Стратегии выбора припойной пасты для успешной электронной сборки
Стратегии выбора припойной пасты
для успешной электронной сборки
(перевод статьи из журнала «SMT007 Magazine», июль 2018)
Как инженеру технической поддержки для изготовителя припоя, мне нравиться пошутить, что никто даже не обращается с лёгкими вопросами. Один из общих вопросов, полученных от текущих и перспективных клиентов, — «Как оценить и протестировать новые припойные пасты»?
Хотя, кажется, это должно быть простым вопросом с лёгким ответом, но он не далёк от правды. Метод оценки жизненно важен сборщику, желающему применить новую припойную пасту, поскольку окончательное решение будет влиять на производство в течении предстоящих лет. Однако, наилучший метод оценки меняется от одного пользователя к другому, базируясь на нескольких факторах. Наиболее просто, дать наилучший ответ на вопрос: как оценить припойную пасту, являясь также последним ответом большинству спрашивающих, желающих услышать: «Это зависит». Вероятно, наилучшим путём закрепления ответа является: — «Что важно для Вас?».
Поэтому, если наилучший ответ для каждого различен, то как каждый начнёт разрабатывать план испытаний? Хорошим началом является понимание уровня ресурсов, выделенных для оценки, который обычно зависит от размера организации. Если оценка производится малым предпринимателем с одной линией поверхностного монтажа и, вероятно, осуществлена одним инженером, то фокус должен быть сконцентрирован только на наиболее важных для это производителя характеристиках припойной пасты. С другой стороны, если оценка совершается крупным, территориальным (или даже многонациональным) промышленником, а тестирование проводится группой под руководством эксперта, то план испытаний должен охватывать все возможные факторы и быть широким в обзоре. В более широкой оценке можно также использовать клиента или специально разработанный тест, повторяя испытания в других местах, где небольшие организации могут быть ограничены в испытаниях на текущем или прототипном продукте, во время перерывов в графике производства. Широта и глубина любого плана испытаний будет зависеть от доступных ресурсов, эффективно используемых, но не перегруженных так, чтобы результат не требовал чрезмерного времени для достижения.
Достигнув понимания основного содержания плана испытаний, следующим шагом является конкретная цель проводимого испытания. Есть две ключевых области, которые исследуются при любой оценке: качество и надёжность.
Качество определено Американским Сообществом Качества, как — «характеристики продукта … которые переносятся на их способность удовлетворять заявленные или подразумеваемые потребности». В этом случае, целью являются отклонения от результата ключевого процесса (ОРКП) от печати припоя до процесса оплавления, используемых для гарантии качества сборки на печатной плате. Эти отклонения связаны с назначением продукции и конструктивом, поэтому эти ключевые факторы меняются потребителем. Наилучшим способом найти отклонения для любого процесса является план контроля процесса, если таковой существует. Этими факторами являются факторы, контролируемые в процессе или отслеживаемые в текущем процессе, и отражают необходимые усилия по соответствию продукции техническим характеристикам.
Наиболее очевидные ОРКП появляются при контроле припойной пасты: объём, который обычно представляют эффективностью переноса (действительный объём печати, разделённый на теоретический объём проёма, выраженный в процентах). Другими показателями контроля припойной пасты являются площадь охвата и высота, используемые как дополнения к объёмным измерениям. Важно проанализировать данные контроля припойной пасты как функцию соотношения площади трафарета для каждого проёма, как распределение эффективности переноса, связанному функционально с соотношением площади. Объединение всех данных вместе даёт результат общего распределения: комбинации многих, разных
Другими факторами, относящимися к характеристикам печати, являются сползание, характеристики после паузы в производстве и срок службы трафарета. Перечень, определённо, неполный и любой фактор, важный для сборочного процесса, является кандидатом для испытаний при оценке. При сокращённой оценке можно положиться на испытания, проведённые изготовителем по стандартным методам таким, как резкое изменение холодного и горячего, где оценки с высокими вложениями могут повторить испытания. Расширенные испытания могут разработать уникальные тесты или приспособления для отражения особых, сопутствующих проблем или потребностей при использовании; ограничениями в разработке тестовых испытаний являются воображение и доступные ресурсы.
Оплавление — другая область, где измерение качества может применяться для оценки. Наличие пустот — вероятно, наиболее очевидное и соответствующее испытание качества после оплавления. Есть, также, значимые для испытаний смачивание и распределение пасты, стойкость к гроздевидной структуре, формы шариков припоя и непропайка. Акцент при разработке испытаний должен быть на ключевых факторах после оплавления, связанных с процессом, точно также, как было сделано с оценкой качества печати и рассмотрением ограниченности ресурсов.
Надёжность — второй главный фактор, который должна включать любая оценка. Надёжность определяется Американским Сообществом Качества как «Вероятность осуществления присущей функции продукта при определённых обстоятельствах без отказа на данный период времени». В случае припойной пасты имеются две области для внимания: механическая, связанная с припойным сплавом, и электрохимическая, связанная с химизмом флюса.
Испытание надёжности требует понимания окружающих условий для конечного продукта, вот почему соответствующие испытания зависят очень сильно от конструктива сборки и как потребитель проводит их (выполняет предназначение), где потребитель планирует использовать их (в каких условиях) и продолжительности гарантии или ожидаемого срока службы продукта (без отказа на данный период времени). Это определено конструктивом при разработке продукта так, что эти факторы легко определимы любой организацией, осуществляющей как разработку, так и — выпуск. Контрактные производители, с другой стороны, редко видят эти факторы продукта и нуждаются либо в избирательном контроле или консультировании с клиентами во время разработки любого плана испытаний надёжности.
К сожалению, испытание надёжности ни затратные, ни быстрые, поэтому, это — область, влекущая к малым оценкам, но опасная для тех, кто выбрал этот путь. Факторы надёжности трудно отслеживаемы во время производства, но напоминают о себе в виде плохой удовлетворённости клиента со временем, достаточно продолжительным, после принятия решения об использовании нового материала. Микроскоп Xbox 360 «Красное кольцо смерти» — превосходный пример проблемы надёжности, которая не определена при первоначальном тестировании, но стала распространённой при использовании продукта, показывая, как затратна она может быть, если ключевые испытания надёжности не проведены в надлежащее время.
Испытания механических характеристик напрямую связаны со сплавом так, что любой производственник, пожелавший заменить пасту SAC305 на другую SAC305 может положиться в большинстве случаев на последние испытания в определённых сегментах рынка, как возможные исключения (например, медицина, авиакосмический, автомобильный). Примеры испытаний механической надёжности включают вибрацию, падение, термоциклирование и высокотемпературную стойкость к ползучей коррозии. Требуемые параметры для этих испытаний такие, как температура, продолжительность испытания, амплитуда вибрации и высота падения, сильно зависят от продукта и предполагаемых условий использования продукта.
Испытание электрохимической надёжности исключительно важно для процессов без отмывки. Испытание электрохимической надёжности предусматривает использование таких условий, как — температура/влажность/смещение. На уровне материала поставщики проверяют сопротивление изоляции для демонстрации того, что их материал соответствует требованиям спецификации по параметрам. Однако, во всех этих испытаниях используется одно смещение, одна конструкция и одни окружающие условия так, что они не могут повторить все возможные комбинации разработки. Поэтому, тестирование сборок при нагрузке и погружение в соответствующие окружающие условия — критично для оценки пригодности к любому несмываемому флюсу на сборке.
Испытание электрохимической надёжности от дефектов также важно для процессов очистки после пайки, но эти процессы требуют фокусировки на гарантии чистоты после отмывки. В процессах с отмывкой обычно полагаются на исследование экстракции сборок (например, электропроводность экстракта растворителя, ионография, ионная хроматография) для демонстрации эффективности. Испытание по температуре/влажности/смещению для сборок без отмывки может проводится и для сборок с отмывкой, гарантируя, что результат процесса отмывки надёжных сборок находится в тестовых пределах при экстракции. Обращается внимание, что отдельное экстракционное испытание несмываемых материалов без параллельной корреляции с испытанием сборок в условиях температуры/влажности/смещения не соответствует оценочному тесту надёжности.
В завершении, любой хороший план испытаний сфокусирован на количественных измерениях при контролируемых и стабильных условиях. При обнаружении аномалий в данных при анализе должно вызвать сомнение и необходимо найти причину аномалии для устранения её. Это также может потребовать в некоторых случаях повторного испытания, без наличия обнаруженных причин аномалии. Не бойтесь отбраковать плохие данные, даже при непопулярном выборе! Необходимо руководствоваться достоверными данными, приводящими к ожидаемому успеху в использовании выбранной припойной пасты на протяжении предстоящих лет. Акцент нужен на хорошем проведении испытаний и сборе достоверных данных, чем утверждая, что испытание проведено успешно сразу и при единственной запланированной попытке.
******************************
Компания «БалтМедиа Партнёр» помогает производителям электроники во внедрении и освоении на российском рынке эффективной техники и технологи ведущих разработчиков, поставляя, помогая и консультируя по составам обработки: обезжириванию, декапированию, травлению, активированию, химической металлизации и электролитическому меднению, финишным покрытиям, подготовке и нанесению защитных покрытий.
По возможному сотрудничеству следует использовать следующий контакт:
Электронная почта: office@bmptek.ru
Тел. +7 (921) 895−14−22
Управляющий проекта — Алексей Леонов
