Dans la technologie de montage en surface, la distinction entrefluxetpâte à souderdéfinit les décisions fondamentales en matière de processus qui ont un impact sur le rendement, la fiabilité et le débit de production. Flux-un agent de nettoyage chimique composé d'activateurs, de véhicules et de solvants-élimine les oxydes métalliques des surfaces du substrat et favorise le mouillage lors de l'excursion thermique. La pâte à souder intègre cette chimie de flux avec une poudre d'alliage sphérique (généralement 85-90 % de métal en poids) en suspension dans un milieu visqueux, créant un matériau à application unique pour la fixation des composants. Les deux substances fonctionnent selon les mêmes principes métallurgiques mais servent dans des contextes de fabrication nettement différents.
Ce que fait réellement Flux
Voici ce dont on ne parle pas assez à propos du flux : c'est fondamentalement un matériau sacrificiel. Les activateurs-qu'il s'agisse d'acide abiétique dérivé de la colophane-, d'halogénures organiques ou de composés synthétiques-existent pour réduire chimiquement les oxydes de cuivre (Cu₂O et CuO) en métal de base pendant le chauffage. Cette réaction se produit rapidement. Vraiment rapide. Et une fois ces activateurs consommés, vous avez peut-être 90 -180 secondes avant que la réoxydation ne commence à dégrader votre fenêtre de mouillage.
Le système de classification IPC J-STD-004 décompose cela avec un code à quatre-caractères. ROL0 signifie à base de colophane, faible activité, zéro halogénure. ORM1 indique un flux organique avec une activité moyenne et une teneur en halogénures. La plupart des ingénieurs mémorisent quelques désignations courantes et mettent fin à leurs activités.
Les composants du véhicule-supports à base de colophane, de résine synthétique ou de glycol--ont deux fonctions. Il dissout les sels métalliques générés lors de la réduction des oxydes et recouvre physiquement le joint pendant le soudage pour empêcher la réoxydation atmosphérique. Les flux -solubles dans l'eau utilisent des dérivés de polyéthylène glycol qui se rincent mais absorbent l'humidité comme un fou s'ils sont laissés sur la planche. La colophane se solidifie en un résidu ambré électriquement inerte dans des conditions normales. De par leur conception, les formulations No-clean laissent un minimum de résidus, bien que "no-clean" soit quelque peu trompeur-dans des conditions de service difficiles ou avec certaines finitions de surface, même ces résidus peuvent causer des problèmes.
Pâte à souder : la combinaison technique
La pâte à souder élimine entièrement l'étape d'application du flux séparée. La poudre d'alliage-eutectique Sn63/Pb37 pour les applications existantes, SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) pour la conformité RoHS-est suspendue dans un fluxant à des ratios contrôlés. La pâte se comporte comme un fluide thixotrope : elle reste stable sur le pochoir mais s'écoule sous la contrainte de cisaillement de la raclette.
La taille des particules est plus importante que la plupart des gens ne le pensent. La poudre de type 3 (diamètre 25-45 μm) fonctionne très bien pour les composants au pas de 0,5 mm. Passez au pas de 0,3 mm et vous recherchez le type 4 (20-38 μm) ou le type 5 (15-25 μm). Une poudre plus fine signifie une plus grande surface, ce qui signifie une oxydation plus rapide pendant le stockage et une demande de flux plus élevée pendant la refusion. Il y a toujours un compromis.
Les exigences de stockage sont à l’origine de nombreux problèmes dans les ateliers. La pâte à souder se dégrade selon de multiples mécanismes : les particules métalliques s'oxydent, le flux se sépare du support, les solvants s'évaporent à travers des joints imparfaits. La réfrigération à 0 -10 degrés prolonge la durée de conservation à 3 à 6 mois. Laissez-le à température ambiante et la dégradation s’accélère en quelques semaines. Chaque pot de pâte doit s'équilibrer à la température ambiante pendant 4 à 8 heures avant utilisation. Ouvrez-le à froid et la condensation contamine le flux.
La réalité de l’impression au pochoir
La sélection de l'épaisseur du pochoir suit la règle du rapport de surface : l'ouverture de l'ouverture divisée par la surface du mur doit dépasser 0,66 pour un démoulage fiable de la pâte. Un pochoir de 150 μm d’épaisseur convient à la plupart des applications. Les BGA à pas fin- peuvent nécessiter 100 μm, voire 80 μm. Les pochoirs découpés au laser-fournissent des parois d'ouverture plus propres que la gravure chimique, ce qui se traduit directement par l'efficacité du transfert.
L'ensemble du processus de collage-sur-tampon dépend de la rupture de la liaison adhésive entre la pâte et la paroi du pochoir tout en maintenant la liaison cohésive au sein du dépôt de pâte. Si vous vous trompez, vous verrez des remplissages incomplets, des-oreilles de chien, des ponts au niveau des défauts d'impression-qui se propagent par refusion sous forme de joints ouverts ou de courts-circuits.
Quand vous utilisez quoi
L'arbre de décision n'est pas compliqué une fois que vous comprenez les contraintes du processus.
La pâte à souder domine l'assemblage SMT.Le brasage par refusion-que ce soit par convection, phase vapeur ou IR-exige que le matériau de soudure soit pré-positionné sur les plots avant le placement des composants. Il n'existe aucune alternative pratique aux volumes de production. Une machine à choisir-et-placer les composants sur des dépôts de pâte collante ; l'adhérence de la pâte maintient le tout en place grâce au transport dans le four de refusion.
Le flux autonome sert différentes applications.Le brasage à la vague pour les-composants traversants utilise des fluxeurs en spray ou en mousse pour recouvrir le dessous de la carte avant qu'elle n'entre en contact avec la vague de soudure fondue. Les stations de reprise dépendent d’un flux liquide ou gel appliqué directement sur le joint à réparer. Le brasage manuel utilise traditionnellement du fil fourré -, bien qu'un flux supplémentaire améliore les résultats sur les surfaces oxydées ou les alliages difficiles.
Le brasage sélectif-une approche hybride pour les-cartes technologiques mixtes-utilise généralement des jets de flux dédiés qui appliquent le matériau uniquement là où la buse sélective entrera en contact.
Le problème du profil de redistribution
C’est là que la chimie des flux recoupe l’ingénierie thermique et que les choses se compliquent véritablement.
Un profil de refusion standard comporte quatre zones. Préchauffez les rampes de la température ambiante à environ 150 degrés à 1-3 degrés par seconde-assez rapidement pour le débit, suffisamment lentement pour éviter les chocs thermiques sur les condensateurs en céramique et pour permettre un chauffage uniforme dans l'ensemble. La zone de trempage maintient entre 150 et 180 degrés pendant 60 à 120 secondes. C’est là que l’activation du flux se produit réellement. Les solvants se volatilisent, les activateurs commencent à attaquer les oxydes et l’ensemble s’équilibre à une température presque uniforme.
Puis la rampe jusqu'au sommet. Les alliages sans plomb-exigent une température maximale de 240-250 degrés avec 30 à 60 secondes au-dessus du liquidus (217 degrés pour le SAC305). Les composés intermétalliques se forment lors de cette fenêtre-Cu₆Sn₅ à l'interface entre la soudure et le plot de cuivre. Trop court et vous obtenez une mouillage inadéquate. Une croissance trop longue et intermétallique affaiblit le joint ; la couche IMC devient fragile.
Le taux de refroidissement devrait atteindre 3 à 4 degrés par seconde grâce à la solidification. Un refroidissement plus lent produit des structures de grains plus grosses avec une résistance à la fatigue inférieure.
Le flux dans votre pâte impose des contraintes strictes sur ce profil. Non, les-formulations propres ont une activité moindre-elles nécessitent des surfaces plus propres au départ et des fenêtres de traitement plus serrées. Les pâtes solubles dans l'eau-offrent une élimination agressive des oxydes mais nécessitent absolument un nettoyage après-refusion. Si vous manquez une étape de nettoyage, vous constaterez une croissance dendritique entre les conducteurs quelques mois après le déploiement sur le terrain.
La taxonomie des défauts
Chaque ingénieur de production a son ennemi personnel parmi les défauts SMT. Voici la relation avec la sélection de flux et de pâte :
Tombstone(Effet Manhattan) : Une extrémité d'un composant de puce se soulève pendant la refusion. La cause première est des forces de mouillage inégales-si un tampon mouille avant l'autre, la tension superficielle tire le composant verticalement. L’activité du flux et l’équilibre du volume de pâte sont importants ici, tout comme la géométrie des tampons et la symétrie thermique.
Boule de soudure: Ces minuscules sphères dispersées autour des composants après la refusion. Plusieurs causes-des éclaboussures de pâte à souder dues à un chauffage rapide lors du préchauffage, un dégazage du flux lors de la refusion ou un écrasement de la pâte-lors du placement du composant qui ne fusionne pas avec le joint principal. Les flux à faible-résidus aggravent parfois la situation car il y a moins de véhicule pour contenir la soudure qui s'échappe.
Pontage: Excès de soudure reliant les plots ou les fils adjacents. Peut provenir de l'impression (trop de pâte, mauvais repérage du pochoir) ou lors de la refusion (activité de flux insuffisante, désalignement des composants). Les pièces à pas fin-sur des centres de 0,4 mm sont particulièrement vulnérables.
Annulation: Poches de gaz emprisonnées dans le joint de soudure. Les flux volatils qui ne s'échappent pas avant la solidification sont les coupables habituels. Les -composants terminés en bas-QFN, LGA-montrent ce pire car il n'y a nulle part où le gaz peut s'évacuer. La refusion sous vide aide. Il en va de même pour la formulation de pâte ayant une plus faible tendance aux mictions. Certaines applications apprennent simplement à vivre avec une zone vide de 25 à 30 %.
Joints froids/non-mouillants: La soudure n'a pas correctement mouillé une ou les deux surfaces. Activité de flux insuffisante, surfaces oxydées ou temps inadéquat au-dessus du liquidus. C'est là que la sélection du flux est vraiment importante-les cartes ou composants fortement oxydés avec une mauvaise soudabilité ont besoin d'un flux d'activité plus élevé-, point final.
Types de flux : un aperçu rapide
Colophane (R) : Colophane dérivée du pin naturel-dans un solvant. Très faible activité. Fonctionne sur des surfaces pré-étamées et pas grand-chose d'autre. Les résidus sont durs et inertes. Personne ne l'utilise plus pour la production, mais cela persiste dans les applications amateurs.
RMA (colophane légèrement activée): Colophane plus activateurs doux. Le type de flux classique depuis des décennies. Toujours utile pour le soudage manuel avec des attentes raisonnables en matière de propreté.
RA (colophane activée): Activateurs agressifs pour surfaces oxydées. Les résidus peuvent être corrosifs-nettoyage obligatoire. Classifications IPC comme ROM1 ou ROH0.
Non-Nettoyer: Conçu pour les résidus laissés en place. Faible teneur en solides, généralement 2 à 5 % contre 15 à 30 % pour les flux de colophane. Nécessite des surfaces de départ plus propres et un contrôle plus strict du processus.
Soluble dans l'eau- : À base d'acide organique-, extrêmement actif, complètement corrosif s'il n'est pas éliminé. Performance de mouillage supérieure. Nécessite absolument un nettoyage aqueux après-refusion-pulvérisation d'eau DI ou immersion avec des tensioactifs. Populaire pour les applications automobiles et de haute-fiabilité où le nettoyage fait déjà partie du processus.
Détails de stockage et de manipulation qui comptent réellement
La pâte à souder doit être réfrigérée, mais tirée 4 heures avant utilisation. Il doit être remué ou malaxé avant de le charger dans l'imprimante. Il souhaite voir une pression de raclette et des vitesses de séparation constantes. Les premières impressions après le chargement de la pâte présentent souvent des caractéristiques de transfert différentes de celles réalisées après quelques cycles d'action de la pâte.
Le flux sous forme liquide-pour le brasage à la vague ou sélectif-exige moins de manipulation, mais se dégrade néanmoins. Les flux à base d'alcool-s'évaporent si les contenants ne sont pas scellés. Les formulations à base d'eau- peuvent favoriser la croissance microbienne au fil du temps.
Le plus grand mode d'échec que j'ai vu à plusieurs reprises : utiliser de la pâte au-delà de sa durée de conservation parce que "ça a toujours l'air bien". La pâte peut s'imprimer correctement et déposer des volumes raisonnables. Mais la chimie du flux s'est dégradée, vous obtenez donc de beaux dépôts de pâte-qui ne mouillent pas correctement pendant la refusion. Les joints semblent ternes et granuleux. Le test électrique détecte certaines pannes ; d'autres expédient aux clients et échouent sur le terrain.
Passer l'appel
Pour la production SMT : toujours de la pâte à souder. Adaptez le type de flux à vos exigences de propreté et à la finition de surface. Les cartes OSP (agent de conservation organique pour la soudabilité) ne tolèrent aucune -pâte propre dans la plupart des cas. ENIG (or à immersion au nickel chimique) est indulgent. La finition HASL (hot air solder leveling) possède déjà un revêtement de soudure, les exigences en matière d'activité de flux sont donc moindres.
Pour-assemblages traversants sur lignes dédiées : brasage à la vague avec flux liquide appliqué par spray fluxeur ou mousse. Pour les cartes à technologie mixte-, le pin-in-coller (refusion intrusive) élimine l'étape d'onde pour de nombreuses conceptions.
Pour les retouches : flux collant ou flux gel appliqué localement. Le joint a besoin d'une action de nettoyage, mais vous ne voulez pas que des matériaux migrent vers les zones voisines.
Pour les travaux de prototypes ou les assemblages manuels à faible volume- : le fil à souder fourré- gère la plupart des situations. Gardez un stylo flux à portée de main pour les joints tenaces.
Le point plus large est que le flux et la pâte à souder ne sont pas des alternatives l'un à l'autre dans la plupart des contextes ;-il s'agit de catégories de produits différentes remplissant des fonctions qui se chevauchent mais qui sont distinctes. La pâte à souder est un système technique qui comprend du flux. Le flux autonome est un consommable de processus pour les applications où le matériau de soudure arrive séparément. Comprendre quand chacun convient et pourquoi est une alphabétisation de base pour quiconque touche à la fabrication électronique.
Il existe davantage de nuances disponibles :-sélection d'alliages,-défis de transition sans plomb, physique détaillée de la formation intermétallique, méthodologie d'inspection pour la classification des résidus de flux. Mais pour prendre des décisions-- au quotidien, les principes fondamentaux présentés ici couvrent la plupart des situations que vous rencontrerez.
