Pasta za lemljenjerukovanje određuje prinos SMT sklopa više nego što većina inženjera želi priznati. Sam materijal-suspenzija metalnog praha u mediju topitelja-ponaša se nepredvidivo kada parametri skladištenja, ispisa i pretapanja odlutaju izvan prihvatljivih okvira. Da bismo to ispravno shvatili, potrebno je razumijevanje metalurgije, reologije i toplinske dinamike u igri.
Što je zapravo unutar staklenke
Sastav je bitan. Radite s 85-92% metalnim prahom po težini, obično SAC305 (96,5Sn/3,0Ag/0,5Cu) za aplikacije bez olova, suspendiranim u sustavu fluksa koji sadrži aktivatore, modifikatore reologije i otapala.
Klasifikacija veličine čestica slijedi IPC J-STD-005:
Tip 3: 25-45 μm (standardni korak)
Tip 4: 20-38 μm (fini korak do 0,4 mm)
Tip 5: 15-25μm (ultrafine, 0201 komponente)
Tip 6 i dalje za 01005
Evo što vam nitko ne govori u podatkovnim tablicama: finiji prah brže oksidira. Ta pasta tipa 5 koja stoji na vašoj polici gubi radni vijek brže od vrste 3. Omjer površine-površine-i-volumena radi protiv vas.
Pohrana-tamo gdje većina problema zapravo počinje
Vidio sam kako se proizvodne linije zatvaraju jer je netko ostavio pastu preko noći. Šteta nije uvijek vidljiva.
Zahtjevi za hlađenje:
Držite ga između 0-10 stupnjeva. Nesmrznuto-smrzavanje uzrokuje odvajanje fluksa koje se nikada u potpunosti ne oporavi, čak ni nakon miješanja. Metalni prah se taloži, hlapljive tvari neravnomjerno se redistribuiraju, a vaši prvi dnevni ispisi to će pokazati.
Zagrijavanje-prije upotrebe traje dulje nego što ljudi planiraju. Staklenka od 500 g treba najmanje 4 sata na sobnoj temperaturi, još zatvorena. Otvaranje hladne paste unosi kondenzaciju izravno na čestice praha. Oksidirani puder ne smoči kako treba. Razdoblje.
Rok trajanja od 6- mjeseci otisnut na spremnicima pretpostavlja savršene uvjete. Hladnjaci u stvarnom svijetu mijenjaju temperature. Vrata se otvaraju. Ta pasta koju ste kupili u siječnju mogla bi dobro ispisati u ožujku, ali će vam dati nasumične lemne kuglice do travnja.
Parametri ispisa šablona
Ovdje na scenu stupa zanat.
Pritisak brisačaobično iznosi 3-8 kg, ali stvarni broj ovisi o viskoznosti paste, debljini šablone, gustoći otvora - previše varijabli da bi se dobila univerzalna postavka. Počnite od 5 kg i prilagodite na temelju onoga što vam SPI kaže.
Brzina ispisastvara kompromis koji nitko ne spominje u materijalima za obuku: veće brzine (60-80 mm/s) poboljšavaju propusnost, ali smanjuju punjenje otvora na dizajnu s finim-nagibom. Usporite na 25-40 mm/s za korak od 0,4 mm i niže. Pasti treba vremena da se uvalja u otvore, a radnja kotrljanja - taj cilindar paste koji se kreće ispred brisača - određuje kvalitetu punjenja.
Brzina odvajanjanakon ispisa treba raditi 1-3mm/s za standardni rad. Spustite se na 0,5 mm/s za ultrafini korak. Brzo odvajanje uzrokuje vrhove, gdje se pasta povlači u vrhove umjesto da se čisto otpusti. Ti se vrhovi spuštaju bočno i premošćuju susjedne jastučiće.
Dizajn šablona utječe na sve nizvodno:
| Pravilo otvora blende | Formula | Zašto je važno |
|---|---|---|
| Omjer površine | Površina otvora ÷ površina zida Veća ili jednaka 0,66 | Ispod ovoga, pasta se lijepi na zidove |
| Omjer slike | Širina ÷ debljina Veća ili jednaka 1,5 | Osigurava oslobađanje |
Za šablonu debljine 0,12 mm koja ispisuje otvore 0,25 mm, matematika jedva da funkcionira. Zbog toga 0201 sastavljanje često zahtijeva šablone od 0,08 mm ili čak 0,06 mm s pastom tipa 5. Tolerancije su složene.
Na liniji: vremenska ograničenja kojih se nitko ne pridržava
Nakon što pasta udari u šablonu, počinje oksidacija. Sat počinje.
Maksimalni vijek trajanja šablone: 8 sati (iako je 4-6 sigurnije)
Maksimalno vrijeme prije pretapanja nakon ispisa: 4 sata
Interval gnječenja tijekom produženih ciklusa: svakih 30-60 minuta
Ta posljednja točka se stalno zanemaruje. Pasta se razrjeđuje smicanjem (tiksotropno ponašanje), a zatim polako vraća viskoznost u mirovanju. Ali nakon 20-30 ciklusa ispisa, reologija se mijenja. Gnječenje lopaticom-30 sekundi, pokret preklapanja-resetira strukturu.
Učestalost čišćenja šablone ovisi o vašem načinu kvara. Počnite sa svakih 10 ispisa suhom maramicom, mokrim brisanjem svakih 30. Usisavanje rješava nakupljanje paste u otvorima, ali neće popraviti osušene ostatke. Ako vidite da se premošćenje pojavljuje nakon 15-20 ispisa, a nije bilo pri pokretanju, vaš interval čišćenja je pogrešan.
Razvoj profila Reflow
Profil čini ili lomi spoj.
Zona predgrijavanja(okolina do ~150 stupnjeva)
: Rampa na maksimalno 1-2 stupnja/s. Brže rampe uzrokuju eksplozivno isparavanje lemnih kuglica. Sustavu fluksa treba vremena da se aktivira i smanji okside na površinama praha i jastučića.
01
Zona namakanja(150-200 stupnjeva)
: Zadržite 60-90 sekundi. Ovdje flux radi svoje. Prekratko, dolazi do mokrenja i slabog mokrenja. Predugo, fluks se ispušta prije reflowa i spojevi oksidiraju.
02
Reflow zona:
SAC305 se topi na 217 stupnjeva. Vrijeme iznad likvidusa (TAL) trebalo bi iznositi 45-75 sekundi s vršnom temperaturom od 235-245 stupnjeva. Prekoračenje 250 stupnjeva riskira podizanje jastučića na jeftinim laminatima i ubrzava intermetalni rast.
03
Hlađenje:
2-4 stupnja/s najviše. Brže hlađenje stvara krtu mikrostrukturu spoja. Sporije hlađenje-posebice s pločama s velikom toplinskom masom-omogućuje debljinu intermetalnih slojeva.
04
Prljava tajna o razvoju profila: počnite s preporukom proizvođača paste, a zatim prilagodite svom stvarnom sklopu. Toplinska masa ovisi o dizajnu ploče. Mješavina komponenti je važna. Profil savršen za jedan proizvod ne uspijeva za drugi.
Nedostaci koje ćete zapravo vidjeti
- Kuglice za lemljenjerazbacani po komponentama čipa: Devet puta od deset, ili je greška u ispisu (spuštanje prije postavljanja) ili je rampa predgrijavanja preagresivna. Provjerite veličinu otvora šablone u odnosu na veličinu jastučića-pasta koja se proteže izvan granica jastučića pada i kuglica tijekom pretapanja.
- Postavljanje nadgrobnih spomenikana malim pasivima: Nejednako zagrijavanje završetaka komponenti. Strana koja doseže likvidus prva povlači dio uspravno jer površinska napetost djeluje samo na otopljenu stranu. Popravci uključuju prilagodbu položaja (centriranje), dizajna podloge (toplinska ravnoteža) i ponekad modifikaciju profila-ali iskreno, geometrija podloge obično je osnovni uzrok.
- Glava-u-jastukna BGA-ovima: Zalijepite na jastučić pretapa se, ali se ne spaja s kuglicom na komponenti. Uzrokovano krivljenjem ploče ili komponente tijekom pretapanja. Kuglica i pasta se tope, ali fizički razmak sprječava spajanje. Ponekad pomaže povećanje vršne temperature. Isto vrijedi i za smanjenje TAL-a kako bi se smanjilo iskrivljenje. Vakuumski reflow to rješava, ali košta.
- pražnjenje: Određena količina je neizbježna kod legura SAC-obično 10-25% šupljine u BGA spojevima smatra se prihvatljivim za potrošačku elektroniku. Potražnja za automobilskim specifikacijama ispod 10%. Smanjenje šupljina zahtijeva produljeno namakanje, kontroliranu ramp-do-peak, a ponekad i specijalne formulacije paste s niskim lučenjem koje koštaju znatno više.
Metode inspekcije
SPI (inspekcija paste za lemljenje) nakon ispisa hvata 70%+ nedostataka prije nego što postanu skupi. Izmjerite visinu, površinu i volumen. Postavite stroga ograničenja za kritične komponente-±35% volumena za 0201, ±50% za veće pasive.
Post-reflow AOI hvata probleme s postavljanjem i defekte u formiranju zglobova. X-zrake postaju neophodne za BGA, QFN i sve što ima skrivene spojeve. Ako koristite BGA bez mogućnosti X-zračenja, letite slijepi na ~30% svojih zglobova.
Procesna sposobnost (Cpk) na volumenu naslaga paste trebala bi premašiti 1,33 za stabilnu proizvodnju. Ispod 1.0 znači da je vaš proces izvan kontrole. Popravite parametre ispisa prije dodavanja proizvodnog kapaciteta.
Razmatranja zaštite okoliša i sigurnosti
Bezolovna pasta dominira komercijalnom elektronikom zbog RoHS zahtjeva. Ako još uvijek koristite SnPb za zrakoplovne ili medicinske iznimke, držite ga fizički odvojenim od vodova-bez olova. Unakrsna-kontaminacija uzrokuje kvarove u pouzdanosti spojeva.
Bitna je ventilacija radnog prostora-pare fluksa iritiraju dišne sustave tijekom dugog izlaganja. Rukavice sprječavaju i kontaminaciju paste i upijanje kemikalija fluksa kožom. Odložite pastu i materijale za čišćenje kojima je istekao rok trajanja kao opasni otpad prema lokalnim propisima.
-Ostatci čistog fluksa ne ostaju trajno na ploči. Osmišljeni su da budu benigni, ali okruženja visoke-vlažnosti ipak mogu uzrokovati probleme s određenim formulacijama. Vodo{4}}topivo sredstvo mora se očistiti u roku od 24 sata od ponovnog točenja-ostatke postaje sve teže ukloniti i na kraju nagrizaju bakar.
Realnost upotrebe paste za lemljenje je da 60% slijedi utvrđena pravila i 40% dovoljno dobro razumije vaše specifične materijale, opremu i proizvod da se ta pravila inteligentno krše. Pasta različitih proizvođača ponaša se drugačije čak i kod identičnih specifikacija legure. Vaš pisač ima mane koje priručnik ne pokriva. Naučite ih.
