Qu'est-ce que le flux de brasage à la vague ?

Flux de brasage à la vagueest un agent chimique appliqué aux cartes de circuits imprimés avant qu'elles n'entrent en contact avec la vague de soudure fondue, servant à éliminer les oxydes métalliques des surfaces soudables tout en favorisant un mouillage approprié et la formation de composés intermétalliques. Le flux se compose d'activateurs, de véhicules et de solvants-chaque composant remplissant des fonctions thermochimiques distinctes qui déterminent si un joint se forme correctement ou devient une autre entrée dans votre journal des défauts.

Chaque surface métallique exposée à l’atmosphère développe une couche d’oxyde. Le cuivre s'oxyde. L'étain s'oxyde. Les câbles du composant sont restés dans ce tube pendant six mois dans votre entrepôt-définitivement oxydés. L’oxydation se produit continuellement, commençant au moment où le métal nu entre en contact avec l’air, et s’accélérant à des températures élevées.

La soudure ne mouille pas les oxydes. Il mouille le métal propre.

Cette incompatibilité fondamentale crée l’ensemble de la raison pour laquelle le flux existe. Vous n'ajoutez pas de flux parce qu'une fiche technique vous l'a demandé. Vous l'ajoutez parce que sans intervention chimique, cette vague de 260 degrés de SAC305 traversera votre planche sans rien faire. Les boules de soudure refusent de se propager et vos -trous traversants émergent comme si quelqu'un avait essayé de les remplir de mercure.

J'ai vu des opérateurs regarder des joints mal mouillés accuser la contamination de l'alliage, le temps de séjour, le débit d'azote -tout sauf l'évidence. Vérifiez d’abord votre couverture de flux. Quatre-vingt-dix pour cent des échecs de mouillage sont dus à un flux inadéquat atteignant la zone de joint.

Les flux à base de colophane- dominent le brasage à la vague pour des raisons qui remontent à des siècles. L'ingrédient actif-acide abiétique, C19H29COOH-est dérivé de la résine de pin par distillation et purification. Ce n'est pas de la chimie sophistiquée. Les métallurgistes de l’Antiquité utilisaient la poix de pin. La formulation moderne contrôle simplement mieux les variables.

L'acide abiétique fond à environ 172 -175 degrés, ce qui est bien en dessous de l'eutectique traditionnel à l'étain-plomb à 183 degrés. Le timing compte. Vous souhaitez que l'activation du flux précède le contact de la soudure par fractions de secondes - suffisamment longues pour éliminer les oxydes, suffisamment courtes pour que la surface nettoyée ne se réoxyde pas avant l'arrivée de la soudure.

Le mécanisme d'activation implique des réactions acide-base entre les groupes carboxyliques et les oxydes métalliques :

RCOOH + CuO → RCOO-Cu + H2O

Le cuivre est lié dans un sel soluble dans la colophane-. Les produits de réaction se dissolvent dans le flux fondu et sont emportés hors de l’interface commune. Restes de métal propre. La soudure mouille.

Le-sans plomb a tout changé dans ce timing. Le liquidus SAC305 se situe à 217-220 degrés. Ces 35 -40 degrés supplémentaires signifient que votre flux doit rester chimiquement actif plus longtemps avant que la décomposition thermique ne le rende inutile. Les formulations de colophane traditionnelles conçues pour les procédés 63/37 sont souvent sous-performantes à des températures sans plomb : elles ont épuisé leur capacité d'élimination des oxydes avant même que la soudure n'arrive.

"Pas de-propre" ne signifie pas "aucun résidu". Cela signifie que les résidus ne causeront théoriquement pas de problèmes de fiabilité s'ils sont laissés sur la carte.

Théoriquement.

La réalité implique que les fabricants de flux effectuent des tests SIR à 85 degrés/85 % d'humidité relative sur des modèles en peigne IPC-B-24, démontrant que leurs résidus maintiennent une résistance d'isolation de 100 mégohms pendant 168 heures dans des conditions de laboratoire contrôlées. Que cela se traduise par une survie de votre produit dix ans dans un compartiment moteur automobile ou dans un environnement industriel avec une contamination réelle est une toute autre question.

Non-les flux propres contiennent 1-5 % de matières solides-principalement des acides organiques faibles avec peut-être un peu de colophane ou de résine synthétique. Les formulations sacrifient délibérément l’activité au profit de la bénignité des résidus. Le compromis fonctionne lorsque vos composants ont des surfaces fraîches et soudables. Cela échoue de façon spectaculaire lorsque les sources d'approvisionnement ont oxydé des pièces provenant de ce fournisseur de Shenzhen qui stocke ses stocks dans un entrepôt non -climatisé.

Chaque fabricant sous contrat avec lequel j'ai travaillé garde à portée de main un flux-soluble dans l'eau pour les cartes qu'aucun-nettoyage ne refuse de souder correctement. La documentation officielle du processus peut spécifier ORL0 no-clean pour tout. La réalité de l'atelier de production implique de changer de produit chimique lorsque les taux de défauts augmentent.

Les flux-solubles dans l'eau contiennent des acides organiques-adipique, citrique, succinique-à des niveaux d'activité qui donnent aux formulations de colophane un aspect doux. La teneur plus élevée en acide attaque les oxydes de manière agressive. Le mouillage arrive vite. Le remplissage des trous s'améliore. Les articulations semblent brillantes.

Les résidus sont également suffisamment corrosifs pour détruire votre produit.

Pas finalement. Pas théoriquement. Activement corrosif. Laissez les résidus solubles dans l'eau sur une planche alimentée pendant la nuit et regardez les dendrites se développer entre les traces. La contamination ionique crée des chemins conducteurs grâce à l’absorption de l’humidité. Une migration électrochimique s'ensuit. Les composants échouent.

Les processus-solubles dans l'eau nécessitent un lavage. Le nettoyage aqueux, généralement à 140 degrés F avec de l'eau DI, élimine les sels de flux avant qu'ils ne causent des dommages. Chaque planche. À chaque fois. Aucune exception.

L'étape de nettoyage ajoute des coûts :-équipement, traitement de l'eau, séchage et tests de contamination ionique. Les ingénieurs de fabrication détestent ça. Mais pour les planches épaisses avec de longues longueurs de corps, ou les composants avec des fils fortement oxydés, ou toute situation où le remplissage des trous exige une activité de flux maximale, l'eau -soluble reste la seule chimie qui fonctionne de manière fiable.

IPC J-STD-004 les classe comme types ORH ou même INH. Le « H » signifie une activité élevée. Le système de classification existe spécifiquement pour avertir les gens du potentiel de corrosion.

Le fluxage de mousse fonctionne en faisant barboter de l'air comprimé à travers une pierre poreuse immergée dans le flux, créant une tête de mousse debout qui entre en contact avec le dessous de la planche. Le processus existe depuis les années 1970. C'est simple, bon marché et fiable lorsqu'il est correctement entretenu.

Il répartit également le flux de manière inégale.

La tête de mousse s’effondre lorsque des planches à topographie inférieure irrégulière passent à travers. Les gros composants collés du côté soudure créent des ombres. La consommation de flux varie en fonction de l'humidité ambiante. La pierre poreuse se bouche avec des résidus séchés si quelqu'un oublie de vider le réservoir avant l'arrêt.

J'ai passé des journées entières à résoudre les problèmes du fluxeur à mousse. Le blocage par la pierre est classique-se manifeste par une hauteur de mousse réduite, les opérateurs compensent en augmentant la pression de l'air, ce qui crée une mousse instable qui s'effondre pendant le transport de la carte, entraînant une couverture inégale qui se manifeste par une soudure aléatoire. La solution nécessite de drainer, de nettoyer, voire de remplacer entièrement la pierre. Pendant ce temps, la production s'arrête.

Le fluxage par pulvérisation atomise le flux liquide à travers les buses, déposant des quantités contrôlées exactement là où programmé. L’uniformité de la couverture s’améliore considérablement. La consommation de flux diminue car vous ne maintenez pas un réservoir de mousse qui s'évapore continuellement. Les paramètres du processus -volume de pulvérisation, vitesse de déplacement, pression de la lame d'air-réagissent de manière prévisible à l'ajustement.

Les systèmes de pulvérisation coûtent plus cher. Ils se bouchent si quelqu'un utilise un flux à haute teneur en solides sans ajuster les programmes d'entretien. Mais pour tout volume de production justifiant la dépense d’investissement, le spray surpasse la mousse.

Les systèmes d'atomisation par ultrasons les plus récents fragmentent le flux en gouttelettes plus fines que la pulvérisation assistée par air-, améliorant ainsi la pénétration dans les espaces restreints. Que cela soit important pour la conception spécifique de votre carte dépend entièrement de la géométrie.

La soudure sans plomb-ne remplit pas les trous comme le faisait l'étain-plomb.

La physique implique la tension superficielle et la vitesse de mouillage. Le SAC305 présente une tension superficielle supérieure à celle du 63/37, soit environ 500 mN/m contre 470 mN/m. L'alliage fondu résiste à l'écoulement dans des barils étroits. La remontée capillaire en souffre. Les filets du dessus émergent minces ou totalement absents.

Le flux peut compenser partiellement. Les formulations à activité plus élevée réduisent la tension superficielle efficace grâce à une meilleure élimination des oxydes, améliorant ainsi l'action capillaire. Un préchauffage prolongé garantit que les substances volatiles du flux se sont complètement évaporées avant le contact avec la vague, maximisant ainsi la concentration résiduelle de l'activateur au moment critique. Des vitesses de convoyeur plus lentes augmentent le temps de contact, donnant à la soudure plus de possibilités de s'évacuer vers le haut.

Mais il y a des limites.

Les panneaux d'une épaisseur supérieure à 0,093 pouces avec des rapports d'aspect supérieurs à 8:1 défient même les flux chimiques agressifs. La longueur du canon dépasse tout simplement ce que l'action capillaire peut accomplir dans le temps de séjour disponible. Soit vous augmentez le temps de contact jusqu'à ce que des dommages thermiques menacent les composants, soit vous acceptez un remplissage incomplet comme une limitation inévitable du processus.

Certains fabricants résolvent ce problème en effectuant une soudure sélective pour les joints problématiques. D’autres redessinent la géométrie des pads. Personne n'a trouvé de solution-uniquement de flux pour les barils à-rapport d'aspect-avec des alliages sans plomb-. La physique ne le permet pas.

Les réglementations sur les composés organiques volatils ont forcé la reformulation des flux dans l’ensemble de l’industrie. Les flux traditionnels à base d'alcool-émettent de la vapeur d'isopropanol lors de l'application et préchauffent-suffisamment pour déclencher des problèmes de conformité environnementale dans les juridictions ayant des exigences strictes en matière de qualité de l'air.

Les formulations sans COV-utilisent de l'eau comme solvant de support. Ils fonctionnent. Ils se comportent également différemment.

L'eau s'évapore plus lentement que l'isopropanol. Les zones de préchauffage nécessitent une extension ou des températures plus élevées pour obtenir une élimination équivalente du solvant. Le séchage plus lent affecte la façon dont le flux se répartit sur les surfaces irrégulières. Les caractéristiques des résidus changent car différentes cinétiques d'évaporation des porteurs modifient ce qui reste après exposition thermique.

Passer d'un flux à base d'alcool-à un flux sans COV-ne représente jamais une baisse-de remplacement. La requalification du processus est obligatoire. Quiconque vous dit le contraire n'a pas réellement tenté la transition sur un produit à haute-fiabilité.

Solders

Le système de classification des flux d'IPC a remplacé les anciennes normes militaires QQ-S-571 par une matrice de désignateurs : composition (RO pour colophane, RE pour résine, OR pour organique, IN pour inorganique) combinée avec le niveau d'activité (L/M/H pour faible/moyen/élevé) et la teneur en halogénures (0 ou 1).

Ainsi, ROL0 indique un flux à base de colophane-, à faible-activité et sans halogénures-. ORM1 signifie composition organique, activité moyenne, halogénures présents.

Le système permet de comparer les produits des différents fabricants. Il ne vous indique pas si un flux spécifique fonctionnera pour votre application. Deux flux ROL0 provenant de fournisseurs différents peuvent présenter des performances de mouillage sensiblement différentes, car la classification mesure des paramètres de test spécifiques -miroir de cuivre, SIR, corrosion-et non la capacité globale du processus.

Utilisez la classification pour la sélection initiale. Faites confiance à vos propres tests de qualification pour les décisions de production.

Les activateurs aux halogénures-généralement des composés de chlorure ou de bromure comme le chlorure de diéthylammonium-améliorent considérablement la vitesse de mouillage. Ils attaquent les oxydes plus rapidement que les alternatives aux acides organiques. Pour les composants oxydés ou les finitions OSP en cuivre nu, le flux activé aux halogénures-fait souvent la différence entre des rendements de processus acceptables et un retravail constant.

Les résidus restent ioniques. Lorsqu'ils sont exposés à l'humidité, les résidus d'halogénures absorbent l'humidité et deviennent conducteurs. La migration électrochimique s'accélère. Les ingénieurs en fiabilité documentent les défaillances sur le terrain attribuées à la croissance dendritique des années après l'assemblage.

Les applications à haute -fiabilité-aérospatiale, médicale et militaire-interdisent souvent les flux contenant des halogénures-, quelle que soit la classification de l'activité. L'électronique grand public tolère les halogénures car la durée de vie des produits ne s'étend pas sur plusieurs décennies et les environnements d'exploitation combinent rarement une humidité élevée et une alimentation continue.

Le choix implique une acceptation explicite du risque. Les halogénures améliorent la fabricabilité au détriment du potentiel de corrosion à long terme. Non-les formulations propres contenant des halogénures (désignations L1, M1) nécessitent un examen particulier car les résidus sont conçus pour rester indéfiniment sur le panneau.

Le flux liquide arrive des fournisseurs à une teneur en solides spécifiée-peut-être 2 % pour le spray sans nettoyage-, 15 % pour la colophane en mousse. Lors de l'utilisation, le solvant s'évapore. La densité grimpe. L'activité par unité de volume augmente.

Sans surveillance, le flux qui a commencé à 2 % de solides évolue vers 3 % ou 4 %. Les volumes d'application restent constants car personne n'a modifié les paramètres de pulvérisation. Les panneaux reçoivent beaucoup plus de matière active que ce pour quoi le processus était qualifié. Les niveaux de résidus dépassent les attentes. La conformité au SIR devient discutable.

Chaque opération de brasage à la vague doit mesurer quotidiennement la densité de flux. Les réfractomètres fonctionnent, bien que les densimètres dédiés offrent une plus grande précision. La mesure dure trente secondes. L'alternative consiste à découvrir lors des audits de qualification des clients que votre processus a dérivé en dehors des spécifications il y a six mois.

Le flux à base de colophane-contient des composés avec des doubles liaisons conjuguées sensibles à la polymérisation oxydative. Conservez-le au chaud, exposez-le à la lumière, laissez les récipients non scellés-le flux se dégrade. La viscosité augmente. Les performances de mouillage diminuent. Ce qui a fonctionné le mois dernier échoue aujourd’hui.

Les fabricants spécifient un stockage entre 15 et 25 degrés. Ils le pensent vraiment.

J'ai vu des chaînes de production résoudre des défauts de soudure fantômes pendant des semaines avant que quelqu'un ne vérifie si les fûts de flux étaient stockés à côté du conduit d'échappement de préchauffage. Le flux avait essentiellement cuit pendant le stockage. Le matériau frais du même numéro de lot a fonctionné normalement.

La sélection du flux implique d'équilibrer l'activité par rapport aux problèmes de résidus, d'adapter la chimie à la soudabilité spécifique de vos composants et à la finition de la carte, puis de valider les performances par des essais de production réels. Les spécifications de la fiche technique fournissent des points de départ et non des garanties. Le système de classification offre un vocabulaire pour discuter des options, et non des prédictions de succès.

Le travail fondamental-élimination des oxydes afin que la soudure mouille le métal-n'a pas changé depuis que les anciens artisans ont découvert que la poix de pin aidait à joindre le bronze. Les formulations modernes s'optimisent en fonction des contraintes contemporaines : températures sans plomb, réglementations environnementales, géométries à haute densité, exigences de fiabilité prolongeant la durée de vie des produits.

En cas d'échec de la soudure, vérifiez d'abord le flux. Vérifiez la couverture, vérifiez l'activation, vérifiez si la chimie correspond réellement aux conditions de votre procédé. La réponse est généralement plus simple qu’on ne veut l’admettre.