Jootepasta tööpõhimõte?

jootepastaon sinu vastus. See on üks neist materjalidest, mis teeb palju rohkem, kui inimesed seda tunnustavad.

Keskmiselt on jootepasta hall, kergelt sõmer segu. Mõelge sellele nagu väga täpsele metallist hambapastale. Need mikroskoopilised jootesulamist{2}}kerad, mille läbimõõt on tavaliselt 20–50 mikronit{5}}, on riputatud kleepuvas räbustikus. Enamikus preparaatides moodustab pulber massist umbes 85–90%.

Sulam ise? Seal lähevad asjad huvitavaks ja ausalt öeldes võin siin tunde rääkida. Traditsiooniline tina-plii (SnPb) oli aastakümneid tööstuse lemmik. Eutectic 63/37 SnPb sulab täpselt 183 kraadi juures nullipastaga. Puhas, etteaimatav, meeldiv töötada. Seejärel juhtus 2006. aastal RoHS ja elektroonikamaailm püüdis pliivabade alternatiivide poole, nagu SAC305 (96,5% tina, 3% hõbedat, 0,5% vaske), mis vajab kõrgemat tagasivoolutemperatuuri umbes 217 kraadi võrra.

Kuid ausalt öeldes pole metallosa siin saate staar.

pilt

Siin on midagi, mille täielikuks mõistmiseks kulus mul liiga kaua: joodis ei kleepu metalli külge. See jääb külgepuhasmetallist. Ja puhast metalli kõrgel temperatuuril vabas õhus põhimõtteliselt ei eksisteeri.

Vask oksüdeerub. Kiire. Kuumutamise hetkel hakkab see läikiv pind moodustama vaskoksiidi ja vaskoksiid on jootmiseks täiesti kohutav. Tinaoksiidid tekivad jootepallidele endile. Kõik üritab pidevalt roostetada, korrodeeruda, oksüdeeruda-kuid iganes soovite seda nimetada.

See on koht, kus voog teenib oma palga.

Jootepasta räbustikomponent esitab ausalt öeldes muljetavaldava keemilise tantsu:

Oksiidi lahustumine

Enamik räbusteid sisaldab orgaanilisi happeid -abieethapet kampoli-põhistes preparaatides või agressiivsemaid halogeniidühendeid kangekaelsete oksiidikihtide jaoks. Kuumutamisel ründavad need happed metallioksiidi kilesid keemiliselt, muutes need lahustuvateks metallisooladeks, mis vuugipiirkonnast minema pühitakse. Aluseks olev puhas metall paljastatakse lühidalt ja väärikalt.

Hapnikubarjäär

Vedel räbust katab paljastatud metallpinnad nagu kaitsetekk. See takistab füüsiliselt atmosfäärihapniku puudutamist kuuma metalli ja{1}}reoksüdeerib seda kriitilistel sekunditel, mil on vaja märgata.

Pindpinevuse muutmine

See peen, kuid ülioluline{0}}voog vähendab pindpinevust vedela joodise/metalli liidesel. Ilma selleta kerkiks sula joodis padjale nagu vesi vahatatud autol. Sellega joodis levib, niisutab, kleepub.

On erinevaid räbustuskeemilisi aineid -ei ole-puhas, vees-lahustuv, kergelt aktiveeritud kampol (RMA)-, kuid need kõik täidavad neid põhifunktsioone. Valik sõltub teie rakendusest ja sellest, kas soovite plaati hiljem puhastada. Mõned jätavad jäägid, mis näevad kohutavad välja, kuid on elektriliselt kahjutud. Teised on aktiivselt söövitavad ja need tuleb kindlasti maha pesta.

Nii et pasta on ladestunud PCB-alustele, komponendid on asetatud peale. Mida nüüd teha? Kokkupanek läbib reflow-ahju ja siin teevad füüsika ja keemia koostööd viisil, mis mind endiselt paelub.

Eelsoojendage

Plaat siseneb umbes toatemperatuuril. Lööge külma koostu 250 kraadiga ja te pragunite komponente, paiskate kõikjale jootekuule, võib plaadi enda kihistada. Pole hea.

Seega hoopis: õrn soojendamine. Tüüpiline on umbes 1-3 kraadi sekundis. Eesmärk on viia kõik umbes 150 kraadini ilma draamata. See faas hakkab ka voolus lahusteid lendama – soovite, et need oleksid kadunud enne, kui saavutate tipptemperatuuri, vastasel juhul tekivad tühimikud ja pritsmed.

Leota

See on tasandamise faas. Hoidke kõike umbes 150-200 kraadi juures 60-120 sekundit. Eesmärk? Termiline homogeensus. BGA soojusmass ei sarnane 0402 takisti omaga. Andke neile aega sama temperatuuri saavutamiseks, enne kui viskate nad koos tagasivoolutsooni.

Ja see on oluline,{0}}leotamine aktiveerib voo. Need orgaanilised happed muutuvad kõrgel temperatuuril korralikult aktiivseks. Liiga lühike leotus ja oksiidid jäävad. Liiga pikk ja ammendate voo enne, kui tagasivool isegi algab. "Pea{5}}padja sisse-" vead pärinevad sageli siit.

Reflow tsoon

Nüüd teeme süüa. Kui temperatuur tõuseb kiiresti sulami sulamistemperatuurist kõrgemale, -nimetage seda SAC-sulamite puhul 230–250 kraadiks. See on Time Above Liquidus ehk TAL ja seda hoitakse tavaliselt 30–60 sekundit.

Sula joodis niisutab padjapinna katmata pindu ja komponentide klemme. Pindpinevus tõmbab vedela metalli ideaalsesse fileevormi. Metallurgiline sidumine toimub siin-. Tinaaatomid difundeeruvad tegelikult vaskpadja pinnale, moodustades õhukese metallidevahelise ühendikihi (tavaliselt Cu6Sn5), mis ankurdab liitekoha. Ilma selle intermetallita on joote lihtsalt vase peal, mitte sellega seotud.

Tipptemperatuuril on tohutu tähtsus. Liiga madal ja niisutamine on puudulik. Liiga kõrge ja kahjustate komponente, kiirendate metallidevahelist kasvu ja potentsiaalselt põletate räbustijäägid püsivateks inetuteks plekkideks.

Jahutus

Kiire jahutamine loob tahkunud joodises peeneteralised struktuurid,{0}}mida eelistatakse tavaliselt mehaanilise tugevuse tagamiseks. Kuid "kiire" ei tähenda "koheselt". Tüüpiline on midagi 3-4 kraadi sekundis. Sellest kiiremini ja riskite jahutusotsal termilise šokiga.

Ma tahan peatuda niisutamisel, sest see on tõesti kogu mõte.

Kui joodis sulab ja räbusti on oksiidide eemaldamisega oma töö teinud, peab vedel metall pinnale levima, mitte palli üles kerkima. See juhtub jooteaine ja mitteväärismetalli vahelise aatomitevahelise tõmbe tõttu. Puhtal elementaarsetel metallpindadel on kõrge pinnaenergia{2}}tahanmillegagi siduda. Oksüdeerunud pindadel pole seda energiat saadaval.

Hea märgumisvõime tähendab, et jootekihi ja padjapinna vaheline kontaktnurk on madal{0}}joodis levib laialt, moodustab õrna meniski, voolab mööda komponendi juhet üles. Halb niisutamine näeb välja nagu joodet, mis istub seal plekis ja puudutab vaevu midagi.

Tööstus hindab seda kraami tegelikult. IPC standardid määratlevad, kuidas "vastuvõetav" versus "sihtmärk" versus "defekt" välja näeb. See on rangem, kui ootate.

Hauakivide paigaldamine on klassika. Väikese passiivse komponendi üks ots on paremini niisutav kui teine, nii et jooteaine sulamisel tõmbab pindpinevus ühelt poolt tugevamini. Komponent seisab otse püsti nagu hauakivi. Juhtub 0402s ja 0201s pidevalt, kui teie padja kujundus või pasta maht ei ole tasakaalus.

Tühjad. Õhk on vuukide sees kinni. Vähendab soojus- ja elektrijuhtivust, nõrgestab mehaanilist tugevust. Sageli jälgitakse räbusti väljalaskmist, mis ei pääse enne jootekihi tahkumist välja.

Jootepallid. Väikesed jootekerad, mis on plaadi ümber laiali, pole millegi külge kinnitatud. Tavaliselt pasta pritsimisest tagasivoolu ajal, kui lahustid ei aurustunud eelkuumutamisel täielikult, või liigse pasta mahu tõttu šabloonprintimise ajal.

Pea{0}}padja sisse-. BGA pall pehmendab, kuid ei ühine täielikult pastajäägiga. Saate aru, mis näib olevat ühendus, kuid seda pole. Usaldusväärsuse poolest kohutav.

Tegelikult peaksin mainima trükkimist. Pasta peab kuidagi patjadele sattuma ja SMT-tootmises on see šabloontrükk-laseriga-lõigatud metalllehele, mille avaused vastavad igale padjale. Kaabits surub pasta läbi avade. Idee poolest lihtne, praktikas täiesti peen.

Ava kujundus mõjutab seda, kuidas pasta trafareti küljest lahti eraldub. Liiga-väikesed avad, võrreldes šablooni paksusega, vabastavad halvasti. Kuvasuhted (laius ja paksus) ja pindala suhted (ava pindala ja külgseina pindala) on hoolikalt arvutatud. 0.66 minimaalne pindala suhe on tavaline rusikareegel.

Pasta reoloogia on samuti oluline. Asjad peavad olema pseudoplastilised,{1}}see voolab kaabitsa poolt pügamisel, kuid säilitab vormi pärast ladestamist. Vale viskoossus ja teil tekib kas vajumine (pasta levib naaberpatjadesse) või ebapiisav ladestus.

SAC sulamid

SAC-sulamitega on raskem töötada kui traditsioonilise tina{0}}pliiga. Kõrgemad sulamistemperatuurid tähendavad komponentidele suuremat termilist pinget. Niisutav käitumine on vähem andestav. Intermetallilised kihid kasvavad erinevalt. Töökindluse rikkerežiimid on nihkunud.

Aga selline on nüüd maailm. RoHS ei kao kuhugi. Tootjad on kulutanud kaks aastakümmet pliivabade protsesside optimeerimisele ja tänapäevased SAC-i koostised on piisavalt vastupidavad. Lihtsalt teistmoodi.

Madala-temperatuuri alternatiivid on olemas-vismutil- põhinevad sulamid, mis sulavad umbes 138 kraadi -kasulikud kuumustundlike sõlmede jaoks- või energiakulude vähendamiseks. Nad toovad oma väljakutsed mehaanilise rabedusega, kuid see on hoopis teine vestlus.

Elektriline järjepidevus. Mehaaniline tugevus. Pikaajaline-kindlus termilise tsükli, vibratsiooni ja niiskusega kokkupuutel.

Intermetalliline kiht on piisavalt paks, et tõestada, et side on toimunud, kuid piisavalt õhuke, et mitte muutuda rabedaks. Filee kuju jaotab stressi tõhusalt. Puuduvad tühimikud, mis ohustaksid soojusteid. Puudub saastumine, mis nõrgendab nakkumist.

Ausalt öeldes on sellel ka esteetiline komponent, kuigi keegi ei taha seda tunnistada. Ilus jooteliide-läikiv (või matt, SAC-ga), ühtlane, sile-korreleerub tavaliselt hea protsessiga. Inetud liigesed viitavad sageli probleemidele isegi siis, kui need tehniliselt mööduvad.

Mõned tootmisliinid voolavad tagasi pigem lämmastiku kui õhu all. Madalam hapnikutase tähendab protsessi ajal vähem oksüdeerumist, mis tähendab, et nõrgemad räbustid võivad saavutada hea niisutamise. Vähem jääke. Läikivamad liigesed.

Kompromiss on kulu ja keerukus. Lämmastik pole tasuta. Kuid keerukate koostude või pehmete ja mittepuhaste voogude kasutamisel võib kontrollitud atmosfäär muuta.

Jootepasta toimib, kuna see tarnib jooteainet sinna, kuhu vaja, hoiab komponente ajutiselt paigal ja -läbi oma räbustikomponendi-loob keemilised tingimused metalli---metallide tegelikuks sidumiseks. Pulber varustab ühendusmaterjali. Räbustik eemaldab märgumise takistused. Reflow-protsess annab soojusenergiat, et see kõik juhtuks.

See on kooskõlastatud keemiline ja füüsikaline protsess, mis toimub elektroonikatööstuses miljardeid kordi päevas umbes nelja minutiga. Ja kui see töötab õigesti, ei pane te seda üldse tähele,-mis täpselt nii peakski olema.

Mõnikord on kõige kriitilisemad materjalid need, millele te kunagi ei mõtle. Jootepasta on selline. See teeb oma tööd nähtamatult, lugematu arv kordi, igas teile kuuluvas seadmes.