Kemija protoka određuje razliku između proizvodne linije koja postiže 98% prinosa prvog-prolaska i one koja šepa na 87% dok se svi svađaju čija je greška. Sam spoj-reaktivna mješavina aktivatora, nosača i otapala formulirana za skidanje oksidnih filmova i promicanje metalurškog vlaženja-predstavlja možda 2% troškova vašeg troška materijala i približno 40% uzroka vašeg kvara kada nešto krene po strani. IPC J-STD-004B klasificira ove formulacije prema razinama aktivnosti (L, M, H), sadržaju halida i baznoj kemiji, ali list sa specifikacijama vam ne govori gotovo ništa o tome je li određenafluksće zapravo raditi na vašoj liniji, s vašim pločama, pokrećući vaše toplinske profile. Taj jaz između obećanja podatkovne tablice i realnosti proizvodnog prostora mjesto je gdje prinos živi ili umire.
Problem s oksidima o kojem nitko ne razmišlja dok ne bude prekasno
Oksidacija se događa brže nego što većina ljudi shvaća. Gledate mjerljiv rast oksida unutar nekoliko sekundi nakon što bakar dođe do povišenih temperatura-ne minuta, ne "na kraju", nego odmah. I evo o čemu se radi: rastaljeni lem apsolutno se neće vezati za oksidirani metal. O fizici toga se ne- može raspravljati.
Ovdje flux zarađuje. Aktivatori-derivati abijetinske kiseline u formulacijama kolofonija, organske kiseline poput adipinske ili jantarne u-sustavima topivim u vodi-kemijski smanjuju te oksidne slojeve dok istovremeno postavljaju zaštitnu barijeru protiv ponovne-oksidacije tijekom kritičnih sekundi kada lem zapravo teče. Bez te barijere, vodite izgubljenu bitku protiv termodinamike.
Fenomen vlaženja je važniji nego što većina proizvodnih inženjera cijeni. Površinska napetost prirodno uzrokuje da rastopljeni lem minimizira kontaktno područje. Želi se skupiti. Flux spojevi smanjuju tu površinsku napetost, omogućujući leguri da se širi preko jastučića brzinom koja zapravo podržava proizvodni protok. Kada je aktivnost fluksa nedovoljna? Dobivate odvodnjavanje, kuglice lemljenja, nepotpune spojeve koji izgledaju dobro vizualnim pregledom, ali krater tijekom termičkog ciklusa tri mjeseca kasnije.
Zašto vaš No-Clean Flux vjerojatno ne radi tako dobro kao što mislite
Budimo iskreni o nečemu o čemu prodavači fluksa ne vole raspravljati: no-clean više je marketinški izraz nego tehnička klasifikacija.
Kemija se pojavila kasnih 1980-ih kao odgovor na ograničenja Montrealskog protokola za CFC otapala za čišćenje. Umjesto da razvije alternativne procese čišćenja, industrija je tjerala kemičare koji se bave fluksom da formuliraju proizvode s ostacima koji bi teoretski mogli ostati na pločama bez uzroka problema s pouzdanošću. Pristup je uključivao dramatično smanjeni sadržaj krutih tvari-ponekad 1,5% naspram 20% za tradicionalni kolofonij-u kombinaciji s aktivatorima dizajniranim za potpunu razgradnju tijekom pretapanja.
Kad je toplinski profil savršen i mjesec je u pravoj fazi i nitko nije kihnuo u blizini pisača šablona, no-clean funkcionira prilično dobro.
Problem je što nijedan-čisti tok nije iznimno osjetljiv na varijacije procesa. Ti aktivatori trebaju određene temperature tijekom određenog trajanja da se potpuno razgrade. Zona namakanja je prekratka? Aktivni ostaci ostaju. Najviša temperatura nije sasvim dosegla specifikaciju na rubovima ploče? Imate djelomično razgrađeni tok koji leži ispod komponenti, polako upija atmosfersku vlagu i stvara vodljive puteve koji uzrokuju kvarove na polju osamnaest mjeseci nakon isporuke.
Evo što vam nitko neće reći na ručku s dobavljačem fluksa-i-naučite: značajan postotak visoko-pouzdanih proizvođača ionako čisti svoj ne-čisti fluks. Zahtjevi IPC-A-610 klase 3 za zrakoplovne i medicinske sklopove to u biti nalažu. Guste ploče s razmakom od 0,4 mm-BGA i komponente s donjim završetkom stvaraju savršeno okruženje za ostatke fluksa koji uzrokuju elektrokemijsku migraciju. Zašto riskirati?
A ako ipak odlučite očistiti ne{0}}ostatke nakon toga-sretno. Ista formulacija niske-aktivnosti koja ih navodno čini "sigurnima" također ih čini tvrdoglavo otpornima na tipične kemikalije za čišćenje. Trebat će vam agresivna otapala, a ona donose vlastite glavobolje pri rukovanju i okolišu.
Topiv-u vodi: Nuklearna opcija
Ako nije-clean nož za maslac,-topivi topiv u vodi je motorna pila. Brzo obavlja posao, ali posljedice nepažljivog rukovanja su teške.
Formulacije aktivatora organske kiseline-glikola-s limunskom, mliječnom ili adipinskom kiselinom-osiguravaju iznimno uklanjanje oksida. Za jako oksidirane površine, teške metalizacije kao što je ENEPIG ili ubrzane stope oksidacije obrade-bez olova na 260 stupnjeva, fluks-topiv u vodi često znatno nadmašuje sve ostalo.
Druga strana je apsolutno, bez{0}}pregovaranja, brzo čišćenje. Ostaci-topivi u vodi su jako higroskopni. Ostavite ih preko noći u okruženju vlažnosti od 60% i do jutra ćete vidjeti vidljivu koroziju. Vidio sam da ploče od električnih savršenih prelaze u otpad za manje od šesnaest sati jer ih je netko ostavio da stoje nakon valnog lemljenja i zaboravio pokrenuti ciklus čišćenja.
Samo čišćenje je jednostavno-DI voda, često sa saponifikatorima, u sustavima za raspršivanje ili uranjanje. Ultrazvučno miješanje pomaže doseći ispod-komponenti s niskim odmakom. Kritični zahtjev je temeljitost. Djelomično čišćenje redistribuira ionske kontaminante na teže{5}}dostupna-mjesta bez njihovog stvarnog uklanjanja, što je na neki način gore od nečišćenja uopće.
Jedna stvar zateče ljude nespremne:-ostatci topivi u vodi provode struju dok su mokri. Svako električno ispitivanje prije potpunog sušenja daje podatke o smeću. Ploče visoke-gustoće sa slijepim otvorima zadržavaju vlagu na mjestima koja je iznenađujuće teško sušiti bez vakuumskog pečenja.
Odnos profila Reflow
Flux ne postoji izolirano. To je dio sustava koji uključuje vaš toplinski profil, kemiju paste, metalizaciju vaše ploče, sposobnost lemljenja vaših komponenti i četrdesetak drugih varijabli koje sve međusobno djeluju na način da se rješavanje problema čini kao detektivski posao.
Zona namakanja je mjesto gdje nastaje većina kvarova-povezanih s fluksom. Preagresivno predgrijavanje sagorijeva hlapljive nosače prije nego obave svoj zaštitni posao. Aktivatori se troše u borbi protiv oksidacije tijekom predgrijavanja umjesto da ostanu dostupni za stvarni događaj reflowa. Vidjet ćete ovaj manifest kao graping-uzorak defekta koji izgleda točno kao grozd grožđa pod povećanjem, gdje su se pojedinačne čestice lema pretapale, ali se nikada nisu spojile jer su oksidni filmovi spriječili fuziju.
Oštećenja -u-jastuka na BGA-ima uzrokuju ovaj isti mehanizam oko 60% vremena. Paket se iskrivljuje tijekom reflowa, podižući lemne kuglice dalje od naslaga paste. Ako je fluks već iscrpio svoju aktivnost tijekom pretjerano agresivnog predgrijavanja, ne preostaje ništa za smanjenje oksidnog sloja koji se stvara na izloženoj površini kuglice tijekom odvajanja. Kuglica i pasta se tope, ali se ne spajaju. Dobivate nešto što izgleda kao glava utisnuta u jastuk-fizički u kontaktu, ali metalurški odvojeno.
Dušik pomaže, ali nije magija. Izvođenje reflowa u inertnoj atmosferi smanjuje, ali ne eliminira zahtjeve za aktivnošću protoka. I dalje vam je potrebna odgovarajuća aktivacija za vašu specifičnu kombinaciju paste i ploče.
Selektivno lemljenje je sama po sebi životinja
Zahtjevi za fluks za selektivno lemljenje razlikuju se od valovitog i ponovnog lemljenja na načine za koje su industriji trebale godine da ih u potpunosti razumiju.
Temeljni izazov je lokalizirano grijanje. Selektivna mlaznica za lemljenje primjenjuje intenzivnu toplinsku energiju na malo područje dok susjedna područja ostaju relativno hladna. To stvara strme toplinske gradijente i ograničeno vrijeme za rad aktivnosti toka. Potrebne su vam formulacije s dovoljno aktivacije za brzo rezanje oksida, ali bez sadržaja halida koji bi uzrokovao probleme s pouzdanošću na područjima koja nemaju potpunu prednost čišćenja izravnog kontakta s lemom.
Začepljenje mlaznica topi-na bazi kolofonija ostaje stalni teret održavanja. Kolofon-koji je tehnički izraz za derivate borove smole-sklon je karbonizaciji i nakupljanju na mlaznicama aplikatora fluksa tijekom vremena. Sintetičke alternative rješavaju ovaj problem, ali ponekad uvode vlastita ograničenja vlaženja.
Primjena fluksa Microjet zahtijeva kontrolu viskoznosti koja je stroža nego što to održava većina proizvodnih okruženja. Varijacije temperature u rezervoaru fluksa mijenjaju karakteristike protoka dovoljno da utječu na konzistenciju naslaga. Gledao sam linije kako jure za fantomskim nedostacima tjednima prije nego što se netko sjetio provjeriti viskoznost protoka u odnosu na dolazne specifikacije.
Što zapravo pokreće poboljšanje prinosa
Neglamurozna istina je da poboljšanje prinosa-povezano s protokom obično dolazi iz discipline procesa, a ne iz čudesnih formulacija.
Pratite svoju specifičnu težinu protoka. Sustavi-temeljeni na vodi apsorbiraju vlagu iz atmosfere. Sustavi-na bazi alkohola gube otapalo isparavanjem. Oba uzorka pomaka mijenjaju razine aktivnosti na načine koji se ne objavljuju dok se stope kvarova ne povise.
Provjerite čistoću šablona češće nego što mislite da je potrebno. Djelomično osušeni ostaci fluksa na otvorima šablone utječu na otpuštanje paste na načine koji izgledaju kao problemi s pastom, ali su zapravo problemi s čistoćom.
Provjerite sposobnost lemljenja dolazne komponente. Najbolja formula fluksa na svijetu ne može nadvladati loše oksidirane završetke komponenti. J-STD-002 testiranje košta novac, ali štedi više nego što košta kada uhvatite lošu seriju prije nego krene u proizvodnju.
Uskladite svoju aktivnost fluksa sa stvarnim stanjem površine, a ne teorijskim stanjem površine. Ploče koje su stajale na inventaru šest mjeseci trebaju više agresivnog fluksa od svježe proizvodnje. Ovo se čini očiglednim, ali broj linija koje pokreću iste parametre toka bez obzira na starost ploče sugerira da nije dovoljno očito.
Glavna-in-Epidemija jastuka
Ako postoji jedan nedostatak koji definira moderni SMT razgovor o popuštanju, to je glava-u-jastuk na BGA spojevima. Prijelaz na-bez olova pogoršao ga je. Veći paketi komponenti s više lopti učinili su to statistički neizbježnim. Industrija je razvila nešto što se svodi na cijelu pod-specijalnost oko njezinog sprječavanja i otkrivanja.
Mehanizam kvara uključuje odvajanje između BGA kuglice i naslaga paste za lemljenje tijekom pretapanja, obično uzrokovano savijanjem komponente na povišenim temperaturama. Izložena površina lopte oksidira. Kada se komponenta ponovno spljošti tijekom hlađenja, kuglica dolazi u kontakt s pastom, ali oksidni sloj sprječava spajanje.
Aktivnost fluksa je ovdje kritična, ali to je samo jedna varijabla. Paste veće-aktivnosti mogu nadvladati umjerene oksidne filmove. Atmosfera dušika smanjuje stopu stvaranja oksida. Dizajn šablone utječe na volumen paste-više paste znači više dostupnog fluksa za rješavanje izazova oksida. Optimizacija profila reflowa smanjuje temperaturnu razliku koja uzrokuje savijanje.
Ali ovdje je iskustvo važno: ponekad je odgovor odabir komponente, a ne optimizacija procesa. Neki BGA paketi jednostavno se deformiraju više od drugih. Neke konstrukcije supstrata su dimenzionalno stabilnije. Nikakva količina optimizacije toka ne kompenzira fundamentalno problematičan dizajn komponente.
Pražnjenje: nedostatak koji se skriva
Praznine za lem nastaju kada se hlapljive tvari fluksa zarobe u spoju tijekom skrućivanja. Neka šupljina su neizbježna-IPC standardi dopuštaju do 25% praznine za sklopove klase 2 i do 25% za klasu 3, iako mnoge OEM specifikacije zahtijevaju stroža ograničenja.
Komponente s-donjim završetkom kao što su QFN-ovi prazni su magneti. Veliki središnji termalni jastučić stvara geometriju koja hvata otapala koja ispuštaju plin bez izlaza. Možete gledati kako se to događa na rendgenskoj snimci: prekrasni uzorci pražnjenja koji se formiraju dok se lem skrućuje oko mjehurića koji nisu imali kamo otići.
Postoje- formulacije paste s niskim mokrenjem i one pomažu. Kemija uključuje hlapljive sustave koji isparavaju ranije u toplinskom profilu, prije nego što lem dosegne tekućinu. Vakuumsko reflow eliminira zarobljene plinove smanjenjem tlaka okoline tijekom faze skrućivanja-učinkovito, ali skupo za implementaciju i održavanje.
Praktična rješenja obično uključuju dizajn šablone. Manji otvori s većim razmakom. Prozorska okna ili uzorci križnih-šrafura koji stvaraju izlazne kanale za hlapljive tvari. Optimizacija omjera površine koja uravnotežuje volumen paste s rizikom stvaranja šupljina.
Odabir toka u stvarnom svijetu
Razgovor o nabavi obično ide otprilike ovako: inženjering želi najbolji fluks za svoju specifičnu primjenu, nabava želi najjeftiniji fluks koji očito neće pokvariti stvari, a dobavljač fluksa želi prodati ono što ima najbolju maržu u ovom kvartalu. Nitko u tom trokutu nije potpuno usklađen s vašim ciljevima prinosa.
Počnite sa svojim stvarnim podacima o kvaru. Ako je vaš primarni način kvara nedovoljno vlaženje, potrebno vam je više aktivnosti. Ako je vaš primarni način kvara korozija-povezana s ostacima ili problemi s testiranjem, potrebno vam je manje aktivnosti ili bolje čišćenje. Rješenje jednog problema često stvara drugi, tako da je razumijevanje vaše trenutne distribucije kvarova važnije od teorijske optimizacije.
Razmotrite svoje sposobnosti inspekcije. Guste ploče s finim-komponentama koraka mogu sakriti nedostatke koji se očituju samo pod rendgenskim-zrakama. Ako nemate mogućnost pregleda rendgenskim zrakama, nikakve-čiste formulacije na BGA-teškim sklopovima ne predstavljaju značajno kockanje s pouzdanošću koje nećete otkriti dok ne počnu pristizati rezultati s terena.
Iskreno uzmite u obzir svoju infrastrukturu za čišćenje. Nemojte odabrati sredstvo-topivo u vodi ako vaša sposobnost čišćenja iznosi-bocu s raspršivačem i optimizam. Nemojte odabrati ne-čišćenje i pretpostaviti da su ostaci zapravo benigni ako vaš proizvod radi u okruženjima visoke-vlažnosti ili je podvrgnut konformnom premazu.
I za ono što vrijedi: tok koji je savršeno radio za prošli proizvod može nesretno zakazati na sljedećem. Metalizacija ploče, oksidacijsko stanje komponente, raspodjela toplinske mase, mogućnost profila reflowa-sve je to u interakciji. Konzervativni pristup je testiranje kvalifikacije na reprezentativnim sklopovima prije obvezivanja na proizvodnju.
Ljudski faktor
Upravljanje tokovima je dosadno. Nitko se nije upustio u proizvodnju elektronike jer je strastveno promatrao praćenje specifične težine ili zamjenu pjenastih fluksera. Rasporedi održavanja se preskaču. Praćenje procesa postaje nedosljedno. Dolazna inspekcija se skraćuje kada linija kasni s rasporedom.
A onda spremnici za prinos, i svi pokušavaju identificirati glavni uzrok, i ispada da je tok bio izvan specifikacije dva tjedna, ali nitko nije provjeravao.
Disciplinirani aspekt poboljšanja prinosa nije glamurozan. To ne čini uzbudljive prezentacije dobavljača ili najave inovativne tehnologije. Ali proizvođači koji postižu 98%+ prinos od prvog-prolaska ne rade to s tajnim formulacijama protoka koje nisu dostupne svima ostalima. Oni to rade s neumoljivom pažnjom prema osnovama: nadzor, održavanje, ulazna kontrola kvalitete, obuka operatera, procesna dokumentacija.
Sam tok je neophodan, ali nije dovoljan. Razumijevanje te razlike vjerojatno vrijedi više od bilo koje specifične preporuke za proizvod koju bih mogao dati.
Poboljšanje prinosa nije odredište-to je stalna rasprava s entropijom. Tok koji odaberete određuje uvjete tog argumenta, prozor procesa unutar kojeg morate raditi i načine kvarova s kojima ćete se susresti kada nešto neizbježno pomakne. Da biste to učinili kako treba, potrebno je razumijevanje kemije onoga što fluks zapravo radi i praktične stvarnosti načina na koji proizvodne linije zapravo rade. Jedno bez drugog proizvodi teoretsku eleganciju koja ne uspijeva u praksi ili empirijsko rješavanje problema koje nikada ne rješava temeljne uzroke. Proizvođači koji dosljedno postižu svoje ciljeve prinosa smislili su kako zadržati obje perspektive istovremeno.
