تدفق لحام الموجةويظل الاختيار أحد تلك القرارات المعقدة بشكل خادع في تصنيع الإلكترونيات-وهو النوع الذي يفصل بين مهندسي العمليات المخضرمين والوافدين الجدد الذين يتعثرون خلال التجربة والخطأ. سيحدد التدفق الذي تلتزم به في النهاية سلامة وصلة اللحام، ومعدل الإنتاج، و-متطلبات تنظيف ما بعد العملية، والموثوقية-على المدى الطويل لكل تجميع يمر عبر خطك. إذا أخطأت في الأمر، فسوف تقضي شهورًا في مطاردة العيوب الوهمية التي كان من الممكن تجنبها بمزيد من الاجتهاد مقدمًا.
لماذا يهم التدفق أكثر مما تعتقد؟
إليك شيء يتجاهله معظم الناس: عملية اللحام الموجي نفسها لم تتغير بشكل كبير منذ عقود. ما تغير-بشكل جذري-هو كل شيء حوله. ارتفعت كثافة اللوح بشكل كبير. أعادت التفويضات الخالية من الرصاص- تشكيل كيمياء سبائك اللحام. أصبحت هندسة المكونات غريبة. وبطريقة ما، من المفترض أن يعوض التدفق عن كل ذلك.
المبدأ الأساسي يبدو بسيطا بما فيه الكفاية. يزيل التدفق الأكاسيد من الأسطح المعدنية قبل أن يتلامس اللحام المنصهر. وبدون إجراء التنظيف الكيميائي هذا، فإن اللحام سوف يتدحرج ويتدحرج مثل الماء على سيارة مشمعة حديثًا. تعمل الأكاسيد كحاجز، ولا يمكن لأي قدر من الحرارة أو وقت المكوث أن يحل هذه المشكلة الأساسية.
ولكن هنا تصبح الأمور فوضوية.
تهاجم كيمياء التدفق المختلفة الأكاسيد من خلال آليات مختلفة. ويعتمد البعض على الأحماض العضوية التي تصبح عدوانية فقط عند تسخينها. ويستخدم آخرون مركبات الهاليد التي تعمل بشكل أسرع ولكنها تترك وراءها بقايا مسببة للتآكل. تحاول بعض التركيبات الغريبة تقسيم الفرق، مما يوفر نشاطًا معتدلاً مع الحد الأدنى من صداع التنظيف. يحاول نظام التصنيف J-STD-004 تصنيف كل هذا، وتقسيم التدفقات إلى عائلات الصنوبري (RO)، والراتنجات (RE)، والعضوية (OR)، وغير العضوية (IN)، ولكل منها تصنيفات نشاط منخفضة أو متوسطة أو عالية.
بصدق؟ تساعد التسميات، لكنها لا تحكي سوى جزء من القصة.
سؤال الورد
لا تزال التدفقات التقليدية-المعتمدة على الصنوبري-المشتقة من راتينج قطران الصنوبر،-تحظى بحصة مذهلة من السوق. لقد كانت موجودة منذ أكثر من ألف عام بشكل أو بآخر، مما يخبرك شيئًا عن سلامتها الأساسية. توفر الأحماض الطبيعية الموجودة في الصنوبري (حمض أبيتيك في المقام الأول) إزالة جيدة للأكسيد دون تآكل شديد، والبقايا المتبقية تميل إلى أن تكون حميدة نسبيًا.
ومع ذلك، الصنوبري ليس سحرا.
يعمل التدفق من النوع R- (الصنوبري النقي) بشكل جيد على الأسطح النظيفة القابلة للحام بسهولة وبأقل قدر من الأكسدة. قم بإلقاء بعض أسلاك المكونات المشوهة أو اللوحة التي كانت موجودة في مخزن رطب لمدة ستة أشهر، وستتسبب في حدوث مشكلة. لن يحتوي التدفق ببساطة على جاذبية كيميائية كافية لاختراق أفلام الأكسيد الأثقل.
تضيف تركيبات RMA (الصنوبري المنشط بشكل معتدل) كميات صغيرة من المنشطات-عادةً الأحماض العضوية أو مركبات الهاليد-لتعزيز الأداء. تستمر تدفقات RA (الصنوبري المنشط) في المضي قدمًا. المقايضة؟ المزيد من المخلفات القوية التي تتطلب التنظيف تمامًا لمنع التآكل-على المدى الطويل. لقد رأيت لوحات تفشل في الفحص الميداني بعد سنوات من التجميع لأن أحدهم قرر أن تنظيف اللحام بعد-كان اختياريًا في تجميع RA-المتدفق. بدت البقايا جيدة في البداية. لم يكن كذلك.
لا-نظيف: الوعد والحقيقة
لم تظهر أي-تدفقات نظيفة كإجابة لمشكلة التنظيف. كان العرض لا يقاوم: قم بصياغة تدفق مع القليل جدًا من البقايا، وكيمياء البقايا الحميدة، بحيث يصبح تنظيف ما بعد اللحام - غير ضروري. يمكن لخطوط التصنيع تخطي خطوة العملية بأكملها. سوف تنخفض التكاليف. الجميع يفوز.
وبالنسبة للعديد من التطبيقات، لا توجد-عمليات تسليم نظيفة.
تكون البقايا التي يتركها التدفق النظيف -المصاغ بشكل صحيح في حدها الأدنى، ومقبولة من الناحية التجميلية، وخاملة كهربائيًا في ظل ظروف التشغيل العادية. يصنفها IPC-J-STD-004 على أنها نشاط L0 أو L1، مما يشير إلى انخفاض محتوى الهاليد وانخفاض التآكل. بالنسبة للإلكترونيات الاستهلاكية ذات متطلبات الموثوقية المتواضعة، فإنها تعمل بشكل جميل.
تنشأ المضاعفات على الهوامش.
قد تؤدي الألواح-عالية الكثافة ذات المكونات- ذات درجة الانحدار الدقيقة إلى احتجاز بقايا التدفق في الأماكن التي تتسبب فيها في حدوث مشكلات في اختبار المسبار. يمكن أن يعاني التصاق الطلاء المطابق إذا بقيت كميات صغيرة من البقايا على أسطح قناع اللحام. قد يؤدي-اللحام الخالي من الرصاص-مع التسخين المسبق العالي ودرجات حرارة الموجة- إلى تنشيط مكونات التدفق التي قد تظل خاملة في عملية الرصاص التقليدية-القصدير. والتسمية "no-clean" لا تأخذ في الاعتبار المعايير الجمالية؛ بعض العملاء ببساطة لن يقبلوا بقايا مرئية، مهما كانت غير ضارة.
شيء واحد تعلمته بالطريقة الصعبة: لا أختبر دائمًا-التدفقات النظيفة في ظل ظروف العملية الفعلية قبل الالتزام. ورقة البيانات تقول شيئا واحدا. أرضية الإنتاج تقول شيئا آخر.
الماء-تدفقات المياه القابلة للذوبان ومتى تكون منطقية
تحتل التدفقات القابلة للذوبان في الماء -(وتسمى أيضًا الأحماض العضوية أو OA) الطرف المقابل من الطيف من عدم-نظيف. لقد تم تصميمها لتحقيق أقصى أداء لحام، لا سيما على الأسطح-الصعبة-الرطبة أو مع السبائك الخالية من الرصاص- والتي تتطلب إزالة الأكسيد بقوة. تعتبر البقايا التي تتركها وراءها موصلة للغاية، ومن المحتمل أن تكون قابلة للتآكل، ويجب تنظيفها بالتأكيد بعد اللحام.
لماذا يختار أي شخص عمدا التدفق الذي يتطلب التنظيف الإلزامي؟
لأنه في بعض الأحيان لا شيء آخر يعمل.
تشطيبات سطحية معينة-OSP على النحاس الذي بقي لفترة طويلة جدًا، على سبيل المثال-تنتج أغشية أكسيد لا تستطيع التدفقات اللطيفة اختراقها. قد تحتاج التجميعات المعدنية-المختلطة ذات الأسطح المتنوعة القابلة للحام إلى نشاط إضافي لتحقيق ترطيب متسق عبر جميع الوصلات. تتطلب التطبيقات العسكرية والفضائية أحيانًا تدفقًا-قابلاً للذوبان في الماء على وجه التحديد لأنه يتطلب التنظيف؛ توفر خطوة الغسيل القسري ضمانًا إضافيًا للجودة بإزالة جميع بقايا العملية.
معدات التنظيف، على الرغم من ذلك. هذا هو المصيد.
أنظمة غسل المياه المناسبة ليست رخيصة. فهي تستهلك الماء منزوع الأيونات، وتولد النفايات السائلة التي قد تتطلب معالجة قبل التصريف، وتضيف وقت الدورة إلى كل لوحة. بالنسبة للعمليات ذات الحجم الكبير- مع البنية الأساسية الحالية للتنظيف، قد تكون التكلفة الهامشية لكل تجميع مقبولة. بالنسبة إلى المتاجر الصغيرة أو المنتجات التي يضيف فيها التنظيف نسبة مئوية كبيرة من التكلفة، يصبح من الصعب بيع التدفق القابل للذوبان في الماء-بغض النظر عن مزايا اللحام.
الرصاص-مجاني يعقد كل شيء
لقد أدى التحول من اللحام-الرصاص إلى الرصاص-اللحام الحر إلى تغيير جذري في حسابات اختيار التدفق. ينصهر SAC305 والسبائك المشابهة عند درجة حرارة 217 درجة تقريبًا مقارنة بـ 183 درجة للقصدير سهل الانصهار-يؤدي- إلى اختلاف يبدو متواضعًا ولكنه يخلق تأثيرات متتالية طوال العملية.
مناطق التسخين المسبق تعمل بشكل أكثر سخونة. غالبًا ما يزيد وقت التلامس مع الموجة بنسبة 50% أو أكثر لتحقيق ملء مناسب للثقب. تقضي صفائح ثنائي الفينيل متعدد الكلور وقتًا أطول بكثير عند درجة حرارة مرتفعة، مما يزيد من خطر التشقق على الألواح الهامشية. تتعرض المكونات لضغط حراري أكبر. ويجب أن تظل منشطات التدفق نشطة كيميائيًا طوال فترة التعرض لدرجات الحرارة العالية-الممتدة.
العديد من التدفقات التي حققت أداءً رائعًا في عمليات الرصاص-القصدير تنهار ببساطة في ظل ظروف خالية من الرصاص-.
تستنفد المنشطات نفسها حتى قبل أن يلمس اللحام اللوحة، مما يترك أسطحًا غير نظيفة بشكل كافٍ وتبلل بشكل سيئ. تغلي ناقلات المذيبات المتطايرة بسرعة كبيرة جدًا في التسخين المسبق الشديد، مما يترك بقايا سميكة وقشرية تعيق تدفق اللحام بدلاً من تعزيزه. تحدد بعض التركيبات المصممة للخلو من الرصاص- بشكل صريح نوافذ عملية أضيق، مما يتطلب تحكمًا أكثر صرامة في سرعة الناقل، وارتفاع الموجة، والملف التعريفي الحراري مقارنة بمكافئاتها من الرصاص-الرصاص.
وقد استجابت الشركات المصنعة للتدفق بمنتجات تم تحسينها خصيصًا لتكون خالية من الرصاص-. ابحث عن أوراق البيانات التي تتناول بوضوح التوافق الخالي من الرصاص-، بما في ذلك درجات الحرارة الموصى بها للتسخين المسبق وأوقات الاتصال وأي اعتبارات خاصة لعملية-درجات الحرارة المرتفعة. لا تفترض التوافق مع الإصدارات السابقة؛ إن التدفق الذي يعمل بشكل رائع مع الرصاص-الخالي من الرصاص قد يؤدي في الواقع إلى أداء أسوأ من التركيبات التقليدية في مجموعات الرصاص-من الرصاص حيث لا تكون هناك حاجة إلى نشاط إضافي.
طرق التطبيق: الرذاذ مقابل الرغوة مقابل الموجة
إن كيفية حصولك على التدفق على اللوحة أمر مهم تقريبًا بقدر أهمية التدفق الذي تختاره.
يهيمن تدفق الرذاذ على خطوط اللحام الموجية الحديثة لسبب وجيه. يوفر نظام الرش الذي تم تكوينه بشكل صحيح ترسيب تدفق ثابتًا يمكن التحكم فيه مع الحد الأدنى من النفايات. يمكنك ضبط حجم الرش وعرض النمط ومعلمات سكين الهواء لتحسين-التغطية لأشكال هندسية معينة للوحة. يتم تفتيت التدفق إلى قطرات دقيقة تخترق بين المكونات المتقاربة ومطلية من خلال -الثقوب حيث تشتد الحاجة إليها.
ومع ذلك، فإن الحفاظ على أنظمة الرش يتطلب الاجتهاد. الفوهات تسد. الضغوط الجوية تنجرف. يمكن أن يصبح مصدر التدفق ملوثًا أو يتحلل بمرور الوقت إذا لم يتم تخزينه بشكل صحيح. لقد رأيت خطوطًا تلاحق عيوب الترطيب لأسابيع قبل أن يفكر شخص ما أخيرًا في التحقق مما إذا كانت فوهة الرش قد أصبحت مسدودة جزئيًا.
يظل تدفق الرغوة-حيث يتم ضخ الهواء عبر خزان التدفق لتكوين رأس رغوة يتصل بلوحة PCB المارة-شائعًا في التركيبات القديمة. إنها أبسط ميكانيكيًا ويمكن القول إنها أكثر تسامحًا مع إهمال المشغل. تتكيف الرغوة بشكل طبيعي مع هيكل اللوحة، وتتصل بالمناطق المرتفعة والتجويفات على حد سواء. لكن التحكم في الكمية الدقيقة للتدفق المترسب هو أمر أصعب، وتميل أنظمة الرغوة إلى استخدام تدفق أكبر لكل لوح مقارنة بأنظمة الرش المكافئة.
التدفق الموجي-حيث تمر اللوحة عبر موجة ثابتة صغيرة من التدفق-موجود ولكنه ليس شائعًا. وهي تشترك في بعض الخصائص مع تدفق الرغوة، بما في ذلك صعوبة التحكم في كمية الترسيب.
مهما كانت الطريقة التي تستخدمها، فإن التوحيد هو كل شيء. يؤدي التوزيع غير المتساوي للتدفق إلى خلق عيوب لحام تبدو غامضة حتى تدرك أن السبب الجذري هو التغطية غير المكتملة. المناطق التي حصلت على تدفق قليل جدًا لن تتبلل بشكل صحيح. المناطق التي حصلت على الكثير قد تجسر أو تترك بقايا زائدة.
مطابقة التدفق لتطبيقك
يعد اختيار التدفق النظري أمرًا مباشرًا ومباشرًا: اختر التدفق الأقل عدوانية والذي يعمل على لحام تجميعاتك بشكل موثوق دون التسبب في مشاكل في اتجاه مجرى النهر. الواقع ينطوي على قدر أكبر بكثير من الفروق الدقيقة.
ابدأ بالاستخدام النهائي للمنتج. يمكن للإلكترونيات الاستهلاكية التي تتمتع بعمر متوقع -عامين وبأقل قدر من الضغط البيئي أن تتحمل بقايا التدفق التي قد تكون غير مقبولة في طائرة أو جهاز طبي قابل للزرع. توفر تصنيفات IPC Class 1 و2 و3 إرشادات تقريبية، ولكن قد يكون لدى العملاء الأفراد متطلبات تتجاوز التصنيفات القياسية أو تختلف عنها.
النظر في بناء اللوحة والانتهاء من السطح. تقدم كل من ENIG وOSP وHASL والفضة المغمورة والقصدير المغمور أسطحًا مختلفة قابلة للحام مع ميول مختلفة لتكوين الأكسيد. قد يتعارض التدفق الذي يعمل بشكل مثالي مع HASL الطازج مع لوحات OSP التي تجاوزت مدة صلاحيتها الموصى بها.
ضع في اعتبارك إمكانية التنظيف لديك-أو عدم وجودها. إذا لم يكن تنظيف ما بعد اللحام - جزءًا حاليًا من العملية وكنت مترددًا في إضافتها، فإن تدفقات الماء - القابلة للذوبان غير مطروحة بغض النظر عن فضائل اللحام الخاصة بها. على العكس من ذلك، إذا قمت بالفعل بتنظيف كل لوحة لأسباب أخرى (الإعداد المطابق للطلاء، على سبيل المثال)، فقد يؤدي التدفق الأكثر نشاطًا إلى تحسين إنتاجية التمريرة الأولى- دون إضافة تعقيد صافي للعملية.
وبصراحة؟ تحدث إلى مورد التدفق الخاص بك. يتمتع الأشخاص الجيدون بمهندسي تطبيقات شاهدوا موقفك بالضبط عشرات المرات ويمكنهم اختصار أسابيع من التجارب باستخدام التوصيات المستندة إلى الخبرة-. الأشرار... حسنًا، ستكتشف ذلك قريبًا بما فيه الكفاية.
الأخطاء الشائعة وكيفية تجنبها
لقد شاركت في تمارين كافية لاستكشاف أخطاء التدفق وإصلاحها لتجميع قائمة يمكن التنبؤ بها إلى حد ما من أوضاع الفشل.
إن التعامل مع تحديد التدفق باعتباره قرارًا-يتخذ مرة واحدة يتم تصنيفه بالقرب من الأعلى. تتطور تصميمات اللوحة. تتغير مصادر المكونات. قد لا يكون أداء هذا التدفق الذي تأهلت له قبل ثلاث سنوات جيدًا في الجمعية المنقحة، حتى لو لم يكن هناك شيء مختلف بشكل كبير. إن إعادة التحقق الدورية-ليس فقط عند ظهور المشاكل-تجذب الانتباه قبل أن تتحول إلى أزمة.
إن تجاهل مدة صلاحية التدفق يأتي في كثير من الأحيان أكثر مما ينبغي. كيمياء التدفق ليست خالدة. تتبخر المذيبات، مما يؤدي إلى تغير اللزوجة والتركيز. يمكن للمنشطات أن تتحلل أو تتأكسد. يؤدي استخدام التدفق منتهي الصلاحية إلى ظهور أداء غير متناسق مما يصعب تشخيصه لأنه يختلف بشكل غير متوقع من دفعة إلى أخرى.
إن افتراض أن العملية التي نجحت مع القصدير-الرصاص ستعمل بدون الرصاص-بدون تعديل لا تزال تسبب الحزن حتى بعد مرور عشرين عامًا على تقييد استخدام المواد الخطرة (RoHS). نوافذ العملية مختلفة حقًا. عند إعادة التدفق، يجب أن تتم التعديلات عبر التسخين المسبق ووقت الاتصال ودرجة حرارة الموجة-وليس مجرد إعادة صياغة التدفق فقط.
قد يكون التقصير في التنظيف عند الحاجة إلى التنظيف هو الخطأ الأكثر خطورة على الإطلاق. لا تتسبب بقايا التدفق القابلة للذوبان في الماء-المتروكة على الألواح في حدوث أعطال فورية فحسب. فهي تتسبب في حالات فشل متأخرة-من النوع الذي يحدث في الميدان، بموجب الضمان، بطرق تؤدي إلى زيادة النفقات والإضرار بالسمعة أكثر بكثير من تكلفة التنظيف المناسب.
الأفكار النهائية
اختيار تدفق اللحام الموجي ليس عملاً ساحرًا. نادرًا ما تتصدر عناوين الأخبار الهندسية أو العروض التقديمية في المؤتمرات. لكن القرارات المتخذة هنا تمتد إلى الأمام من خلال كل تجميع، وكل عميل، وكل مطالبة بالضمان أو عدم وجوده لسنوات قادمة.
المخاطر تبرر هذا الجهد.
خذ الوقت الكافي لفهم متطلبات طلبك بدقة. قم بتقييم خيارات التدفق المتعددة في ظل ظروف إنتاج واقعية بدلاً من الاعتماد فقط على أوراق البيانات. أنشئ علاقات مع الموردين ذوي المعرفة الذين يمكنهم تقديم الدعم الفني عند ظهور المشكلات-وسوف تنشأ المشكلات في النهاية، بغض النظر عن مدى دقة التخطيط.
التدفق المثالي قد لا يكون موجودا. ولكن هل هناك تدفق-يتوافق بشكل جيد مع مجموعتك المحددة من تصميم اللوحة، ومزيج المكونات، وتشطيب السطح، وسبائك اللحام، وإمكانية التنظيف، ومتطلبات الموثوقية؟ هذا أمر قابل للتحقيق. هذا هو الهدف. والوصول إلى هناك هو ما يفصل خطوط الإنتاج التي تكافح عن تلك التي تطن بهدوء، يومًا بعد يوم، لتنتج تجميعات موثوقة دون دراما.
وهو بالضبط ما يريده الجميع، أليس كذلك؟
