Tampal Pateri lwn Fluks: Kebaikan dan Keburukan

Perbezaan antaratampal pateridanflukskekal sebagai salah satu topik yang paling kerap keliru dalam pemasangan elektronik. Juruteknik mencampuradukkan mereka. Ejen pembelian memesan bahan yang salah. Jurutera menentukan fluks apabila ia bermaksud tampal. Kedua-dua bahan itu berkongsi kimia yang bertindih dan kedua-duanya melibatkan bahan kelabu, agak melekit yang membuatkan pateri benar-benar berfungsi-jadi kekeliruan itu masuk akal. Tetapi kesilapan ini memerlukan wang sebenar dan mewujudkan kecacatan yang muncul beberapa minggu atau bulan kemudian.

Flux pada asasnya adalah agen pembersih. Tiada yang lebih eksotik daripada itu.

Permukaan logam teroksida. Pelapik kuprum pada PCB mengembangkan ciri tersebut dalam masa beberapa jam selepas fabrikasi. Plumbum komponen tiba daripada pembekal dengan lapisan oksida telah terbentuk. Apabila anda cuba memateri logam teroksida, aloi cair akan naik dan enggan membasahi permukaan. Sendi kelihatan teruk dan berkelakuan buruk.

Fluks mengandungi pengaktif-biasanya asid organik seperti asid abietik daripada rosin pain, atau sebatian yang lebih agresif bergantung pada perumusan-yang secara kimia menyerang lapisan oksida tersebut semasa pemanasan. Fluks pada asasnya menyental logam bersih tepat pada masa anda memerlukannya bersih: apabila pateri cair cuba membentuk ikatan.

Kimia di sini adalah lebih tua daripada kebanyakan orang sedar. Fluks rosin bermula berabad-abad lamanya untuk aplikasi kerja logam. Industri elektronik mewarisinya dan kemudian menghabiskan beberapa dekad untuk menapis variasi untuk aplikasi yang semakin menuntut.

Fluks berasaskan Rosin-datang daripada getah pokok pain. Serius. Resin semula jadi diproses dan digabungkan dengan pelbagai pengaktif untuk mencipta klasifikasi R, RMA dan RA yang dirujuk oleh semua orang tanpa memahami sepenuhnya. Damar biasa (jenis R) berfungsi dengan lembut pada permukaan yang agak bersih. Rosin diaktifkan secara ringan (RMA) mengendalikan pengoksidaan sederhana. Rosin diaktifkan (RA) menangani permukaan yang sangat tercemar tetapi meninggalkan sisa menghakis yang mesti dibersihkan secara mutlak.

Masalah dengan fluks rosin? Sisa melekit tu. Ia menarik habuk. Nampak tak profesional. Dan jika anda menyalut papan secara konform nanti, nasib baik salutan itu melekat di atas pencemaran fluks.

Fluks larut air-menyelesaikan sakit kepala pembersihan dengan menggunakan pengaktif yang larut dalam air kosong. Bunyinya bagus sehingga anda menyedari bahawa formulasi ini cenderung menjadi lebih agresif-semestinya, kerana sisanya akan dihanyutkan. Biarkan air-sisa fluks larut pada papan? Kakisan dijamin. Asid organik terus menyerang logam.

Tiada-fluks bersih muncul pada tahun 1990-an kerana pengeluar berusaha untuk menghapuskan langkah pembersihan sepenuhnya. Konsepnya: rumuskan pengaktif dengan cukup ringan sehingga sisa kecil yang tinggal selepas pengaliran semula tidak membahayakan apa-apa. Secara teori, anda melangkau proses mencuci, menjimatkan masa, mengurangkan sisa kimia.

Dalam amalan? Nah.

Inilah yang tiada siapa yang memberitahu saya apabila saya mula dalam industri ini: "tidak-bersih" tidak bermakna "tidak perlu dibersihkan."

Ini bermakna sisa mungkin tidak akan menyebabkan kegagalan dalam keadaan operasi biasa dalam persekitaran biasa untuk jangka hayat produk yang dijangkakan. Mungkin.

Sisa masih menyerap kelembapan. Ia masih mempunyai beberapa kandungan ionik. Ia masih menghalang lekatan salutan konformal. Ia masih kelihatan seperti sampah dalam pemeriksaan.

Untuk elektronik pengguna yang menuju ke tapak pelupusan dalam tempoh tiga tahun? Tiada-bersih berfungsi dengan baik. Untuk peranti perubatan? Aeroangkasa? Aplikasi bawah-automotif? Bersihkan fluks itu. Piawaian IPC membenarkan tiada-sisa bersih kekal, tetapi mana-mana jurutera yang menyatakan perhimpunan tentera atau-kebolehpercayaan tinggi lebih mengetahui.

Saya telah melihat papan yang dipulangkan dari medan dengan dendrit-pertumbuhan logam kristal-menghubungkan kesan kerana tiada-sisa bersih yang menyerap kelembapan yang mencukupi dari semasa ke semasa untuk membolehkan penghijrahan elektrokimia. Sisa adalah "selamat" mengikut lembaran data. Lembaga itu gagal pula.

Pes pateri pada asasnya berbeza daripada fluks kerana ia mengandungi logam sebenar.

Bahan itu kira-kira 50% fluks mengikut isipadu tetapi 90% logam mengikut berat. Nisbah itu kedengaran bertentangan sehingga anda ingat betapa padatnya timah dan perak dibandingkan dengan sebatian organik. Bahagian logam terdiri daripada zarah sfera kecil-di mana-mana sahaja daripada 75 mikron hingga 15 mikron bergantung pada aplikasi-yang terampai dalam medium fluks.

Apabila orang menyebut "tampal pateri", mereka menerangkan mekanisme penghantaran untuk mendapatkan jumlah aloi pateri yang dikawal dengan tepat pada pad PCB semasa pemasangan pelekap permukaan. Komponen fluks membersihkan permukaan semasa aliran semula. Zarah logam cair bersama-sama dan membentuk sendi sebenar.

Anda tidak boleh menggantikan fluks untuk pes pateri. Fluks tidak mengandungi logam. Ia tidak akan mewujudkan sambungan elektrik. Ia hanya... membersihkan.

Anda tidak boleh menggantikan pes pateri untuk fluks dalam aplikasi pematerian tangan sama ada, sungguh. Tampal pateri direka untuk pencetakan stensil dan ketuhar aliran semula. Reologi adalah salah untuk wayar-menyuap ke hujung besi pematerian.

Solder Paste

Tiada siapa yang memberi amaran kepada saya tentang peti sejuk.

Tampal pateri memerlukan storan yang disejukkan-biasanya 2 darjah hingga 10 darjah -dengan kelembapan terkawal dengan teliti. Pengaktif fluks di dalam pes bertindak balas perlahan dengan serbuk logam walaupun pada suhu rendah. Jika diberi masa yang mencukupi, tindak balas tersebut menyebabkan zarah-zarah tersebut dikimpal bersama menjadi gumpalan yang menyumbat apertur stensil dan mengeluarkan jarum.

Kebanyakan pes pateri membawa jangka hayat selama enam bulan dalam peti sejuk. Rumusan larut air-kadangkala hanya bertahan selama tiga bulan. Tampalan-pitch halus dengan zarah yang lebih kecil merosot lebih cepat kerana luas permukaan yang meningkat mempercepatkan tindak balas kimpalan.

Dan anda tidak boleh hanya menarik balang dari peti sejuk dan mula mencetak.

Pes sejuk mempunyai kelikatan yang salah. Ia akan mencetak seperti sampah. Anda memerlukan empat hingga enam jam pada suhu bilik sebelum bahan cukup stabil untuk digunakan. Cepat pemanasan ini dengan memanaskan pes? Anda baru sahaja memisahkan fluks daripada logam dan merosakkan keseluruhan bekas.

Kemudian ada isu pemeluwapan. Buka bekas pes sejuk dan lembapan dari udara serta-merta terpeluwap ke permukaan. Kelembapan itu menyebabkan bebola pateri dan percikan semasa pengaliran semula. Biarkan pes hangat tertutup. Sentiasa.

Fluks dengan sendirinya lebih memaafkan. Fluks cecair dalam botol biasanya bertahan satu atau dua tahun pada suhu bilik. Dawai pateri berteras Fluks-pada dasarnya tidak akan luput jika disimpan kering. Fluks di dalam wayar dikapsulkan jauh dari udara.

Kecacatan tampal pateri memenuhi keseluruhan buku teks. Saya akan menyebut yang menghantui mimpi buruk saya.

Batu nisan berlaku apabila komponen cip-biasanya perintang 0402 atau 0201 yang kecil-berdiri pada satu hujung semasa aliran semula, pad bertentangan terangkat sepenuhnya. Ketegangan permukaan pateri cair pada satu sisi benar-benar membalikkan bahagian menegak. Kelihatan betul-betul seperti batu nisan, maka namanya. Puncanya termasuk mendapan tampal tidak sekata, pemanasan tidak sekata, reka bentuk pad asimetri atau komponen diletakkan di luar-tengah.

Kadar batu nisan meroket dengan pemateri bebas plumbum- kerana suhu pengaliran semula yang lebih tinggi meningkatkan daya tegangan permukaan. Saya telah melihat barisan pengeluaran yang berjalan dengan sempurna dengan timah-plumbum tiba-tiba menghasilkan 2% kadar batu nisan selepas peralihan RoHS.

Merapatkan berlaku apabila pateri merentang antara pad bersebelahan, mewujudkan litar pintas. Penyebab biasa: tampal terlalu banyak, apertur stensil terlalu besar, petunjuk komponen menolak tampal ke tepi semasa peletakan. -QFP nada yang baik akan merapatkan kilang jika proses anda tidak didail masuk.

Sendi sejuk-sambungan kusam, berbutir, lemah-berhasil daripada haba yang tidak mencukupi atau masa di atas cecair. Pateri tidak pernah cair sepenuhnya. Sendi kelihatan teruk dan berprestasi lebih teruk.

Kekosongan berlaku apabila gas terperangkap di dalam sendi mewujudkan poket berongga. Beberapa pembatalan boleh diterima. Tetapi pada pad haba di bawah komponen kuasa? Lompang tersebut bertindak sebagai penebat haba. Peranti menjadi terlalu panas. Pemulangan padang mula tiba.

Kegagalan fluks cenderung lebih halus dan jangka-panjang.

Pembersihan yang tidak mencukupi meninggalkan pencemaran ionik yang menarik kelembapan dan membolehkan kakisan. Anda tidak akan melihat ini gagal semasa ujian pengeluaran. Anda akan melihatnya gagal lapan belas bulan kemudian apabila pelanggan menghubungi.

Menggunakan jenis fluks yang salah untuk aplikasi mewujudkan risiko kebolehpercayaan yang ujian tidak dapat ditangkap dengan mudah. Tiada-sisa bersih dalam persekitaran lembap. Fluks rosin di bawah salutan konformal. Fluks larut air-yang tidak dibasuh sepenuhnya.

Fluks tamat tempoh kehilangan aktiviti. Pengaktif merosot. Tiba-tiba besi pematerian anda menghasilkan sambungan yang kelihatan halus tetapi mempunyai dewetting mikroskopik pada antara muka kerana lapisan oksida tidak ditanggalkan sepenuhnya. Sendi lulus pemeriksaan visual. Ia gagal kitaran haba.

Flux

Untuk kerja semula manual dan prototaip, fluks yang berasingan adalah lebih penting daripada tampal pateri.

Pen fluks, picagari fluks, balang fluks dengan aplikator berus-ini ada pada setiap bangku juruteknik. Sapukan fluks pada petunjuk komponen sebelum pematerian. Sapukan fluks pada pad sebelum meletakkan komponen. Sapukan fluks pada kerja penyamarataan kerana pateri lama pada pad tersebut telah teroksida sepenuhnya sejak pemasangan asal.

Anda tidak mahu-fluks bersih atau RMA untuk kebanyakan kerja bangku. Air-larut jika anda mempunyai peralatan pembersihan ultrasonik yang tersedia. Elakkan fluks RA melainkan anda berhadapan dengan permukaan yang teroksida sangat dan mempunyai proses pembersihan yang sebenar.

Fluks-dawai pateri berteras sudah pun mengandungi fluks, jelas sekali. Tetapi bergantung semata-mata pada fluks teras adalah kesilapan pemula. Fluks luaran digunakan pada sendi sebelum dipanaskan secara dramatik meningkatkan pembasahan dan mengurangkan masa pendedahan haba. Sendi terbentuk lebih cepat dan kurang menekankan komponen.

Saya tidak menggunakan-fluks norak bersih dalam picagari untuk kebanyakan kerja semula. Sapukan sedikit pada pad, letakkan komponen, panaskan dengan seterika, siap. Sisanya adalah minimum dan selamat untuk ditinggalkan.

Sesetengah penggemar dan kedai kecil menggunakan pes pateri untuk-prototaip SMT yang diletakkan tangan, mengalir semula dalam ketuhar pembakar yang diubah suai atau pada plat panas. Ini berfungsi tetapi memerlukan pemahaman kekangan.

Pes pateri untuk pendispensan mempunyai reologi yang berbeza daripada pes percetakan. Kandungan logam mempunyai 84-87% berbanding 89-91%. Pes perlu mengalir melalui hujung picagari tanpa tersumbat. Menggunakan pes cetakan stensil dalam picagari tidak berfungsi dengan baik.

Profil aliran semula sangat penting. Pengeluar tampal pateri menentukan tanjakan prapanas, suhu rendam, masa di atas cecair, suhu puncak, kadar penyejukan. Menyimpang dengan ketara dan anda mendapat lompang, sendi sejuk, batu nisan, bola pateri, kerosakan komponen.

Kebanyakan persediaan hobi tidak dapat mengawal profil dengan tepat. Keputusan berbeza-beza. Profesional menggunakan ketuhar aliran semula sebenar dengan pengangkutan penghantar dan berbilang zon pemanasan atas sebab tertentu.

Bila hendak menggunakan fluks sahaja: pematerian tangan, kerja semula, penyamarataan, operasi-sentuh, melalui-pematerian lubang dengan pematerian gelombang.

Bila hendak menggunakan tampal pateri: pemasangan pelekap permukaan dengan pematerian aliran semula, pengeluaran automatik, stensil-bercetak SMT.

Bahan tidak boleh ditukar ganti. Cuba menggunakan pes pateri untuk pematerian tangan menimbulkan kekacauan. Cuba menggunakan fluks sahaja untuk pemasangan SMT tidak menghasilkan sambungan pateri kerana tiada logam.

Untuk penyimpanan, pes pateri memerlukan penyejukan dan jangka hayat yang pendek. Fluks lebih pemaaf tetapi masih merosot selama bertahun-tahun.

Untuk kebolehpercayaan, kedua-duanya memerlukan pemahaman kimia khusus yang terlibat. Tiada-bersih tidak selamat secara universal. Air-larut memerlukan pembersihan menyeluruh. Rosin memerlukan pembersihan untuk salutan konformal.

Kekeliruan pembelian antara tampal dan fluks? Ia berlaku secara berterusan dalam industri ini. Katalog menyenaraikannya berdekatan antara satu sama lain. Nombor bahagian kelihatan serupa. Perihalan menyebut "pematerian" untuk kedua-duanya.

Hanya ingat: pes mempunyai logam di dalamnya. Fluks tidak. Segala-galanya mengikuti dari perbezaan asas itu.

Peralihan industri untuk memimpin-pematerian percuma bermula sekitar tahun 2006 telah mengubah formulasi fluks dan tampal dengan ketara.

Aloi-bebas plumbum-biasanya SAC305 (96.5% timah, 3% perak, 0.5% kuprum)-mencairkan sekitar 217 darjah berbanding 183 darjah untuk timah tradisional-plumbum. Perbezaan 34 darjah itu kedengaran kecil tetapi memaksa perubahan kimia fluks. Pengaktif perlu kekal stabil lebih lama pada suhu yang lebih tinggi. Tetingkap proses mengecil. Segala-galanya menjadi kurang memaafkan.

Pateri bebas plumbum-juga membasahi permukaan dengan kurang agresif daripada plumbum-tin. Ketegangan permukaan lebih tinggi. Komponen lebih cenderung kepada batu nisan. Jambatan terbentuk dengan lebih mudah. Penampilan sendi secara semula jadi lebih kusam daripada sambungan plumbum-tin berkilat yang digunakan untuk menunjukkan kualiti.

Formulasi fluks berkembang untuk mengimbangi. Moden tiada-fluks bersih untuk aplikasi percuma-plumbum menggunakan-pengaktif suhu yang lebih tinggi dan memberikan jangka hayat kerja yang lebih lama pada suhu aliran semula yang tinggi. Tetapi mereka tidak semestinya-serasi dengan proses plumbum-timah dan mencampurkan formulasi menimbulkan masalah.

Jika anda bekerja dalam persekitaran yang masih menggunakan timah-plumbum untuk aplikasi yang dikecualikan-perubatan, aeroangkasa, ketenteraan-pastikan fluks dan tampalan anda sepadan dengan sistem aloi. Kimia dioptimumkan secara berbeza.

Statistik 50-90%.

Kajian secara konsisten menunjukkan bahawa di antara setengah dan sembilan puluh peratus kecacatan pemasangan SMT berasal dari percetakan tampal pateri. Bukan penempatan. Bukan reflow. Mencetak.

Deposit tampal adalah salah-terlalu banyak, terlalu sedikit, dicalit, diimbangi, dirapatkan pada stensil-dan proses hiliran tidak dapat mengimbangi. Anda telah pun kalah sebelum komponen itu mencecah papan.

Ini bermakna kualiti tampal pateri, pengendalian tampal, reka bentuk stensil, penentukuran pencetak dan kawalan alam sekitar lebih penting daripada yang diakui kebanyakan kilang. Mesin pilihan yang mencolok-dan-tempat serta ketuhar aliran semula yang canggih mendapat perhatian. Pencetak tampal diabaikan.

Sementara itu, fluks kurang mendapat perhatian kerana ia "hanya" pembersihan kimia. Tetapi isu sisa fluks menyebabkan pulangan medan beberapa tahun kemudian. Pada masa itu, semua orang terlupa fluks apa yang digunakan pada binaan apa.

Dokumen semua. Tarikh bahan anda. Nombor lot jejak. Kerja detektif yang diperlukan untuk mendiagnosis-kegagalan medan berkaitan fluks tanpa dokumentasi pada dasarnya adalah mustahil.

Ini bukan nasihat glamor. Tidak juga menyejukkan pes anda dengan betul atau membiarkannya hangat sebelum digunakan atau membersihkan sisa apabila diperlukan. Asas menentukan sama ada lembaga berfungsi dengan pasti selama sepuluh tahun atau gagal secara misteri selepas lapan belas bulan.

Tampal pateri dan fluks bukan bahan yang menarik. Mereka bukan mikropemproses atau penderia atau komponen RF yang menjadikan elektronik mengagumkan. Mereka adalah goop kelabu yang menyatukan segala-galanya.

Silapkan mereka dan tiada perkara lain yang penting.