Co wpływa na żywotność ramek lutowniczych?

Topniki halogenkowe Topniki zawierające halogenki sklasyfikowane są w normach ANSI/J-STD-004 z wyróżnikiem ORM1 lub ORH1. Halogenki w topnikach pełnią rolę aktywatorów, wzmacniających działanie topnika: eliminują smary, tlenki czy żywice epoksydowe. Jak pokazały badania, przeprowadzone przez producenta materiałów do produkcji ramek lutowniczy, firmę Röchling Permali Composites S.A.S., w przypadku stosowania topników halogenkowych ramki wykazują oznaki uszkodzeń po przejściu około 500 razy przez proces produkcji. W poszczególnych przypadkach oznaki te będą występowały w różnym czasie, w zależności od zawartości halogenków w topniku, a także w zależności od cyklu produkcyjnego. Przykładowo cykl produkcyjny trwający 15 minut spowoduje, iż temperatura niezbędna do aktywacji topnika będzie osiągana niemal w trybie ciągłym. Jeśli w procesie produkcyjnym stosowany jest topnik halogenkowy, do produkcji ramek rekomendowane jest zastosowanie specjalnych materiałów. Muszą one mieć podwyższoną odporność strukturalną oraz zwiększoną odporność na temperaturę. Zastosowanie specjalistycznych materiałów wydłuży życie ramki do około 6.000 cykli, również w przypadku użycia topików halogenkowych w procesie produkcyjnym. Topniki no-clean Generalnie, większość użytkowników stosujących w procesach produkcyjnych topniki no-clean nie napotyka na problemy, związane ze skróceniem cyklu życia ramek lutowniczych. Problemy mogą się pojawić dopiero wówczas, gdy topnik zawiera więcej niż 97% alkoholu izopropylowego. Materiały stosowane do produkcji ramek pokryte są specjalną żywicą, wzmacniającą ich odporność. Jednak, pod wpływem ciepła, materiały te mogą się rozszerzać, co prowadzi do powstania mikroszczelin. Topnik może wówczas wniknąć w owe pęknięcia, gdzie zostaje uwięziony w miarę opadania temperatury materiału. Kiedy ramka ponownie trafi do procesu produkcyjnego, topnik zwiększa swoją objętość i wyparowuje, uszkadzając przy tym warstwę żywicy. Ilość topnika czynnikiem kluczowym Proces ten występuje również w przypadku topników halogenkowych i wydaje się, iż wówczas jest znacznie bardziej intensywny. Jednakże prawdopodobnie najistotniejszym czynnikiem, negatywnie wpływającym na żywotność ramek, jest ilość stosowanego topnika. Przeprowadzono odpowiednie badania, analizując proces produkcyjny dwóch firm EMS, produkujących tę samą płytkę PCB dla jednego odbiorcy. Wszystko było identyczne – ramki wykonano z tego samego materiału, parametry lutowania na fali były identyczne – a jedynym czynnikiem różniącym oba procesy była ilość topnika. Stosowanie innego sprzętu do aplikacji oraz różne standardy kontroli spowodowały, iż u jednej z badanych firm ramki zostały zniszczone już po 6 miesiącach. Wysnuto wniosek, iż przyczyną zniszczenia ramek była większa ilość topnika, który nie ulegał degradacji podczas etapu podgrzewania oraz etapu przejścia przez falę i w efekcie gromadził się na ramce. Topnik powodował mechaniczne rozwarstwienie pomiędzy samym materiałem oraz chroniącą go żywicą. W szczególności, na tego typu problemy narażony jest sektor motoryzacyjny, gdzie stosuje się znaczne ilości topnika celem zapewnienia odpowiedniego montażu konektorów. Czyszczenie ramek Ilość i rodzaj stosowanego topnika wpływa na żywotność ramek lutowniczych, jednak ich cykl życia może zostać przedłużony przez regularną konserwację. Zaleca się, aby myć ramki lutownicze przynajmniej raz w tygodniu. Czyszczenie manualne Kiedy budżet nie pozwala na zakup specjalistycznych maszyn do mycia, firmy stosują manualne czyszczenia ramek lutowniczych. Stosując tę metodę, należy jednak pamiętać o dwóch ograniczeniach: a) Nie należy używać szczotek drucianych ani innych szczotek o szorstkich włosach b) Nie należy stosować chemii opartej na alkoholu. Stosowanie szorstkich szczotek albo alkoholu skraca okres użytkowania materiałów, z których wykonane są ramki. Problem ten jest jednak znacznie mniejszy w przypadku ramek do lutowania rozpływowego w procesie SMT, które generalnie mogą być czyszczone szorstkimi szczotkami i chemią, opartą na alkoholu. Dzieje się tak dlatego, iż ramki SMT wystawione są jedynie na działanie wysokich temperatur, natomiast największe zagrożenie stanowi dla nich bezpośredni kontakt z płynnym topnikiem. Tylko regularne oczyszczanie ramek może przynieść pozytywne rezultaty w przypadku czyszczenia manualnego. Manualne czyszczenie jest nieomal niemożliwe, jeśli pozwoli się na nagromadzenie topnika i jego zaschnięcie. W szczególności, w przypadku ramek SMT, występują rozpryski topnika, pochodzące z pasty lutowniczej, utwardzające się w efekcie wielokrotnego przejścia przez piec rozpływowy. Czyszczenie zanurzeniowe W tego typu procesie ramki zanurzane są w odpowiednim roztworze, a następnie poddane oddziaływaniu spreju pod dużym ciśnieniem. Istnieje wielu producentów oferujących wodne systemy czyszczące, jednak końcowy sukces zawsze uzależniony jest od zastosowania odpowiedniej chemii. Czyszczenie ultradźwiękami Do niedawna producenci materiałów z jakich wykonane są ramki lutownicze nie zalecali ich czyszczenia ultradźwiękami. W efekcie silnej ingerencji w strukturę materiału, stawał się on bardziej podatny na oddziaływanie topnika, a jego cykl życia ulegał skróceniu. Wielu końcowych użytkowników zgłaszało się z pytaniem, czy może używać swoich systemów myjek ultradźwiękowych do czyszczenia ramek. Producent materiałów do produkcji ramek, Röchling Permali Composites S.A.S., podjął badania nad tym problemem we współpracy producentem sprzętu do mycia ultradźwiękowego, firmą Smart Sonic Corporation z Canoga Park (Kalifornia, U.S.A.). Badania przeprowadzone przez Smart Sonic wskazały, iż przyczyną problemów było stosowanie zbyt niskich częstotliwości w procesie mycia ultradźwiękowego. W czasie testów Smart Sonic stosował częstotliwości 40 kHz lub wyższe, aplikując moc około 11 watów na litr w cyklu mycia trwającym 10 minut. W efekcie badań nie stwierdzono żadnych symptomów uszkodzenia materiału w efekcie mycia ultradźwiękowego. Firmy doszły w efekcie do wniosku, iż przyczyną wcześniejszych problemów ze stosowaniem mycia ultradźwiękowego było stosowanie częstotliwości mniejszych niż 40 kHz. Im mniejsza częstotliwość jest stosowana, tym proces mycia ultradźwiękami staje się agresywniejszy. Mycia ultradźwiękowe może być w opinii firm porównany do mycia ręcznego: zastosowanie wysokich częstotliwości i niskiej mocy można porównać do stosowanie delikatnej szczotki, aplikacja niskiej częstotliwości w połączeniu z wysoką mocą to stosowanie szorstkiej szczotki, uszkadzającej powierzchnię materiału. Jednak należy podkreślić, iż nawet przy zastosowaniu wysokiej częstotliwości i niskiej mocy, efektywny proces czyszczenia może być osiągnięty jedynie przy jednoczesnym użyciu odpowiedniej chemii. Generalnie, żywotność ramki lutowniczej uzależniona jest od rodzaju stosowanego topnika, temperatury na etapie podgrzewania, szybkości cyklu produkcyjnego oraz sposobu i częstotliwości ich czyszczenia. Jednak wydaje się, iż zdecydowanie najistotniejszym czynnikiem jest ilość stosowanego topnika. - - - Artykuł powstał na bazie materiałów, udostępnionych przez firmę Röchling Permali Composites S.A.S.. evertiq dziękuje za pomoc w opracowaniu artykułu firmie Inbeha , reprezentującej Röchling Permali Composites S.A.S. w Polsce.