Pasta Solder vs Fluks: Pro dan Kontra

Perbedaan antarapasta solderDanalirantetap menjadi salah satu topik yang paling membingungkan dalam perakitan elektronik. Teknisi menggabungkannya. Agen pembelian memesan bahan yang salah. Insinyur menentukan fluks ketika yang mereka maksud adalah pasta. Kedua zat tersebut memiliki kandungan kimia yang tumpang tindih dan keduanya mengandung bahan berwarna abu-abu dan agak lengket yang membuat solder benar-benar berfungsi-jadi kebingungan ini masuk akal. Namun melakukan kesalahan ini membutuhkan biaya yang besar dan menimbulkan cacat yang muncul berminggu-minggu atau berbulan-bulan kemudian.

Flux pada dasarnya adalah bahan pembersih. Tidak ada yang lebih eksotis dari itu.

Permukaan logam teroksidasi. Bantalan tembaga pada PCB mengembangkan karakteristik noda tersebut dalam beberapa jam setelah pembuatan. Petunjuk komponen datang dari pemasok dengan lapisan oksida yang sudah terbentuk. Saat Anda mencoba menyolder logam teroksidasi, paduan cair akan mengembang dan menolak membasahi permukaan. Sambungannya terlihat buruk dan kinerjanya buruk.

Fluks mengandung aktivator-biasanya asam organik seperti asam abietat dari damar pinus, atau senyawa yang lebih agresif bergantung pada formulasi-yang secara kimia menyerang lapisan oksida tersebut selama pemanasan. Fluks pada dasarnya membersihkan logam tepat pada saat Anda membutuhkannya: ketika solder cair mencoba membentuk ikatan.

Chemistry di sini lebih tua dari yang disadari kebanyakan orang. Fluks rosin sudah ada sejak berabad-abad yang lalu untuk aplikasi pengerjaan logam. Industri elektronik mewarisinya dan kemudian menghabiskan waktu puluhan tahun menyempurnakan variasinya untuk aplikasi yang semakin menuntut.

Fluks berbahan dasar rosin-berasal dari getah pohon pinus. Dengan serius. Resin alami diproses dan dikombinasikan dengan berbagai aktivator untuk membuat klasifikasi R, RMA, dan RA yang menjadi referensi semua orang tanpa pemahaman sepenuhnya. Rosin biasa (tipe R) bekerja dengan lembut pada permukaan yang relatif bersih. Rosin yang diaktifkan secara ringan (RMA) menangani oksidasi sedang. Rosin diaktifkan (RA) menangani permukaan yang sangat terkontaminasi tetapi meninggalkan residu korosif yang harus dibersihkan.

Masalah dengan fluks rosin? Residu lengket itu. Ini menarik debu. Itu terlihat tidak profesional. Dan jika nanti Anda akan melapisi papan secara konformal, semoga berhasil membuat lapisan tersebut menempel pada kontaminasi fluks.

Fluks-yang larut dalam air memecahkan masalah pembersihan dengan menggunakan aktivator yang larut dalam air biasa. Kedengarannya bagus sampai Anda menyadari bahwa formulasi ini cenderung jauh lebih agresif-seharusnya begitu, karena residunya akan hilang. Meninggalkan-residu fluks yang larut dalam air di papan? Dijamin korosi. Asam organik terus menyerang logam.

Tidak ada-fluks bersih yang muncul pada tahun 1990an karena produsen berupaya menghilangkan langkah pembersihan sepenuhnya. Konsepnya: memformulasikan aktivator dengan cukup lembut sehingga residu kecil yang tersisa setelah reflow tidak membahayakan apa pun. Secara teori, Anda melewatkan proses pencucian, menghemat waktu, mengurangi limbah kimia.

Dalam praktiknya? Dengan baik.

Inilah yang tidak diberitahukan siapa pun kepada saya ketika saya mulai berkecimpung di industri ini: "tidak-bersih" tidak berarti "tidak perlu dibersihkan".

Ini berarti residu mungkin tidak akan menyebabkan kegagalan dalam kondisi pengoperasian normal di lingkungan normal selama masa pakai produk yang diharapkan. Mungkin.

Residunya masih menyerap kelembapan. Ia masih memiliki beberapa kandungan ionik. Itu masih mencegah adhesi lapisan konformal. Masih terlihat seperti sampah yang sedang diperiksa.

Untuk barang elektronik konsumen yang akan dibuang ke tempat pembuangan sampah dalam waktu tiga tahun? Tidak-pembersihan berfungsi dengan baik. Untuk alat kesehatan? Luar angkasa? Aplikasi otomotif di bawah kap? Bersihkan fluks itu. Standar IPC tidak mengizinkan-residu bersih yang tersisa, namun teknisi mana pun yang menentukan perangkat militer atau-keandalan tinggi akan lebih tahu.

Saya telah melihat papan yang dikembalikan dari lapangan dengan dendrit-pertumbuhan logam kristal-yang menjembatani jejak karena tidak ada-residu bersih yang menyerap cukup kelembapan dari waktu ke waktu untuk memungkinkan migrasi elektrokimia. Residunya "aman" menurut lembar data. Lagipula dewan itu gagal.

Pasta solder pada dasarnya berbeda dari fluks karena mengandung logam asli.

Bahannya kira-kira 50% fluks berdasarkan volume tetapi 90% berat logam. Rasio tersebut terdengar kontradiktif sampai Anda ingat betapa padatnya timah dan perak dibandingkan dengan senyawa organik. Bagian logam terdiri dari partikel bulat kecil-mulai dari 75 mikron hingga 15 mikron bergantung pada aplikasi-yang tersuspensi dalam media fluks.

Ketika orang mengatakan "pasta solder", mereka menggambarkan mekanisme pengiriman untuk mendapatkan jumlah paduan solder yang dikontrol secara tepat ke bantalan PCB selama perakitan pemasangan di permukaan. Komponen fluks membersihkan permukaan selama reflow. Partikel-partikel logam melebur bersama dan membentuk sambungan yang sebenarnya.

Anda tidak dapat mengganti fluks dengan pasta solder. Fluks tidak mengandung logam. Itu tidak akan membuat sambungan listrik. Itu hanya... membersihkan.

Anda juga tidak bisa mengganti pasta solder dengan fluks dalam aplikasi penyolderan tangan. Pasta solder dirancang untuk pencetakan stensil dan oven reflow. Reologinya salah untuk kawat-yang dimasukkan ke ujung besi solder.

Solder Paste

Tidak ada yang memperingatkan saya tentang lemari es.

Pasta solder memerlukan penyimpanan di lemari es-biasanya 2 derajat hingga 10 derajat -dengan kelembapan yang dikontrol dengan cermat. Aktivator fluks di dalam pasta bereaksi lambat dengan bubuk logam bahkan pada suhu rendah. Dengan waktu yang cukup, reaksi-reaksi tersebut menyebabkan partikel-partikel tersebut menyatu menjadi gumpalan yang menyumbat lubang stensil dan mengeluarkan jarum.

Kebanyakan pasta solder memiliki umur simpan enam bulan jika disimpan di lemari es. Formulasi-yang larut dalam air terkadang hanya bertahan tiga bulan. Pasta-halus dengan partikel yang lebih kecil akan terdegradasi lebih cepat karena luas permukaan yang bertambah akan mempercepat reaksi pengelasan.

Dan Anda tidak bisa begitu saja mengeluarkan stoples dari lemari es dan mulai mencetak.

Pasta dingin memiliki kekentalan yang salah. Ini akan dicetak seperti sampah. Anda memerlukan empat hingga enam jam pada suhu kamar sebelum bahan cukup stabil untuk digunakan. Terburu-buru melakukan pemanasan dengan memanaskan pasta? Anda baru saja memisahkan fluks dari logam dan merusak seluruh wadah.

Lalu ada masalah kondensasi. Buka wadah pasta dingin dan uap air dari udara segera mengembun ke permukaan. Kelembapan tersebut menyebabkan solder menggembung dan memercik selama reflow. Biarkan pasta hangat tersegel. Selalu.

Fluks dengan sendirinya jauh lebih memaafkan. Fluks cairan dalam botol biasanya bertahan satu atau dua tahun pada suhu kamar. Kawat solder berinti fluks-pada dasarnya tidak akan pernah kedaluwarsa jika tetap kering. Fluks di dalam kawat dienkapsulasi jauh dari udara.

Cacat pasta solder memenuhi seluruh buku teks. Saya akan menyebutkan orang-orang yang menghantui mimpi buruk saya.

Tommbstoning terjadi ketika komponen chip-biasanya resistor kecil 0402 atau 0201-berdiri di salah satu ujungnya selama proses pengaliran ulang, bantalan yang berlawanan terangkat sepenuhnya. Tegangan permukaan solder cair di satu sisi benar-benar membalikkan bagian tersebut secara vertikal. Tampak persis seperti batu nisan, itulah namanya. Penyebabnya antara lain endapan pasta yang tidak rata, pemanasan yang tidak merata, desain bantalan yang asimetris, atau komponen yang ditempatkan tidak tepat-di tengah.

Tingkat pelemparan batu meroket dengan solder-bebas timah karena suhu reflow yang lebih tinggi meningkatkan gaya tegangan permukaan. Saya telah melihat jalur produksi yang berjalan sempurna dengan timah-timah tiba-tiba menghasilkan tingkat batu nisan 2% setelah transisi RoHS.

Menjembatani terjadi ketika solder merentang di antara bantalan yang berdekatan, sehingga menimbulkan arus pendek. Penyebab umum: terlalu banyak pasta, lubang stensil terlalu besar, ujung komponen mendorong pasta ke samping selama penempatan. QFP yang baik-menjembatani pabrik jika proses Anda tidak dihubungi.

Sambungan dingin-sambungan yang tumpul, berbintik, dan lemah-disebabkan oleh panas yang tidak memadai atau waktu yang lama di atas cairan. Soldernya tidak pernah meleleh sepenuhnya. Sendinya terlihat buruk dan kinerjanya lebih buruk.

Pengosongan terjadi ketika gas yang terperangkap di dalam sambungan menciptakan kantong berlubang. Beberapa buang air kecil dapat diterima. Tapi pada bantalan termal di bawah komponen daya? Rongga tersebut bertindak sebagai isolator termal. Perangkat menjadi terlalu panas. Bidang kembali mulai berdatangan.

Kegagalan fluks cenderung tidak kentara dan-berjangka panjang.

Pembersihan yang tidak memadai akan meninggalkan kontaminasi ionik yang menarik kelembapan dan menyebabkan korosi. Anda tidak akan melihat kegagalan ini selama pengujian produksi. Anda akan melihatnya gagal delapan belas bulan kemudian ketika pelanggan menelepon.

Penggunaan jenis fluks yang salah untuk aplikasi menimbulkan risiko keandalan yang tidak dapat ditangkap dengan mudah oleh pengujian. Tidak-residu bersih di lingkungan lembab. Fluks rosin di bawah lapisan konformal. Fluks yang larut dalam air-yang tidak tersapu seluruhnya.

Fluks yang kedaluwarsa kehilangan aktivitas. Aktivator terdegradasi. Tiba-tiba besi solder Anda menghasilkan sambungan yang terlihat bagus tetapi memiliki dewetting mikroskopis pada antarmuka karena lapisan oksida tidak sepenuhnya hilang. Sambungan melewati inspeksi visual. Ini gagal dalam siklus termal.

Flux

Untuk pengerjaan ulang dan pembuatan prototipe secara manual, fluks terpisah lebih penting daripada pasta solder.

Pena fluks, jarum suntik fluks, stoples fluks dengan aplikator kuas-semuanya ada di setiap bangku teknisi. Oleskan fluks ke kabel komponen sebelum menyolder. Oleskan fluks ke bantalan sebelum menempatkan komponen. Terapkan fluks pada pekerjaan pematrian karena solder lama pada bantalan tersebut telah teroksidasi sepenuhnya sejak perakitan asli.

Anda tidak menginginkan{0}}fluks bersih atau RMA untuk sebagian besar pekerjaan bangku. Larut dalam air-jika Anda memiliki peralatan pembersih ultrasonik. Hindari fluks RA kecuali Anda berurusan dengan permukaan yang sangat teroksidasi dan sedang melakukan proses pembersihan.

Fluks-kawat solder berinti sudah mengandung fluks, tentu saja. Namun hanya mengandalkan fluks inti adalah kesalahan pemula. Fluks eksternal yang diterapkan pada sambungan sebelum pemanasan secara dramatis meningkatkan pembasahan dan mengurangi waktu pemaparan panas. Sambungan ini terbentuk lebih cepat dan mengurangi tekanan pada komponen.

Saya tidak menggunakan-fluks norak yang bersih dalam semprit untuk sebagian besar pengerjaan ulang. Oleskan sedikit pada pad, letakkan komponen, panaskan dengan setrika, selesai. Residunya minimal dan aman untuk ditinggalkan.

Beberapa penghobi dan toko kecil menggunakan pasta solder untuk-prototipe SMT yang dibuat dengan tangan, dialirkan kembali ke dalam oven pemanggang roti yang dimodifikasi atau di atas piring panas. Ini berhasil tetapi membutuhkan pemahaman tentang kendalanya.

Pasta solder untuk pengeluaran memiliki reologi yang berbeda dengan pasta cetak. Konten logam mencapai 84-87%, bukan 89-91%. Pasta harus mengalir melalui ujung semprit tanpa menyumbat. Menggunakan pasta pencetakan stensil dalam jarum suntik tidak berfungsi dengan baik.

Profil reflow sangat penting. Produsen pasta solder menentukan jalur pemanasan awal, suhu rendam, waktu di atas cairan, suhu puncak, laju pendinginan. Menyimpang secara signifikan dan Anda akan mengalami kekosongan, sambungan dingin, batu nisan, bola solder, kerusakan komponen.

Kebanyakan pengaturan penghobi tidak dapat mengontrol profil secara akurat. Hasilnya bervariasi. Para profesional menggunakan oven reflow nyata dengan transportasi konveyor dan beberapa zona pemanasan karena suatu alasan.

Kapan menggunakan fluks saja: penyolderan tangan, pengerjaan ulang, pematrian, operasi{0}}perbaikan, perakitan-lubang dengan penyolderan gelombang.

Kapan menggunakan pasta solder: rakitan pemasangan di permukaan dengan penyolderan reflow, produksi otomatis, stensil-SMT tercetak.

Bahan-bahannya tidak dapat dipertukarkan. Mencoba menggunakan pasta solder untuk menyolder dengan tangan akan menimbulkan kekacauan. Mencoba menggunakan fluks saja untuk perakitan SMT tidak menghasilkan sambungan solder karena tidak ada logam.

Untuk penyimpanan, pasta solder memerlukan pendinginan dan umur simpan yang pendek. Flux lebih mudah memaafkan tetapi masih menurun selama bertahun-tahun.

Untuk keandalannya, keduanya memerlukan pemahaman kimia spesifik yang terlibat. Tidak-kebersihan belum tentu aman secara universal. Larut dalam air-membutuhkan pembersihan menyeluruh. Rosin perlu dibersihkan untuk lapisan konformal.

Kebingungan pembelian antara pasta dan fluks? Hal ini terjadi terus-menerus di industri ini. Katalog mencantumkannya berdekatan satu sama lain. Nomor bagian terlihat serupa. Deskripsi menyebutkan "solder" untuk keduanya.

Ingat saja: pasta mengandung logam di dalamnya. Fluks tidak. Segala sesuatu yang lain mengikuti perbedaan mendasar itu.

Transisi industri menuju penyolderan{0}bebas timbal yang dimulai sekitar tahun 2006 mengubah formulasi fluks dan pasta secara signifikan.

Paduan-bebas timah-biasanya SAC305 (96,5% timah, 3% perak, 0,5% tembaga)-meleleh sekitar 217 derajat dibandingkan 183 derajat untuk timah tradisional-timah. Perbedaan 34 derajat itu terdengar kecil tetapi memaksa perubahan kimia fluks. Aktivator harus tetap stabil lebih lama pada suhu yang lebih tinggi. Jendela proses menyempit. Semuanya menjadi kurang memaafkan.

Solder-bebas timah juga membasahi permukaan dengan kurang agresif dibandingkan timah-timah. Tegangan permukaannya lebih tinggi. Komponen lebih cenderung menjadi batu nisan. Jembatan lebih mudah terbentuk. Tampilan sambungan secara alami lebih kusam dibandingkan sambungan timah-mengkilap yang digunakan untuk menunjukkan kualitas.

Formulasi fluks berevolusi untuk mengimbanginya. Fluks no-modern yang bersih untuk aplikasi-bebas timbal menggunakan aktivator-suhu yang lebih tinggi dan memberikan masa pakai yang lebih lama pada suhu reflow yang tinggi. Namun formula tersebut tidak-kompatibel dengan proses-timah timah, dan formulasi pencampuran akan menimbulkan masalah.

Jika Anda bekerja di lingkungan yang masih menggunakan timah-timah untuk aplikasi yang dikecualikan-medis, dirgantara, militer-pastikan fluks dan pasta Anda cocok dengan sistem paduannya. Kimia dioptimalkan secara berbeda.

Statistik 50-90%.

Studi secara konsisten menunjukkan bahwa antara setengah dan sembilan puluh persen cacat perakitan SMT berasal dari pencetakan pasta solder. Bukan penempatan. Bukan mengalir kembali. Pencetakan.

Deposit tempel salah-terlalu banyak, terlalu sedikit, tercoreng, diimbangi, dijembatani pada stensil-dan proses hilir tidak dapat mengimbanginya. Anda sudah kalah bahkan sebelum komponennya masuk ke papan.

Ini berarti kualitas pasta solder, penanganan pasta, desain stensil, kalibrasi printer, dan pengendalian lingkungan jauh lebih penting daripada yang diakui sebagian besar pabrik. Mesin pick-dan-tempat yang mencolok serta oven reflow yang canggih menarik perhatian. Printer tempel diabaikan.

Sementara fluks semakin kurang mendapat perhatian karena "hanya" bahan kimia pembersih. Namun masalah residu fluks menyebabkan pengembalian lapangan bertahun-tahun kemudian. Pada saat itu, semua orang sudah lupa fluks apa yang digunakan pada build apa.

Dokumentasikan semuanya. Beri tanggal pada materi Anda. Lacak nomor lot. Pekerjaan detektif yang diperlukan untuk mendiagnosis kegagalan bidang terkait fluks tanpa dokumentasi pada dasarnya tidak mungkin.

Ini bukanlah nasihat yang glamor. Anda juga tidak perlu mendinginkan pasta dengan benar atau membiarkannya hangat sebelum digunakan atau membersihkan residu bila diperlukan. Prinsip dasar menentukan apakah dewan dapat bekerja dengan andal selama sepuluh tahun atau gagal secara misterius setelah delapan belas bulan.

Pasta solder dan fluks bukanlah bahan yang menarik. Bukan mikroprosesor, sensor, atau komponen RF yang membuat perangkat elektronik menjadi mengesankan. Mereka adalah kotoran abu-abu yang menyatukan segalanya.

Jika mereka salah, maka tidak ada hal lain yang penting.