Якщо у вас на виробництві є пайка хвилею, то рівень забруднень точно відіб’ється на вашій кишені. Фірма AIM пояснює механізм утворення забруднень та надає деякі поради щодо мінімізації кількості їх утворення.
У процесі легування метали додаються і розплавляються разом, а потім охолоджуються до попередньо визначеної точки вище температури плавлення сплаву. Для сплаву олова і свинцю (Sn63/Pb37) це буде температура вище 183 °C (361 °F), тоді як для сплаву без свинцю, такого як SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5), це буде температура вище 217-219 °C (423-426 °F). Коли сплав плавиться, його поверхня піддається впливу повітря. Ця дія повітря на поверхню сплаву створює оксидний шар, відомий як окалина. Щільність окалини та сплаву дуже схожа, що спричиняє їх повільне розділення. Кількість окалини не пов’язана з наявністю домішок, а скоріше зі швидкістю окислення, хоча слід підкреслити, що деякі домішки, такі як алюміній (Al) і цинк (Zn), збільшують швидкість утворення окалини через їх швидке окислення). Однак більшість домішок, які знаходяться в межах, визначених стандартом IPC-J-STD-006, є прийнятними та не викликають утворення шлаку.
Що змушує деякі прутки припою утворювати більше шлаку?
Деякі компанії часто використовують перероблені метали для виробництва прутів припою, але це не обов’язково означає, що цей пруток поганої якості. Однак через погані методи рафінування, які зазвичай використовувалися в минулому, поширена думка, що використання перероблених металів є неприйнятним. Поширеною проблемою з використанням перероблених металів є те, що після процесу хімічного видалення домішок хімічні речовини або окислений метал, які утворюються в процесі, фактично не видаляються повністю. Такі хімічні речовини, як сірка (S), хлор (Cl), фосфор (P) і солі натрію, часто використовуються в процесі рафінування, і якщо їх не видалити належним чином, вони залишаться в сплаві під час процесу виробництва бруска припою. Потім ці хімічні речовини можуть перешкоджати здатності шлаку відокремлюватися від припою та спричиняти прилипання структур шлаку до маси припою під час лиття. Це спричинить високий ступінь забруднення припою. Деякі виробники перероблених сплавів також використовують етап гальванічного покриття, і хоча цей процес знижує рівень домішок, як зазначено вище, він все ще не гарантує низький рівень шлаку.
З іншого боку, деякі виробники припоїв використовують у своїх сплавах лише «перші» метали. Для Sn63/Pb37 це означає закупівлю чистого олова та свинцю (іноді також чистої сурми, якщо потрібна ця добавка), а потім їх поєднання. У безсвинцевому сплаві, такому як SAC305, чисте срібло та мідь поєднуються з чистим оловом, щоб утворити кінцевий сплав. Теоретично це має призвести до отримання високоякісного сплаву лише зі стандартною кількістю шлаку. Тож чому це не завжди так? Як згадувалося вище, шлак отримують з оксидів металів, а не з домішок, і постачальники олова та свинцю іноді можуть надавати сировину, яка містить високі рівні оксидів, які слід видалити в процесі легування. Однак, якщо їх ретельно не видалити, результатом буде сплав, який буде таким же слабким, як поганий перероблений сплав.
Методи зменшення утворення шлаку
Існують два різні підходи, які використовуються виробниками припоїв для зменшення вмісту шлаку в прутках. Перший метод полягає в додаванні до готового сплаву «поглиначів кисню»: найчастіше використовується фосфор (P), який окислюється і дає ефект низького рівня забруднень. На жаль, з фосфором є деякі проблеми. Якщо рівень фосфору занадто високий, це спричинить прилипання шлаку на залізні деталі, що, у свою чергу, спричинить засмічення насосів або хвильових перегородок. Крім того, якщо твердий припій не поповнюється часто, фосфор можна видалити з тигля разом із видаленим шлаком, мінімізуючи очікуваний ефект зменшення шлаку. Інша проблема полягає в тому, що аналізувати рівень фосфору нелегко. Екройд і Маккей (1) показали, що якщо рівень фосфору в тиглі перевищує 0.01%, це може спричинити недостатнє змочування та розтріскування паяних з’єднань.
Переважним методом зменшення вмісту шлаку в прутках є використання системи виробництва, яка легує пруток без захоплення оксиду. Наприклад, система фірми AIM Electropure — це процес, який усуває елементи, які потенційно збільшують утворення шлаку, одночасно зменшуючи оксиди, що містяться в бруску.
Азот при пайці хвилею
Для зниження рівня кисню використовується азот, який є інертною речовиною, що в свою чергу зменшує утворення шлаків. Ті, хто впровадив процес паяння хвилею азоту, досягли зниження утворення шлаку на 95% (2). Крім того, азот змінює поверхневий натяг припою, що додатково покращує змочування. Як правило, рівень кисню в інертній системі підтримується на рівні приблизно від 50 до 100 ppm.
Створення інертної атмосфери в процесі паяння хвилею може бути досягнуто шляхом диспергування газу по обидва боки хвилі, що тече, у відкритій конфігурації або шляхом встановлення кожуха над ємністю для пайки, який ефективно закриває середовище паяння. Деякі машини для паяння хвилею також подають азот у тунель, що веде до ванни для припою, щоб запобігти окисленню під час попереднього нагрівання.
Зміна припоїв
При заміні припою в тиглі з однієї марки на іншу після спорожнення тигля рекомендується виконати кілька важливих кроків, щоб забезпечити низьке утворення шлаку. Після повторного заповнення тигля припоєм важливо попрацювати в тиглі принаймні на 8 годин, щоб переконатися, що тонкий шар окисленого припою, який залишився на його стінках, перегородках і робочому колесі насоса, був видалений новим припоєм. Вимкніть насос та будь-яке інше обладнання, яке викликає турбулентність припою, і залиште ємність при 188 °C для Sn63/Pb37 або 217 °C для SAC305 на ніч. Через 8-16 годин шлак слід видалити з матеріалу, який був змішаний з новим припоєм, перш ніж почати звичайний процес пайки.
Вирішення проблем зі шлаком
На кількість шлаку впливає кілька змінних процесу. Одним із факторів, що сприяє утворенню надмірної кількості шлаку, є надмірна турбулентність хвилі, яка може бути викликана, наприклад, зносом насоса або занадто високою висотою хвилі. Щоб звести до мінімуму утворення шлаку, розплавлений припій слід підтримувати в стабілізованому стані, а помутніння слід мінімізувати, коли це можливо. Крім того хвиля повинна перебувати в режимі очікування протягом якомога довшого часу, якщо обладнання оснащене такою функцією, і рухатися на повній швидкості лише тоді, коли більше вузлів наближається та проходить над тиглем.
Чим вище температура ванни для припою, тим вище буде рівень утвореного шлаку. Як правило, для Sn63/Pb37 діапазон температур тигля повинен бути між 249 °C і 254 °C, з максимальною температурою 260 °C. Подібний діапазон температур застосовується до безсвинцевого сплаву, такого як SAC305, але в деяких випадках для покращення заповнення верхнього отвору використовуються температури тигля до 271 °C. При перевищенні цих показників рівень шлаку часто швидко зростає, але, з іншого боку, занадто значне зниження температури може погіршити результати пайки.
Резюме
Хоча використання прутків припою з низьким вмістом домішок є важливим для операцій паяння хвилею, воно само по собі не забезпечує низький рівень утворення шлаку. Крім того, електролітичне рафінування є дорогим виробничим процесом, який не обов’язково покращує ефективність пайки або зменшує кількість утвореного шлаку. Найчастіше за все утворення шлаків є результатом оксидів, що містяться в прутку, який контактує з повітрям під час процесу паяння хвилею. Рівень оксидів в прутках припою можна зменшити шляхом додавання «поглиначів кисню», таких як фосфор, або за допомогою передових виробничих процесів.
Забруднення тигля для припою
Якщо вміст певних елементів у тиглі перевищує специфікації, потрібно вжити певних коригувальних дій, щоб уникнути проблем із пайкою та потенційних дефектів. Щоб зберегти припій в чистоті, рекомендується регулярно аналізувати склад тигля. Нижче наведено перелік елементів із відповідними обмеженнями, коригувальними діями та можливим джерелом забруднення:
Запропоновані максимальні обмеження забруднення ванни для припою відповідно до вимог стандарту IPC J-STD-001E для Sn/Pb і припоїв без свинцю
| Забруднювач | Попереднє кондиціювання максимальної маси забруднюючих речовин, %
обмеження сплави Sn/Pb |
Максимальна маса забруднюючих речовин у збірці, % обмеження сплави Sn/Pb | Попереднє кондиціювання та максимальна маса забруднюючих речовин у збірці, % обмеження безсвинцеві сплави |
| Cu | 0.75 | 0.3 | 1.1 |
| Au | 0.5 | 0.2 | 0.2 |
| Cd | 0.01 | 0.005 | 0.005 |
| Zn | 0.008 | 0.005 | 0.005 |
| Al | 0.008 | 0.006 | 0.006 |
| Sb | 0.5 | 0.5 | 0.2 |
| Fe | 0.02 | 0.02 | 0.02 |
| As | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
| Bi | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
| Ag | 0.75 | 0.1 | 4.0 |
| Ni | 0.025 | 0.01 | 0.05 |
| Pb | – | – | 0.1 |
| Загальна кількість забруднень міді, золота, кадмію, цинку, алюмінію | – | 0.4 | – |
Запропоновані рівні забруднення TAL для SPVC для SAC305
| Забруднювач | Звичайний (%) | Збільшення контроля тигля (%) | Регульований тигель |
| Ag | <3.2 | <3.5 | <4.25 |
| Al | ≤0.001 | >0.002 | ≥0.006 |
| As | <0.02 | >0.02 | >0.03 |
| Au | 0-0.03 | 0.08 | 0.02 |
| Bi | ≤0.03 | >0.03 | 0.25 |
| Cd | ≤0.001 | >0.002 | >0.005 |
| Cu | <0.6 | >0.8 | 1.2 |
| Fe | 0.01 | >0.01 | >0.02 |
| In | <0.01 | >0.01 | >0.1 |
| Ni | <0.01 | >0.025 | >0.05 |
| Pb | ≥0.10 | ||
| Sb | <0.05 | >0.05 | >0.2 |
| Sn | баланс | >97.25 | >97.5 |
| Zn | 0.003 | >0.003 | >0.005 |
- “Contamination of Solder Baths: Influence on Wetting Properties of Some Impurities”, Ackroyd and MacKay, Tin Research Institute, Greenford, Middlesex, UK
- Air Products and Chemicals, Inc. website cost of ownership
За матеріалами сайту https://tek.info.pl
Лайкнути
Твітнути