Thông lượng hàn giúp cải thiện năng suất

Hóa học thông lượng xác định sự khác biệt giữa một dây chuyền sản xuất đạt năng suất-đạt đầu tiên là 98% và một dây chuyền sản xuất khập khiễng ở mức 87% trong khi mọi người tranh cãi xem đó là lỗi của ai. Bản thân hợp chất này-một hỗn hợp phản ứng gồm các chất kích hoạt, chất xúc tác và dung môi được tạo ra để tách màng oxit và thúc đẩy quá trình làm ướt trong luyện kim-có lẽ chiếm 2% chi phí vật liệu của bạn và khoảng 40% nguyên nhân gốc rễ của lỗi khi có sự cố xảy ra. IPC J-STD-004B phân loại các công thức này theo mức độ hoạt động (L, M, H), hàm lượng halogenua và hóa học cơ bản, nhưng bảng thông số kỹ thuật hầu như không cho bạn biết gì về liệu một công thức cụ thể cótuôn rasẽ thực sự hoạt động trên dây chuyền của bạn, với bảng mạch của bạn, chạy các cấu hình nhiệt của bạn. Khoảng cách giữa những lời hứa về bảng dữ liệu và thực tế của sàn sản xuất là nơi mang lại sự sống hoặc cái chết.

Quá trình oxy hóa xảy ra nhanh hơn hầu hết mọi người nhận ra. Bạn đang xem mức tăng trưởng oxit có thể đo được trong vòng vài giây khi đồng đạt nhiệt độ cao-không phải vài phút, không phải "cuối cùng" mà là ngay lập tức. Và đây là vấn đề: chất hàn nóng chảy hoàn toàn sẽ không liên kết với kim loại bị oxy hóa. Tính chất vật lý của nó là-không thể thương lượng được.

Đây là nơi thông lượng kiếm được tiền lương của nó. Các chất kích hoạt-dẫn xuất axit abietic trong công thức nhựa thông, axit hữu cơ như adipic hoặc succinic trong nước-hệ hòa tan-làm giảm các lớp oxit đó về mặt hóa học, đồng thời tạo ra hàng rào bảo vệ chống lại quá trình oxy hóa lại-trong những giây quan trọng khi chất hàn thực sự chảy. Không có rào cản đó, bạn đang thua trong trận chiến chống lại nhiệt động lực học.

Hiện tượng làm ướt quan trọng hơn hầu hết các kỹ sư sản xuất đánh giá cao. Sức căng bề mặt tự nhiên khiến vật hàn nóng chảy giảm thiểu diện tích tiếp xúc. Nó muốn bóng lên. Các hợp chất trợ dung làm giảm sức căng bề mặt đó, cho phép hợp kim trải rộng trên các tấm đệm với tốc độ thực sự hỗ trợ năng suất sản xuất. Khi hoạt động thông lượng là không đủ? Bạn nhận được vết đọng nước, vết hàn bóng, các mối nối không hoàn chỉnh trông vẫn ổn khi kiểm tra bằng mắt nhưng lại bị nứt trong quá trình luân nhiệt ba tháng sau đó.

Hãy thành thật mà nói về một điều mà các nhà cung cấp thông lượng không muốn thảo luận: không{0}}sạch là một thuật ngữ tiếp thị không chỉ là phân loại kỹ thuật.

Hóa học này xuất hiện vào cuối những năm 1980 như một phản ứng đối với các hạn chế của Nghị định thư Montreal về dung môi làm sạch CFC. Thay vì phát triển các quy trình làm sạch thay thế, ngành này đã thúc đẩy các nhà hóa học chất trợ dung tạo ra các sản phẩm có cặn mà về mặt lý thuyết có thể tồn tại trên bo mạch mà không gây ra vấn đề về độ tin cậy. Phương pháp này liên quan đến việc giảm đáng kể hàm lượng chất rắn-đôi khi là 1,5% so với 20% đối với nhựa thông truyền thống-kết hợp với các chất kích hoạt được thiết kế để phân hủy hoàn toàn trong quá trình chỉnh lại dòng.

Khi cấu hình nhiệt hoàn hảo và mặt trăng ở đúng pha và không có ai hắt hơi gần máy in stencil thì không-làm sạch nào hoạt động khá tốt.

Vấn đề là không có-dòng sạch nào cực kỳ nhạy cảm với sự biến đổi của quy trình. Những chất kích hoạt đó cần nhiệt độ cụ thể trong khoảng thời gian cụ thể để phân hủy hoàn toàn. Vùng ngâm quá ngắn? Dư lượng hoạt động vẫn còn. Nhiệt độ cao nhất không đạt được thông số kỹ thuật trên các cạnh của bo mạch? Bạn có dòng điện bị phân hủy một phần nằm bên dưới các bộ phận, từ từ hấp thụ độ ẩm trong khí quyển và tạo ra các đường dẫn điện gây ra sự cố trường điện sau 18 tháng kể từ khi vận chuyển.

Đây là điều không ai nói với bạn tại bữa trưa của nhà cung cấp thông lượng-và-tìm hiểu: một tỷ lệ đáng kể các nhà sản xuất-có độ tin cậy cao vẫn làm sạch thông lượng không-sạch của họ. Các yêu cầu IPC-A-610 Loại 3 dành cho các tổ hợp hàng không vũ trụ và y tế về cơ bản là bắt buộc phải thực hiện điều đó. Các bảng dày đặc với BGA bước cao 0,4mm{11}}và các thành phần được kết thúc ở phía dưới tạo ra môi trường hoàn hảo cho dư lượng từ thông gây ra hiện tượng di chuyển điện hóa. Tại sao phải mạo hiểm?

Và nếu bạn quyết định không làm sạch-các cặn bẩn còn sót lại thì-chúc may mắn. Công thức có hoạt tính-thấp tương tự được cho là khiến chúng "an toàn" cũng khiến chúng có khả năng kháng lại các hóa chất tẩy rửa thông thường. Bạn sẽ cần những dung môi mạnh và những dung môi này sẽ gây ra những vấn đề về xử lý và gây đau đầu về môi trường.

Nếu không-làm sạch là một con dao cắt bơ thì chất trợ dung-hòa tan trong nước là một chiếc cưa máy. Nó hoàn thành công việc nhanh chóng nhưng hậu quả của việc xử lý bất cẩn là rất nghiêm trọng.

Công thức dựa trên chất kích hoạt axit hữu cơ-glycol{1}}với axit citric, lactic hoặc adipic-mang lại khả năng loại bỏ oxit đặc biệt. Đối với các bề mặt bị oxy hóa mạnh, quá trình kim loại hóa khó như ENEPIG hoặc tốc độ oxy hóa tăng nhanh trong quá trình xử lý không chứa chì-ở 260 độ, chất trợ dung hòa tan trong nước-thường vượt trội hơn mọi thứ khác với biên độ đáng kể.

Mặt trái của nó là tuyệt đối,-không thể thương lượng, làm sạch nhanh chóng. Cặn hòa tan trong nước-có khả năng hút ẩm mạnh. Để chúng qua đêm trong môi trường có độ ẩm 60% và bạn sẽ thấy sự ăn mòn rõ rệt vào buổi sáng. Tôi đã thấy các tấm ván từ hoàn hảo về mặt điện trở thành phế liệu trong vòng chưa đầy 16 giờ vì ai đó đã để chúng không hoạt động sau khi hàn sóng và quên chạy chu trình làm sạch.

Việc làm sạch rất đơn giản-bằng nước DI, thường có chất xà phòng hóa, trong hệ thống phun hoặc ngâm. Khuấy trộn siêu âm giúp tiếp cận các bộ phận có-có mức chênh lệch thấp. Yêu cầu quan trọng là sự kỹ lưỡng. Việc làm sạch một phần sẽ phân phối lại các chất gây ô nhiễm ion vào các vị trí-để-khó tiếp cận hơn mà không thực sự loại bỏ chúng, điều này còn tệ hơn việc không làm sạch chút nào.

Một điều khiến mọi người mất cảnh giác: cặn-hòa tan trong nước sẽ dẫn điện khi ướt. Bất kỳ thử nghiệm điện nào trước khi sấy khô hoàn toàn đều tạo ra dữ liệu rác. Các tấm ván có mật độ-cao có lỗ thông mù giữ lại độ ẩm ở những vị trí khó làm khô một cách đáng ngạc nhiên nếu không sấy chân không.

Soldering Flux

Thông lượng không tồn tại một cách cô lập. Đó là một phần của hệ thống bao gồm cấu hình nhiệt, chất hóa học dán, kim loại hóa bo mạch, khả năng hàn linh kiện của bạn và khoảng bốn mươi biến số khác, tất cả đều tương tác theo những cách khiến việc khắc phục sự cố giống như công việc thám tử.

Vùng ngâm là nơi bắt nguồn của hầu hết các khuyết tật liên quan đến từ thông-. Việc làm nóng trước quá mạnh sẽ đốt cháy các chất mang dễ bay hơi trước khi chúng hoàn thành công việc bảo vệ. Các chất kích hoạt đã bị sử dụng hết để chống lại quá trình oxy hóa trong quá trình làm nóng trước thay vì vẫn có sẵn cho sự kiện phản xạ thực tế. Bạn sẽ thấy biểu hiện này dưới dạng vẽ-một mẫu khuyết tật trông giống hệt một chùm nho dưới độ phóng đại, trong đó các hạt hàn riêng lẻ phản xạ lại nhưng không bao giờ kết tụ lại vì màng oxit ngăn cản phản ứng tổng hợp.

Các lỗi đầu-trong-gối trên BGA có nguyên nhân từ cơ chế tương tự này trong khoảng 60% trường hợp. Gói bị cong vênh trong quá trình hàn lại, nhấc các quả bóng hàn ra khỏi lớp dán. Nếu từ thông đã cạn kiệt hoạt tính trong quá trình gia nhiệt trước quá mạnh thì không còn gì để giảm lớp oxit hình thành trên bề mặt bi lộ ra trong quá trình tách. Bóng và bột nhão đều tan chảy, nhưng chúng không kết hợp với nhau. Bạn sẽ có được thứ trông giống như một cái đầu được ép vào gối-tiếp xúc về mặt vật lý nhưng tách biệt về mặt luyện kim.

Nitơ giúp ích nhưng nó không phải là phép thuật. Chạy dòng chảy lại trong môi trường khí trơ làm giảm nhưng không loại bỏ nhu cầu hoạt động từ thông. Bạn vẫn cần kích hoạt thích hợp cho sự kết hợp bảng và dán cụ thể của mình.

Các yêu cầu về từ thông đối với hàn chọn lọc khác với hàn sóng và hàn nóng chảy theo những cách mà ngành công nghiệp phải mất nhiều năm mới hiểu đầy đủ.

Thách thức cơ bản là sưởi ấm cục bộ. Một vòi hàn có chọn lọc áp dụng năng lượng nhiệt mạnh vào một khu vực nhỏ trong khi các khu vực lân cận vẫn tương đối mát. Điều này tạo ra độ dốc nhiệt lớn và thời gian để hoạt động từ thông hoạt động bị hạn chế. Bạn cần các công thức có đủ hoạt tính để loại bỏ các oxit một cách nhanh chóng nhưng không có hàm lượng halogenua có thể gây ra các vấn đề về độ tin cậy trên các khu vực không nhận được lợi ích làm sạch hoàn toàn khi tiếp xúc trực tiếp với hàn.

Tắc vòi phun do chất trợ dung dựa trên nhựa thông-vẫn là gánh nặng bảo trì liên tục. Từ thông dụng-là thuật ngữ kỹ thuật dành cho các dẫn xuất nhựa thông-có xu hướng cacbon hóa và tích tụ trên các vòi phun của dụng cụ trợ dung thông lượng theo thời gian. Các chất thay thế tổng hợp giải quyết được vấn đề này nhưng đôi khi lại gây ra những hạn chế làm ướt của riêng chúng.

Ứng dụng thông lượng microjet yêu cầu kiểm soát độ nhớt chặt chẽ hơn hầu hết các môi trường sản xuất duy trì. Sự thay đổi nhiệt độ trong bể chứa thông lượng làm thay đổi đặc tính dòng chảy đủ để ảnh hưởng đến tính nhất quán của cặn. Tôi đã theo dõi các dây chuyền phát hiện các khuyết tật ảo trong nhiều tuần trước khi ai đó nghĩ đến việc kiểm tra độ nhớt từ thông so với thông số kỹ thuật đến.

Sự thật phũ phàng là việc cải thiện năng suất-liên quan đến dòng chảy thường đến từ kỷ luật quy trình hơn là các công thức thần kỳ.

Theo dõi trọng lượng riêng thông lượng của bạn. Các hệ thống dựa trên nước-hấp thụ độ ẩm từ khí quyển. Các hệ thống dựa trên cồn- sẽ mất dung môi do bay hơi. Mô hình trôi dạt sẽ thay đổi mức độ hoạt động theo những cách không tự thông báo cho đến khi tỷ lệ sai sót tăng lên.

Kiểm tra độ sạch của khuôn tô thường xuyên hơn bạn nghĩ là cần thiết. Chất trợ dung đã khô một phần trên các khe của khuôn tô ảnh hưởng đến việc giải phóng hồ dán theo những cách trông giống như vấn đề về hồ dán nhưng thực chất lại là vấn đề về độ sạch.

Xác nhận khả năng hàn thành phần đầu vào. Công thức thông lượng tốt nhất trên thế giới không thể khắc phục được các điểm cuối của thành phần bị oxy hóa nặng. Thử nghiệm J-STD-002 tốn tiền nhưng tiết kiệm được nhiều hơn chi phí khi bạn bắt được lô hàng xấu trước khi đưa vào sản xuất.

Hãy kết hợp hoạt độ từ thông của bạn với điều kiện bề mặt thực tế chứ không phải điều kiện bề mặt lý thuyết của bạn. Những tấm ván đã tồn kho trong sáu tháng cần có sự thay đổi tích cực hơn so với sản xuất mới. Điều này có vẻ hiển nhiên nhưng số lượng dòng chạy cùng tham số thông lượng bất kể tuổi bo mạch cho thấy điều đó chưa đủ rõ ràng.

Soldering Flux

Nếu có một khiếm khuyết xác định cuộc trò chuyện về năng suất SMT hiện đại thì đó là lỗi-trong-gối trên các khớp nối BGA. Việc chuyển sang trạng thái không chì-đã khiến vấn đề trở nên trầm trọng hơn. Các gói thành phần lớn hơn với nhiều quả bóng hơn khiến điều đó không thể tránh khỏi về mặt thống kê. Ngành này đã phát triển toàn bộ một chuyên ngành phụ-xung quanh việc ngăn chặn và phát hiện nó.

Cơ chế khiếm khuyết liên quan đến sự phân tách giữa bóng BGA và cặn hàn trong quá trình nóng chảy lại, thường gây ra bởi sự cong vênh của thành phần ở nhiệt độ cao. Bề mặt bóng tiếp xúc bị oxy hóa. Khi thành phần này phẳng lại trong quá trình làm mát, quả bóng tiếp xúc với chất dán nhưng lớp oxit sẽ ngăn cản sự kết tụ.

Hoạt động thay đổi ở đây rất quan trọng nhưng nó chỉ có một biến số. Bột nhão có hoạt tính-cao hơn có thể khắc phục được màng oxit vừa phải. Khí quyển nitơ làm giảm tốc độ hình thành oxit. Thiết kế khuôn mẫu ảnh hưởng đến khối lượng dán-dán nhiều hơn có nghĩa là có nhiều thông lượng hơn để xử lý thử thách oxit. Tối ưu hóa cấu hình Reflow giảm thiểu chênh lệch nhiệt độ gây cong vênh.

Nhưng đây mới là vấn đề kinh nghiệm: đôi khi câu trả lời là lựa chọn thành phần thay vì tối ưu hóa quy trình. Một số gói BGA đơn giản là cong vênh hơn những gói khác. Một số công trình nền ổn định hơn về mặt kích thước. Không có mức độ tối ưu hóa thông lượng nào có thể bù đắp cho thiết kế thành phần có vấn đề cơ bản.

Các lỗ rỗng hàn hình thành khi chất dễ bay hơi bị mắc kẹt trong mối nối trong quá trình đông đặc. Một số khoảng trống là không thể tránh khỏi-các tiêu chuẩn IPC cho phép diện tích khoảng trống lên tới 25% đối với cụm lắp ráp Loại 2 và lên đến 25% đối với Loại 3, mặc dù nhiều thông số kỹ thuật OEM yêu cầu giới hạn chặt chẽ hơn.

Các thành phần được kết cuối-dưới cùng như QFN là nam châm trống. Tấm tản nhiệt lớn ở trung tâm tạo ra một hình học có khả năng giữ lại các dung môi từ thông thoát khí mà không có đường thoát. Bạn có thể xem điều đó xảy ra dưới dạng tia X-: các mẫu khoảng trống đẹp mắt hình thành khi chất hàn đông đặc lại xung quanh các bong bóng không còn nơi nào để thoát ra.

Đã tồn tại-các công thức dán có tác dụng tạo hiệu ứng trống thấp và chúng hữu ích. Hóa học liên quan đến các hệ thống dễ bay hơi thoát ra sớm hơn trong cấu hình nhiệt, trước khi chất hàn tiếp cận chất lỏng. Phản xạ chân không giúp loại bỏ khí bị mắc kẹt bằng cách giảm áp suất xung quanh trong giai đoạn đông đặc-hiệu quả nhưng tốn kém để thực hiện và bảo trì.

Các giải pháp thực tế thường liên quan đến thiết kế stencil. Khẩu độ nhỏ hơn với khoảng cách nhiều hơn. Các ô cửa sổ hoặc các mẫu hình đan chéo-tạo kênh thoát cho các chất dễ bay hơi. Tối ưu hóa tỷ lệ diện tích giúp cân bằng khối lượng dán chống lại nguy cơ hình thành khoảng trống.

Cuộc trò chuyện mua sắm thường diễn ra như thế này: kỹ thuật muốn dòng chảy tốt nhất cho ứng dụng cụ thể của họ, bộ phận mua hàng muốn dòng chảy rẻ nhất mà rõ ràng không làm hỏng mọi thứ và nhà cung cấp dòng chảy muốn bán bất cứ thứ gì họ có lợi nhuận tốt nhất trong quý này. Không ai trong tam giác đó hoàn toàn phù hợp với mục tiêu lợi nhuận của bạn.

Bắt đầu với dữ liệu lỗi thực tế của bạn. Nếu chế độ lỗi chính của bạn không đủ độ ẩm, bạn cần phải hoạt động nhiều hơn. Nếu nguyên nhân chính của sự cố là các vấn đề về ăn mòn hoặc thử nghiệm liên quan đến cặn- thì bạn cần ít hoạt động hơn hoặc làm sạch tốt hơn. Giải pháp cho một vấn đề này thường tạo ra một vấn đề khác, vì vậy việc hiểu rõ sự phân bố lỗi hiện tại của bạn quan trọng hơn việc tối ưu hóa lý thuyết.

Hãy xem xét khả năng kiểm tra của bạn. Các tấm ván dày đặc với các thành phần có độ cao-tốt có thể che giấu các khuyết điểm chỉ biểu hiện dưới tia X-. Nếu bạn không có khả năng kiểm tra bằng tia X-thì không có-công thức rõ ràng nào trên các tổ hợp nặng BGA-nặng thể hiện một canh bạc đáng kể về độ tin cậy mà bạn sẽ không phát hiện được cho đến khi bắt đầu nhận được báo cáo tại hiện trường.

Yếu tố trong cơ sở hạ tầng làm sạch của bạn một cách trung thực. Đừng chọn chất trợ dung hòa tan trong nước-nếu khả năng làm sạch của bạn tương đương với chai xịt-trên băng ghế dự bị và sự lạc quan. Đừng chọn không{4}}làm sạch và cho rằng cặn bám thực sự lành tính nếu sản phẩm của bạn hoạt động trong môi trường-có độ ẩm cao hoặc trải qua lớp phủ phù hợp.

Và xét về giá trị của nó: luồng hoạt động hoàn hảo cho sản phẩm cuối cùng có thể thất bại thảm hại ở sản phẩm tiếp theo. Quá trình kim loại hóa bo mạch, trạng thái oxy hóa thành phần, phân bố khối nhiệt, khả năng cấu hình phản xạ dòng chảy-tất cả đều tương tác với nhau. Cách tiếp cận thận trọng là kiểm tra trình độ chuyên môn trên các tổ hợp đại diện trước khi cam kết khối lượng sản xuất.

Quản lý thông lượng là nhàm chán. Không ai tham gia vào lĩnh vực sản xuất thiết bị điện tử vì họ đam mê theo dõi trọng lượng riêng hoặc thay thế đá tạo bọt. Lịch trình bảo trì bị bỏ qua. Việc giám sát quá trình trở nên không nhất quán. Việc kiểm tra đầu vào sẽ được rút ngắn khi dây chuyền chậm tiến độ.

Và sau đó là các bể sinh lời, và mọi người tranh nhau xác định nguyên nhân cốt lõi, và hóa ra dòng chảy đã không đạt tiêu chuẩn trong hai tuần nhưng không ai kiểm tra.

Khía cạnh kỷ luật của việc cải thiện năng suất không hề hào nhoáng. Nó không tạo nên những bài thuyết trình thú vị của nhà cung cấp hoặc những thông báo về công nghệ đổi mới. Nhưng các nhà sản xuất đạt được hiệu suất vượt qua-lần đầu tiên trên 98% không làm được điều đó bằng các công thức thông lượng bí mật mà những người khác không có được. Họ đang làm điều đó với sự chú ý không ngừng đến các nguyên tắc cơ bản: giám sát, bảo trì, kiểm soát chất lượng đầu vào, đào tạo người vận hành, tài liệu quy trình.

Bản thân thông lượng là cần thiết nhưng chưa đủ. Hiểu được sự khác biệt đó có lẽ có giá trị hơn bất kỳ đề xuất sản phẩm cụ thể nào mà tôi có thể đưa ra.

Cải thiện năng suất không phải là đích đến-mà là một cuộc tranh cãi đang diễn ra với entropy. Thông lượng bạn chọn sẽ xác định các điều khoản của đối số đó, cửa sổ quy trình bạn phải làm việc trong đó và các chế độ lỗi mà bạn sẽ gặp phải khi có thứ gì đó chắc chắn bị trôi đi. Để hiểu đúng đòi hỏi phải hiểu cả tính chất hóa học của tác dụng thực tế của dòng và thực tế thực tế về cách thức hoạt động thực sự của dây chuyền sản xuất. Cái này không có cái kia tạo ra sự tao nhã về mặt lý thuyết nhưng thất bại trong thực tế hoặc xử lý sự cố theo kinh nghiệm mà không bao giờ giải quyết được nguyên nhân gốc rễ. Các nhà sản xuất liên tục đạt được mục tiêu lợi nhuận đã tìm ra cách nắm bắt đồng thời cả hai quan điểm.