Как да изберем най-добрия флюс за вълново запояване

Флюс за спояване на вълниизборът остава едно от онези измамно сложни решения в производството на електроника-от вида, който разделя ветерани инженери по процеси от новодошлите, препъващи се чрез проба и грешка. Флюсът, с който в крайна сметка се ангажирате, ще определи целостта на спойката, производствената производителност, изискванията за почистване след-процеса и дългосрочната-надеждност на всеки модул, който минава през вашата линия. Сбъркайте и ще прекарате месеци в преследване на фантомни дефекти, които биха могли да бъдат избегнати с малко повече усърдие предварително.

Ето нещо, което повечето хора пренебрегват: самият процес на вълново запояване не се е променил драстично от десетилетия. Това, което се промени-радикално-е всичко около него. Плътността на таблата скочи рязко. Безоловните-упълномощава преформулирана химия на сплавта за спояване. Геометриите на компонентите станаха странни. И по някакъв начин потокът трябва да компенсира всичко това.

Основният принцип звучи достатъчно просто. Флюсът премахва оксидите от металните повърхности, преди разтопената спойка да влезе в контакт. Без това химическо почистване спойката просто щеше да се надигне и да се търкулне като вода върху току-що кола с восък. Оксидите действат като бариера и никакво количество топлина или време на престой не решава този основен проблем.

Но тук нещата се объркват.

Различните химикали на потока атакуват оксидите чрез различни механизми. Някои разчитат на органични киселини, които стават агресивни само при нагряване. Други използват халидни съединения, които действат по-бързо, но оставят след себе си корозивни остатъци. Няколко екзотични формулировки се опитват да разделят разликата, предлагайки умерена активност с минимални главоболия за почистване. Класификационната система J-STD-004 се опитва да категоризира всичко това, разделяйки потоците на семейства колофон (RO), смола (RE), органични (OR) и неорганични (IN), всеки с обозначения за ниска, средна или висока активност.

честно казано? Обозначенията помагат, но разказват само част от историята.

Традиционните флюсове-базирани на колофон-извлечени от борова катранена смола, от всички неща-все още притежават изненадващ дял от пазара. Те съществуват повече от хиляда години под една или друга форма, което ви казва нещо за тяхната фундаментална здравина. Естествените киселини в колофона (предимно абиетинова киселина) осигуряват прилично отстраняване на оксида без екстремна корозивност, а остатъкът, който остава, обикновено е относително доброкачествен.

Въпреки това колофонът не е магия.

Флюс тип R- (чист колофон) работи добре върху чисти, лесно запояващи се повърхности с минимално окисление. Хвърлете някои опетнени проводници на компоненти или платка, която е престояла на влажно място в продължение на шест месеца, и си търсите проблеми. Флюсът просто няма да има достатъчно химическа мощност, за да пробие по-тежките оксидни филми.

Съставите на RMA (леко активиран колофон) добавят малки количества активатори-обикновено органични киселини или халидни съединения-за повишаване на ефективността. RA (активирани с колофон) потоци отиват още по-далеч. Компромисът? По-агресивни остатъци, които абсолютно изискват почистване, за да се предотврати дългосрочна-корозия. Виждал съм платки да се провалят при инспекция на място години след сглобяването, защото някой е решил, че почистването след-запояване не е задължително за RA-сглобка с флюс. Отначало остатъците изглеждаха добре. Не беше.

Wave Soldering Flux

Не се появиха-чисти флюсове като отговор на проблема с почистването. Стъпката беше неустоима: формулирайте флюс с толкова малко остатъци и такава доброкачествена химия на остатъците, че почистването след -спойка става ненужно. Производствените линии могат да пропуснат цял етап от процеса. Разходите биха паднали. Всички печелят.

И за много приложения не-clean доставя.

Остатъците, оставени от правилно формулиран не{0}}чист поток, обикновено са минимални, козметично приемливи и електрически инертни при нормални работни условия. IPC-J-STD-004 ги класифицира като активност L0 или L1, което показва ниско съдържание на халид и ниска корозивност. За потребителска електроника със скромни изисквания за надеждност те работят прекрасно.

Усложненията възникват по периферията.

Платките с висока -плътност с фини-компоненти на стъпка може да уловят остатъците от флюс на места, където причиняват проблеми при тестване със сонда. Адхезията на конформното покритие може да се влоши, ако дори малки количества остатъци останат върху повърхностите на маската за запояване. Спояване-без олово-със своите по-високи температури на предварително загряване и вълна-може частично да активира съставките на флюса, които биха останали инертни при традиционен процес с калай-олово. И обозначението „не-чисто“ не отчита естетическите стандарти; някои клиенти просто няма да приемат видими остатъци, колкото и безобидни да са.

Едно нещо, което научих по трудния начин: винаги тествайте не-чисти потоци при действителните условия на процеса, преди да се ангажирате. Листът с данни казва едно нещо. Производственият етаж казва друго.

Водо{0}}разтворимите (наричани още органични киселини или OA) потоци заемат противоположния край на спектъра от no-clean. Те са създадени за максимална производителност на запояване, особено върху трудни-за-мокри повърхности или с безоловни-сплави, които изискват агресивно отстраняване на оксиди. Остатъците, които оставят след себе си, са силно проводими, потенциално корозивни и абсолютно трябва да бъдат почистени след запояване.

Защо някой би избрал съзнателно флюс, който изисква задължително почистване?

Защото понякога нищо друго не работи.

Някои повърхностни покрития-OSP върху мед, която е престояла твърде дълго, например-развиват оксидни филми, през които нежните флюсове просто не могат да проникнат. Смесени-метални възли с различни повърхности за запояване може да се нуждаят от допълнителна дейност за постигане на постоянно овлажняване на всички съединения. Военните и аерокосмическите приложения понякога налагат водо-разтворим флюс точно защото изисква почистване; стъпката на принудително измиване осигурява допълнителна гаранция за качество, че всички остатъци от процеса са отстранени.

Почистващото оборудване обаче. Това е уловката.

Wave Soldering Flux

Подходящите системи за измиване с вода не са евтини. Те консумират дейонизирана вода, генерират отпадъчни води, които може да изискват пречистване преди изхвърляне, и добавят време за цикъл към всяка дъска. За операции с голям-обем със съществуваща инфраструктура за почистване пределната цена на комплект може да е приемлива. За по-малки магазини или продукти, където почистването добавя значителни процентни разходи, водо-разтворимият флюс се продава по-трудно, независимо от предимствата му при запояване.

Преходът от калай{0}}олово към-безолово запояване фундаментално промени изчислението за избор на поток. SAC305 и подобни сплави се топят при приблизително 217 градуса в сравнение със 183 градуса за евтектичен калай-олово-разлика, която звучи скромно, но създава каскадни ефекти по време на процеса.

Зоните за предварително загряване работят по-горещо. Времето за контакт с вълната често се увеличава с 50% или повече, за да се постигне правилно запълване на дупката. ПХБ ламинатът прекарва значително повече време при повишена температура, което увеличава риска от разслояване на маргиналните дъски. Компонентите изпитват по-голям термичен стрес. И активаторите на потока трябва да останат химически активни по време на това продължително излагане на висока-температура.

Много флюсове, които се представиха възхитително в процеси с калай-олово, просто се разпадат при-безолово условия.

Активаторите се изчерпват още преди спойката да докосне платката, оставяйки неадекватно почистени повърхности, които се намокрят слабо. Летливите носители на разтворители се изпаряват твърде бързо при агресивното предварително загряване, оставяйки гъсти остатъци с кора, които пречат на потока на спойка, вместо да го насърчават. Някои формулировки, предназначени за-без олово, изрично определят по-тесни прозорци на процеса, изискващи по-строг контрол върху скоростта на конвейера, височината на вълната и термичния профил, отколкото техните калай-оловни еквиваленти.

Производителите на флюс отговориха с продукти, специално оптимизирани за-несъдържащи олово. Потърсете таблици с данни, които изрично се отнасят за-съвместимост без олово, включително препоръчителни температури за предварително загряване, контактни времена и всякакви специални съображения за процеса при по-висока-температура. Не предполагайте обратна съвместимост; флюс, който работи брилянтно без олово-може действително да се представи по-лошо от традиционните формули върху калаени-оловни възли, където не е необходима допълнителна дейност.

Как ще поставите потока върху дъската има значение почти толкова, колкото и кой поток ще изберете.

Спрей флюсът доминира в модерните линии за запояване на вълни по добра причина. Правилно конфигурирана система за пръскане осигурява последователно, контролирано отлагане на потока с минимални отпадъци. Можете да регулирате обема на пръскане, ширината на шарката и параметрите на въздушния нож, за да фино-настроите покритието за конкретни геометрии на дъската. Потокът се разпрашава във фини капчици, които проникват между тясно разположени компоненти и в пластинчати проходни -дупки, където е най-необходим.

Поддържането на пръскащите системи обаче изисква усърдие. Дюзите се запушват. Наляганията на въздуха се променят. Доставянето на флюс може да се замърси или да се разгради с течение на времето, ако не се съхранява правилно. Виждал съм линии да преследват дефекти при намокряне в продължение на седмици, преди някой най-накрая да се сети да провери дали дюзата за пръскане се е запушила частично.

Флюсирането на пяна-, при което въздухът се барботира през резервоар за поток, за да се създаде глава от пяна, която влиза в контакт с преминаващата печатна платка-, остава често срещано в по-старите инсталации. Това е механично по-просто и може би по-прощаващо пренебрегването на оператора. Пяната естествено се приспособява към топологията на дъската, като контактува както с повдигнати зони, така и с вдлъбнатини. Но контролирането на точното количество отложен флюс е по-трудно и системите с пяна са склонни да използват повече флюс на дъска, отколкото еквивалентните настройки за пръскане.

Вълнов поток-, при който дъската преминава през малка стояща вълна от поток-съществува, но не е често срещан. Споделя някои характеристики с разпръскването на пяна, включително трудност при контролиране на количеството на отлагането.

Какъвто и метод да използвате, еднаквостта е всичко. Неравномерното разпределение на потока създава дефекти на спойка, които изглеждат мистериозни, докато не разберете, че основната причина е неравномерното покритие. Зоните, които имат твърде малко поток, няма да се намокрят правилно. Зоните, в които е попаднало твърде много, могат да замостят или да оставят прекомерни остатъци.

Теоретичният избор на флюс е ясен: изберете най-малко агресивния флюс, който надеждно споява вашите модули, без да създава проблеми надолу по веригата. Реалността включва значително повече нюанси.

Започнете с крайната употреба на продукта. Потребителската електроника с дву-годишен очакван живот и минимален стрес от околната среда може да понесе остатъци от поток, които биха били неприемливи в самолет или имплантируемо медицинско устройство. Обозначенията IPC Class 1, 2 и 3 предоставят груби насоки, но отделни клиенти може да имат изисквания, които надвишават или се различават от стандартните класификации.

Помислете за конструкцията на дъската и покритието на повърхността. ENIG, OSP, HASL, среброто за потапяне и калайът за потапяне представляват различни повърхности за запояване с различни тенденции за образуване на оксид. Флюс, който работи перфектно на пресен HASL, може да се бори с OSP платки, които са надвишили препоръчителния срок на годност.

Вземете предвид способността си за почистване-или липсата на такава. Ако почистването-на спойка в момента не е част от вашия процес и не сте склонни да го добавите, разтворимите-водоразтворими флюси са изключени от масата, независимо от техните качества за запояване. Обратно, ако вече почиствате всяка плоскост по други причини (например подготовка за конформно покритие), по-активен флюс може да подобри добивите при първо- преминаване, без да добавя нетна сложност на процеса.

И честно казано? Говорете с вашия доставчик на флюс. Добрите имат приложни инженери, които са виждали точната ви ситуация десетки пъти и могат да съкратят седмици експериментиране с-базирани на опита препоръки. Лошите... е, скоро ще го разберете.

Участвал съм в достатъчно упражнения за отстраняване на проблеми с потока, за да съставя доста предвидим списък с режими на отказ.

Третирането на избора на поток като-еднократно решение се класира близо до върха. Дизайнът на дъските се развива. Източниците на компоненти се променят. Този поток, който квалифицирахте преди три години, може да не се представи толкова добре на ревизирания монтаж, дори ако нищо не изглежда драстично различно. Периодичното повторно валидиране-не само когато се появят проблеми-улавя отклонението, преди да стане криза.

Пренебрегването на срока на годност на флюса се появява по-често, отколкото трябва. Химиките на Flux не са безсмъртни. Разтворителите се изпаряват, променяйки вискозитета и концентрацията. Активаторите могат да се разградят или окислят. Използването на поток с изтекъл срок на годност води до непоследователна производителност, която е влудяваща за диагностициране, тъй като варира непредсказуемо от партида до партида.

Да приемем, че процесът, който работи с калай-олово, ще работи и без{1}}олово без модификация, продължава да причинява скръб дори двадесет години след RoHS. Прозорците на процеса са наистина различни. При преформулиране корекциите трябва да се извършват чрез предварително загряване, време на контакт и температура на вълната-не само преформулиране на потока.

Спестяването на почистване, когато се налага почистване, може да бъде най-опасната грешка от всички. Водоразтворимите- остатъци от флюс, останали върху дъските, не причиняват само незабавни повреди. Те причиняват забавени повреди-от вида, който се случва на място, при гаранция, по начини, които създават много повече разходи и щети на репутацията, отколкото би струвало правилното почистване.

Изборът на флюс за вълново запояване не е бляскава работа. Рядко прави инженерни заглавия или презентации на конференции. Но решенията, взети тук, се движат напред през всеки монтаж, всеки клиент, всяка гаранционна претенция или липса на такава за години напред.

Залогът оправдава усилията.

Отделете време, за да разберете напълно вашите изисквания за кандидатстване. Оценявайте множество опции за поток при реалистични производствени условия, вместо да разчитате единствено на листове с данни. Изградете взаимоотношения с информирани доставчици, които могат да осигурят техническа поддръжка, когато възникнат проблеми-и проблеми ще възникнат в крайна сметка, независимо колко внимателно планирате.

Идеалният поток може да не съществува. Но флюс, който е добре-съвместим с вашата специфична комбинация от дизайн на платка, комбинация от компоненти, покритие на повърхността, сплав за запояване, способност за почистване и изисквания за надеждност? Това е постижимо. Това е целта. И достигането до там е това, което разделя производствените линии, които се борят, от тези, които бръмчат тихо, ден след ден, произвеждайки надеждни модули без драма.

Което е точно това, което всеки иска, нали?