Quiconque a passé du temps réel dans un atelier de production connaît la frustration. Vous avez des composants parfaits, des planches propres, le four de refusion réglé-et pourtant, les joints semblent ternes. Ou pire, vous commencez à voir des effets tombstone sur les 0402. Neuf fois sur dix, la cause n’est pas une erreur de l’opérateur ou une panne d’équipement. C'est la pâte à souder.
Pâte fluxanteest au cœur de l'assemblage SMT moderne, même si vous ne le saurez pas toujours à cause du peu d'attention qu'il suscite par rapport aux alliages de soudure ou à la précision du placement. C'est une erreur.
Ce qui se passe réellement au niveau moléculaire
Voici un problème auquel la plupart des opérateurs ne pensent jamais à propos des oxydes métalliques : ils se forment presque instantanément. Exposez du cuivre propre à l’air et en quelques minutes, vous obtenez une couche d’oxyde cuivreux qui s’accumule. Au moment où le carton atteint la refusion, l'oxydation a déjà compromis la mouillabilité. La soudure n'adhère pas bien aux oxydes. Période.
Pâte à soudercontient des acides organiques-généralement de l'acide adipique, de l'acide succinique ou des mélanges exclusifs de ceux-ci-qui réduisent chimiquement ces oxydes en métal nu. La réaction se produit juste au moment où les températures grimpent entre 150 et 180 degrés, juste avant que la soudure ne se liquéfie. Le timing compte ici plus que les gens ne le pensent. Un activateur trop agressif et vous obtenez des éclaboussures au préchauffage. Trop doux et ces oxydes survivent dans la zone de refusion.
Le véhicule de flux-généralement une base de colophane ou de résine synthétique mélangée à des solvants- remplit un double objectif que les ingénieurs négligent parfois. Premièrement, il maintient la poudre métallique en suspension uniformément dans la pâte. La séparation est un réel problème avec les pots de plus grande taille ; J'ai vu de la pâte laissée au repos pendant une semaine développer suffisamment de ségrégation de soudure pour réduire les volumes de dépôt de 15 %. Deuxièmement, le véhicule contrôle la rhéologie pendant l'impression. C'est ce qui vous donne cette libération nette des parois de l'ouverture du pochoir.
Le problème du mouillage dont personne ne parle
La tension superficielle régit tout lors du soudage. Le SAC305 fondu a une tension superficielle d'environ 500-520 mN/m, soit environ dix fois supérieure à celle de l'eau. Laissée à elle-même, la soudure liquide veut former une boule et minimiser la zone de contact. C'est la physique qui joue contre vous.
Les activateurs de flux diminuent la tension interfaciale entre la soudure fondue et le substrat. Cela permet à la soudure de s'étaler sur la pastille et de grimper sur le fil, formant ainsi cette géométrie de congé concave idéale. Sans activité de flux adéquate, vous obtenez des joints-à mouillage insuffisant qui semblent brillants mais n'ont pas formé de liaisons intermétalliques appropriées à l'interface du cuivre. Ces joints échoueront sous l’effet des cycles thermiques. Peut-être pas immédiatement, mais ils échoueront.
Systèmes de classification et ce qu'ils signifient dans la pratique
IPC J-STD-004B définit le système de classification des flux auquel la plupart des fabricants font référence. Cela semble compliqué à première vue, mais s'effondre logiquement une fois que vous avez examiné quelques exemples.
Les deux premières lettres indiquent le type de flux : RO pour colophane, RE pour résine, OR pour acide organique, IN pour inorganique. Vient ensuite le niveau d'activité-L, M ou H pour faible, moyen, élevé. Enfin, une teneur en halogénures de zéro ou un indicateur. REL0 est donc un flux de résine synthétique de faible-activité sans halogénures. ROM1 est une colophane d'activité moyenne-avec des activateurs aux halogénures. Assez simple.
La vraie question est de savoir quelle classification est réellement importante pour votre candidature. J'ai vu des services d'approvisionnement insister sur le ROL0 à tous les niveaux parce que « pas de nettoyage signifie pas de nettoyage », puis se battre avec des problèmes de mouillage sur les finitions OSP oxydées. Pendant ce temps, une ROM1 aurait résolu le problème-oui, techniquement, elle contient des halogénures, mais à des concentrations qui ne présentent aucun risque de fiabilité lorsqu'elles sont correctement refusionnées. Le contexte compte.
-Types solubles dans l'eau
Les formulations ORL1 et ORH1 offrent l'activité la plus élevée-, idéales pour les applications difficiles telles que les broches de connecteur ou les scénarios de reprise fortement oxydés. Ils nécessitent un nettoyage aqueux, généralement de l'eau DI au-dessus de 50 degrés avec agitation. Les résidus sont corrosifs et hydrophiles. Laissez-les sur le tableau et vous demandez une migration électrochimique sur toute la ligne.
Coller les facteurs de performance au-delà de l'évidence
La teneur en métal est importante. La pâte à souder standard contient 88-91 % de métal en poids, mais la différence entre 89 % et 90,5 % se manifeste dans la résistance à l'affaissement et la cohérence de la hauteur du dépôt. Une charge de métal plus élevée signifie moins de véhicules à brûler, des résidus plus propres et des fenêtres de processus plus étroites. Le compromis est l'imprimabilité-les pâtes fortement chargées peuvent être capricieuses avec des pochoirs à pas fin.
La distribution granulométrique suit une classification par type. Le type 3 (25-45 microns) gère la plupart des travaux SMT standard. Le type 4 (20-38 microns) devient nécessaire pour les BGA au pas de 0,4 mm et les composants 0201. Le type 5 et au-delà existent pour les applications ultra-fines, mais vous paierez un supplément et aurez besoin d'un contrôle de processus plus strict en conséquence. Plus la poudre est fine, plus sa surface est grande, plus l’oxydation est rapide lors du stockage. Certaines pâtes de type 5 ont une durée de conservation inférieure à quatre mois, même réfrigérées.
Et en parlant de réfrigération-oui, c'est obligatoire. La pâte à souder est en quelque sorte un être vivant. La chimie du flux continue de réagir à température ambiante, la viscosité augmente et la poudre métallique se dégrade lentement. La plupart des pâtes spécifient un stockage à 0-10 degrés. Des fournisseurs m'ont dit que leurs produits survivaient à température ambiante « pendant quelques jours », mais les données ne le confirment pas. Nous avons effectué une fois des tests d'impression côte à côte avec une pâte stockée correctement et une pâte laissée de côté pendant un week-end. La différence dans le remplissage des ouvertures était immédiatement évidente.
Amener la pâte là où elle doit aller
L'impression au pochoir reste la méthode la plus utilisée pour le dépôt de pâte SMT. Les propriétés thixotropes du véhicule de flux déterminent le comportement d'impression-vous souhaitez des caractéristiques de fluidification par cisaillement- qui permettent à la pâte de rouler et de remplir les ouvertures sous la pression de la raclette, puis de conserver sa forme une fois déposée. Trop de thixotropie et la pâte ne se détachera pas proprement. Trop peu et les dépôts s'affaissent avant la mise en place.
Pour les retouches, les seringues et les systèmes de distribution mettent la pâte exactement là où vous en avez besoin. La même chimie du flux s’applique, mais dans un mécanisme de distribution différent. Le flux de gel sous forme autonome-sans poudre métallique-est utilisé pour le brasage à la vague traversant-et les travaux de retouche manuelle.
Le débat sur le nettoyage
Il existe un débat permanent dans l'industrie pour savoir si aucun-résidu propre n'a réellement besoin d'être nettoyé. Techniquement, non-c'est tout le problème. Le résidu est conçu pour être inoffensif, non-conducteur, non-corrosif. Mais « bénin » a des limites.
Si vous appliquez un revêtement de protection, les résidus interféreront avec l'adhérence. Si votre produit est confronté à des environnements très humides, même aucun-résidu propre ne peut absorber l'humidité et créer des chemins de fuite. Les applications-haute fiabilité-les systèmes de sécurité médicaux, aérospatiaux et automobiles-exigent généralement un nettoyage quel que soit le type de flux. Il s'agit d'une approche avec ceinture-et-bretelles qui coûte plus cher mais élimine un mode de défaillance.
Le revers de la médaille : un nettoyage inutile gaspille des ressources et introduit des manipulations qui peuvent endommager les composants. Le nettoyage génère également des flux de déchets qui doivent être éliminés. Pour les appareils électroniques grand public ayant des exigences de fiabilité modérées, un flux non-propre correctement sélectionné n'est véritablement pas-propre.
Où tout cela mène
La technologie des pâtes flux ne cesse d’évoluer. Le passage à des pas plus fins et à des composants plus petits exige des pâtes qui impriment plus proprement, mouillent plus rapidement et laissent moins de résidus. Les alliages sans plomb-avec leurs points de fusion plus élevés nécessitent des systèmes de flux qui survivent pendant une période prolongée au-dessus du liquidus sans carboniser ni épuiser les réserves d'activateur trop tôt.
Certaines des formulations synthétiques sans nettoyage les plus récentes-ont une viscosité vraiment impressionnante-stable sur toutes les plages de température, une durée de vie prolongée du pochoir et des résidus presque-invisibles. Ils coûtent plus cher. La rentabilité de ce coût dépend de vos taux de défauts, de la charge de retouche et des exigences de qualité.
En fin de compte, la pâte fluxante est un outil chimique. Comme tout outil, son efficacité dépend de la sélection de celui qui convient au travail et de son utilisation dans le cadre de ses paramètres de conception. Faites bien les choses et vous vous demanderez pourquoi la soudure vous a posé des problèmes. Si vous vous trompez, aucune modification du profil ou précision du placement ne vous sauvera.
