Razlika izmeđupasta za lemljenjeifluksostaje jedna od najupornije zbunjenih tema u sastavljanju elektronike. Tehničari ih spajaju. Agenti za nabavu naručuju pogrešan materijal. Inženjeri navode fluks kada misle na pastu. Dvije tvari dijele preklapajuću kemiju i obje uključuju onu sivu, pomalo ljepljivu stvar koja čini lem zapravo učinkovitim-pa zabuna ima smisla. Ali ako to učinite krivo, to košta pravi novac i stvara nedostatke koji se pokažu tjednima ili mjesecima kasnije.
Što Flux zapravo radi
Flux je u osnovi sredstvo za čišćenje. Ništa egzotičnije od toga.
Metalne površine oksidiraju. Bakreni jastučići na PCB-u razvijaju to karakteristično mrljanje u roku od nekoliko sati od izrade. Izvodi komponenti stižu od dobavljača s već formiranim slojevima oksida. Kada pokušate lemiti oksidirani metal, rastaljena legura se zgrči i odbija smočiti površinu. Spoj izgleda užasno i slabo vodi.
Flux sadrži aktivatore-obično organske kiseline poput abijetinske kiseline iz borove smole ili agresivnije spojeve ovisno o formulaciji-koji kemijski napadaju te oksidne slojeve tijekom zagrijavanja. Fluks u biti čisti metal točno u trenutku kada ga trebate: kada rastaljeni lem pokušava stvoriti vezu.
Ovdje je kemija starija nego što većina ljudi misli. Kolofonijski fluks datira stoljećima unatrag za primjenu u obradi metala. Elektronička ga je industrija naslijedila i potom provela desetljeća usavršavajući varijacije za sve zahtjevnije primjene.
Tri obitelji Flux (i zašto je to važnije nego što mislite)
Topilo-na bazi kolofonija dolazi iz soka bora. Ozbiljno. Prirodna smola se obrađuje i kombinira s raznim aktivatorima kako bi se stvorile R, RMA i RA klasifikacije na koje se svi pozivaju bez potpunog razumijevanja. Obična smola (tip R) nježno djeluje na relativno čiste površine. Blago aktivirani kolofonij (RMA) podnosi umjerenu oksidaciju. Kolofonij aktiviran (RA) hvata se u koštac s jako onečišćenim površinama, ali ostavlja korozivne ostatke koji se apsolutno moraju očistiti.
Problem s fluksom kolofonija? Taj ljepljivi talog. Privlači prašinu. Izgleda neprofesionalno. A ako kasnije budete konformno premazivali ploču, sretno s prianjanjem premaza na kontaminaciju fluksom.
Vodo{0}}topivi fluks rješava glavobolju čišćenja upotrebom aktivatora koji se otapaju u običnoj vodi. Zvuči sjajno dok ne shvatite da su ove formulacije znatno agresivnije-a i moraju biti jer se ostaci ionako isperu. Ostaviti-vodotopivi ostatak fluksa na ploči? Zajamčena korozija. Organske kiseline samo nastavljaju napadati metal.
Ne-clean flux se pojavio 1990-ih jer su proizvođači nastojali u potpunosti eliminirati korak čišćenja. Koncept: formulirajte dovoljno blage aktivatore da mali ostatak koji ostane nakon reflowa ničemu ne šteti. U teoriji, preskačete proces pranja, štedite vrijeme, smanjujete kemijski otpad.
U praksi? Dobro.
Ne{0}}Mit o čistoći
Evo što mi nitko nije rekao kad sam počeo raditi u ovoj industriji: "ne-čisto" ne znači "nikad ne treba čišćenje".
To znači da ostatak vjerojatno neće uzrokovati kvarove u normalnim radnim uvjetima u normalnim okruženjima tijekom očekivanog vijeka trajanja proizvoda. Vjerojatno.
Ostatak i dalje upija vlagu. Još uvijek ima nešto ionskog sadržaja. Još uvijek sprječava konformno prianjanje premaza. Još uvijek izgleda kao smeće na pregledu.
Za potrošačku elektroniku koja ide na odlagalište u roku od tri godine? No-clean ne radi dobro. Za medicinske uređaje? Aerospace? Primjene ispod haube automobila?- Očistite taj fluks. IPC standardi ne dopuštaju-ostajanje čistog ostatka, ali svaki inženjer koji specificira vojne sklopove ili sklopove visoke-pouzdanosti zna bolje.
Vidio sam ploče vraćene s polja s dendritima-kristalnim metalnim izraslinama-premošćivanjem tragova jer nijedan-čisti ostatak nije apsorbirao dovoljno vlage tijekom vremena da omogući elektrokemijsku migraciju. Ostatak je bio "siguran" prema podatkovnoj tablici. Ploča je svejedno zakazala.
Sada o pasti za lemljenje
Lemna pasta bitno se razlikuje od topitelja jer sadrži pravi metal.
Materijal je otprilike 50% fluksa po volumenu, ali 90% metala po težini. Taj omjer zvuči kontradiktorno dok se ne sjetite koliko su kositar i srebro gusti u usporedbi s organskim spojevima. Metalni dio sastoji se od sitnih sferičnih čestica-od 75 mikrona do 15 mikrona, ovisno o primjeni-suspendiranih u fluksnom mediju.
Kad ljudi kažu "pasta za lemljenje", oni opisuju mehanizam isporuke za dobivanje precizno kontroliranih količina legure za lemljenje na PCB jastučićima tijekom montaže na površinu. Komponenta fluksa čisti površine tijekom reflowa. Metalne čestice se zajedno tope i tvore stvarni spoj.
Ne možete zamijeniti fluks za pastu za lemljenje. Flux ne sadrži metal. Neće stvoriti električnu vezu. Samo... čisti.
Zaista ne možete zamijeniti pastu za lemljenje za topilo u primjenama ručnog lemljenja. Lemna pasta namijenjena je za ispis šablona i reflow pećnicama. Reologija je potpuno pogrešna za-navlačenje žice na vrh lemilice.
Noćna mora za pohranu
Nitko me nije upozorio na hladnjak.
Lemna pasta zahtijeva skladištenje u hladnjaku-obično 2 do 10 stupnjeva -uz pažljivo kontroliranu vlažnost. Aktivatori fluksa unutar paste sporo reagiraju s metalnim prahom čak i pri niskim temperaturama. Uz dovoljno vremena, te reakcije uzrokuju spajanje čestica u grudice koje začepljuju otvore šablona i ispuštaju igle.
Većina pasta za lemljenje ima rok trajanja od šest mjeseci u hladnjaku. Formulacije-topljive u vodi ponekad traju samo tri mjeseca. Fine-paste od smole s manjim česticama brže se razgrađuju jer povećana površina ubrzava reakciju zavarivanja.
I ne možete samo izvaditi staklenku iz hladnjaka i početi tiskati.
Hladna pasta ima potpuno pogrešnu viskoznost. Ispisat će se kao smeće. Treba vam četiri do šest sati na sobnoj temperaturi prije nego što se materijal dovoljno stabilizira za upotrebu. Požuriti ovo zagrijavanje zagrijavanjem paste? Upravo si odvojio fluks od metala i uništio cijeli spremnik.
Tu je i problem kondenzacije. Otvorite posudu s hladnom pastom i vlaga iz zraka odmah će se kondenzirati na površini. Ta vlaga uzrokuje kuglice i prskanje lema tijekom reflowa. Pustite da se pasta zagrije zatvorena. Uvijek.
Flux sam po sebi puno više oprašta. Tekući fluks u boci obično traje godinu ili dvije na sobnoj temperaturi. Lemljena žica s punjenom jezgrom zapravo nikad ne ističe ako se drži suhom. Fluks unutar žice je inkapsuliran daleko od zraka.
Kad stvari krenu po zlu
Defekti lemne paste ispunjavaju cijele udžbenike. Spomenut ću one koji me progone u noćnim morama.
Tombstoneing se događa kada komponenta čipa-obično maleni otpornik 0402 ili 0201-ustane na jednom kraju tijekom pretapanja, dok se suprotna ploča potpuno podigne. Površinska napetost rastaljenog lema na jednoj strani doslovno okreće dio okomito. Izgleda potpuno poput nadgrobnog spomenika, otuda i naziv. Uzroci uključuju neravnomjerne naslage paste, neravnomjerno zagrijavanje, asimetrični dizajn jastučića ili komponente postavljene izvan-centra.
Stope postavljanja nadgrobnih spomenika vrtoglavo rastu s-bezoolovnim lemovima jer više temperature reflowa povećavaju sile površinske napetosti. Vidio sam proizvodne linije koje su savršeno radile s kositar-olovom kako odjednom proizvode stope od 2% nadgrobnih spomenika nakon prijelaza na RoHS.
Premošćivanje se događa kada lem prelazi između susjednih jastučića, stvarajući kratke spojeve. Uobičajeni krivci: previše paste, preveliki otvori šablone, dijelovi komponenti guraju pastu u stranu tijekom postavljanja. Fini-QFP-ovi su premošćivanje tvornica ako vaš proces nije uključen.
Hladni spojevi-tupi, zrnati, slabi spojevi-posljedica su nedovoljne topline ili vremena iznad likvidusa. Lem se nikada nije potpuno otopio. Spoj izgleda loše i lošije radi.
Do pražnjenja dolazi kada plin zarobljen unutar zgloba stvara šuplje džepove. Nešto pražnjenja je prihvatljivo. Ali na toplinskim jastučićima ispod komponenti napajanja? Te šupljine djeluju kao toplinski izolatori. Uređaj se pregrijava. Povratci s terena počinju pristizati.
Problemi s protokom su različiti
Kvarovi fluksa obično su suptilniji i dugotrajniji-.
Neadekvatno čišćenje ostavlja ionsku kontaminaciju koja privlači vlagu i omogućuje koroziju. Nećete vidjeti ovaj kvar tijekom proizvodnog testiranja. Vidjet ćete da neće uspjeti osamnaest mjeseci kasnije kada kupac nazove.
Korištenje pogrešne vrste fluksa za aplikaciju stvara rizike pouzdanosti koje testiranje ne može lako uhvatiti. Nema-čistih ostataka u vlažnom okruženju. Kolofonijski fluks pod konformnom prevlakom. U vodi-topivi fluks koji nije u potpunosti ispran.
Fluks kojem je istekao rok trajanja gubi aktivnost. Aktivatori degradiraju. Iznenada vaše lemilo proizvodi spojeve koji izgledaju dobro, ali imaju mikroskopsko vlaženje na sučelju jer oksidni sloj nije u potpunosti uklonjen. Spoj prolazi vizualni pregled. Ne uspijeva termički ciklus.
Pitanje ručnog lemljenja
Za ručnu preradu i izradu prototipa, odvojeni topitelj mnogo je važniji od paste za lemljenje.
Olovke s fluksom, šprice s fluksom, posude s fluksom s aplikatorima s četkicom{0}}pripadaju stolu svakog tehničara. Prije lemljenja nanesite topilo na izvode komponenti. Nanesite fluks na jastučiće prije postavljanja komponenti. Nanesite topilo za odlemljivanje jer je stari lem na tim jastučićima potpuno oksidirao od izvorne montaže.
Ne želite-clean ili RMA fluks za većinu rada na stolu. Topiv-u vodi ako imate dostupnu ultrazvučnu opremu za čišćenje. Izbjegavajte RA flux osim ako nemate posla s jako oksidiranim površinama i nemate pravi proces čišćenja.
Žica za lemljenje s topljenom jezgrom očito već sadrži fluks. Ali oslanjanje samo na core flux je početnička pogreška. Vanjski fluks primijenjen na spoj prije zagrijavanja dramatično poboljšava vlaženje i smanjuje vrijeme izlaganja toplini. Spoj se formira brže i manje opterećuje komponente.
Ne koristim -čisti ljepljivi fluks u štrcaljki za većinu prerada. Nanesite malu količinu na blazinicu, stavite komponentu, zagrijte glačalom, gotovo. Ostaci su minimalni i sigurno ih je ostaviti.
Lemna pasta za izradu prototipova
Neki hobisti i male trgovine koriste pastu za lemljenje za ručno{0}}postavljene SMT prototipove, pretakanje u modificiranim tosterima ili na grijaćim pločama. Ovo funkcionira, ali zahtijeva razumijevanje ograničenja.
Lemna pasta za nanošenje ima drugačiju reologiju od paste za tiskanje. Sadržaj metala iznosi 84-87% umjesto 89-91%. Pasta mora teći kroz vrhove štrcaljke bez začepljenja. Korištenje paste za ispis šablona u štrcaljki ne funkcionira dobro.
Reflow profil je iznimno bitan. Proizvođači paste za lemljenje navode rampe predgrijavanja, temperature namakanja, vrijeme iznad likvidusa, vršnu temperaturu, brzine hlađenja. Značajno odstupite i dobit ćete praznine, hladne spojeve, nadgrobne spomenike, kuglice za lemljenje, oštećenja komponenti.
Većina postavki za hobiste ne može točno kontrolirati profile. Rezultati variraju. Profesionalci s razlogom koriste prave reflow pećnice s pokretnom trakom i više zona grijanja.
Pravljenje izbora
Kada koristiti samo topilac: ručno lemljenje, prerada, odlemljivanje, do-popravke, sklapanje kroz-rupu s valovitim lemljenjem.
Kada koristiti pastu za lemljenje: sklop za površinsku montažu s reflow lemljenjem, automatizirana proizvodnja, šablonski-tiskani SMT.
Materijali nisu zamjenjivi. Pokušaj korištenja paste za lemljenje za ručno lemljenje stvara nered. Pokušaj korištenja samog fluksa za SMT montažu ne proizvodi lemljene spojeve jer nema metala.
Za skladištenje, pasta za lemljenje zahtijeva hlađenje i kratak rok trajanja. Flux više oprašta, ali i dalje degradira tijekom godina.
Za pouzdanost, oboje zahtijevaju razumijevanje specifične kemije koja je uključena. No-clean nije univerzalno siguran. Vodo-topivo zahtijeva temeljito čišćenje. Kolofonij treba čišćenje za konformni premaz.
Zabuna pri kupnji između paste i fluksa? To se stalno događa u ovoj industriji. Katalozi ih navode jedan blizu drugog. Brojevi dijelova izgledaju slično. Opisi spominju "lemljenje" za oba.
Samo zapamtite: pasta sadrži metal. Flux ne. Sve ostalo proizlazi iz te temeljne distinkcije.
Kratka napomena o-bez olova
Prijelaz industrije na lemljenje-bez olova koji je započeo oko 2006. značajno je promijenio formulacije topitelja i pasta.
Legure-bez olova-obično SAC305 (96,5% kositra, 3% srebra, 0,5% bakra)-tale se na oko 217 stupnjeva u odnosu na 183 stupnja za tradicionalno kositar-olovo. Ta razlika od 34 stupnja zvuči neznatno, ali uzrokuje promjene kemije toka. Aktivatori moraju duže ostati stabilni na višim temperaturama. Procesni prozor se sužava. Sve postaje manje opraštajuće.
Lem-bez olova također vlaži površine manje agresivno nego li-olovni lem. Površinska napetost je veća. Komponente su vjerojatnije da će nadgrobni spomenik. Mostovi se lakše stvaraju. Izgled spojeva prirodno je dosadniji od sjajnih kositrenih-olovnih spojeva koji su prije označavali kvalitetu.
Formulacije fluksa evoluirale su za kompenzaciju. Moderni ne{1}}čisti topitelji za aplikacije bez-olova koriste aktivatore na višim-temperaturama i pružaju produžen radni vijek na povišenim temperaturama ponovnog točenja. Ali oni nisu nužno-kompatibilni s prethodnim-olovnim procesima, a miješanje formulacija stvara probleme.
Ako radite u okruženju koje još uvijek koristi kositar-olovo za izuzete primjene-medicinu, zrakoplovstvo, vojsku-provjerite odgovaraju li vaš topilac i pasta sustavu legure. Kemikalije su drugačije optimizirane.
Ono što nitko ne spominje
Statistika 50-90%.
Studije dosljedno pokazuju da negdje između polovice i devedeset posto grešaka sklopa SMT potječe od ispisa paste za lemljenje. Ne plasman. Ne reflow. Ispis.
Naslaga paste je pogrešna-previše, premalo, razmazana, pomaknuta, premoštena na šabloni-i daljnji procesi to ne mogu nadoknaditi. Već ste izgubili prije nego što su komponente uopće dospjele na ploču.
To znači da su kvaliteta paste za lemljenje, rukovanje pastom, dizajn šablone, kalibracija pisača i kontrola okoliša važniji nego što većina tvornica priznaje. Upadljivi strojevi za odabir-i-postavljanje i sofisticirane peći za reflow privlače pažnju. Zanemaren je paste pisač.
U međuvremenu, flux dobiva još manje pozornosti jer je to "samo" kemija za čišćenje. Ali problemi s ostacima fluksa uzrokuju povrate na polje godinama kasnije. Do tada su svi zaboravili koji je fluks korišten na kojoj verziji.
Dokumentirajte sve. Datirajte svoje materijale. Pratite brojeve lotova. Detektivski rad potreban za dijagnosticiranje kvarova polja-povezanih s fluxom bez dokumentacije u biti je nemoguć.
Ovo nije glamurozan savjet. Niti je pravilno hlađenje vaše paste ili puštanje da se zagrije prije upotrebe ili čišćenje ostataka kada je potrebno. Osnove određuju hoće li ploče raditi pouzdano deset godina ili misteriozno otkazuju nakon osamnaest mjeseci.
Lemna pasta i prašak nisu uzbudljivi materijali. Nisu mikroprocesori ili senzori ili RF komponente koje elektroniku čine impresivnom. Oni su sivi čopor koji sve drži na okupu.
Shvatite ih pogrešno i ništa drugo nije važno.
