En tecnologia de muntatge en superfície, la distinció entrefluxipasta de soldaduradefineix les decisions fonamentals del procés que afecten el rendiment, la fiabilitat i el rendiment de producció. Flux-un agent de neteja químic format per activadors, vehicles i dissolvents-elimina els òxids metàl·lics de les superfícies del substrat i afavoreix la humectació durant l'excursió tèrmica. La pasta de soldadura integra aquesta química de flux amb pols d'aliatge esfèric (normalment un 85-90% de metall en pes) suspès en un medi viscós, creant un material d'aplicació única per a la fixació dels components. Ambdues substàncies funcionen amb els mateixos principis metal·lúrgics però serveixen a contextos de fabricació clarament diferents.
Què fa realment Flux
Aquí hi ha el tema del flux que no es parla prou: és fonamentalment un material de sacrifici. Els activadors-ja siguin àcids abiètics derivats de la colofonia-, halogenurs orgànics o compostos sintètics-existeixen per reduir químicament els òxids de coure (Cu₂O i CuO) de nou al metall base durant l'escalfament. Aquesta reacció es produeix ràpidament. Realment ràpid. I un cop consumits aquests activadors, teniu potser 90-180 segons abans que la reoxidació comenci a degradar la vostra finestra d'humitat.
El sistema de classificació IPC J-STD{-004 el desglossa amb un codi de quatre-caràcters. ROL0 significa base de colofonia, baixa activitat, zero halogenurs. ORM1 indica flux orgànic amb activitat mitjana i contingut d'halogenurs. La majoria dels enginyers memoritzen algunes designacions habituals i ho anomenen un dia.
El component del vehicle-colofonia, resina sintètica o transportadors basats en-glicol-permet dues finalitats. Dissol les sals metàl·liques generades durant la reducció d'òxids i recobreix físicament la junta durant la soldadura per evitar la re-oxidació atmosfèrica. Els flux-solubles en aigua utilitzen derivats de polietilenglicol que s'esbandeixen però absorbeixen la humitat com una bogeria si es deixen a la pissarra. La colofonia es solidifica en un residu ambre que és elèctricament inert en condicions normals. Cap-formulació neta no deixa residus mínims per disseny, tot i que "no-net" és una mica enganyós-en condicions de servei dures o amb determinats acabats superficials, fins i tot aquests residus poden causar problemes.
Pasta de soldadura: la combinació dissenyada
La pasta de soldadura elimina completament el pas d'aplicació de flux separat. La pols d'aliatge -Sn63/Pb37 eutèctic per a aplicacions heretades, SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) per al compliment de RoHS-es suspèn en un medi de flux a proporcions controlades. La pasta es comporta com un fluid tixotròpic: s'assenta estable a la plantilla, però flueix sota l'esforç de cisalla de la rasqueta.
La mida de les partícules importa més del que la majoria de la gent s'adona. La pols tipus 3 (25-45μm de diàmetre) funciona bé per a components de pas de 0,5 mm. Baixeu a un pas de 0,3 mm i esteu mirant el tipus 4 (20-38 μm) o el tipus 5 (15-25 μm). Una pols més fina significa més superfície, la qual cosa significa una oxidació més ràpida durant l'emmagatzematge i una major demanda de flux durant el reflux. Sempre hi ha una compensació.
Els requisits d'emmagatzematge generen molts maldecaps a la botiga. La pasta de soldadura es degrada a través de múltiples mecanismes: les partícules metàl·liques s'oxiden, el flux se separa del portador, els dissolvents s'evaporen a través de segells imperfectes. La refrigeració a 0-10 graus allarga la vida útil a 3-6 mesos. Deixeu-lo a temperatura ambient i la degradació s'accelera en poques setmanes. Cada pot de pasta ha d'equilibrar-se a l'ambient durant 4-8 hores abans d'utilitzar-lo; obrir-lo en fred i la condensació contamina el flux.
La realitat de la impressió de plantilla
La selecció del gruix de la plantilla segueix la regla de la relació d'àrea: l'obertura de l'obertura dividida per la superfície de la paret ha de superar 0,66 per obtenir una pasta fiable. Una plantilla de 150 μm de gruix funciona per a la majoria d'aplicacions. Els BGA de pas fi-poden requerir 100 μm o fins i tot 80 μm. Les plantilles-tallades per làser proporcionen parets d'obertura més netes que el gravat químic, la qual cosa es tradueix directament en l'eficiència de la transferència.
Tot el procés de pasta-al-coixinet depèn de trencar l'enllaç adhesiu entre la pasta i la paret de la plantilla mentre es manté l'enllaç cohesionat dins del dipòsit de pasta. Fes-ho malament i veuràs farcits incomplets,-orelles de gossos, ponts a la impressió-defectes que es propaguen a través del reflux com a juntes obertes o pantalons curts.
Quan feu servir Què
L'arbre de decisions no és complicat un cop s'entén les limitacions del procés.
La pasta de soldadura domina el muntatge SMT.La soldadura per reflux-ja sigui per convecció, fase de vapor o IR-requereix que el material de soldadura estigui pre-col·locat als coixinets abans de col·locar els components. No hi ha una alternativa pràctica per als volums de producció. Una selecció-i-col·loca els components dels dipòsits de la màquina sobre els dipòsits de pasta pegajosa; l'adhesió de pasta manté tot en posició mitjançant el transport al forn de reflux.
El flux autònom serveix per a diferents aplicacions.La soldadura per ones per a components de-forats passants utilitza aerosols o fundents d'escuma per cobrir la part inferior de la placa abans que entri en contacte amb l'ona de soldadura fosa. Les estacions de retreball depenen del flux líquid o gel aplicat directament a la junta que s'està reparant. La soldadura manual utilitza tradicionalment un filferro-tub, tot i que el flux suplementari millora els resultats en superfícies oxidades o aliatges difícils.
La soldadura selectiva-un enfocament híbrid per a plaques de-tecnologia mixta-normalment utilitza dolls de flux dedicats que apliquen material només on el broquet selectiu es posarà en contacte.
El problema del perfil de reflux
Aquí és on la química del flux es creua amb l'enginyeria tèrmica i on les coses es compliquen realment.
Un perfil de reflux estàndard té quatre zones. Preescalfeu les rampes des de l'ambient fins a uns 150 graus a 1-3 graus per segon- prou ràpid per al rendiment, prou lent per evitar el xoc tèrmic als condensadors ceràmics i per permetre un escalfament uniforme a tot el conjunt. La zona de remull es manté entre 150-180 graus durant 60-120 segons. Aquí és on realment es produeix l'activació del flux. Els dissolvents es volatilitzen, els activadors comencen a atacar els òxids i tot el conjunt s'equilibra a una temperatura gairebé uniforme.
Després la rampa fins al cim. Els aliatges sense plom-demanen una temperatura màxima de 240-250 graus amb 30-60 segons per sobre de liquidus (217 graus per a SAC305). Els compostos intermetàl·lics es formen durant aquesta finestra-Cu₆Sn₅ a la interfície entre la soldadura i el coixinet de coure. Massa curt i no us mulleu adequadament. El creixement massa llarg i intermetàl·lic debilita l'articulació; la capa IMC es torna trencadissa.
La velocitat de refredament hauria d'arribar a 3-4 graus per segon mitjançant la solidificació. Un refredament més lent fa créixer estructures de gra més grans amb una resistència inferior a la fatiga.
El flux de la vostra pasta imposa restriccions dures a aquest perfil. Cap-formulació neta té una activitat menor-necessita superfícies més netes per començar i finestres de procés més ajustades. Les pastes solubles en aigua-ofereixen una eliminació agressiva d'òxids, però requereixen una neteja posterior al-reflujo. Perdreu-vos un pas de neteja i veureu un creixement dendrític entre conductors als mesos després del desplegament al camp.
Taxonomia de defecte
Cada enginyer de producció té la seva némesi personal entre els defectes SMT. Aquí teniu la relació amb la selecció de flux i enganxament:
Lapidació(Efecte Manhattan): un extrem d'un component de xip s'aixeca durant el reflux. La causa principal són les forces d'humitat desiguals-si un coixinet es mulla abans que l'altre, la tensió superficial estira el component verticalment. L'activitat del flux i l'equilibri del volum de pasta són importants aquí, però també ho fan la geometria del coixinet i la simetria tèrmica.
Bola de soldadura: Aquelles petites esferes escampades pels components després del reflux. Múltiples causes-esquitxades de pasta de soldadura per l'escalfament ràpid durant el preescalfament, la desgasificació del flux durant el reflux o la compressió de pasta-durant la col·locació dels components que no s'uneixen amb la junta principal. Els fluxos de residus baixos-de vegades empitjoren perquè hi ha menys vehicle per contenir la soldadura escapada.
Ponts: Excés de soldadura que connecta coixinets o cables adjacents. Pot originar-se a la impressió (massa pasta, registre incorrecte de la plantilla) o durant el reflux (activitat de flux insuficient, desalineació dels components). Les peces de pas-fins als centres de 0,4 mm són especialment vulnerables.
Anul·lació: Bosses de gas atrapades dins de la junta de soldadura. Els volàtils de flux que no escapen abans de la solidificació són els culpables habituals. Els-components finals-QFN i els LGA-inferiors mostren això pitjor perquè no hi ha cap lloc on el gas pugui sortir. El reflux al buit ajuda. També ho fa la formulació de pasta amb menor tendència a la buidació. Algunes aplicacions només aprenen a viure amb un 25-30% d'àrea buida.
Juntes fredes/no-mulla: La soldadura no va mullar correctament una o les dues superfícies. Activitat de flux insuficient, superfícies oxidades o temps inadequat per sobre de liquidus. Aquí és on realment importa la selecció de flux-les plaques molt oxidades o els components amb poca soldabilitat necessiten un flux d'activitat més-, punt.
Tipus de flux: el resum ràpid
Colofonia (R): colofonia derivada del pi-natural en dissolvent. Activitat molt baixa. Funciona en superfícies-preenllaunades i no gaire més. El residu és dur i inert. Ja ningú no l'utilitza per a la producció, però persisteix en aplicacions d'aficionats.
RMA (colofonia lleugerament activada): Colofonia més activadors suaus. El tipus de flux clàssic durant dècades. Encara és útil per a la soldadura manual amb expectatives de neteja raonables.
RA (activada amb colofonia): Activadors agressius per a superfícies oxidades. Els residus poden ser corrosius-neteja obligatòria. Classificacions IPC com ROM1 o ROH0.
No-Neteja: Dissenyat per a residus deixats al seu lloc. Baix contingut de sòlids, normalment 2-5% enfront del 15-30% per a fluxos de colofonia. Requereix superfícies d'inici més netes i un control de procés més estricte.
Aigua-Soluble: basat-àcid orgànic, extremadament actiu, completament corrosiu si no s'elimina. Rendiment humectant superior. Requereix absolutament una neteja aquosa després de la-refluència-aigua DI en esprai o una immersió amb tensioactius. Popular per a aplicacions d'automoció i d'alta-fiabilitat on la neteja ja forma part del procés.
Detalls d'emmagatzematge i manipulació que realment importen
La pasta de soldadura vol refrigerar-la, però tirada 4 hores abans d'utilitzar-la. Es vol remenar o pastar abans de carregar-lo a la impressora. Vol veure una pressió constant de la raspalla i velocitats de separació. Les primeres impressions després de la càrrega de la pasta sovint mostren característiques de transferència diferents de les impressions fetes després que la pasta hagi funcionat durant uns quants cicles.
El flux en forma líquida-per a la soldadura per ones o selectives-té menys demanda de manipulació, però encara es degrada. Els fluxos basats en alcohol-s'evaporen si els contenidors no estan tancats. Les formulacions a base d'aigua-poden donar suport al creixement microbià al llarg del temps.
El mode de fallada més gran que he vist repetidament: utilitzar pasta més enllà de la seva vida útil perquè "encara sembla bé". La pasta pot imprimir bé i dipositar volums raonables. Però la química del flux s'ha degradat, de manera que obteniu dipòsits de pasta d'aspecte bonic-que no es mullen correctament durant el reflux. Les articulacions semblen avorrides i granulades. La prova elèctrica detecta alguns errors; d'altres s'envien als clients i fallen al camp.
Fent la Crida
Per a la producció de SMT: pasta de soldadura, sempre. Adapta el tipus de flux als teus requisits de neteja i acabat superficial. Les plaques OSP (preservant de soldadura orgànica) no toleren cap-pasta neta en la majoria dels casos. ENIG (or d'immersió de níquel sense electros) és indulgent. L'acabat HASL (anivellament de soldadura d'aire calent) ja té un recobriment de soldadura, de manera que les demandes d'activitat de flux són més baixes.
Per al muntatge de-forats passants en línies dedicades: soldadura per ones amb flux líquid aplicat per esprai o escuma. Per a plaques de-tecnologia mixta, la fixació-in-pasta (reflux intrusiu) elimina el pas d'ona per a molts dissenys.
Per a la reelaboració: flux adherent o flux de gel aplicat localment. La junta necessita una acció de neteja, però no voleu que el material migri cap a zones veïnes.
Per a treballs de prototipus o muntatge manual de -volum baix: el filferro de soldadura amb nucli de flux-s'encarrega de la majoria de situacions. Mantingueu un bolígraf de flux per a les articulacions tossudes.
El punt més ampli és que el flux i la pasta de soldadura no són alternatives entre si en la majoria de contextos-són categories de productes diferents que ofereixen funcions superposades però diferents. La pasta de soldadura és un sistema dissenyat que inclou flux. El flux autònom és un consumible de procés per a aplicacions on el material de soldadura arriba per separat. Entendre quan encaixa cadascun i per què és una alfabetització bàsica per a qualsevol persona que toqui la fabricació d'electrònica.
Hi ha més matisos disponibles-la selecció d'aliatges, reptes de transició-sense plom, la física detallada de la formació intermetàl·lica, la metodologia d'inspecció per a la classificació de residus de flux. Però per prendre decisions del procés-{-dia a dia, els fonaments aquí cobreixen la majoria de situacions que trobareu.
