Qualquer pessoa que tenha passado algum tempo em uma área de produção conhece a frustração. Você tem componentes perfeitos, placas limpas, o forno de refluxo ajustado-e ainda assim, as juntas parecem opacas. Ou pior, você começa a ver a lápide em 0402s. Nove em cada dez vezes, o culpado não é o erro do operador ou a falha do equipamento. É a pasta de fluxo de solda.
Pasta de fluxoestá no centro da montagem SMT moderna, embora você nem sempre saiba disso pela pouca atenção que recebe em comparação com ligas de solda ou precisão de posicionamento. Isso é um erro.
O que realmente acontece no nível molecular
Aqui está uma coisa sobre os óxidos metálicos que a maioria dos operadores nunca pensa: eles se formam quase instantaneamente. Exponha o cobre limpo ao ar e, em poucos minutos, você terá uma camada de óxido cuproso se formando. No momento em que a placa atinge o refluxo, a oxidação já comprometeu a molhabilidade. A solda não adere bem aos óxidos. Período.
Pasta de fluxo de soldacontém ácidos orgânicos-geralmente ácido adípico, ácido succínico ou misturas proprietárias deles-que reduzem quimicamente esses óxidos de volta ao metal puro. A reação acontece quando as temperaturas sobem na faixa de 150-180 graus, pouco antes da liquefação da solda. O tempo é importante aqui mais do que as pessoas imaginam. Um ativador muito agressivo e você respingará no pré-aquecimento. Muito suave e esses óxidos sobrevivem na zona de refluxo.
O veículo de fluxo-normalmente uma base de breu ou resina sintética misturada com solventes-serve a um propósito duplo que os engenheiros às vezes ignoram. Primeiro, mantém o pó metálico suspenso uniformemente em toda a pasta. A separação é um problema real com frascos maiores; Já vi pasta deixada parada por uma semana desenvolver segregação de solda suficiente para reduzir os volumes de depósito em 15%. Em segundo lugar, o veículo controla a reologia durante a impressão. É o que lhe dá aquela liberação limpa das paredes da abertura do estêncil.
O problema da molhagem sobre o qual ninguém fala
A tensão superficial governa tudo na soldagem. O SAC305 fundido tem uma tensão superficial em torno de 500-520 mN/m, aproximadamente dez vezes maior que a da água. Deixada por conta própria, a solda líquida quer se formar e minimizar a área de contato. Isso é a física trabalhando contra você.
Os ativadores de fluxo diminuem a tensão interfacial entre a solda fundida e o substrato. Isso permite que a solda se espalhe pela almofada e suba no chumbo, formando aquela geometria de filete côncava ideal. Sem atividade de fluxo adequada, você obtém juntas-umedecidas insuficientemente que parecem brilhantes, mas não formaram ligações intermetálicas adequadas na interface do cobre. Estas juntas irão falhar durante a ciclagem térmica. Talvez não imediatamente, mas eles falharão.
Sistemas de classificação e o que eles significam na prática
IPC J-STD-004B define o sistema de classificação de fluxo referenciado pela maioria dos fabricantes. Parece complicado à primeira vista, mas falha logicamente quando você analisa alguns exemplos.
As duas primeiras letras indicam o tipo de fluxo: RO para colofónia, RE para resina, OR para ácido orgânico, IN para inorgânico. Em seguida vem o nível de atividade-L, M ou H para baixo, médio, alto. Finalmente, um zero ou um sinaliza conteúdo de haleto. Portanto, REL0 é um fluxo de resina sintética-de baixa atividade sem haletos. ROM1 é uma colofónia de{8}atividade média com ativadores de haleto. Bastante simples.
A verdadeira questão é qual classificação realmente importa para sua aplicação. Já vi departamentos de compras insistirem no ROL0 em todos os aspectos porque "não-limpar significa não limpar" e depois enfrentarem problemas de umedecimento em acabamentos OSP oxidados. Enquanto isso, um ROM1 teria resolvido o problema-sim, tecnicamente ele contém haletos, mas em concentrações que apresentam risco zero de confiabilidade quando refluxado corretamente. O contexto é importante.
Tipos-solúveis em água
As formulações ORL1 e ORH1 oferecem a maior atividade-ótima para aplicações desafiadoras, como pinos de conectores ou cenários de retrabalho altamente oxidados. Eles exigem limpeza aquosa, normalmente água deionizada acima de 50 graus com agitação. Os resíduos são corrosivos e hidrofílicos. Deixe-os no quadro e você estará solicitando migração eletroquímica no futuro.
Cole fatores de desempenho além do óbvio
O conteúdo de metal é importante. A pasta de solda padrão funciona com 88{6}}91% de metal por peso, mas a diferença entre 89% e 90,5% aparece na resistência ao abatimento e na consistência da altura do depósito. Maior carga de metal significa menos veículo para queimar, resíduos mais limpos e janelas de processo mais estreitas. A desvantagem é a capacidade de impressão-pastas muito carregadas podem ser complicadas com estênceis de densidade fina.
A distribuição do tamanho das partículas segue uma classificação de tipo. O tipo 3 (25-45 mícrons) lida com a maioria dos trabalhos SMT padrão. O tipo 4 (20-38 mícrons) torna-se necessário para BGAs com passo de 0,4 mm e componentes 0201. O tipo 5 e superiores existem para aplicações ultrafinas, mas você pagará mais e precisará de um controle de processo correspondentemente mais rígido. Quanto mais fino for o pó, maior será a área de superfície e mais rápida será a oxidação durante o armazenamento. Algumas pastas Tipo 5 têm prazo de validade inferior a quatro meses, mesmo refrigeradas.
E por falar em refrigeração-sim, é obrigatória. A pasta de solda é, em certo sentido, uma coisa viva. A química do fluxo continua reagindo à temperatura ambiente, a viscosidade aumenta e o pó metálico se degrada lentamente. A maioria das pastas especifica armazenamento a 0-10 graus. Fornecedores me disseram que seus produtos sobrevivem à temperatura ambiente "por alguns dias", mas os dados não confirmam isso. Executamos testes de impressão lado a lado-uma vez com a pasta armazenada corretamente e a pasta deixada de fora durante um fim de semana. A diferença no preenchimento da abertura foi imediatamente óbvia.
Levando a pasta para onde ela precisa ir
A impressão em estêncil continua sendo o método robusto para deposição de pasta SMT. As propriedades tixotrópicas do veículo de fluxo determinam o comportamento de impressão-você deseja características de cisalhamento-de afinamento que permitem que a pasta role e preencha as aberturas sob a pressão do rodo e, em seguida, mantenha a forma depois de depositada. Muita tixotropia e a pasta não será liberada de maneira limpa. Muito pouco e os depósitos caem antes da colocação.
Para retrabalho, seringas e sistemas dispensadores colocam a pasta exatamente onde você precisa. Aplica-se a mesma química de fluxo, apenas num mecanismo de distribuição diferente. O fluxo de gel em formato independente-sem o pó de metal-é usado para-soldagem por onda perfurada e trabalhos de retoque manual.
O debate sobre limpeza
Há uma discussão constante no setor sobre se nenhum-resíduo limpo realmente precisa de limpeza. Tecnicamente, não,-essa é a questão. O resíduo foi projetado para ser benigno, não{4}}condutor e não-corrosivo. Mas “benigno” tem limites.
Se você estiver aplicando um revestimento isolante, o resíduo interferirá na adesão. Se o seu produto estiver exposto a ambientes com alta umidade, mesmo nenhum-resíduo limpo poderá absorver a umidade e criar caminhos de vazamento. Aplicações de alta{3}}confiabilidade-sistemas médicos, aeroespaciais e de segurança automotiva-geralmente exigem limpeza, independentemente do tipo de fluxo. É uma abordagem de cinto-e{8}}suspensórios que custa mais, mas elimina um modo de falha.
O outro lado: a limpeza desnecessária desperdiça recursos e introduz um manuseio que pode danificar os componentes. A limpeza também gera fluxos de resíduos que necessitam de eliminação. Para produtos eletrônicos de consumo com requisitos moderados de confiabilidade, um fluxo sem{2}}limpo selecionado corretamente é genuinamente sem{3}}limpo.
Onde tudo isso leva
A tecnologia de pasta de fluxo continua evoluindo. A mudança para tons mais finos e componentes menores exige pastas que imprimam de forma mais limpa, molhem mais rápido e deixem menos resíduos. Ligas-sem chumbo com seus pontos de fusão mais altos exigem sistemas de fluxo que sobrevivam por longos períodos acima do estado líquido sem carbonizar ou esgotar as reservas do ativador muito cedo.
Algumas das formulações sintéticas não{0}}limpas mais recentes apresentam viscosidade genuinamente impressionante-estável em todas as faixas de temperatura, vida útil prolongada do estêncil e resíduos quase{2}}invisíveis. Eles custam mais. A redução desse custo depende das taxas de defeitos, da carga de retrabalho e dos requisitos de qualidade.
No final das contas, a pasta de fluxo é uma ferramenta química. Como qualquer ferramenta, sua eficácia depende da seleção da ferramenta certa para o trabalho e de seu uso dentro dos parâmetros de projeto. Faça isso direito e você se perguntará por que a soldagem lhe causou problemas. Se errar, nenhum ajuste de perfil ou precisão de posicionamento irá salvá-lo.
