Mengapa Pemterian Fluks Mengubah Segala-galanya

 

Flux tidak glamor. Ia tidak mendapat kredit yang sepatutnya dalam perbualan pembuatan elektronik, dibayangi oleh perbincangan tentang aloi pateri, profil aliran semula dan ketepatan peletakan komponen. Namun tanpa fluks, tiada satu pun daripada perbualan itu akan menjadi masalah-pateri anda tidak akan melekat pada apa-apa.

Kimia adalah mudah di atas kertas: fluks menghilangkan oksida logam melalui pengurangan kimia, membolehkan pateri cair benar-benar menyentuh logam asas di bawahnya. Kuprum teroksida dalam udara. Begitu juga timah. Begitu juga perak. Lapisan oksida yang tidak kelihatan itu-kadangkala hanya nanometer tebal-sudah cukup untuk menghalang ikatan metalurgi sepenuhnya. Fluks melarutkannya.

Masalah Membasahi Tiada Siapa Bicarakan

Inilah perkara yang sering dilangkau oleh buku teks.

Ketegangan permukaan dalam pateri cair adalah sangat tinggi. Sekitar 400-500 mN/m untuk kebanyakan aloi bebas-plumbum. Tanpa campur tangan fluks, titisan pateri akan bertampal pada pad tembaga seperti air pada sudut sentuhan kereta berlilin melebihi 90 darjah, penyebaran sifar, ikatan sifar.

Fluks mengubah ini dalam dua cara. Yang jelas: penyingkiran oksida. Yang kurang jelas: ia sebenarnya mengubah ketegangan antara muka antara pateri dan substrat semasa tetingkap ringkas apabila semuanya cair. Inilah sebabnya pemasaan aktiviti fluks sangat penting. Sapukan terlalu awal, ia terbakar. Sudah terlambat, oksida telah pun berubah.

Saya telah melihat jurutera obses terhadap pengedaran saiz zarah tampal pateri sambil mengabaikan sepenuhnya reologi fluks. Keutamaan ke belakang.

Sejarah Ringkas (Semacam)

Pekerja logam kuno menggunakan sal ammoniac. Tukang emas zaman pertengahan lebih suka boraks. Kedua-duanya berfungsi, kedua-duanya meninggalkan sisa menghakis yang akan memusnahkan elektronik dalam beberapa hari.

 

Zaman rosin mengubah segala-galanya untuk kerja elektrik. Resin pokok pain-secara kimia, campuran asid abietik dan asid diterpena yang berkaitan-menyediakan aktiviti yang mencukupi untuk mengeluarkan oksida ringan tanpa kakisan asid tak organik yang agresif. Fluks RMA (rosin diaktifkan sedikit) menjadi standard industri selama beberapa dekad.

Kemudian RoHS berlaku.

Peneraju-Peralihan Percuma Menjadikan Kimia Fluks Lebih Sukar

Timah-eutektik plumbum cair pada 183 darjah . SAC305 (alternatif bebas plumbum-yang dominan) cair pada 217-220 darjah . Perbezaan 35 darjah itu tidak kelihatan dramatik sehingga anda menyedari pengaktifan fluks bergantung kepada suhu. Seluruh tetingkap terma beralih.

Suhu yang lebih tinggi bermakna:

Ahli kimia fluks terpaksa merumuskan semula segala-galanya. Pengaktif yang lebih kuat. Kestabilan haba yang lebih baik. Pengubah suai reologi yang lebih canggih untuk mengekalkan prestasi cetakan.

Sesetengah syarikat melakukan peralihan ini dengan salah dan menghabiskan masa bertahun-tahun mengejar kecacatan batu nisan dan kegagalan-dalam-bantal. Masalahnya jarang sekali ialah pateri-ia adalah pemilihan fluks.

Tidak-Bersih: Ekonomi Menang

Pembuatan elektronik moden berjalan hampir sepenuhnya tanpa-sistem fluks bersih. Logiknya mudah: selepas-pembersihan pateri memerlukan wang, menggunakan pelarut (kebimbangan alam sekitar), berisiko kerosakan komponen daripada kemasukan lembapan dan menambah langkah proses.

Tiada-fluks bersih meninggalkan sisa yang tidak berbahaya. "Benign" bermaksud tidak-menghakis, tidak-konduktif dan boleh diterima secara kosmetik. Sama ada sisa tersebut benar-benar lengai sepanjang hayat produk selama 20-tahun di bawah kelembapan dan kitaran haba-itu perbualan yang lebih panjang.

Tentera dan aeroangkasa masih bersih. Peranti perubatan, kebanyakannya. Elektronik pengguna? Tiada siapa yang membersihkan lagi.

Sisa fluks yang anda lihat pada papan induk komputer riba anda bukanlah kecacatan. memang sengaja.

Air-Fluks Larut: Apabila Anda Sebenarnya Memerlukan Keagresifan

Sesetengah aplikasi menuntut kimia yang lebih kuat. Pencemaran oksida berat. Permukaan-sukar-dipateri. Komponen lama dengan kebolehpaterian terdegradasi.

Fluks -larut air (OA) menggunakan asid organik-adipik, suksinik, sitrik-yang akan menghakis kesan kuprum dalam masa beberapa minggu jika dibiarkan pada pemasangan. Pembersihan bukan pilihan di sini. itu wajib.

Pembersihan itu sendiri memperkenalkan pembolehubah. kualiti air DI. Suhu basuh. Kepekatan saponifier. Kesempurnaan pengeringan. Saya telah melihat talian pengeluaran lulus ujian elektrik tetapi gagal di lapangan kerana pencemaran ionik tidak dikeluarkan sepenuhnya. Spesifikasi kebersihan berkata<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.

Spesifikasi wujud atas sebab-sebab.

Sistem Klasifikasi Fluks (Bahagian Mengelirukan)

IPC J-STD-004 mentakrifkan klasifikasi fluks. Konvensyen penamaan masuk akal sebaik sahaja anda menyahkodnya:

ROL0= Rosin, Aktiviti rendah, tiada halidaREL1= Resin, Aktiviti rendah, mengandungi halidaORH0= Organik, Aktiviti tinggi, tiada halida

Sistem mengkategorikan mengikut asas fluks (RO/RE/OR/IN), tahap aktiviti (L/M/H), dan kandungan halida (0/1).

Halida meningkatkan aktiviti dengan ketara. Klorida terutamanya. Tetapi sisa halida menimbulkan kebimbangan kakisan-maka perbezaan 0/1 yang penting untuk kebolehpercayaan-aplikasi kritikal.

Kebanyakan tampalan tidak-bersih ialah ROL0 atau REL0. Air-larut biasanya ORH1. Klasifikasi memacu kriteria pemeriksaan-A-610 IPC anda dan keperluan pembersihan.

Pematerian Terpilih dan Gelombang: Permintaan Fluks Berbeza

Fluks pematerian gelombang melihat tegasan yang berbeza daripada aliran semula. Pendedahan haba yang lebih lama. Sentuhan langsung dengan gelombang pateri cair. Keperluan penambahan berterusan.

Penyembur penyembur mengendap salutan nipis dan sekata. Fluks buih menghasilkan buih yang menyentuh bahagian bawah papan. Setiap pendekatan memerlukan kelikatan fluks yang berbeza, kandungan pepejal dan ciri berbuih.

Pematerian terpilih menambah kerumitan-pemanasan setempat bermakna kecerunan suhu merentas pemasangan. Fluks yang dipra-digunakan pada kawasan tertentu mesti bertahan dari transient haba kepada komponen berdekatan yang dipateri secara berurutan.

Intinya: "fluks" bukan monolitik. Fluks gelombang dan fluks tampalan SMT mungkin berkongsi prinsip kimia tetapi ia adalah produk yang berbeza untuk proses yang berbeza.

Apa Sebenarnya Berlaku di Peringkat Molekul

Apabila asid abietik menyentuh kuprum oksida pada suhu tinggi, ia mengurangkan Cu²⁺ kepada kuprum logam sambil membentuk abietat kuprum. Produk tindak balas ini larut dalam kenderaan fluks, membawa oksida dari antara muka.

Pada masa yang sama, fluks merendahkan tenaga permukaan kedua-dua pateri dan substrat, mengurangkan sudut sentuhan. Pembasahan berterusan. Pembentukan sebatian antara logam bermula-Cu₆Sn₅ pada mulanya, Cu₃Sn berkembang dari semasa ke semasa melalui resapan-keadaan pepejal.

Lapisan IMC ialah ikatan sebenar. Bukan saling mengunci mekanikal. Bukan lekatan. Ikatan metalurgi melalui pembentukan antara logam. Fluks membolehkan ini dengan menyediakan permukaan tembaga yang bersih untuk tindak balas untuk dimulakan.

Fluks yang terlalu lemah: penyingkiran oksida yang tidak lengkap, dewetting, tidak-kecacatan membasahi. Fluks yang terlalu kuat: lebihan sisa, potensi kakisan, pemotongan topeng pateri.

Nitrogen dan Mengapa Ia Tidak Menggantikan Fluks

Lengai nitrogen mengurangkan pengoksidaan semasa pengaliran semula. Sesetengah pengeluar menganggap ini bermakna mereka boleh mengurangkan aktiviti fluks.

Secara teknikal mungkin. Boleh dikatakan berbahaya.

Nitrogen melambatkan pembentukan oksida. Ia tidak mengeluarkan oksida sedia ada. Komponen dan papan tiba dengan lapisan oksida sudah ada. Tampal pateri diletakkan dalam stensil, terdedah kepada udara semasa mencetak. Selimut nitrogen semasa pengaliran semula sudah terlambat untuk oksida tersebut.

Fluks sisa-yang rendah dalam atmosfera nitrogen boleh berfungsi dengan baik-atau gagal secara besar-besaran. Tetingkap proses mengecut. Margin menyejat.

Kebanyakan persekitaran pengeluaran menjalankan nitrogen sebagai faktor keselamatan tambahan, bukan sebagai penggantian fluks.

Pembentukan Lompang dan Meruap Fluks

Lompang besar di bawah bola BGA atau pad tengah QFN sering dikesan kembali ke fluks yang meruap terperangkap.

Fluks mengandungi pelarut. Pelarut tersejat semasa prapanas. Jika profil aliran semula naik terlalu cepat, wap pelarut tidak mempunyai laluan keluar sebelum pateri menjadi pejal. batal.

Jika pengaktifan fluks menjana hasil sampingan gas (sesetengah formulasi melakukannya), masalah yang sama. batal.

Hubungan antara kimia fluks, pengedaran saiz zarah, profil aliran semula dan kadar kekosongan adalah cukup rumit sehingga pengeluar menghabiskan berbulan-bulan untuk mengoptimumkan. Tiada penyelesaian universal-ia tampal-khusus, papan-khusus, komponen-khusus.

Apabila seseorang memberitahu anda "profil dioptimumkan" mereka tercapai<10% voiding, ask what paste they're using. The profile is half the equation.

Garis Bawah

Pematerian fluks "mengubah segala-galanya" kerana tanpanya, pembuatan elektronik masih akan menyerupai kerja-kerja perhiasan manual-tukang mahir tangan-membersihkan permukaan dengan asid,-menyapu pateri satu sambungan pada satu masa, tangan-sisa pembersihan selepas itu.

Teknologi lekapan permukaan moden memproses beribu-ribu sambungan seminit kerana fluks dirumus dengan tepat, disimpan secara konsisten dan diaktifkan secara haba dengan cara yang boleh diramal. Kimianya matang tetapi tidak mudah. Interaksi antara fluks, aloi, substrat, atmosfera dan profil terma ialah berbilang-masalah pengoptimuman pembolehubah.

Jurutera yang menganggap fluks sebagai renungan akan terbakar. Kadangkala secara literal, apabila kakisan-kegagalan medan mendorong kos jaminan melalui bumbung.

Fluks tidak menarik. Ia penting. Itu berbeza.