Vinnuregla lóðmálma líma?

Ef þú hefur einhvern tíma velt því fyrir þér hvers vegna þessir örsmáu flögur haldast límdir við móðurborð símans þíns í stað þess að skrölta eins og varaskipti,lóðmálmurer svar þitt. Það er eitt af þessum efnum sem gerir miklu meira en fólk gefur því heiður fyrir.

Í kjarna þess er lóðmálmur grá, örlítið kornótt blanda. Hugsaðu um það eins og mjög nákvæmt tannkrem úr málmi. Þú ert með þessar smásæju kúlur úr lóðmálmblöndu-venjulega einhvers staðar á milli 20 og 50 míkron í þvermál-upphengdar í límfljótandi miðli. Duftið er um 85-90% miðað við þyngd í flestum samsetningum.

Blöndunin sjálf? Það er þar sem hlutirnir verða áhugaverðir, og satt að segja, þetta er þar sem ég gæti talað tímunum saman. Hefðbundið tini-blý (SnPb) var yndi í iðnaðinum í áratugi. Eutectic 63/37 SnPb bráðnar við nákvæmlega 183 gráður með núll deigusviði. Hreint, fyrirsjáanlegt, yndislegt að vinna með. Svo gerðist RoHS árið 2006 og raftækjaheimurinn skrapp í átt að blý-lausum valkostum eins og SAC305 (96,5% tini, 3% silfur, 0,5% kopar) sem þarf hærra endurflæðishitastig um 217 gráður.

En satt að segja, málmhlutinn er ekki stjarnan í sýningunni hér.

mynd

Hér er eitthvað sem tók mig allt of langan tíma að meta að fullu: lóðmálmur festist ekki við málm. Það festist viðhreintmálmi. Og hreinn málmur, við háan hita, er í rauninni ekki til í opnu lofti.

Kopar oxast. Hratt. Um leið og þú hitar það upp byrjar þessi glansandi yfirborð að mynda koparoxíð og koparoxíð er alveg hræðilegt til að lóða. Tinoxíð myndast á lóðakúlunum sjálfum. Allt er stöðugt að reyna að ryðga, tæra, oxa-hvað sem þú vilt kalla það.

Þetta er þar sem flux fær launin sín.

Fluxhlutinn í lóðmálmi framkvæmir hreint út sagt glæsilegan efnadans:

Oxíðupplausn

Flest flæði innihalda lífrænar sýrur-abíetínsýru í samsetningum sem eru byggðar á rósíni- eða árásargjarnari halíðsambönd fyrir þrjósk oxíðlög. Við hitun ráðast þessar sýrur á málmoxíðfilmurnar á efnafræðilegan hátt og breyta þeim í leysanleg málmsölt sem hrífast í burtu frá liðsvæðinu. Undirliggjandi hreini málmur er afhjúpaður, stuttlega, dýrmætur.

Súrefnishindrun

Fljótandi flæði húðar óvarið málmfleti eins og hlífðarteppi. Það kemur líkamlega í veg fyrir að súrefni í andrúmsloftinu snerti heita málminn og enduroxar- hann á mikilvægum sekúndum þegar bleyta þarf að eiga sér stað.

Breyting á yfirborðsspennu

Þetta fíngerða en mikilvæga-flæði dregur úr yfirborðsspennu við fljótandi lóðmálmur/málmviðmót. Án þess myndi bráðið lóðmálmur kúlast á púðann eins og vatn á vaxnum bíl. Með því dreifist lóðmálið, blotnar, festist.

Það eru mismunandi flæðiefnafræði-engin-hrein, vatns-leysanleg, rósín mildlega virkjuð (RMA)-en þau þjóna öllum þessum grunnaðgerðum. Valið fer eftir umsókn þinni og hvort þú vilt þrífa borðið eftir það. Sumir skilja eftir leifar sem líta hræðilega út en eru rafmagnsskaðlausar. Aðrir eru virkir ætandi og verður að þvo burt.

Svo þú hefur líma sett á PCB púða, íhluti settir ofan á. Nú hvað? Samkoman fer í gegnum endurrennslisofn og þetta er þar sem eðlisfræði og efnafræði vinna saman á þann hátt sem heillar mig enn.

Forhita

Platan fer inn í kringum stofuhita. Áfall á köldu samsetningu með 250 gráðu og þú munt sprunga íhluti, skjóta lóðmálmbolta alls staðar, hugsanlega delaminate borðið sjálft. Ekki gott.

Svo í staðinn: mild hlýnun. Um það bil 1-3 gráðu á sekúndu er dæmigert. Markmiðið er að ná öllu í um 150 gráður án drama. Þessi áfangi byrjar líka að rokka leysiefni í flæðinu - þú vilt að þeir fari áður en þú nærð hámarkshita eða þú munt fá tómarúm og slettu.

Leggið í bleyti

Þetta er jöfnunaráfanginn. Haltu öllu í kringum 150-200 gráður í 60-120 sekúndur. Markmiðið? Varma einsleitni. Hitamassi BGA er ekkert eins og 0402 viðnám. Gefðu þeim tíma til að ná sama hitastigi áður en þú kastar þeim saman í endurrennslissvæðið.

Einnig, og þetta skiptir máli-þá virkjar bleytingin. Þessar lífrænu sýrur verða almennilega virkar við hækkað hitastig. Of stutt í bleyti og oxíð eru eftir. Of langur og þú tæmir flæðið áður en endurflæði byrjar. "Höfuð-í-púða" galla rekja oft til baka hingað.

Reflow Zone

Nú erum við að elda. Hitastig hækkar hratt yfir bræðslumark málmblöndunnar-kalla það 230-250 gráður fyrir SAC málmblöndur. Þetta er Time Above Liquidus, eða TAL, og það er venjulega haldið í 30-60 sekúndur.

Bráðið lóðmálmur bleytir óvarið yfirborð púða og tengi íhluta. Yfirborðsspenna dregur fljótandi málminn í hið fullkomna flakaform. Málmvinnslutengingin á sér stað hér-tinatóm dreifist í raun inn í yfirborð koparpúðans og myndar þunnt millimálmsambandslag (venjulega Cu6Sn5) sem festir samskeytin. Án þessa intermetallic ertu bara með lóðmálmur sem situr á kopar frekar en tengt við það.

Hámarkshiti skiptir gríðarlega miklu máli. Of lágt og bleyta er ófullkomin. Of hátt og þú skemmir íhluti, flýtir fyrir vexti milli málma, hugsanlega brennir flæðileifum í varanlega ljóta bletti.

Kæling

Hröð kæling skapar fínkorna uppbyggingu í storknuðu lóðmálminu-almennt valinn fyrir vélrænan styrk. En "hratt" þýðir ekki "augnablik." Eitthvað eins og 3-4 gráður á sekúndu er dæmigert. Hraðari en það og þú átt á hættu hitalost á kæliendanum.

Ég vil dvelja við bleyta því það er í rauninni málið.

Þegar lóðmálmur bráðnar og flæðið hefur unnið starf sitt við að fjarlægja oxíð, þarf fljótandi málmur að dreifast yfir yfirborðið frekar en að kúla upp. Þetta gerist vegna aðdráttarafls milli lóðmálma og grunnmálms. Hreinir málmfletir hafa mikla yfirborðsorku-þeirviljaað tengjast einhverju. Oxað yfirborð hefur ekki þá orku tiltæka.

Góð bleyta þýðir að snertihornið á milli lóðmálms og yfirborðs púðans er lítið-lóðmálmið dreifist víða, myndar mjúkan meniscus, flæðir upp leiðslu íhluta. Slæm bleyta lítur út eins og lóðmálmur sem situr þarna í klumpi og snertir varla neitt.

Iðnaðurinn gefur í rauninni einkunn fyrir þetta efni. IPC staðlar skilgreina hvernig "viðunandi" á móti "markmiði" á móti "galla" lítur út. Það er strangara en þú bjóst við.

Tombstone er klassík. Annar endinn á litlum óvirkum íhlut hefur betri bleytu en hinn, þannig að þegar lóðmálmur bráðnar togar yfirborðsspennan harðar á aðra hliðina. Íhluturinn stendur beint upp eins og legsteinn. Gerist stöðugt með 0402s og 0201s ef púðahönnun eða límmagn þitt er ekki í jafnvægi.

Tómar. Loft lokað inni í liðum. Dregur úr varma- og rafleiðni, veikir vélrænan styrk. Oft rakið til flæðislosunar sem kemst ekki út áður en lóðmálmur storknar.

Lóða kúlur. Litlar kúlur af lóðmálmi á víð og dreif um borðið, ótengt neinu. Venjulega vegna líma sem skvettist við endurflæði ef leysiefni gufuðu ekki að fullu upp við forhitun, eða frá of miklu magni líma við stensilprentun.

Farðu-í-kodda. BGA kúlan mýkist en rennur ekki að fullu saman við límaútfellinguna. Þú færð það sem lítur út fyrir að vera tenging en er það ekki. Hræðilegt fyrir áreiðanleika.

Reyndar ætti ég að nefna prentun. Pasta verður að komast á púðana einhvern veginn og í SMT framleiðslu er það stensilprentun- á laser-skera málmplötu með opum sem samsvara hverjum púða. Svissan ýtir lími í gegnum opin. Einfalt í hugmyndafræði, algjörlega fyndið í reynd.

Hönnun ljósops hefur áhrif á hvernig líma losnar úr stensilnum. Of-lítil op miðað við stensilþykkt gefa lélega losun. Hlutföll (breidd og þykkt) og flatarmálshlutföll (opflatarmál og hliðarflöt) eru vandlega reiknuð út . 0.66 lágmarksflatarmál er algeng þumalputtaregla.

Paste rheology skiptir líka máli. Dótið þarf að vera gerviplastískt-það flæðir þegar það er klippt af rakanum en heldur lögun þegar það er komið fyrir. Röng seigja og þú færð annað hvort lækkandi (líma dreifist í nálæga púða) eða ófullnægjandi útfellingar.

SAC málmblöndur

SAC málmblöndur eru erfiðari að vinna með en hefðbundið tini-blý. Hærri bræðslumark þýðir meira varmaálag á íhluti. Bleytingarhegðunin er minna fyrirgefandi. Millimálmlög vaxa öðruvísi. Áreiðanleikabilunarstillingar breyttust.

En svona er heimurinn núna. RoHS hverfur ekki. Framleiðendur hafa eytt tveimur áratugum í að fínstilla blý-lausa ferla og nútíma SAC samsetningar eru þokkalega sterkar. Bara öðruvísi.

Valmöguleikar við lágt-hitastig eru til-bismút-blendi sem bráðna um 138 gráður -gagnlegar fyrir hita-viðkvæmar samsetningar eða draga úr orkukostnaði. Þeir koma með sínar eigin áskoranir með vélrænni brothættu, en það er allt annað samtal.

Rafmagns samfella. Vélrænn styrkur. Langtímaáreiðanleiki við hitauppstreymi, titring, rakastig.

Millimálmlagið er nógu þykkt til að sanna að tenging hafi átt sér stað en nógu þunnt til að verða ekki stökkt. Flakformið dreifir streitu á áhrifaríkan hátt. Engin tóm sem koma í veg fyrir hitauppstreymi. Engin mengun sem veikir viðloðun.

Það er satt að segja líka fagurfræðilegur þáttur, þó enginn vilji viðurkenna það. Falleg lóðmálmur-glansandi (eða mattur, með SAC), samkvæmur, sléttur-samhæfir venjulega góðu ferli. Ljótir liðir benda oft til vandamála, jafnvel þegar þeir eru tæknilega liðnir.

Sumar framleiðslulínur flæða aftur undir köfnunarefni frekar en lofti. Lægra súrefnismagn þýðir minni oxun meðan á ferlinu stendur, sem þýðir að veikari flæðisamsetningar geta náð góðri bleytu. Færri leifar. Skínandi liðir.

Málið er kostnaður og flókið. Köfnunarefni er ekki ókeypis. En fyrir krefjandi samsetningar eða þegar notaðar eru vægar -hreinar flæði getur stjórnað andrúmsloft gert gæfumuninn.

Lóðalíma virkar vegna þess að það skilar lóðmálmi þar sem þess er þörf, heldur íhlutum tímabundið á sínum stað og-með flæðishluta-skapar það efnafræðileg skilyrði fyrir málm-við-málmtengingu í raun. Duftið sér um tengiefnið. Fluxið fjarlægir hindranir gegn bleytu. Endurflæðisferlið veitir varmaorkuna til að láta þetta allt gerast.

Þetta er samræmt efna- og eðlisfræðilegt ferli sem gerist á um fjórum mínútum, milljörðum sinnum á dag í rafeindaiðnaðinum. Og þegar það virkar rétt tekurðu alls ekki eftir því-sem er nákvæmlega eins og það á að vera.

Stundum eru mikilvægustu efnin þau sem þú hugsar aldrei um. Lóðmálmur er þannig. Það vinnur starf sitt ósýnilega, óteljandi sinnum, í hverju tæki sem þú átt.