Flux Lehimleme Neden Her Şeyi Değiştirir?

 

Flux göz alıcı değil. Lehim alaşımları, yeniden akış profilleri ve bileşen yerleştirme doğruluğu hakkındaki tartışmaların gölgesinde kalan elektronik üretim tartışmalarında hak ettiği itibarı alamıyor. Ancak flux olmasaydı bu konuşmaların hiçbirinin önemi olmazdı-lehiminiz hiçbir şeye bağlı kalmazdı.

Kimya kağıt üzerinde basittir: Akı, kimyasal indirgeme yoluyla metal oksitleri uzaklaştırır ve erimiş lehimin alttaki ana metalle temas etmesine olanak tanır. Bakır havada oksitlenir. Kalay da öyle. Gümüş de öyle. Bu görünmez oksit tabakası-bazen sadece nanometre kalınlıkta-metalurjik bağlanmayı tamamen önlemek için yeterlidir. Flux onu çözer.

Kimsenin Bahsetmediği Islanma Sorunu

İşte ders kitaplarının sıklıkla atladığı şey budur.

Erimiş lehimdeki yüzey gerilimi oldukça yüksektir. Çoğu kurşun-içermeyen alaşım için yaklaşık 400-500 mN/m. Akı müdahalesi olmadan, bir lehim damlacığı, 90 dereceyi aşan mumlu bir araba temas açısında, sıfır yayılımda, sıfır bağlanmada, su gibi bakır bir ped üzerinde boncuklaşacaktır.

Flux bunu iki şekilde değiştirir. Açık olanı: oksit giderme. Daha az belirgin olanı: aslında her şeyin erimiş olduğu kısa pencere sırasında lehim ile alt tabaka arasındaki arayüzey gerilimini değiştirir. Bu nedenle akış faaliyeti zamanlaması bu kadar önemlidir. Çok erken uygulayın, yanar. Çok geç, oksitler çoktan yeniden şekillendi.

Akı reolojisini tamamen göz ardı eden mühendislerin lehim pastası parçacık boyutu dağılımı konusunda takıntılı olduklarını gördüm. Geriye dönük öncelikler.

Kısa Bir Tarih (Bir Tür)

Eski metal işçileri sal amonyak kullandılar. Ortaçağ kuyumcuları boraksı tercih ediyordu. Her ikisi de işe yaradı ve her ikisi de elektronik aletleri birkaç gün içinde yok edebilecek aşındırıcı kalıntılar bıraktı.

 

Reçine dönemi elektrik işlerinde her şeyi değiştirdi. Çam ağacı reçinesi-kimyasal olarak abietik asit ve ilgili diterpen asitlerin bir karışımı-inorganik asitlerin agresif korozyonu olmadan hafif oksitleri çıkarmaya yetecek aktiviteyi sağladı. RMA flux (hafif aktifleştirilmiş reçine) onlarca yıldır endüstri standardı haline geldi.

Sonra RoHS oldu.

Kurşun-Serbest Geçiş Akı Kimyasını Daha Zor Hale Getirdi

Kalay-kurşun ötektiği 183 derecede erir. SAC305 (baskın kurşun-içermeyen alternatif) 217-220 derecede erir. Bu 35 derecelik fark, akı aktivasyonunun sıcaklığa bağlı olduğunu fark edene kadar kulağa dramatik gelmiyor. Tüm termal pencere değişir.

Daha yüksek sıcaklıklar şu anlama gelir:

Flux kimyagerleri her şeyi yeniden formüle etmek zorunda kaldı. Daha güçlü aktivatörler Daha iyi termal stabilite. Baskı performansını korumak için daha gelişmiş reoloji değiştiriciler.

Bazı şirketler bu geçişi yanlış anladı ve yıllarını mezar taşı kusurlarını ve kafa-yastık- arızalarını kovalayarak geçirdi. Sorun nadiren lehimden kaynaklanıyordu-akı seçiminden kaynaklanıyordu.

Hayır-Temiz: Ekonomi Kazandı

Modern elektronik üretimi neredeyse tamamen-temiz akış sistemleri olmadan çalışır. Mantık basittir:-lehim sonrası temizlemenin maliyeti yüksektir, solvent kullanır (çevresel kaygılar), nem girişinden dolayı bileşen hasarı riski taşır ve işlem adımları ekler.

Hiçbir-temiz akı iyi huylu kalıntı bırakmaz. "İyi huylu",-aşındırıcı olmayan,-iletken olmayan ve kozmetik açıdan kabul edilebilir anlamına gelir. Bu kalıntıların nem ve termal döngü altında 20-yıllık ürün ömrü boyunca gerçekten inert olup olmadığı, bu daha uzun bir tartışma konusu.

Askeri ve havacılık hala temiz. Çoğunlukla tıbbi cihazlar. Tüketici elektroniği mi? Artık kimse temizlik yapmıyor.

Dizüstü bilgisayarınızın anakartında gördüğünüz akı kalıntısı bir kusur değildir. Bu kasıtlı.

Suda-Çözünür Akış: Gerçekten Saldırganlığa İhtiyacınız Olduğunda

Bazı uygulamalar daha güçlü kimya gerektirir. Ağır oksit kirliliği. Yüzeyleri-lehimlemek-zor. Lehimlenebilirliği düşük eski bileşenler.

Suda-çözünür (OA) eritkenler, düzenekte bırakıldığında bakır izlerini haftalar içinde aşındıracak organik asitleri-adipik, süksinik, sitrik- kullanır. Burada temizlik isteğe bağlı değildir. Bu zorunludur.

Temizliğin kendisi değişkenleri beraberinde getirir. DI su kalitesi. Yıkama sıcaklığı. Sabunlaştırıcı konsantrasyonu. Bütünlük kurutma. Üretim hatlarının elektrik testini geçtiğini ancak iyonik kirlenmenin tamamen ortadan kaldırılmaması nedeniyle sahada başarısız olduğunu gördüm. Temizlik spesifikasyonu dedi ki<1.56 μg/cm² NaCl equivalent. They hit 1.4. Marginal pass. Product returned eighteen months later with dendritic growth between fine-pitch QFP leads.

Spesifikasyonlar nedenlerden dolayı mevcuttur.

Akı Sınıflandırma Sistemleri (Kafa Karıştıran Kısım)

IPC J-STD-004, akı sınıflandırmasını tanımlar. Adlandırma kuralı, kodunu çözdüğünüzde anlamlı olur:

ROL0= Reçine, Düşük aktivite, halojenür yokREL1= Reçine, Düşük etkinlik, halojenürler içerirORH0= Organik, Yüksek aktivite, halojenür yok

Sistem akı bazına (RO/RE/OR/IN), aktivite düzeyine (L/M/H) ve halojenür içeriğine (0/1) göre kategorilere ayırır.

Halojenürler aktiviteyi önemli ölçüde artırır. Özellikle klorürler. Ancak halojenür kalıntıları korozyon endişelerini artırıyor-bu nedenle, güvenilirlik açısından kritik uygulamalar için önemli olan 0/1 ayrımı-.

Temiz olmayan macunların çoğu-ROL0 veya REL0'dır. Suda-çözünür, genellikle ORH1. Sınıflandırma, IPC{5}}A-610 denetim kriterlerinize ve temizlik gereksinimlerinize yön verir.

Seçmeli Lehimleme ve Dalga: Farklı Akı Talepleri

Dalga lehim akısı, yeniden akıştan farklı streslere maruz kalır. Daha uzun termal maruz kalma. Erimiş lehim dalgasıyla doğrudan temas. Sürekli yenileme gereksinimleri.

Püskürtme fluxer'ları ince, eşit kaplamalar biriktirir. Köpük fluxers, panelin alt kısımlarına temas eden kabarcıklar oluşturur. Her yaklaşım farklı akı viskozitesi, katı içerik ve köpüklenme özellikleri gerektirir.

Seçici lehimleme karmaşıklığı artırır-yerel ısıtma, montaj genelinde sıcaklık değişimleri anlamına gelir. Belirli alanlara önceden-uygulanan akı, yakındaki bileşenlerin sıralı olarak lehimlenmesiyle oluşan termal geçici duruma dayanmalıdır.

Önemli olan şu ki, "akış" yekpare değildir. Dalga akışı ve SMT macun akışı kimya prensiplerini paylaşabilir ancak farklı işlemler için farklı ürünlerdir.

Moleküler Düzeyde Gerçekte Ne Oluyor?

Abietik asit yüksek sıcaklıkta bakır oksitle temas ettiğinde Cu²⁺'yi metalik bakıra indirger ve bakır abietat oluşturur. Bu reaksiyon ürünü akı aracında çözünür ve oksidi arayüzeyden uzaklaştırır.

Aynı zamanda akı hem lehimin hem de alt tabakanın yüzey enerjisini azaltarak temas açısını azaltır. Islatma devam ediyor. Metallerarası bileşik oluşumu başlangıçta -Cu₆Sn₅ başlar, Cu₃Sn zamanla katı-hal difüzyonu yoluyla gelişir.

IMC katmanı gerçek bağdır. Mekanik kilitleme değil. Yapışma değil. Metallerarası oluşum yoluyla metalurjik bağlanma. Flux, reaksiyonun başlaması için temiz bir bakır yüzey sağlayarak bunu mümkün kılar.

Akı çok zayıf: oksitin eksik uzaklaştırılması, nem alma, ıslatmama- kusurları. Çok güçlü akı: aşırı kalıntı, potansiyel korozyon, lehim maskesinin alttan kesilmesi.

Azot ve Neden Akının Yerine Geçmiyor?

Azotun etkisiz hale getirilmesi, yeniden akış sırasında oksidasyonu azaltır. Bazı üreticiler bunun akı aktivitesini azaltabilecekleri anlamına geldiğini varsayarlar.

Teknik olarak mümkün. Pratik olarak tehlikeli.

Azot oksit oluşumunu yavaşlatır. Mevcut oksitleri ortadan kaldırmaz. Bileşenler ve kartlar halihazırda mevcut olan oksit katmanlarıyla birlikte gelir. Lehim pastası, baskı sırasında havaya maruz kalan şablonların içinde durur. Yeniden akış sırasında nitrojen örtüsü bu oksitler için çok geç.

Nitrojen atmosferlerinde-düşük kalıntı akıları çok iyi çalışabilir-veya felaketle sonuçlanabilir. İşlem penceresi küçülür. Marj buharlaşır.

Çoğu üretim ortamında nitrojen, flux değişimi olarak değil ekstra güvenlik faktörü olarak kullanılır.

Boşluk Oluşumu ve Akı Uçucu Maddeleri

BGA topları veya QFN merkez pedleri altındaki büyük boşluklar genellikle akı uçucularının sıkışıp kalmasına kadar uzanır.

Flux solventler içerir. Çözücüler ön ısıtma sırasında buharlaşır. Yeniden akış profili çok hızlı yükselirse, lehim katılaşmadan önce solvent buharının kaçış yolu kalmaz. Geçersiz.

Akı aktivasyonu gaz halinde yan ürünler üretiyorsa (bazı formülasyonlar üretir), aynı sorun. Geçersiz.

Akı kimyası, parçacık boyutu dağılımı, yeniden akış profili ve boşluk oranları arasındaki ilişki, üreticilerin optimizasyon için aylar harcamasını gerektirecek kadar karmaşıktır. Evrensel bir çözüm yoktur;-yapıştırmaya-özel, panoya-özel, bileşene-özeldir.

Birisi size "optimize edilmiş profilinin" başarılı olduğunu söylediğinde<10% voiding, ask what paste they're using. The profile is half the equation.

Sonuç olarak

Akı lehimleme "her şeyi değiştirir" çünkü o olmasaydı, elektronik üretimi hâlâ manuel mücevher işçiliğine-yetenekli zanaatkârların-yüzeyleri asitlerle elle temizlemesine,-lehimin tek seferde tek tek uygulanmasına,-kalıntıların daha sonra elle temizlenmesine benzerdi.

Modern yüzeye montaj teknolojisi dakikada binlerce bağlantıyı işler çünkü akı hassas bir şekilde formüle edilir, tutarlı bir şekilde biriktirilir ve öngörülebilir şekillerde termal olarak etkinleştirilir. Kimya olgun ama basit değil. Akı, alaşım, alt tabaka, atmosfer ve termal profil arasındaki etkileşimler, çok-değişkenli optimizasyon problemleridir.

Akıyı sonradan akla gelen bir düşünce olarak ele alan mühendisler yanar. Bazen kelimenin tam anlamıyla, korozyon-kaynaklı saha arızaları garanti maliyetlerini tavana vurduğunda.

Flux heyecan verici değil. Bu çok önemli. Bu farklı.