التدفق ليس براقة. إنها لا تحصل على التقدير الذي تستحقه في محادثات تصنيع الإلكترونيات، حيث طغت عليها المناقشات حول سبائك اللحام، وملفات تعريف إعادة التدفق، ودقة وضع المكونات. ومع ذلك، بدون التدفق، لن تكون أي من هذه المحادثات ذات أهمية-ولن يلتصق اللحام بأي شيء.
الكيمياء واضحة على الورق: يزيل التدفق أكاسيد المعادن من خلال الاختزال الكيميائي، مما يسمح للحام المنصهر بالاتصال فعليًا بالمعدن الأساسي الموجود تحته. يتأكسد النحاس في الهواء. وكذلك القصدير. وكذلك الفضة. طبقة الأكسيد غير المرئية-التي يبلغ سمكها أحيانًا نانومترات فقط-تكفي لمنع الترابط المعدني تمامًا. التدفق يذوبه.
مشكلة الترطيب لا أحد يتحدث عنها
إليك ما تتخطاه الكتب المدرسية غالبًا.
التوتر السطحي في اللحام المنصهر مرتفع بشكل ملحوظ. حوالي 400-500 ملي نيوتن/م لمعظم السبائك الخالية من الرصاص. بدون تدخل التمويه، سوف تتراكم قطرة اللحام على وسادة نحاسية مثل الماء على زاوية تلامس مشمعة للسيارة تتجاوز 90 درجة، بدون انتشار، أو ترابط صفر.
يغير التدفق هذا بطريقتين. الأمر الواضح: إزالة الأكسيد. الأمر الأقل وضوحًا: إنه في الواقع يعدل التوتر السطحي بين اللحام والركيزة خلال النافذة القصيرة عندما يكون كل شيء منصهرًا. هذا هو سبب أهمية توقيت نشاط التدفق كثيرًا. ضعيه مبكرًا جدًا، فهو يحترق. بعد فوات الأوان، تم إصلاح الأكاسيد بالفعل.
لقد رأيت مهندسين مهووسين بتوزيع حجم جسيمات عجينة اللحام بينما يتجاهلون تمامًا ريولوجيا التدفق. الأولويات الرجعية
تاريخ موجز (نوع من)
استخدم عمال المعادن القدماء سال الأمونياك. فضل تجار المجوهرات في العصور الوسطى البوراكس. كلاهما نجح، وكلاهما ترك بقايا قابلة للتآكل من شأنها أن تدمر الإلكترونيات في أيام.
لقد غير عصر الصنوبري كل شيء بالنسبة للأعمال الكهربائية. راتنج شجرة الصنوبر-من الناحية الكيميائية، عبارة عن مزيج من حمض الأبيتيك وأحماض الديتربين ذات الصلة-يوفر نشاطًا كافيًا لإزالة الأكاسيد الخفيفة دون التآكل الشديد للأحماض غير العضوية. أصبح تدفق RMA (الصنوبري المنشط بشكل معتدل) هو المعيار الصناعي لعقود من الزمن.
ثم حدث بنفايات.
أدى الانتقال الحر إلى العميل المحتمل- إلى جعل كيمياء التدفق أكثر صعوبة
القصدير-ينصهر الرصاص سهل الانصهار عند 183 درجة. SAC305 (البديل الحر السائد-يذوب) عند درجة حرارة 217-220 درجة. لا يبدو هذا الاختلاف البالغ 35 درجة مثيرًا حتى تدرك أن تنشيط التدفق يعتمد على درجة الحرارة. تتغير النافذة الحرارية بأكملها.
ارتفاع درجات الحرارة يعني:
أسرع تدهور التدفق
تكوين أكسيد أكثر عدوانية أثناء إعادة التدفق
نوافذ عملية أضيق
كان على كيميائيي التدفق إعادة صياغة كل شيء. منشطات أقوى. استقرار حراري أفضل. معدّلات ريولوجية أكثر تطورًا للحفاظ على أداء الطباعة.
لقد أخطأت بعض الشركات في هذا التحول وأمضت سنوات في مطاردة العيوب والفشل في -التسبب في-وسادة. نادرًا ما كانت المشكلة في اللحام-وكانت في اختيار التدفق.
لا-نظيف: فاز الاقتصاد
يعتمد تصنيع الإلكترونيات الحديثة بشكل كامل تقريبًا على-أنظمة التدفق النظيف. المنطق بسيط: تنظيف ما بعد اللحام-يكلف المال، ويستخدم المذيبات (مخاوف بيئية)، ويخاطر بتلف المكونات نتيجة دخول الرطوبة، ويضيف خطوات عملية.
لا يوجد-تدفق نظيف يترك بقايا حميدة. "حميد" يعني غير-مسبب للتآكل وغير-موصل ومقبول من الناحية التجميلية. وسواء كانت تلك البقايا خاملة بالفعل لأكثر من 20{6}}عامًا من عمر المنتج تحت الرطوبة والتدوير الحراري، فهذه محادثة أطول.
العسكرية والفضاء لا تزال نظيفة. الأجهزة الطبية، في الغالب. الالكترونيات الاستهلاكية؟ لا أحد ينظف بعد الآن.
بقايا التدفق التي تراها على اللوحة الأم للكمبيوتر المحمول الخاص بك ليست عيبًا. إنه متعمد.
الماء-التدفق القابل للذوبان: عندما تحتاج فعليًا إلى العدوان
تتطلب بعض التطبيقات كيمياء أقوى. التلوث بالأكسيد الثقيل. من الصعب-لحام-الأسطح. المكونات القديمة ذات قابلية اللحام المتدهورة.
تستخدم التدفقات القابلة للذوبان في الماء -الأحماض العضوية-الأديبيك والسكسينيك والستريك-التي قد تؤدي إلى تآكل آثار النحاس في غضون أسابيع إذا تركت في التجميع. التنظيف ليس اختياريًا هنا. إنه إلزامي.
التنظيف نفسه يقدم المتغيرات. نوعية المياه دي. درجة حرارة الغسيل. تركيز الصابوني. اكتمال التجفيف. لقد رأيت خطوط الإنتاج تجتاز الاختبارات الكهربائية ولكنها تفشل في الميدان بسبب عدم إزالة التلوث الأيوني بالكامل. قالت مواصفات النظافة<1.56 μg/cm² NaCl equivalent. They hit 1.4. Marginal pass. Product returned eighteen months later with dendritic growth between fine-pitch QFP leads.
المواصفات موجودة لأسباب.
أنظمة تصنيف التدفق (الجزء المربك)
يحدد IPC J-STD-004 تصنيف التدفق. يصبح اصطلاح التسمية منطقيًا بمجرد فك تشفيره:
رول0= الصنوبري، منخفض النشاط، لا يحتوي على هاليداتريل1= راتنج، منخفض النشاط، يحتوي على هاليداتأوره0= عضوي، عالي النشاط، خالي من الهاليدات
يصنف النظام حسب قاعدة التدفق (RO/RE/OR/IN)، ومستوى النشاط (L/M/H)، ومحتوى الهاليد (0/1).
الهاليدات تعزز النشاط بشكل ملحوظ. الكلوريدات بشكل خاص. لكن بقايا الهاليد تثير مخاوف بشأن التآكل-وبالتالي فإن التمييز 0/1 مهم لموثوقية-التطبيقات المهمة.
معظم المعاجين النظيفة-لا تكون ROL0 أو REL0. الماء-قابل للذوبان عادة ORH1. يحرك التصنيف معايير فحص IPC-A-610 ومتطلبات التنظيف.
اللحام الانتقائي والموجة: متطلبات التدفق المختلفة
يرى تدفق اللحام الموجي ضغوطًا مختلفة عن إعادة التدفق. التعرض الحراري لفترة أطول. الاتصال المباشر مع موجة اللحام المنصهر. متطلبات التجديد المستمر.
ترسب رذاذ التدفق طبقات رقيقة ومتساوية. تعمل تدفقات الرغوة على إنشاء فقاعات تلامس الجوانب السفلية للوحة. يتطلب كل نهج لزوجة تدفق مختلفة، ومحتوى صلب، وخصائص رغوة.
يضيف اللحام الانتقائي تعقيدًا-التسخين الموضعي يعني تدرجات درجة الحرارة عبر التجميع. يجب أن يتحمل التدفق المطبق مسبقًا-على مناطق محددة الانتقال الحراري إلى المكونات القريبة التي يتم لحامها بشكل تسلسلي.
النقطة المهمة: "التدفق" ليس متجانسًا. قد يشترك التدفق الموجي وتدفق معجون SMT في مبادئ الكيمياء ولكنهما منتجان مختلفان لعمليات مختلفة.
ما يحدث فعليا على المستوى الجزيئي
عندما يتلامس حمض أبيتيك مع أكسيد النحاس عند درجة حرارة مرتفعة، فإنه يختزل Cu²⁺ إلى نحاس معدني أثناء تكوين أبيتات النحاس. يكون منتج التفاعل هذا قابلاً للذوبان في مركبة التدفق، ويحمل الأكسيد بعيدًا عن السطح البيني.
في الوقت نفسه، يقلل التدفق من الطاقة السطحية لكل من اللحام والركيزة، مما يقلل من زاوية التلامس. عائدات الترطيب. يبدأ تكوين المركب بين الفلزات-Cu₆Sn₅ في البداية، ويتطور Cu₃Sn بمرور الوقت من خلال انتشار الحالة الصلبة-.
طبقة IMC هي الرابطة الفعلية. لا المتشابكة الميكانيكية. عدم الالتصاق. الرابطة المعدنية من خلال تشكيل المعادن. يمكّن التدفق من ذلك من خلال توفير سطح نحاسي نظيف لبدء التفاعل.
التدفق ضعيف جدًا: إزالة الأكسيد غير الكاملة، وإزالة الماء، وعيوب عدم الترطيب. التدفق القوي للغاية: البقايا الزائدة، والتآكل المحتمل، وتقويض قناع اللحام.
النيتروجين ولماذا لا يحل محل التدفق
يقلل خامل النيتروجين من الأكسدة أثناء إعادة التدفق. تفترض بعض الشركات المصنعة أن هذا يعني أنها تستطيع تقليل نشاط التدفق.
ممكن من الناحية الفنية. خطير عمليا.
يبطئ النيتروجين تكوين الأكسيد. لا يزيل الأكاسيد الموجودة. تصل المكونات والألواح بطبقات أكسيد موجودة بالفعل. يتم وضع معجون اللحام في قوالب الاستنسل، ويتعرض للهواء أثناء الطباعة. إن بطانية النيتروجين أثناء إعادة التدفق تكون متأخرة جدًا بالنسبة لتلك الأكاسيد.
يمكن أن تعمل التدفقات المنخفضة للبقايا-في الأجواء النيتروجينية بشكل جميل-أو قد تفشل بشكل كارثي. تتقلص نافذة العملية. يتبخر الهامش.
تستخدم معظم بيئات الإنتاج النيتروجين كعامل أمان إضافي، وليس كبديل للتدفق.
تشكيل الفراغ وتدفق المواد المتطايرة
غالبًا ما ترجع الفراغات الكبيرة الموجودة أسفل كرات BGA أو منصات QFN المركزية إلى تدفق المواد المتطايرة التي يتم احتجازها.
يحتوي التدفق على مذيبات. تتبخر المذيبات أثناء التسخين المسبق. إذا كان شكل إعادة التدفق ينحدر بسرعة كبيرة، فلن يكون لبخار المذيب أي مسار للهروب قبل أن يتصلب اللحام. فارغ.
إذا كان تنشيط التدفق يولد منتجات ثانوية غازية (بعض التركيبات تفعل ذلك)، نفس المشكلة. فارغ.
إن العلاقة بين كيمياء التدفق، وتوزيع حجم الجسيمات، وملف إعادة التدفق، ومعدلات الفراغ معقدة بما يكفي بحيث يقضي المصنعون أشهرًا في تحسينها. لا يوجد حل عالمي-إنه حل لصق-محدد، ولوحة-محددة، ومكون-محدد.
عندما يخبرك شخص ما أن "ملفه الشخصي الأمثل" يحقق ذلك<10% voiding, ask what paste they're using. The profile is half the equation.
الخط السفلي
اللحام المتدفق "يغير كل شيء" لأنه بدونه، ستظل صناعة الإلكترونيات تشبه أعمال المجوهرات اليدوية-يد الحرفيين المهرة-تنظيف الأسطح بالأحماض، واللحام يدويًا-مفاصل واحدة في كل مرة، ثم تنظيف البقايا يدويًا-بعد ذلك.
تقوم تقنية التركيب السطحي الحديثة بمعالجة آلاف المفاصل في الدقيقة لأن التدفق يتم صياغته بدقة، وترسيبه باستمرار، وتنشيطه حرارياً بطرق يمكن التنبؤ بها. الكيمياء ناضجة ولكنها ليست بسيطة. تعد التفاعلات بين التدفق، والسبائك، والركيزة، والغلاف الجوي، والملف الحراري عبارة عن مشكلات تحسين متعددة -متغيرة.
المهندسون الذين يتعاملون مع التدفق كفكرة لاحقة يصابون بالحرق. في بعض الأحيان حرفيًا، عندما يتسبب التآكل-في حدوث أعطال في الحقل، يؤدي ذلك إلى دفع تكاليف الضمان إلى السقف.
التدفق ليس مثيرا. إنه ضروري. هذا مختلف.
