Dalam teknologi pemasangan di permukaan, perbedaannya antaraaliranDanpasta soldermendefinisikan keputusan proses mendasar yang memengaruhi hasil, keandalan, dan hasil produksi. Fluks-bahan pembersih kimia yang terdiri dari aktivator, pembawa, dan pelarut-menghilangkan oksida logam dari permukaan substrat dan mendorong pembasahan selama perpindahan panas. Pasta solder mengintegrasikan kimia fluks ini dengan bubuk paduan berbentuk bola (biasanya 85-90% berat logam) yang tersuspensi dalam media kental, sehingga menciptakan bahan aplikasi tunggal untuk pemasangan komponen. Kedua zat tersebut beroperasi dengan prinsip metalurgi yang sama tetapi memiliki konteks produksi yang sangat berbeda.
Apa Fungsi Fluks Sebenarnya
Inilah hal tentang fluks yang jarang dibicarakan: pada dasarnya fluks adalah bahan pengorbanan. Aktivator-baik rosin-yang berasal dari asam abietat, halida organik, atau senyawa sintetik-ada untuk mereduksi oksida tembaga (Cu₂O dan CuO) secara kimia menjadi logam dasar selama pemanasan. Reaksi ini terjadi dengan cepat. Sangat cepat. Dan setelah aktivator tersebut digunakan, Anda mungkin punya waktu 90-180 detik sebelum oksidasi ulang mulai menurunkan jendela pembasahan Anda.
Sistem klasifikasi IPC J-STD-004 mengelompokkannya dengan kode empat-karakter. ROL0 berarti berbasis rosin, aktivitas rendah, nol halida. ORM1 menunjukkan fluks organik dengan aktivitas sedang dan kandungan halida. Kebanyakan insinyur menghafal beberapa sebutan umum dan menyebutnya sehari-hari.
Komponen kendaraan-rosin, resin sintetik, atau-pembawa berbasis glikol-memiliki dua tujuan. Bahan ini melarutkan garam logam yang dihasilkan selama reduksi oksida, dan secara fisik melapisi sambungan selama penyolderan untuk mencegah re-oksidasi di atmosfer. Fluks yang larut dalam air-menggunakan turunan polietilen glikol yang membilas hingga bersih tetapi menyerap kelembapan secara gila-gilaan jika dibiarkan di papan. Rosin membeku menjadi residu amber yang bersifat inert secara elektrik dalam kondisi normal. Formulasi yang tidak-bersih memang sengaja meninggalkan sedikit residu, meskipun "tidak-membersihkan" agak menyesatkan-dalam kondisi servis yang keras atau pada permukaan akhir tertentu, residu ini pun dapat menyebabkan masalah.
Pasta Solder: Kombinasi Rekayasa
Pasta solder menghilangkan langkah penerapan fluks terpisah sepenuhnya. Serbuk paduan-Sn63/Pb37 eutektik untuk aplikasi lama, SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) untuk kepatuhan RoHS-disuspensikan dalam media fluks dengan rasio terkontrol. Pasta berperilaku sebagai cairan tiksotropik: pasta tersebut stabil pada stensil tetapi mengalir di bawah tekanan geser dari alat pembersih yg terbuat dr karet.
Ukuran partikel lebih penting daripada yang disadari kebanyakan orang. Serbuk tipe 3 (diameter 25-45μm) berfungsi dengan baik untuk komponen pitch 0,5 mm. Turun ke pitch 0,3 mm dan Anda akan melihat Tipe 4 (20-38μm) atau Tipe 5 (15-25μm). Serbuk yang lebih halus berarti lebih banyak luas permukaan, yang berarti oksidasi lebih cepat selama penyimpanan dan kebutuhan fluks yang lebih tinggi selama reflow. Selalu ada pengorbanan.
Persyaratan penyimpanan menyebabkan banyak masalah di lantai toko. Pasta solder terdegradasi melalui berbagai mekanisme: partikel logam teroksidasi, fluks terpisah dari pembawa, pelarut menguap melalui segel yang tidak sempurna. Pendinginan pada suhu 0-10 derajat memperpanjang umur simpan hingga 3-6 bulan. Biarkan pada suhu kamar dan degradasi akan semakin cepat dalam beberapa minggu. Setiap toples pasta perlu diseimbangkan dengan suhu sekitar selama 4-8 jam sebelum digunakan-buka dalam keadaan dingin dan kondensasi mencemari fluks.
Realitas Pencetakan Stensil
Pemilihan ketebalan stensil mengikuti aturan rasio luas: bukaan bukaan dibagi luas permukaan dinding harus melebihi 0,66 untuk pelepasan pasta yang andal. Stensil setebal 150μm berfungsi untuk sebagian besar aplikasi. BGA-pitch halus mungkin memerlukan 100μm atau bahkan 80μm. Stensil-yang dipotong laser memberikan dinding bukaan yang lebih bersih dibandingkan pengetsaan kimia, yang secara langsung menghasilkan efisiensi transfer.
Seluruh proses tempel-di-pad bergantung pada pemutusan ikatan perekat antara pasta dan dinding stensil sekaligus mempertahankan ikatan kohesif dalam endapan pasta. Jika ini salah, Anda akan melihat isian yang tidak lengkap,-kuping anjing, cacat pada cetakan-yang menyebar melalui reflow sebagai sambungan terbuka atau celana pendek.
Kapan Anda Menggunakan Apa
Pohon keputusan tidak rumit setelah Anda memahami batasan prosesnya.
Pasta solder mendominasi perakitan SMT.Penyolderan reflow-baik konveksi, fase uap, atau IR-mengharuskan bahan solder diposisikan terlebih dahulu-pada bantalan sebelum penempatan komponen. Tidak ada alternatif praktis untuk volume produksi. Mesin pengambilan-dan-tempat menyimpan komponen ke dalam endapan pasta yang lengket; adhesi pasta menahan semuanya pada posisinya melalui pengangkutan ke dalam oven reflow.
Fluks mandiri melayani aplikasi yang berbeda.Penyolderan gelombang untuk{0}}komponen lubang tembus menggunakan semprotan atau fluks busa untuk melapisi bagian bawah papan sebelum bersentuhan dengan gelombang solder cair. Stasiun pengerjaan ulang bergantung pada fluks cairan atau gel yang diaplikasikan langsung ke sambungan yang diperbaiki. Penyolderan tangan biasanya menggunakan kawat berinti fluks-, meskipun fluks tambahan meningkatkan hasil pada permukaan teroksidasi atau paduan yang sulit.
Penyolderan selektif-pendekatan hibrid untuk-papan teknologi campuran-biasanya menggunakan pancaran fluks khusus yang mengaplikasikan material hanya pada bagian yang akan bersentuhan dengan nosel selektif.
Masalah Profil Reflow
Di sinilah kimia fluks bersinggungan dengan teknik termal, dan segalanya menjadi sangat rumit.
Profil reflow standar memiliki empat zona. Pemanasan awal dilakukan secara bertahap dari suhu sekitar hingga sekitar 150 derajat dengan kecepatan 1-3 derajat per detik-cukup cepat untuk throughput, cukup lambat untuk menghindari kejutan termal pada kapasitor keramik dan untuk memungkinkan pemanasan seragam di seluruh unit. Zona rendam bertahan antara 150-180 derajat selama 60-120 detik. Di sinilah aktivasi fluks sebenarnya terjadi. Pelarut menguap, aktivator mulai menyerang oksida, dan seluruh rakitan mencapai keseimbangan hingga suhu mendekati seragam.
Kemudian jalan menuju puncak. Paduan-bebas timbal memerlukan suhu puncak 240-250 derajat dengan 30-60 detik di atas cairan (217 derajat untuk SAC305). Senyawa intermetalik terbentuk selama jendela-Cu₆Sn₅ pada antarmuka antara solder dan bantalan tembaga. Terlalu pendek akan menyebabkan pembasahan yang tidak memadai. Pertumbuhan yang terlalu panjang dan intermetalik melemahkan sambungan; lapisan IMC menjadi rapuh.
Laju pendinginan harus mencapai 3-4 derajat per detik melalui pemadatan. Pendinginan yang lebih lambat akan menumbuhkan struktur butiran yang lebih besar dengan ketahanan lelah yang lebih rendah.
Fluks dalam pasta Anda menetapkan batasan keras pada profil ini. Tidak ada-formulasi bersih yang memiliki aktivitas lebih rendah-formulasi tersebut membutuhkan permukaan yang lebih bersih untuk memulai dan jendela proses yang lebih rapat. Pasta-yang larut dalam air menawarkan penghilangan oksida yang agresif tetapi benar-benar memerlukan pembersihan pasca-pengaliran ulang. Lewatkan satu langkah pembersihan dan Anda akan melihat pertumbuhan dendritik antar konduktor dalam beberapa bulan setelah penerapan di lapangan.
Taksonomi Cacat
Setiap insinyur produksi memiliki musuh pribadinya di antara cacat SMT. Berikut hubungannya dengan pemilihan fluks dan tempel:
Batu nisan(Efek Manhattan): Salah satu ujung komponen chip terangkat selama reflow. Penyebab utamanya adalah gaya pembasahan yang tidak merata-jika salah satu bantalan dibasahi sebelum bantalan lainnya, tegangan permukaan akan menarik komponen secara vertikal. Aktivitas fluks dan keseimbangan volume tempel penting di sini, begitu pula geometri pad dan simetri termal.
Bola solder: Bola-bola kecil itu tersebar di sekitar komponen setelah dialirkan ulang. Berbagai penyebab-percikan pasta solder karena pemanasan cepat saat pemanasan awal, pelepasan gas fluks selama proses reflow, atau pemerasan pasta-keluar selama penempatan komponen yang tidak menyatu dengan sambungan utama. Fluks-residu yang rendah terkadang memperburuk keadaan karena lebih sedikit kendaraan yang dapat menampung solder yang lolos.
Menjembatani: Kelebihan solder yang menghubungkan bantalan atau kabel yang berdekatan. Dapat berasal dari proses pencetakan (terlalu banyak tempel, kesalahan registrasi stensil) atau selama proses reflow (aktivitas fluks tidak mencukupi, komponen tidak sejajar). Bagian-pita halus pada bagian tengah 0,4 mm sangat rentan.
Berkosong: Kantong gas terperangkap di dalam sambungan solder. Fluks yang mudah menguap yang tidak keluar sebelum pemadatan adalah penyebab umum. Bagian bawah-Komponen yang dihentikan-QFN, LGA-menunjukkan hal terburuk karena tidak ada tempat untuk mengeluarkan gas. Reflow vakum membantu. Begitu pula dengan formulasi pasta dengan kecenderungan berkemih lebih rendah. Beberapa aplikasi hanya belajar hidup dengan area kosong 25-30%.
Sambungan dingin / tidak-membasahi: Solder tidak membasahi salah satu atau kedua permukaan dengan benar. Aktivitas fluks tidak mencukupi, permukaan teroksidasi, atau waktu di atas cairan tidak memadai. Di sinilah pemilihan fluks sangat penting-papan atau komponen yang sangat teroksidasi dengan kemampuan solder yang buruk memerlukan-fluks aktivitas yang lebih tinggi, titik.
Jenis Fluks: Ikhtisar Singkat
Rosin (kanan): Pinus alami-berasal dari damar dalam pelarut. Aktivitas sangat rendah. Berfungsi pada-permukaan yang diberi timah dan tidak pada permukaan lainnya. Residunya keras dan lembam. Tidak ada lagi yang menggunakan ini untuk produksi tetapi ini tetap ada dalam aplikasi penghobi.
RMA (Rosin Sedikit Diaktifkan): Rosin ditambah aktivator ringan. Tipe fluks klasik selama beberapa dekade. Masih berguna untuk menyolder tangan dengan ekspektasi kebersihan yang wajar.
RA (Rosin Diaktifkan): Aktivator agresif untuk permukaan teroksidasi. Residu dapat bersifat korosif-wajib dibersihkan. Klasifikasi IPC seperti ROM1 atau ROH0.
Tidak-Bersih: Direkayasa untuk residu yang tertinggal di tempatnya. Kandungan padatan rendah, biasanya 2-5% dibandingkan 15-30% untuk fluks rosin. Membutuhkan permukaan awal yang lebih bersih dan kontrol proses yang lebih ketat.
Air-Larut: Berbasis asam organik-, sangat aktif, sangat korosif jika tidak dihilangkan. Kinerja pembasahan yang unggul. Benar-benar memerlukan pembersihan berair pasca-pengaliran ulang-semprotan air DI atau perendaman dengan surfaktan. Populer untuk aplikasi otomotif dan-keandalan tinggi yang mana pembersihan sudah menjadi bagian dari prosesnya.
Detail Penyimpanan dan Penanganan yang Sebenarnya Penting
Pasta solder ingin didinginkan, tetapi ditarik 4 jam sebelum digunakan. Ingin diaduk atau diremas sebelum dimasukkan ke dalam printer. Ia ingin melihat tekanan alat pembersih yg terbuat dr karet dan kecepatan pemisahan yang konsisten. Cetakan pertama setelah pemuatan tempel sering kali menunjukkan karakteristik transfer yang berbeda dibandingkan cetakan yang dibuat setelah tempel bekerja selama beberapa siklus.
Fluks dalam bentuk cair-untuk penyolderan gelombang atau selektif-memiliki kebutuhan penanganan yang lebih sedikit namun tetap mengalami penurunan kualitas. Fluks berbahan dasar alkohol akan menguap jika wadah tidak disegel. Formulasi berbasis air-dapat mendukung pertumbuhan mikroba dari waktu ke waktu.
Mode kegagalan terbesar yang pernah saya lihat berulang kali: menggunakan pasta melebihi umur simpannya karena "masih terlihat oke". Pasta mungkin mencetak dengan baik dan menyimpan volume yang wajar. Namun kandungan kimia fluks telah terdegradasi, sehingga Anda mendapatkan-endapan pasta yang terlihat indah dan tidak basah dengan baik selama proses reflow. Sendinya terlihat kusam dan berbintik. Uji kelistrikan menemukan beberapa kegagalan; yang lain mengirim ke pelanggan dan gagal di lapangan.
Melakukan Panggilan
Untuk produksi SMT: pasta solder, selalu. Sesuaikan jenis fluks dengan persyaratan kebersihan dan permukaan akhir Anda. Papan OSP (pengawet kemampuan solder organik) tidak menoleransi-pasta bersih dalam banyak kasus. ENIG (emas imersi nikel tanpa listrik) memaafkan. Finishing HASL (hot air solder leveling) sudah memiliki lapisan solder, sehingga tuntutan aktivitas fluks lebih rendah.
Untuk perakitan-lubang tembus pada jalur khusus: penyolderan gelombang dengan fluks cair yang diaplikasikan dengan fluks semprot atau busa. Untuk papan-teknologi campuran, menyematkan-di-pasta (pengaturan ulang yang mengganggu) menghilangkan langkah gelombang untuk banyak desain.
Untuk pengerjaan ulang: fluks norak atau fluks gel dioleskan secara lokal. Sambungan tersebut memerlukan tindakan pembersihan tetapi Anda tidak ingin material berpindah ke area sekitarnya.
Untuk pekerjaan prototipe atau perakitan tangan bervolume rendah: kawat solder berinti fluks menangani sebagian besar situasi. Simpan pena fluks untuk mengatasi sambungan yang membandel.
Poin yang lebih luas adalah bahwa fluks dan pasta solder bukanlah alternatif satu sama lain dalam sebagian besar konteks-keduanya merupakan kategori produk berbeda yang melayani fungsi yang tumpang tindih namun berbeda. Pasta solder adalah sistem rekayasa yang mencakup fluks. Fluks mandiri adalah proses yang dapat dikonsumsi untuk aplikasi di mana bahan solder tiba secara terpisah. Memahami kapan masing-masing cocok, dan mengapa, merupakan literasi dasar bagi siapa pun yang menyentuh manufaktur elektronik.
Ada lebih banyak nuansa yang tersedia-pemilihan paduan,-tantangan transisi bebas timbal, fisika terperinci dari pembentukan intermetalik, metodologi pemeriksaan untuk klasifikasi residu fluks. Namun untuk membuat keputusan proses-ke-sehari-hari, dasar-dasar di sini mencakup sebagian besar situasi yang akan Anda temui.
