수율을 향상시키는 납땜 플럭스

플럭스 화학은 98%의 1차 통과 수율에 도달한 생산 라인과 87%에서 절뚝거리는 생산 라인 간의 차이를 결정하며 모두가 그것이 누구의 잘못인지 논쟁합니다. 화합물 자체는{4}}산화막을 제거하고 야금학적 습윤을 촉진하기 위해 제조된 활성제, 매개체 및 용제의 반응성 혼합물입니다.-재료 명세서 비용의 약 2%를 차지하며 문제가 발생할 경우 결함 근본 원인의 약 40%를 차지합니다. IPC J-STD-004B는 활성 수준(L, M, H), 할로겐화물 함량 및 기본 화학에 따라 이러한 공식을 분류하지만 사양 시트에는 특정 물질이 있는지 여부에 대해 거의 알려주지 않습니다.유량실제로 라인과 보드를 사용하여 열 프로필을 실행하면서 작동합니다. 데이터시트 약속과 생산 현장 현실 사이의 격차는 수율이 살거나 죽는 곳입니다.

산화는 대부분의 사람들이 생각하는 것보다 더 빨리 일어납니다. 구리가 상승된 온도에 도달한 후 몇 초 내에 측정 가능한 산화물 성장을 보고 있습니다.-몇 분이 아니라 '결국'이 아니라 즉시입니다. 그리고 여기에 문제가 있습니다: 용융된 땜납은 절대 산화된 금속에 결합되지 않습니다. 물리적인 측면은 협상할 수 없습니다.-

이것이 바로 Flux가 급여를 받는 곳입니다. 활성화제-로진 제제의 아비에트산 유도체, 수용성 시스템의 아디프산 또는 숙신산과 같은 유기산-은 이러한 산화물 층을 화학적으로 감소시키는 동시에 솔더가 실제로 흐르는 중요한 순간 동안 재산화에 대한 보호 장벽을-세웁니다. 그러한 장벽이 없으면 열역학에 맞서 패배하는 싸움을 벌이게 됩니다.

습윤 현상은 대부분의 생산 엔지니어가 인식하는 것보다 더 중요합니다. 표면 장력으로 인해 자연스럽게 용융된 솔더가 접촉 면적을 최소화하게 됩니다. 그것은 공을 치고 싶어합니다. 플럭스 화합물은 표면 장력을 줄여 합금이 실제로 생산 처리량을 지원하는 속도로 패드 전체에 퍼질 수 있도록 합니다. 플럭스 활성이 부족한 경우는? 디웨팅, 솔더 볼링, 육안 검사에서는 괜찮아 보이지만 3개월 후 열 순환 중에 크레이터가 발생하는 불완전한 접합이 나타납니다.

플럭스 공급업체가 논의하고 싶어하지 않는 사항에 대해 솔직하게 말해 보겠습니다.{0}}클린은 기술 분류 이상의 마케팅 용어입니다.

이 화학은 CFC 세척 용제에 대한 몬트리올 의정서 제한에 대한 대응으로 1980년대 후반에 나타났습니다. 대체 세척 공정을 개발하는 대신 업계에서는 플럭스 화학자들에게 신뢰성 문제를 일으키지 않고 이론적으로 보드에 남을 수 있는 잔류물이 있는 제품을 공식화하도록 강요했습니다. 이 접근 방식에서는 리플로우 중에 완전히 분해되도록 설계된 활성제와 결합하여 고형분 함량을 극적으로 감소시켰습니다.-기존 로진의 경우 20%에 비해 때로는 1.5%였습니다.-

열 프로필이 완벽하고 달의 위상이 적당하며 스텐실 프린터 근처에 아무도 재채기를 하지 않으면 -세척이 제대로 작동하지 않습니다.

문제는 -깨끗한 플럭스가 공정 변화에 특별히 민감하지 않다는 것입니다. 이러한 활성제가 완전히 분해되려면 특정 기간 동안 특정 온도가 필요합니다. 흡수 구역이 너무 짧나요? 활성 잔류물이 남아 있습니다. 최고 온도가 보드 가장자리의 사양에 미치지 못합니까? 부품 아래에 부분적으로 분해된 플럭스가 놓여 있어 천천히 대기 수분을 흡수하고 배송 후 18개월이 지나면 현장 오류를 일으키는 전도성 경로가 생성됩니다.

다음은 플럭스 공급업체 점심 식사에서 아무도 알려주지 않은 내용입니다.-그리고-신뢰도가 높은 제조업체 중 상당한 비율이-어쨌든 세척이 필요 없는 플럭스를 세척합니다.- 항공우주 및 의료용 조립품에 대한 IPC-A-610 클래스 3 요구사항은 본질적으로 이를 의무화합니다. 0.4mm-피치 BGA와 하단 종단 구성요소가 포함된 고밀도 보드는 플럭스 잔류물이 전기화학적 마이그레이션을 일으킬 수 있는 완벽한 환경을 만듭니다. 왜 위험을 감수합니까?

그리고-결국 깨끗하지 않은 잔여물을 제거하기로 결정하셨다면-행운을 빕니다. "안전"하게 만드는 것과 동일한 낮은-활성 제제는 또한 일반적인 세척 화학 물질에 대한 완고한 저항성을 갖게 합니다. 공격적인 용매가 필요하며 그 자체로 취급 및 환경 문제를 야기합니다.

클린이 없는-버터 나이프라면 수용성 플럭스는 전기톱입니다.- 작업은 빠르게 완료되지만 부주의하게 취급하면 결과가 심각합니다.

구연산, 젖산 또는 아디프산이 포함된 유기산 활성화제-글리콜-기반 제제는-뛰어난 산화물 제거 효과를 제공합니다. 심하게 산화된 표면, ENEPIG와 같은 어려운 금속화 또는 260도에서 무연 처리의 가속화된 산화 속도의 경우 수용성-용성 플럭스는 상당한 차이로 다른 모든 것보다 성능이 뛰어난 경우가 많습니다.

반면에 절대적이고 협상할 수 없으며 즉각적인 청소가-가능합니다. 수용성-잔류물은 흡습성이 매우 높습니다. 습도 60% 환경에 밤새 방치하면 아침까지 눈에 띄는 부식을 발견할 수 있습니다. 나는 누군가가 웨이브 솔더링 후에 보드를 방치하고 청소 주기를 실행하는 것을 잊어버렸기 때문에 보드가 전기적으로 완벽한 상태에서 16시간 이내에 폐기되는 것을 본 적이 있습니다.

청소 자체는 간단합니다.{0}}탈이온수(DI water), 종종 비누화제, 스프레이 또는 침지 시스템을 사용합니다. 초음파 교반은 낮은-스탠드오프 부품 아래에 도달하는 데 도움이 됩니다. 중요한 요구 사항은 철저함입니다. 부분 세척은 이온 오염물질을 실제로 제거하지 않고 도달하기 어려운 위치에-재분배합니다.-이는 전혀 청소하지 않는 것보다 더 나쁩니다.

사람들을 당황하게 만드는 한 가지 사실은 수용성 잔류물이 젖었을 때 전기를 전도한다는 것입니다-. 완전히 건조되기 전의 전기 테스트에서는 쓰레기 데이터가 생성됩니다. 블라인드 비아가 있는 고밀도-보드는 진공 베이킹 없이는 건조하기 어려운 위치에서 수분을 유지합니다.

Soldering Flux

Flux는 단독으로 존재하지 않습니다. 이는 열 프로필, 페이스트 화학, 보드 금속화, 부품 납땜성 및 문제 해결이 탐정 작업처럼 느껴지도록 상호 작용하는 약 40가지 기타 변수를 포함하는 시스템의 일부입니다.

흡수 영역은 대부분의 플럭스-관련 결함이 발생하는 곳입니다. 너무 공격적인 예열은 보호 작업을 수행하기 전에 휘발성 캐리어를 태워버립니다. 활성제는 실제 리플로우 이벤트에 사용할 수 있는 상태로 남아 있는 대신 예열 중에 산화 방지에 사용됩니다. 이 매니페스트는 확대하면 포도송이처럼 보이는{4}}결함 패턴으로 표시됩니다. 여기서 개별 솔더 입자는 리플로우되었지만 산화막이 융합을 방해했기 때문에 결코 합쳐지지 않았습니다.

BGA의 헤드{0}}인-베개 결함은 약 60%의 확률로 이와 동일한 메커니즘으로 거슬러 올라갑니다. 리플로우 중에 패키지가 휘어져 페이스트 침전물에서 솔더 볼이 들어 올려집니다. 지나치게 공격적인 예열 중에 플럭스가 이미 활동을 소진한 경우 분리 중에 노출된 볼 표면에 형성되는 산화물 층을 감소시킬 수 있는 방법이 전혀 남지 않습니다. 공과 페이스트는 모두 녹지만 결합되지는 않습니다. 머리가 베개에 눌려진 것처럼 보이는-물리적으로는 접촉되어 있지만 금속학적으로는 분리되어 있습니다.

질소는 도움이 되지만 마법은 아닙니다. 불활성 분위기에서 리플로우를 실행하면 플럭스 활동 요구가 줄어들지만 제거되지는 않습니다. 특정 페이스트와 보드 조합에 대해서는 여전히 적절한 활성화가 필요합니다.

선택적 납땜을 위한 플럭스 요구 사항은 업계에서 완전히 이해하는 데 수년이 걸렸다는 점에서 웨이브 및 리플로우와 다릅니다.

근본적인 과제는 국부적인 가열입니다. 선택적 납땜 노즐은 인접한 영역이 상대적으로 차갑게 유지되는 동안 작은 영역에 강한 열 에너지를 적용합니다. 이로 인해 급격한 열 구배가 발생하고 플럭스 활동이 작동하는 데 제한된 시간이 발생합니다. 산화물을 빠르게 절단할 수 있을 만큼 활성화가 충분하지만 직접 납땜 접촉의 완전한 세척 이점을 얻지 못하는 영역에서 신뢰성 문제를 일으킬 수 있는 할로겐화물 함량이 없는 제제가 필요합니다.

로진- 기반 플럭스로 인한 노즐 막힘은 지속적인 유지 관리 부담으로 남아 있습니다. 소나무 수지 파생물의 기술 용어인 -콜로포니는-시간이 지남에 따라 탄화되어 플럭스 도포기 노즐에 축적되는 경향이 있습니다. 합성 대안은 이 문제를 해결하지만 때때로 자체적인 습윤 한계를 초래합니다.

Microjet 플럭스 적용에는 대부분의 생산 환경이 유지하는 것보다 더 엄격한 점도 제어가 필요합니다. 플럭스 저장소의 온도 변화는 침전 일관성에 영향을 미칠 만큼 흐름 특성을 변화시킵니다. 나는 누군가 들어오는 사양에 대해 플럭스 점도를 확인하려고 생각하기 전에 몇 주 동안 라인이 환상적 결함을 추적하는 것을 지켜보았습니다.

좋지 않은 사실은 플럭스-관련 수율 향상이 일반적으로 기적 공식보다는 프로세스 규율에서 비롯된다는 것입니다.

플럭스 비중을 모니터링하십시오. 수성-기반 시스템은 대기로부터 수분을 흡수합니다. 알코올- 기반 시스템은 증발로 인해 용매를 잃습니다. 드리프트 패턴은 결함률이 올라갈 때까지 스스로 발표되지 않는 방식으로 활동 수준을 변경합니다.

필요하다고 생각하는 것보다 더 자주 스텐실 청결도를 확인하십시오. 스텐실 개구부에 부분적으로 건조된 플럭스 잔류물은 페이스트 문제처럼 보이지만 실제로는 청결 문제인 방식으로 페이스트 방출에 영향을 미칩니다.

들어오는 부품 납땜 가능성을 검증합니다. 세계 최고의 플럭스 제제도 심하게 산화된 구성 요소 말단을 극복할 수 없습니다. J-STD-002 테스트에는 비용이 들지만 생산에 들어가기 전에 불량품을 발견하면 비용보다 더 많은 비용을 절약할 수 있습니다.

플럭스 활동을 이론적인 표면 상태가 아닌 실제 표면 상태와 일치시키십시오. 6개월 동안 재고로 남아 있는 보드에는 새로운 생산보다 더 공격적인 플럭스가 필요합니다. 이는 명백해 보이지만 보드 수명에 관계없이 동일한 플럭스 매개변수를 실행하는 라인 수는 이것이 충분히 명확하지 않음을 시사합니다.

Soldering Flux

최신 SMT 수율 대화를 정의하는 한 가지 결함이 있다면 그것은 BGA 조인트의 헤드{0}}인-베개입니다. 무연으로의 전환은-이를 더욱 악화시켰습니다. 더 많은 볼이 포함된 더 큰 구성 요소 패키지로 인해 통계적으로 불가피했습니다. 업계에서는 이를 예방하고 탐지하는 데 있어 하위{6}}전문 분야 전체를 발전시켜 왔습니다.

결함 메커니즘은 리플로우 동안 BGA 볼과 솔더 페이스트 증착물 사이의 분리를 포함하며, 이는 일반적으로 높은 온도에서 부품 뒤틀림으로 인해 발생합니다. 노출된 볼 표면은 산화됩니다. 냉각 중에 부품이 다시 편평해지면 볼이 페이스트와 접촉하지만 산화물 층이 유착을 방지합니다.

여기서 Flux 활동은 매우 중요하지만 이는 하나의 변수일 뿐입니다. 활성이 높은- 페이스트는 적당한 산화막을 극복할 수 있습니다. 질소 분위기는 산화물 형성 속도를 감소시킵니다. 스텐실 설계는 페이스트 양에 영향을 미칩니다.{4}}페이스트가 많을수록 산화물 문제를 처리하는 데 사용할 수 있는 플럭스가 더 많아집니다. 리플로우 프로필 최적화는 변형을 유발하는 온도 차이를 최소화합니다.

그러나 여기서는 경험이 중요합니다. 때로는 프로세스 최적화가 아닌 구성 요소 선택이 답이 되는 경우도 있습니다. 일부 BGA 패키지는 다른 패키지보다 더 많이 휘어집니다. 일부 기판 구조는 치수적으로 더 안정적입니다. 플럭스 최적화는 근본적으로 문제가 있는 부품 설계를 보상하지 않습니다.

응고 중에 플럭스 휘발성 물질이 접합부에 갇힐 때 솔더 보이드가 형성됩니다. 일부 보이드는 불가피합니다.{1}}IPC 표준은 클래스 2 어셈블리의 경우 최대 25%, 클래스 3의 경우 최대 25%의 보이드 영역을 허용하지만 많은 OEM 사양에서는 더 엄격한 제한을 요구합니다.

QFN과 같은 하단{0}}종단 구성요소는 빈 자석입니다. 대형 중앙 열 패드는 탈출 경로 없이 가스 배출 플럭스 용매를 가두는 기하학적 구조를 만듭니다. X-레이에서 이러한 현상이 일어나는 것을 볼 수 있습니다. 갈 곳이 없는 기포 주변에서 솔더가 굳으면서 형성되는 아름다운 보이드 패턴입니다.

낮은-공극률 페이스트 제제가 존재하며 도움이 됩니다. 화학적 성질에는 솔더가 액상에 도달하기 전, 열 프로파일 초기에 가스를 배출하는 휘발성 시스템이 포함됩니다. 진공 리플로우는 응고 단계에서 주변 압력을 줄여 갇혀 있는 가스를 제거합니다.-효과적이지만 구현 및 유지 관리 비용이 많이 듭니다.

실용적인 솔루션에는 일반적으로 스텐실 디자인이 포함됩니다. 더 작은 구멍과 더 많은 간격. 휘발성 물질에 대한 탈출 채널을 생성하는 창틀 또는 교차{2}}해치 패턴. 보이드 형성 위험과 페이스트 양의 균형을 맞추는 면적 비율 최적화.

조달 대화는 일반적으로 다음과 같이 진행됩니다. 엔지니어링은 특정 응용 분야에 가장 적합한 플럭스를 원하고, 구매는 문제를 일으키지 않는 가장 저렴한 플럭스를 원하며, 플럭스 공급업체는 이번 분기에 가장 좋은 마진을 가진 모든 것을 판매하기를 원합니다. 해당 삼각형의 어느 누구도 귀하의 수익 목표와 완전히 일치하지 않습니다.

실제 결함 데이터부터 시작하세요. 주요 실패 모드가 젖음이 충분하지 않은 경우 더 많은 활동이 필요합니다. 주요 실패 모드가 잔류물-관련 부식 또는 테스트 문제인 경우 활동을 줄이거나 더 나은 청소가 필요합니다. 한 문제에 대한 해결책은 종종 다른 문제를 생성하므로 현재 실패 분포를 이해하는 것이 이론적 최적화보다 더 중요합니다.

귀하의 검사 능력을 고려하십시오. 미세한-피치 구성 요소가 있는 고밀도 보드는 X-레이에서만 나타나는 결함을 숨길 수 있습니다. X-레이 검사 기능이 없다면 -BGA 무거운 어셈블리에 깨끗한 공식이 없다는 것은 현장 반환이 도착하기 시작할 때까지 감지할 수 없는 중요한 신뢰성 도박을 의미합니다.

청소 인프라를 정직하게 고려하세요. 귀하의 세척 능력이 벤치형-스프레이 병과 낙관적이라면 수용성 플럭스를 선택하지 마세요. 제품이 습도가 높은 환경에서 작동하거나 컨포멀 코팅을 받은 경우에는 세척 안 함을 선택하지 말고 잔류물이 실제로 무해하다고 가정하지 마세요.-

그리고 그만한 가치가 있습니다. 마지막 제품에 완벽하게 작동했던 플럭스가 다음 제품에서는 비참하게 실패할 수도 있습니다. 보드 금속화, 부품 산화 상태, 열 질량 분포, 리플로우 프로필 기능-이 모두 상호 작용합니다. 보수적인 접근 방식은 생산량을 확정하기 전에 대표 어셈블리에 대한 자격 테스트를 수행하는 것입니다.

플럭스 관리는 지루합니다. 비중을 모니터링하거나 폼 플럭서 스톤을 교체하는 데 열정을 갖고 있었기 때문에 아무도 전자 제품 제조에 참여하지 않았습니다. 유지 관리 일정을 건너뜁니다. 프로세스 모니터링이 일관성이 없게 됩니다. 라인이 일정보다 늦어지면 들어오는 검사가 단축됩니다.

그런 다음 탱크를 양보하고 모두가 근본 원인을 확인하기 위해 애쓰며 플럭스가 2주 동안 사양을 벗어났지만 아무도 확인하지 않은 것으로 나타났습니다.

수율 개선의 규율 측면은 화려하지 않습니다. 흥미로운 공급업체 프레젠테이션이나 혁신적인 기술 발표를 위한 것이 아닙니다. 그러나 98% 이상의 1차{4}}통과 수율을 달성한 제조업체는 다른 모든 사람이 사용할 수 없는 비밀 플럭스 제제를 사용하여 이를 수행하지 않습니다. 그들은 모니터링, 유지 관리, 입고 품질 관리, 운영자 교육, 프로세스 문서화 등 기본 사항에 끊임없는 관심을 갖고 이를 수행하고 있습니다.

플럭스 자체는 필요하지만 충분하지는 않습니다. 이러한 차이를 이해하는 것은 아마도 내가 할 수 있는 특정 제품 추천보다 더 가치가 있을 것입니다.

수율 개선은 목적지가 아닙니다.-이는 엔트로피에 대한 지속적인 논쟁입니다. 선택한 흐름에 따라 해당 주장의 조건, 작업해야 하는 프로세스 창, 그리고 필연적으로 표류할 때 직면하게 될 실패 모드가 결정됩니다. 이를 올바르게 수행하려면 플럭스가 실제로 수행하는 화학 작용과 생산 라인이 실제로 작동하는 방식에 대한 실제 현실을 모두 이해해야 합니다. 다른 하나가 없으면 실제로는 실패하는 이론적 우아함이나 근본 원인을 해결하지 못하는 경험적 문제 해결이 생성됩니다. 지속적으로 수율 목표를 달성한 제조업체는 두 가지 관점을 동시에 유지하는 방법을 알아냈습니다.