La distinction entrepâte à souderetfluxreste l’un des sujets les plus confus dans l’assemblage électronique. Les techniciens les confondent. Les agents d'achat commandent le mauvais matériel. Les ingénieurs précisent flux lorsqu’ils parlent de pâte. Les deux substances partagent une chimie qui se chevauche et toutes deux impliquent cette substance grise et quelque peu collante qui fait réellement fonctionner la soudure-la confusion est donc logique. Mais se tromper coûte de l’argent réel et crée des défauts qui apparaissent des semaines ou des mois plus tard.
Ce que fait réellement Flux
Le flux est fondamentalement un agent de nettoyage. Rien de plus exotique que ça.
Les surfaces métalliques s'oxydent. Les plots de cuivre sur un PCB développent cette ternissure caractéristique quelques heures après la fabrication. Les pistes de composants proviennent de fournisseurs avec des couches d'oxyde déjà formées. Lorsque vous essayez de souder du métal oxydé, l’alliage fondu perle et refuse de mouiller la surface. Le joint a un aspect épouvantable et fonctionne mal.
Le flux contient des activateurs-généralement des acides organiques comme l'acide abiétique de la colophane de pin, ou des composés plus agressifs selon la formulation-qui attaquent chimiquement ces couches d'oxyde pendant le chauffage. Le flux nettoie essentiellement le métal exactement au moment où vous en avez besoin : lorsque la soudure fondue essaie de former une liaison.
La chimie ici est plus ancienne que la plupart des gens ne le pensent. Le flux de colophane remonte à des siècles pour les applications de travail des métaux. L’industrie électronique en a hérité et a ensuite passé des décennies à perfectionner ses variantes pour des applications de plus en plus exigeantes.
Trois familles de flux (et pourquoi c'est plus important que vous ne le pensez)
Le flux à base de colophane- provient de la sève de pin. Sérieusement. La résine naturelle est traitée et combinée avec divers activateurs pour créer les classifications R, RMA et RA auxquelles tout le monde fait référence sans bien comprendre. La colophane ordinaire (type R) fonctionne en douceur sur des surfaces relativement propres. La colophane légèrement activée (RMA) gère une oxydation modérée. La colophane activée (RA) s'attaque aux surfaces fortement contaminées mais laisse des résidus corrosifs qui doivent absolument être nettoyés.
Le problème avec le flux de colophane ? Ce résidu collant. Cela attire la poussière. Cela n'a pas l'air professionnel. Et si vous appliquez un revêtement conforme sur le panneau plus tard, bonne chance pour que le revêtement adhère à la contamination du flux.
Le flux -soluble dans l'eau résout le problème du nettoyage en utilisant des activateurs qui se dissolvent dans l'eau claire. Cela semble génial jusqu'à ce que vous réalisiez que ces formulations ont tendance à être beaucoup plus agressives-qu'elles devraient l'être, puisque les résidus sont de toute façon éliminés. Laisser des résidus de flux solubles dans l'eau sur une planche ? Corrosion garantie. Les acides organiques continuent d’attaquer le métal.
Aucun-flux propre n'est apparu dans les années 1990, alors que les fabricants cherchaient à éliminer complètement l'étape de nettoyage. Le concept : formuler des activateurs suffisamment doux pour que les petits résidus restant après refusion ne nuisent à rien. En théorie, vous évitez le processus de lavage, gagnez du temps et réduisez les déchets chimiques.
En pratique? Bien.
Le mythe du non-propre
Voici ce que personne ne m'a dit lorsque j'ai débuté dans ce secteur : « pas de nettoyage » ne signifie pas « n'a jamais besoin d'être nettoyé ».
Cela signifie que les résidus ne provoqueront probablement pas de pannes dans des conditions de fonctionnement normales dans des environnements normaux pendant la durée de vie prévue du produit. Probablement.
Les résidus absorbent toujours l'humidité. Il a encore un certain contenu ionique. Cela empêche toujours l’adhérence du revêtement de protection. Cela ressemble toujours à des déchets en cours d'inspection.
Pour les appareils électroniques grand public qui finiront dans une décharge d’ici trois ans ? Non,-le nettoyage fonctionne correctement. Pour les dispositifs médicaux ? Aérospatial? Applications sous-capot automobile ? Nettoyez ce flux. Les normes IPC ne permettent aucun résidu-propre, mais tout ingénieur spécifiant des assemblages militaires ou à haute-fiabilité le sait mieux.
J'ai vu des planches renvoyées du terrain avec des dendrites-croissances métalliques cristallines-traces de pont, car aucun-résidu propre n'absorbait suffisamment d'humidité au fil du temps pour permettre la migration électrochimique. Le résidu était "sûr" selon la fiche technique. Le conseil d'administration a échoué de toute façon.
Maintenant sur la pâte à souder
La pâte à souder est fondamentalement différente du flux car elle contient du métal réel.
Le produit contient environ 50 % de flux en volume mais 90 % de métal en poids. Ce rapport semble contradictoire jusqu’à ce que l’on se souvienne de la densité de l’étain et de l’argent par rapport aux composés organiques. La partie métallique est constituée de minuscules particules sphériques-de 75 microns à 15 microns selon l'application-en suspension dans le flux.
Lorsque les gens parlent de « pâte à souder », ils décrivent un mécanisme de distribution permettant d'obtenir des quantités précisément contrôlées d'alliage de soudure sur les plots de PCB lors de l'assemblage en surface. Le composant flux nettoie les surfaces pendant la refusion. Les particules métalliques fondent ensemble et forment le véritable joint.
Vous ne pouvez pas remplacer le flux par de la pâte à souder. Le flux ne contient aucun métal. Cela ne créera pas de connexion électrique. C'est juste... ça nettoie.
Vous ne pouvez pas non plus remplacer la pâte à souder par le flux dans les applications de brasage manuel. La pâte à souder est conçue pour l'impression au pochoir et les fours de refusion. La rhéologie est totalement fausse pour l'alimentation du fil-sur une panne de fer à souder.
Le cauchemar du stockage
Personne ne m'a prévenu pour le réfrigérateur.
La pâte à souder nécessite un stockage réfrigéré-généralement entre 2 degrés et 10 degrés -avec une humidité soigneusement contrôlée. Les activateurs de flux contenus dans la pâte réagissent lentement avec la poudre métallique, même à basse température. Avec suffisamment de temps, ces réactions provoquent la soudure des particules en amas qui obstruent les ouvertures du pochoir et distribuent les aiguilles.
La plupart des pâtes à braser ont une durée de conservation de six mois au réfrigérateur. Les formulations hydrosolubles-durent parfois seulement trois mois. Les pâtes à brai fine-avec des particules plus petites se dégradent plus rapidement car la surface accrue accélère la réaction de soudage.
Et vous ne pouvez pas simplement sortir un pot du réfrigérateur et commencer à imprimer.
La pâte froide a une viscosité complètement fausse. Ça s'imprimera comme une poubelle. Il faut quatre à six heures à température ambiante avant que le matériau se stabilise suffisamment pour être utilisé. Précipiter cet échauffement en chauffant la pâte ? Vous venez de séparer le flux du métal et de ruiner tout le conteneur.
Ensuite, il y a le problème de la condensation. Ouvrez un récipient à pâte froide et l'humidité de l'air se condense immédiatement sur la surface. Cette humidité provoque des boules de soudure et des éclaboussures lors de la refusion. Laissez la pâte tiède et scellée. Toujours.
Le flux en lui-même est beaucoup plus indulgent. Le flux liquide dans une bouteille dure généralement un an ou deux à température ambiante. Le fil de soudure fourré -n'expire pratiquement jamais s'il est conservé au sec. Le flux à l’intérieur du fil est encapsulé à l’abri de l’air.
Quand les choses tournent mal
Les défauts de la pâte à souder remplissent des manuels entiers. Je mentionnerai ceux qui hantent mes cauchemars.
Le tombstoning se produit lorsqu'un composant de puce-généralement une minuscule résistance 0402 ou 0201-se dresse à une extrémité pendant la refusion, le plot opposé se soulevant complètement. La tension superficielle de la soudure fondue sur un côté retourne littéralement la pièce à la verticale. Cela ressemble exactement à une pierre tombale, d'où son nom. Les causes incluent des dépôts de pâte inégaux, un chauffage inégal, une conception asymétrique des tampons ou des composants décentrés-.
Les taux de désactivation montent en flèche avec les soudures sans plomb-, car les températures de refusion plus élevées augmentent les forces de tension superficielle. J'ai vu des lignes de production qui fonctionnaient parfaitement avec de l'étain-plomb produire soudainement des taux de chute de 2 % après la transition RoHS.
Le pontage se produit lorsque la soudure s'étend entre des plages adjacentes, créant ainsi des courts-circuits. Les coupables habituels : trop de pâte, des ouvertures de pochoir trop grandes, des fils de composants poussant la pâte latéralement lors du placement. Les QFP à pas fin- relient les usines si votre processus n'est pas connecté.
Les joints froids-des connexions ternes, granuleuses et faibles-résultent d'une chaleur ou d'un temps insuffisants au-dessus du liquidus. La soudure n'a jamais complètement fondu. L’articulation semble en mauvais état et fonctionne moins bien.
La miction se produit lorsque le gaz emprisonné à l’intérieur d’un joint crée des poches creuses. Certaines mictions sont acceptables. Mais sur les coussinets thermiques sous les composants de puissance ? Ces vides agissent comme des isolants thermiques. L'appareil surchauffe. Les retours sur le terrain commencent à arriver.
Les problèmes de flux sont différents
Les échecs de flux ont tendance à être plus subtils et à plus long terme-.
Un nettoyage inadéquat laisse une contamination ionique qui attire l’humidité et permet la corrosion. Vous ne verrez pas cet échec lors des tests de production. Vous le verrez échouer dix-huit mois plus tard, lorsque le client appellera.
L'utilisation d'un mauvais type de flux pour l'application crée des risques de fiabilité que les tests ne peuvent pas facilement détecter. Aucun-résidu propre dans un environnement humide. Flux de colophane sous vernis conforme. Flux soluble dans l'eau-qui n'a pas été complètement lavé.
Le flux expiré perd son activité. Les activateurs se dégradent. Soudain, votre fer à souder produit des joints qui semblent fins mais présentent un démouillage microscopique à l'interface car la couche d'oxyde n'a pas été complètement éliminée. Le joint passe une inspection visuelle. Il échoue au cycle thermique.
La question de la soudure manuelle
Pour le retravail manuel et le prototypage, le flux séparé est bien plus important que la pâte à souder.
Stylos à flux, seringues à flux, pots à flux avec applicateurs à pinceaux -appartiennent à l'établi de chaque technicien. Appliquez du flux sur les fils des composants avant de souder. Appliquez du flux sur les tampons avant de placer les composants. Appliquez du flux pour les travaux de dessoudage car l'ancienne soudure sur ces plots est complètement oxydée depuis l'assemblage d'origine.
Vous ne voulez pas de-flux propre ou RMA pour la plupart des travaux sur table. Soluble dans l'eau-si vous disposez d'un équipement de nettoyage à ultrasons. Évitez le flux RA sauf si vous avez affaire à des surfaces fortement oxydées et si vous disposez d'un véritable processus de nettoyage.
Le fil de soudure fourré-contient déjà du flux, évidemment. Mais se fier uniquement au flux de base est une erreur de débutant. Le flux externe appliqué au joint avant le chauffage améliore considérablement le mouillage et réduit le temps d'exposition à la chaleur. Le joint se forme plus rapidement et sollicite moins les composants.
Je n'utilise pas de flux collant-propre dans une seringue pour la plupart des retouches. Appliquez une petite quantité sur le tampon, placez le composant, chauffez avec le fer, c'est prêt. Les résidus sont minimes et peuvent être laissés en toute sécurité.
Pâte à souder pour prototypage
Certains amateurs et petits magasins utilisent de la pâte à souder pour-prototypes SMT placés à la main, refusionnés dans des fours grille-pain modifiés ou sur des plaques chauffantes. Cela fonctionne mais nécessite de comprendre les contraintes.
La pâte à souder pour distribution a une rhéologie différente de celle de la pâte d'impression. La teneur en métal est de 84 - 87 % au lieu de 89 à 91 %. La pâte doit s'écouler à travers les embouts des seringues sans se boucher. Utiliser de la pâte à pochoir dans une seringue ne fonctionne pas bien.
Le profil de refusion est extrêmement important. Les fabricants de pâte à souder spécifient les rampes de préchauffage, les températures de trempage, le temps au-dessus du liquidus, la température maximale et les vitesses de refroidissement. Déviez-vous considérablement et vous obtenez des vides, des joints froids, des chutes, des billes de soudure et des dommages aux composants.
La plupart des configurations amateurs ne peuvent pas contrôler les profils avec précision. Les résultats varient. Ce n’est pas pour rien que les professionnels utilisent de véritables fours à refusion avec transport par convoyeur et plusieurs zones de chauffage.
Faire le choix
Quand utiliser le flux seul : opérations de brasage manuel, de reprise, de dessoudage, de-retouches, d'assemblage traversant-avec brasage à la vague.
Quand utiliser la pâte à souder : assemblage à montage en surface avec brasage par refusion, production automatisée, SMT imprimé au pochoir.
Les matériaux ne sont pas interchangeables. Essayer d'utiliser de la pâte à souder pour le brasage manuel crée un gâchis. Essayer d'utiliser du flux seul pour l'assemblage SMT ne produit aucun joint de soudure car il n'y a pas de métal.
Pour le stockage, la pâte à souder nécessite une réfrigération et une durée de conservation courte. Le flux est plus indulgent mais se dégrade toujours au fil des années.
Pour des raisons de fiabilité, les deux nécessitent une compréhension de la chimie spécifique impliquée. Non-le nettoyage n'est pas universellement sûr. L'eau-soluble nécessite un nettoyage en profondeur. La colophane a besoin d'être nettoyée pour le revêtement conforme.
La confusion d’achat entre pâte et flux ? Cela arrive constamment dans cette industrie. Les catalogues les répertorient les uns à côté des autres. Les numéros de pièces se ressemblent. Les descriptions mentionnent « soudure » pour les deux.
N'oubliez pas : la pâte contient du métal. Ce n'est pas le cas de Flux. Tout le reste découle de cette distinction fondamentale.
Un petit mot sur Lead-Gratuit
La transition de l'industrie vers le brasage sans plomb-à partir de 2006 environ a considérablement modifié les formulations de flux et de pâte.
Les-alliages sans plomb-généralement SAC305 (96,5 % d'étain, 3 % d'argent, 0,5 % de cuivre)-fondent à environ 217 degrés contre 183 degrés pour l'étain traditionnel-plomb. Cette différence de 34 degrés semble mineure mais force des changements dans la chimie du flux. Les activateurs doivent rester stables plus longtemps à des températures plus élevées. La fenêtre de processus se rétrécit. Tout devient moins indulgent.
La soudure sans plomb-mouille également les surfaces de manière moins agressive que l'étain-plomb. La tension superficielle est plus élevée. Les composants sont plus susceptibles de tomber en panne. Les ponts se forment plus facilement. L'apparence des joints est naturellement plus terne que celle des joints brillants en étain -plomb qui indiquaient autrefois la qualité.
Les formulations de flux ont évolué pour compenser. Les flux modernes sans-propre pour les applications sans plomb-utilisent des activateurs à température plus élevée-et offrent une durée de vie prolongée à des températures de refusion élevées. Mais ils ne sont pas nécessairement rétrocompatibles-avec les procédés à l'étain-plomb, et le mélange des formulations crée des problèmes.
Si vous travaillez dans un environnement qui utilise encore de l'étain-pour des applications exemptées-médicales, aérospatiales, militaires-assurez-vous que votre flux et votre pâte correspondent au système d'alliage. Les produits chimiques sont optimisés différemment.
Ce que personne ne mentionne
La statistique 50-90%.
Les études montrent systématiquement qu'entre la moitié et quatre-vingt-dix pour cent des défauts d'assemblage SMT proviennent de l'impression de pâte à souder. Pas de placement. Pas de refusion. Impression.
Le dépôt de pâte est incorrect :-trop, pas assez, étalé, décalé, ponté au niveau du pochoir-et les processus en aval ne peuvent pas compenser. Vous avez déjà perdu avant même que les composants n'atteignent la carte.
Cela signifie que la qualité de la pâte à souder, la manipulation de la pâte, la conception des pochoirs, l'étalonnage de l'imprimante et les contrôles environnementaux sont bien plus importants que la plupart des usines ne le reconnaissent. Les machines flashy-pick and -et les fours à refusion sophistiqués attirent l'attention. L'imprimante à pâte est négligée.
Pendant ce temps, le flux attire encore moins l’attention car il s’agit « simplement » de produits chimiques de nettoyage. Mais les problèmes de résidus de flux provoquent des retours sur le terrain des années plus tard. À ce moment-là, tout le monde a oublié quel flux a été utilisé sur quelle version.
Documentez tout. Datez vos documents. Suivez les numéros de lot. Le travail de détective requis pour diagnostiquer les défaillances sur le terrain liées au flux-sans documentation est essentiellement impossible.
Ce n’est pas un conseil glamour. Il n’est pas non plus possible de réfrigérer correctement votre pâte, de la laisser chauffer avant utilisation ou de nettoyer les résidus si nécessaire. Les principes fondamentaux déterminent si les conseils d’administration fonctionnent de manière fiable pendant dix ans ou s’ils échouent mystérieusement après dix-huit mois.
La pâte à souder et le flux ne sont pas des matériaux passionnants. Ce ne sont pas les microprocesseurs, les capteurs ou les composants RF qui rendent l'électronique impressionnante. C’est la matière grise qui maintient tout ensemble.
Si vous vous trompez, rien d'autre ne compte.
