Juotosvirtaus, joka parantaa tuottoa

Flux-kemia määrittää eron tuotantolinjan, joka saavuttaa 98 %:n ensi-tuoton, ja sen välillä, joka ontuu 87 %:iin, samalla kun kaikki kiistelevät siitä, kenen vika se on. Itse yhdiste -aktivaattoreiden, kulkuneuvojen ja liuottimien reaktiivinen seos, joka on formuloitu poistamaan oksidikalvoja ja edistämään metallurgista kostutusta-vastaa ehkä 2 % materiaalikuluistasi ja noin 40 % vikojen perimmäissyistä, kun jokin menee sivuttain. IPC J-STD-004B luokittelee nämä formulaatiot aktiivisuustasojen (L, M, H), halogenidipitoisuuden ja emäskemian mukaan, mutta tekniset tiedot eivät kerro juuri mitään siitä, onko tiettyvirtaustoimii todella linjallasi, lautojen kanssa ja käyttää lämpöprofiiliasi. Tämä kuilu teknisten lupausten ja tuotantokerroksen todellisuuden välillä on paikka, jossa tuotto elää tai kuolee.

Hapetus tapahtuu nopeammin kuin useimmat ihmiset ymmärtävät. Tarkastelet mitattavissa olevaa oksidin kasvua sekunneissa kuparin saavuttaessa kohonneita lämpötiloja-ei minuuteissa, ei "lopussa", vaan välittömästi. Ja tässä on asia: sula juote ei todellakaan sitoudu hapettuneeseen metalliin. Sen fysiikka ei ole-neuvoteltavissa.

Täällä flux ansaitsee palkkansa. Aktivaattorit-abietiinihappojohdannaiset hartsikoostumuksissa, orgaaniset hapot, kuten adipiini tai meripihkahapot vesi-liukoisissa järjestelmissä-, vähentävät kemiallisesti näitä oksidikerroksia ja samalla muodostavat suojaavan esteen uudelleen-hapetukselta kriittisten sekuntien aikana, kun juote todella virtaa. Ilman tätä estettä käyt häviävää taistelua termodynamiikkaa vastaan.

Kostutusilmiöllä on enemmän merkitystä kuin useimmat tuotantoinsinöörit arvostavat. Pintajännitys saa luonnollisesti sulan juotteen minimoimaan kosketuspinnan. Se haluaa palloa. Flux-yhdisteet vähentävät pintajännitystä ja mahdollistavat seoksen leviämisen tyynyille nopeudella, joka todella tukee tuotantokapasiteettia. Milloin virtausaktiivisuus on riittämätön? Saat kosteudenpoiston, juotospallon, epätäydelliset liitokset, jotka näyttävät hyvältä silmämääräisessä tarkastelussa, mutta kraatteroituvat lämpökierron aikana kolme kuukautta myöhemmin.

Olkaamme rehellisiä asioissa, joista flux-toimittajat eivät halua keskustella: ei{0}}puhdas on markkinointitermi enemmän kuin tekninen luokittelu.

Kemia syntyi 1980-luvun lopulla vastauksena Montrealin pöytäkirjan CFC-puhdistusliuottimia koskeviin rajoituksiin. Sen sijaan, että kehitettäisiin vaihtoehtoisia puhdistusprosesseja, teollisuus painosti flux-kemistejä formuloimaan tuotteita, joissa on jäämiä, jotka voisivat teoriassa jäädä levyille aiheuttamatta luotettavuusongelmia. Lähestymistapaan sisältyi dramaattisesti alentunut kiintoainepitoisuus -joskus 1,5 % verrattuna 20 %:iin perinteisessä hartsissa- yhdistettynä aktivaattoreihin, jotka on suunniteltu hajoamaan täysin uudelleenvirtauksen aikana.

Kun lämpöprofiili on täydellinen ja kuu on oikeassa vaiheessa eikä kukaan aivastanut stensiilitulostimen lähellä, no{0}}clean toimii kohtuullisen hyvin.

Ongelmana on, että mikään{0}}puhdas vuo ei ole erityisen herkkä prosessin vaihteluille. Nämä aktivaattorit tarvitsevat tiettyjä lämpötiloja tietyn ajanjakson ajaksi, jotta ne hajoavat kokonaan. Onko liotusalue liian lyhyt? Aktiiviset jäämät jäävät jäljelle. Huippulämpötila ei aivan saavuttanut levyn reunojen spesifikaatioita? Komponenttien alla istuu osittain hajonnut vuo, joka imee hitaasti ilmakehän kosteutta ja luo johtavia reittejä, jotka aiheuttavat kenttähäiriöitä kahdeksantoista kuukauden kuluttua toimituksesta.

Tässä on se, mitä kukaan ei kerro sinulle juoksutusainemyyjien lounaalla-ja-opista: merkittävä osa korkean-luotettavista valmistajista puhdistaa joka tapauksessa puhtaan fluxin. IPC-A-610 luokan 3 vaatimukset ilmailu- ja lääketieteellisille kokoonpanoille pääosin edellyttävät sitä. Tiheät levyt, joissa on 0,4 mm{11}}jako BGA:t ja pohjapäätetyt komponentit, luovat täydelliset ympäristöt virtausjäännöksille, jotka aiheuttavat sähkökemiallista siirtymistä. Miksi ottaa riski?

Ja jos päätät siivota, ei{0}}jälkiä jäämiä,-onnea. Sama vähäaktiivinen-koostumus, jonka oletetaan tekevän niistä "turvallisia", tekee niistä myös sitkeästi kestäviä tyypillisille puhdistuskemikaaleille. Tarvitset aggressiivisia liuottimia, ja ne tuovat omat käsittely- ja ympäristöpäänsärynsä.

Jos no{0}}clean on voiveitsi, vesiliukoinen flux on moottorisaha. Se saa työn valmiiksi nopeasti, mutta huolimattoman käsittelyn seuraukset ovat vakavia.

Orgaanisiin happoaktivaattoreihin -glykoli- perustuvat formulaatiot, joissa on sitruuna-, maito- tai adipiinihappoa-, poistavat oksidit poikkeuksellisen hyvin. Voimakkaasti hapettuneilla pinnoilla, vaikeilla metalloinneilla, kuten ENEPIG, tai lyijyttömän jalostuksen nopeutuneilla hapettumisnopeuksilla-260 asteessa, vesiliukoinen juoksutettavuus ylittää usein kaiken muun huomattavalla marginaalilla.

Kääntöpuoli on ehdoton, -ei neuvoteltavissa, nopea puhdistus. Vesiliukoiset jäämät- ovat erittäin hygroskooppisia. Jätä ne yön yli 60 %:n kosteusympäristöön, niin näet näkyvää korroosiota aamulla. Olen nähnyt levyjen muuttuvan sähköisesti täydellisistä romuksi alle kuudessatoista tunnissa, koska joku jätti ne istumaan aaltojuottamisen jälkeen ja unohti suorittaa puhdistusjakson.

Itse puhdistaminen on yksinkertaista-DI-vettä, usein saippuointiaineilla, ruisku- tai upotusjärjestelmissä. Ultraäänisekoitus auttaa ulottumaan alhaisten-eristyskomponenttien alle. Kriittinen vaatimus on perusteellisuus. Osittainen puhdistus jakaa ioniset epäpuhtaudet vaikeammin--pääseviin paikkoihin poistamatta niitä, mikä on jotenkin pahempaa kuin puhdistamatta jättäminen kokonaan.

Yksi asia saa ihmiset kiinni: vesiliukoiset jäämät{0}} johtavat sähköä märkinä. Kaikki sähkötestit ennen täydellistä kuivaamista tuottavat roskatietoja. Tiheät levyt, joissa on sokea läpivienti, säilyttävät kosteuden paikoissa, joita on yllättävän vaikea kuivata ilman tyhjiöpaistamista.

Soldering Flux

Fluxia ei ole olemassa erikseen. Se on osa järjestelmää, joka sisältää lämpöprofiilisi, tahnakemian, levyn metalloinnin, komponenttien juotettavuuden ja noin neljäkymmentä muuta muuttujaa, jotka kaikki toimivat vuorovaikutuksessa tavalla, joka saa vianmäärityksen tuntumaan etsivältä.

Pitoisuusvyöhyke on paikka, josta useimmat virtaukseen{0}} liittyvät viat ovat peräisin. Liian aggressiivinen esilämmitys polttaa haihtuvat kantoaineet pois ennen kuin ne ovat tehneet suojatyönsä. Aktivaattorit tottuvat taistelemaan hapettumista vastaan esilämmityksen aikana sen sijaan, että ne olisivat käytettävissä varsinaista uudelleenvirtaustapahtumaa varten. Näet tämän ilmentymän piirtävänä-vikakuvion, joka näyttää täsmälleen suurennetussa viinirypäleterässä, jossa yksittäiset juotoshiukkaset juoksivat uudelleen, mutta eivät koskaan sulautuneet yhteen, koska oksidikalvot estivät sulautumisen.

BGA:n pää{0}}tyynyn-virheet juontavat juurensa tähän samaan mekanismiin noin 60 % ajasta. Pakkaus vääntyy uudelleenvirtauksen aikana nostaen juotospallot pois tahnakerrostumasta. Jos juoksutusaine on jo käyttänyt aktiivisuuttaan liian aggressiivisen esilämmityksen aikana, ei ole enää mitään, mikä vähentää oksidikerrosta, joka muodostuu paljaalle pallon pinnalle erotuksen aikana. Pallo ja tahna sulavat molemmat, mutta eivät yhdisty. Saat pään, joka näyttää tyynyyn painettuna-fyysisesti kosketuksessa, mutta metallurgisesti erillään.

Typpi auttaa, mutta se ei ole taikuutta. Reflow-ajo inertissä ilmakehässä vähentää, mutta ei poista virtauksen aktiivisuusvaatimuksia. Tarvitset silti sopivan aktivoinnin tietylle tahna- ja tauluyhdistelmällesi.

Selektiivisen juottamisen virtausvaatimukset eroavat aalto- ja reflow-vaatimuksista tavoilla, joiden ymmärtäminen teollisuudelta kesti vuosia.

Perushaasteena on paikallislämmitys. Selektiivinen juotossuutin syöttää intensiivistä lämpöenergiaa pienelle alueelle samalla kun viereiset alueet pysyvät suhteellisen viileinä. Tämä luo jyrkkiä lämpögradientteja ja rajoitetun ajan vuotoiminnan toimimiseen. Tarvitset koostumuksia, joissa on riittävästi aktivaatiota, jotta oksidit voidaan leikata nopeasti läpi, mutta ilman halogenidipitoisuutta, joka aiheuttaisi luotettavuusongelmia alueilla, jotka eivät saa täyttä puhdistusetua suorasta juotoskontaktista.

Hartsipohjaisten juoksutteiden aiheuttama suutinten tukkeutuminen{0}} on jatkuva huoltotaakka. Kolofonia-joka on tekninen termi mäntyhartsijohdannaisille- pyrkii hiiltymään ja kerääntymään juoksutteen applikaattorin suuttimiin ajan myötä. Synteettiset vaihtoehdot ratkaisevat tämän ongelman, mutta toisinaan asettavat omat kostutusrajoituksensa.

Microjet-fluksin käyttö vaatii viskositeetin säätöä, joka on tiukempaa kuin useimmat tuotantoympäristöt ylläpitävät. Lämpötilavaihtelu virtaussäiliössä muuttaa virtausominaisuuksia tarpeeksi vaikuttaakseen saostuman koostumukseen. Olen katsonut linjat jahtaavan haamuvirheitä viikkoja, ennen kuin joku ajatteli tarkistaa vuon viskositeetin saapuvia spesifikaatioita vastaan.

Epähohdollinen totuus on, että vuotoon{0}} liittyvä sadonparantaminen johtuu yleensä prosessin kurinalaisuudesta eikä ihmeformulaatioista.

Tarkkaile vuon ominaispainoa. Vesi-pohjaiset järjestelmät imevät kosteutta ilmakehästä. Alkoholi-pohjaiset järjestelmät menettävät liuotinta haihtuessaan. Kumpikin ajelehtikuvio muuttaa aktiivisuustasoja tavoilla, jotka eivät kerro itsestään, ennen kuin vikojen määrä nousee.

Tarkista stensiilin puhtaus useammin kuin uskot tarpeelliseksi. Osittain kuivunut juoksutusainejäännös stensiilien aukoissa vaikuttaa tahnan vapautumiseen tavoilla, jotka näyttävät tahna-ongelmilta, mutta ovat itse asiassa puhtausongelmia.

Tarkista saapuvien komponenttien juotettavuus. Maailman paras juoksutusainekoostumus ei voi voittaa huonosti hapettuneita komponenttien päätteitä. J-STD-002-testaus maksaa rahaa, mutta säästää enemmän kuin maksaa, kun saa kiinni huonosta erästä ennen kuin se tulee tuotantoon.

Yhdistä vuon aktiivisuus todelliseen pintakuoloosi, älä teoreettiseen pinnan kuntoasi. Laudat, jotka ovat olleet varastossa kuusi kuukautta, tarvitsevat enemmän aggressiivista virtausta kuin tuoretuotanto. Tämä näyttää ilmeiseltä, mutta samoja vuoparametreja käyttävien linjojen määrä kortin iästä riippumatta viittaa siihen, että se ei ole tarpeeksi ilmeinen.

Soldering Flux

Jos jokin vika määrittää nykyaikaisen SMT-tuottokeskustelun, se on BGA-nivelten pää--tyyny. Siirtyminen lyijy-vapaaseen käyttöön pahensi tilannetta. Suuremmat komponenttipaketit, joissa oli enemmän palloja, tekivät siitä tilastollisesti väistämättömän. Ala on kehittänyt kokonaisen ala--erikoisalan sen ehkäisyyn ja havaitsemiseen.

Vikamekanismiin kuuluu BGA-pallon ja juotospastakerrostuman välinen erottuminen sulatuksen aikana, mikä johtuu tyypillisesti komponenttien vääntymisestä korkeissa lämpötiloissa. Paljastettu pallon pinta hapettuu. Kun komponentti litistyy takaisin jäähdytyksen aikana, pallo koskettaa tahnaa, mutta oksidikerros estää sulautumisen.

Vuon aktiivisuus on kriittinen tässä, mutta se on vain yksi muuttuja. Aktiivisimmat-pastat voivat voittaa kohtalaiset oksidikalvot. Typpiatmosfääri vähentää oksidin muodostusta. Kaavainmuotoilu vaikuttaa pastan määrään-mitä enemmän tahnaa, sitä enemmän virtausta on käytettävissä oksidihaasteen käsittelemiseen. Reflow-profiilin optimointi minimoi vääntymisen aiheuttavan lämpötilaeron.

Mutta tässä kokemuksella on väliä: joskus vastaus on komponenttien valinta prosessin optimoinnin sijaan. Jotkut BGA-paketit yksinkertaisesti vääntyvät enemmän kuin toiset. Jotkut alustarakenteet ovat mitoiltaan vakaampia. Mikään vuon optimointi ei kompensoi pohjimmiltaan ongelmallista komponenttisuunnittelua.

Juotostyhjiöt muodostuvat, kun juoksutteen haihtuvat aineet jäävät loukkuun liitokseen jähmettymisen aikana. Jotkin tyhjennykset ovat väistämättömiä-IPC-standardit sallivat jopa 25 % tyhjiön alueen luokan 2 kokoonpanoille ja jopa 25 % luokan 3 kokoonpanoille, vaikka monet OEM-spesifikaatiot vaativat tiukempia rajoja.

Pohjapäätetyt{0}}komponentit, kuten QFN:t, ovat tyhjiä magneetteja. Suuri keskimmäinen lämpötyyny luo geometrian, joka vangitsee kaasua poistuvat liuottimet ilman pakotietä. Voit seurata sen tapahtuvan röntgensäteellä: kauniita tyhjennyskuvioita, jotka muodostuvat juotteen jähmettyessä kuplien ympärille, joilla ei ollut minne mennä.

On olemassa vähän{0}}tyhjiä pastaformulaatioita, ja ne auttavat. Kemiaan liittyy haihtuvia järjestelmiä, jotka kaasuttuvat aikaisemmin lämpöprofiilissa, ennen kuin juote saavuttaa likviduksen. Tyhjiövirtaus eliminoi loukkuun jääneet kaasut alentamalla ympäristön painetta jähmettymisvaiheen aikana -tehokasta mutta kallista toteuttaa ja ylläpitää.

Käytännön ratkaisuihin liittyy yleensä stensiilisuunnittelu. Pienemmät aukot suuremmilla etäisyyksillä. Ikkunaruudut tai risti{2}}kuviot, jotka luovat pakokanavia haihtuville aineille. Pinta-alasuhteen optimointi, joka tasapainottaa pastan tilavuuden huokosten muodostumisriskiä vastaan.

Hankintakeskustelu menee tyypillisesti kutakuinkin näin: suunnittelu haluaa parhaan vuon tiettyyn käyttötarkoitukseensa, hankinta haluaa halvimman vuon, joka ei selvästikään riko asioita, ja vuon myyjä haluaa myydä mitä tahansa, jolla on paras marginaali tällä vuosineljänneksellä. Kukaan tässä kolmiossa ei ole täysin linjassa tuottotavoitteidesi kanssa.

Aloita todellisista vikatiedoistasi. Jos ensisijainen vikatila ei ole riittävä kostutus, tarvitset enemmän toimintaa. Jos ensisijainen vikatilanne on jäämiin- liittyvät korroosio- tai testausongelmat, tarvitset vähemmän toimintaa tai parempaa puhdistusta. Ratkaisu yhteen ongelmaan luo usein toisen, joten nykyisen vikajakauman ymmärtäminen on tärkeämpää kuin teoreettinen optimointi.

Harkitse tarkastuskykyäsi. Tiheät levyt, joissa on hienojakoisia komponentteja-, voivat piilottaa viat, jotka näkyvät vain röntgensäteellä. Jos sinulla ei ole röntgentarkastuskykyä-, mitkään -puhtaat formulaatiot BGA-raskaissa kokoonpanoissa edustavat merkittävää luotettavuuden uhkapeliä, jota et huomaa ennen kuin kenttäpalautteet alkavat saapua.

Ota siivousinfrastruktuurisi huomioon rehellisesti. Älä valitse vesiliukoista juoksutetta, jos puhdistuskykysi vastaa pöytäsuihkepulloa ja optimismia. Älä valitse no-puhdasta ja oleta, että jäämät ovat todella hyvänlaatuisia, jos tuotteesi toimii ympäristössä, jossa on korkea kosteus tai jos tuotteesi on pinnoitettu.

Ja sen arvoista: flux, joka toimi täydellisesti edellisellä tuotteella, voi epäonnistua surkeasti seuraavassa. Levyn metallointi, komponenttien hapetusaste, lämpömassan jakautuminen, uudelleenvirtausprofiilikyky-kaikki ne ovat vuorovaikutuksessa. Konservatiivinen lähestymistapa on edustavien kokoonpanojen pätevyystestaus ennen tuotantomääriin sitoutumista.

Vuonhallinta on tylsää. Kukaan ei päässyt elektroniikan valmistukseen, koska he olivat intohimoisia ominaispainon tarkkailuun tai vaahtojuottekivien vaihtamiseen. Huoltoaikataulut jäävät väliin. Prosessin seuranta muuttuu epäjohdonmukaiseksi. Saapuva tarkastus lyhennetään, kun jono on aikataulusta jäljessä.

Ja sitten tuottosäiliöt, ja kaikki rypistelevät löytääkseen perimmäisen syyn, ja käy ilmi, että vuo oli ollut spesifikaation ulkopuolella kahden viikon ajan, mutta kukaan ei tarkistanut.

Tuoton parantamisen kurinalaisuus ei ole hohdokas. Se ei tarjoa jännittäviä toimittajaesityksiä tai innovatiivisia teknologiailmoituksia. Mutta valmistajat, jotka saavuttavat yli 98 %:n-ensikierron, eivät tee sitä salaisilla juoksutusainevalmisteilla, jotka eivät ole kaikkien muiden saatavilla. He tekevät sen kiinnittäen jatkuvaa huomiota perusasioihin: valvontaan, ylläpitoon, saapuvan laadunvalvontaan, käyttäjien koulutukseen, prosessien dokumentointiin.

Itse virtaus on välttämätön, mutta ei riittävä. Tämän eron ymmärtäminen on luultavasti arvokkaampaa kuin mikään tietty tuotesuositus, jonka voisin tehdä.

Sadon parantaminen ei ole päämäärä{0}}se on jatkuva kiista entropian kanssa. Valitsemasi vuo määrittää argumentin ehdot, prosessiikkunan, jonka sisällä sinun on työskenneltävä, ja vikatilat, joita kohtaat, kun jokin väistämättä ajautuu. Sen saaminen oikein edellyttää sekä fluxin todellisen kemian ymmärtämistä että tuotantolinjojen todellisen toiminnan käytännön todellisuutta. Yksi ilman toista tuottaa joko teoreettista eleganssia, joka epäonnistuu käytännössä, tai empiiristä vianetsintää, joka ei koskaan puutu perimmäisiin syihin. Valmistajat, jotka jatkuvasti saavuttavat tuottotavoitteensa, ovat keksineet, kuinka pitää molemmat näkökulmat yhtä aikaa.