Флюс для волновой пайкислужит химическим посредником между расплавленными припоями и металлизированными поверхностями печатной платы, способствуя удалению оксидов и улучшению смачивания во время сборки компонентов со сквозными отверстиями. Химический состав флюса-будь то канифоль-на основе органической кислоты-или состав синтетической смолы-напрямую определяет надежность соединения, характеристики остатков и требования к после-очистке в соответствии с классификацией IPC J-STD-004.
Почему поток имеет большее значение, чем вы думаете
Вот что касается пайки волновой пайкой, на то, чтобы по-настоящему усвоить ее, мне потребовались годы: припой просто делает то, что ему велит физика. Волна немая. Он не знает, будет ли ваш ствол заполнен на 75% или полностью, будет ли у вас перемычка на этом соединителе с шагом 0,5 мм, или соединение выйдет из строя через восемнадцать месяцев, когда появится влажность.
Поток знает. Или, скорее, потокопределяет.
Я видел, как инженеры неделями настраивали скорость конвейера и высоту волн, в то время как настоящая проблема заключалась в заброшенном резервуаре с флюсом, который медленно разрушался. Пенопластовая головка выглядела хорошо. Удельный вес проверил. Но пакет активатора вышел из строя, и каждая проходившая доска была броском игральной кости.
Система классификации (расшифровка J-STD-004)
Схема классификации IPC работает следующим образом: у вас есть четыре буквы и цифра. Первые две буквы обозначают основу флюса-RO для канифоли, RE для смолы (синтетической), OR для органической, IN для неорганической. Третья буква обозначает уровень активности: L — низкий, M — средний, H — высокий. Число в конце? Это содержание галогенидов: 0 означает отсутствие, 1 означает некоторое количество.
Таким образом, ROL0 — это-на основе канифоли, с низкой-активностью и нулевым-потоком галогенидов. Довольно ручная штука. Прекрасно работает на свежеизготовленных досках с хорошей отделкой поверхности. С другой стороны, ORH1 представляет собой органический флюс с высокой активностью и содержанием галогенидов.-Он удалит оксиды с чего угодно, но вам лучше очистить его или подготовиться к коррозии.
Большинство волновых операций, которые я видел, выполняли что-то в диапазоне ROM0 или ROM1. Середина дороги. Достаточно активности, чтобы справиться с реальным-окислением, не оставляя после себя агрессивных остатков.
Методы нанесения: распыление или пена
Флюсирование распылением доминирует в современном производстве, и для этого есть веская причина. Вы получаете точный контроль громкости, стабильное покрытие и минимальное загрязнение, поскольку ничто не касается платы и не возвращается в резервуар. Распыленные капли создают тонкий ровный слой. Отрегулируйте время удара, и вы сможете точно подобрать то, что нужно для каждой конструкции доски.
Однако пенопластовое флюсование все еще имеет свое место.
Пенопластовая головка поднимается через дымоход над пористым камнем-раньше это была настоящая поритовая керамика, теперь обычно спеченный пластик-и при прохождении соприкасается с нижней стороной плиты. Капиллярное действие естественным образом втягивает флюс в цилиндры ПТГ. Для тяжелых сборок с большими сквозными-отверстиями такое проникновение может оказаться более эффективным, чем распыление.
Но пенные системы привередливы. Камень забивается. Флюс должен содержать не менее 5% твердых веществ, иначе пена не стабилизируется. Выключить на выходные без слива и очистки? Утром в понедельник вы устраняете неполадки с распавшейся пеной и неравномерное нанесение.
И вот о чем не говорят вам учебники: если вы используете SMD со стороны пайки,-приклеенные, проходящий через волну-пенный флюс может попасть под эти компоненты. Флюс продолжает выделять газ, когда плата попадает на волну, и припой буквально не может достичь соединения. Пропущенные суставы везде. Нам потребовалось три недели, чтобы разобраться в этом.
Нет-Чистота: неправильное название, которое не умрет
«Нет-чистоты» не означает то, что все думают.
Этот термин возник, когда производители флюсов разработали составы с низким содержанием-твердых веществ, предназначенные для машинной пайки-волновой пайки и оплавления-, где точные термические профили полностью активируют и инкапсулируют остатки. В этих контролируемых условиях то, что остается на плате, теоретически является безопасным: не-проводящим, не-коррозионным, приемлемым для большинства приложений.
Теоретически.
На практике вам необходимо адекватное тепловое воздействие навсеместа остатков. Компоненты с низким-зазором, такие как QFN, улавливают поток внизу, где тепло не может полностью достичь. Активаторы никогда не полимеризуются. Они остаются жидкими, ионными, жаждут металла.
Одиннадцать месяцев спустя-Я буквально видел это-у вас мокрый флюс под компонентами. Начало коррозии. Поля возвращаются.
Другая проблема – конформное покрытие. Нанесите слой на не-очищенные остатки без предварительной очистки, иначе адгезия ухудшится. Покрытие поднимается. Попадает влага. Вы только что разрушили всю цель покрытия.
Водная-растворимая или спиртовая-основанная
Водорастворимые флюсы-обычно обладают большей активностью, поскольку их все равно можно очищать. Зачем сдерживать силу активатора, когда все смываешь? Эти составы применимы к окисленным поверхностям, трудно-поддающимся-припайке, а также к бессвинцовым-сплавам с более высокими температурами ликвидуса.
Подвох: вы должны очистить. Никаких исключений. Водорастворимые остатки флюса-активно вызывают коррозию. Оставьте их на доске, и вы гарантированно проиграете.
Флюсы-на основе спирта-обычно это флюсы с летучими органическими соединениями, хотя в некоторых регионах этот термин подвергается тщательному контролю со стороны регулирующих органов.-высыхают быстрее во время предварительного нагрева и, как правило, легче обрабатываются с помощью распылительных систем. Более низкое поверхностное натяжение означает лучшее проникновение через-отверстия при нанесении распылением.
Существуют чистящие средства, не-не содержащие летучих органических веществ-на основе-воды, которые решают проблему выбросов, но они общеизвестно чувствительны к параметрам распыления. Неправильные настройки – и вы получите плохое покрытие, неполное смачивание и дефекты, которых вы не ожидали.
Предварительный нагрев: когда активируется химия флюса
Этап предварительного нагрева предназначен не только для предотвращения теплового удара, хотя это тоже имеет значение. Именно здесь флюс переходит от влажной пленки растворителя и активаторов к чему-то, что действительно может выполнять свою работу.
При температуре верхней части платы 100–130 градусов одновременно происходит несколько вещей:
Растворители испаряются (критическое-выделение газов при волновом контакте приводит к образованию шариков припоя.
Активаторы начинают реагировать с оксидами
Флюс распространяется и смачивает стенки ствола.
Недостаточный предварительный нагрев означает попадание неактивного потока в волну. Чрезмерный предварительный нагрев приводит к ухудшению качества флюса до того, как он вступит в контакт с -обугленными, пригоревшими остатками припоя, которые трудно очистить, а иногда и вообще не работать.
Термическое профилирование здесь беспощадно. Я видел, как разница в температуре верхней части здания в 15 градусов напрямую коррелирует с колебаниями урожайности при первом-проходе на 8–10 %.
Сложность-бессвинцовой пайки
Пайка волновой пайкой-без свинца существенно изменила правила игры с флюсами, и не все это догнали.
Сплавы SAC (олово-серебро-медь) работают при температуре ванны 255-270 градусов по сравнению с 245-255 градусами для традиционных сплавов олово-свинец. Это на 10-25 градусов жарче. Время контакта часто увеличивается на 50% и более, поскольку смачивание бессвинцового материала происходит медленнее, чем SnPb.
Ваш поток должен сохраняться дольше при более высоких температурах, сохраняя при этом активность. На первых этапах-бессвинцовой конверсии возникли серьезные проблемы с надежностью, поскольку сборщики пытались использовать существующие химические флюсы с новыми сплавами. Тепловая оболочка сместилась, и поток не успевал за ней.
Современные составы флюсов,-не содержащих свинец, решают эту проблему с помощью расширенных пакетов активаторов термической стабильности, но нельзя просто предполагать, что какие-либо действия, не требующие-очистки, как для SnPb, так и для SAC, невозможны. Проверьте технические характеристики вашего поставщика. Запустите квалификационные сборки.
Обслуживание флюса (скучная часть, которую никто не делает правильно)
Измерение удельного веса. Ареометр или рефрактометр, минимум еженедельно, ежедневно, если у вас большие объемы. Для флюсов на основе спирта- вы обычно ориентируетесь на диапазон 0,80–0,85 г/см³.
Флюс ухудшается. Растворитель испаряется. Концентрация пласта повышается. Теперь вы вносите слишком много твердого материала на единицу площади, и профиль остатков меняется.
Или проникает загрязнение. Платы сбрасывают частицы паяльной маски в пенопластовый флюс. Масло из линий сжатого воздуха. Работа оператора.
Хранение тоже имеет значение: прохладные, сухие, герметично закрытые контейнеры. Некоторые химические флюсы имеют определенный срок годности. Не думайте, что барабан трехлетней давности все еще хорош, потому что он «выглядит хорошо».
Когда дела идут не так
Перемычка между соседними контактами: слишком много флюса, слишком мало флюса или неправильный уровень активности флюса для условий вашей поверхности. Также возможна проблема с высотой волны или временем контакта, но сначала проверьте поток.
Недостаточное заполнение отверстий: флюс не проник в стволы должным образом. Измените методы нанесения, увеличьте объем флюса или убедитесь, что предварительный нагрев не приводит к выведению флюса до того, как он намокнет в отверстия.
Тусклые, зернистые швы: флюс исчерпан до затвердевания. Поверхность повторно-окисляется при охлаждении. Иногда проблема со сплавом, иногда несоответствие активности флюса, иногда просто слишком слабый предварительный нагрев.
Белые остатки: соли-активаторы, оставшиеся после недостаточного термического воздействия или ручной пайки с использованием-предназначенного для машины флюса. Очистите их. Не думайте, что они безобидны.
Последняя мысль
Я работал с инженерами-технологами, которые относились к флюсу как к второстепенной мысли.-установил его и забыл, купил то, что дешевле, и не трогал параметры. И я работал с инженерами, которые понимают, что эта странная химическая смесь, находящаяся в резервуаре, совершает больше работы, чем любая другая переменная в их процессе.
Угадайте, чьи линии проходят более плавно.
Выбор флюса заслуживает настоящего анализа: конструкция вашей платы, обработка поверхности, состав компонентов, возможности очистки, требования к надежности и даже ваши экологические ограничения. Универсального ответа не существует. Есть только правильный ответ для вашей деятельности, найденный посредством тестирования и подтвержденный данными.
Волна припоя сделает то, что требует физика. Убедитесь, что вы дали ему необходимую химию.
