สารบัดกรีสำหรับงานประกอบ SMT: ประเภท การจัดเก็บ และข้อบกพร่องในการพิมพ์

สารบัดกรีแบบวาง (Solder paste) คือวัสดุสีเทาที่ทำให้การประกอบชิ้นส่วนบนพื้นผิว (Surface-mount assembly หรือ SMT) เป็นไปได้ แต่ผลลัพธ์ของการผลิตขึ้นอยู่กับโลหะผสมที่เหมาะสม เคมีของฟลักซ์ การควบคุมการจัดเก็บ และความแม่นยำในการพิมพ์สเตนซิล คู่มือนี้จะอธิบายว่าสารบัดกรีแบบวางส่งผลต่อผลผลิต SMT อย่างไร ความแตกต่างระหว่างแบบไร้สารตะกั่วและแบบมีสารตะกั่วคืออะไร วิธีการจัดเก็บอย่างถูกต้อง และข้อบกพร่องใดที่ผู้ปฏิบัติงานควรป้องกันก่อนการหลอมละลาย

1. น้ำยาประสานทำมาจากอะไร?

น้ำยาประสานทำจากส่วนประกอบสองอย่าง คือ ผงโลหะผสมบัดกรีขนาดเล็กมาก และสารช่วยยึดเกาะที่ทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน ผงจะทำหน้าที่สร้างรอยต่อระหว่างกระบวนการหลอม ในขณะที่สารช่วยยึดเกาะจะช่วยขจัดออกไซด์ออกจากโลหะ ช่วยให้บัดกรีหลอมเหลวเกาะติดกับแผ่นรอง และยึดชิ้นส่วนไว้ชั่วคราวก่อนการให้ความร้อน โดยน้ำหนักแล้ว น้ำยาประสานส่วนใหญ่เป็นผง ในขณะที่สารช่วยยึดเกาะมีปริมาณน้อย ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมชิ้นงานพิมพ์จึงหดตัวอย่างเห็นได้ชัดเมื่อสารช่วยยึดเกาะถูกเผาไหม้ในเตาอบ

ผงบัดกรีจะถูกแบ่งเกรดตามขนาดอนุภาค โดยระบุเป็นหมายเลข "ประเภท": ประเภท 3 เหมาะสำหรับการประกอบทั่วไป ในขณะที่ประเภท 4, ประเภท 5 และประเภทที่ละเอียดกว่านั้นจำเป็นสำหรับชิ้นส่วนขนาดเล็กและมีระยะห่างแคบ ซึ่งต้องบีบวางบัดกรีผ่านรูเล็กๆ ของแผ่นสเตนซิล ผงที่ละเอียดกว่ามีราคาสูงกว่าและไวต่อการจัดการมากกว่า ดังนั้นเกรดจึงถูกกำหนดให้เหมาะสมกับส่วนประกอบที่เล็กที่สุดบนแผ่นวงจร หากความแตกต่างระหว่างวางบัดกรีและฟลักซ์ธรรมดาไม่ชัดเจน การเปรียบเทียบระหว่างวางบัดกรีกับฟลักซ์บัดกรีจะช่วยให้เข้าใจได้ชัดเจนยิ่งขึ้น

2. ตะกั่วบัดกรีแบบไร้สารตะกั่วเทียบกับแบบมีสารตะกั่ว (SAC305 เทียบกับ Sn63/Pb37)

สารบัดกรีไร้สารตะกั่ว (โดยทั่วไปคือ SAC305) มีจุดหลอมเหลวประมาณ 217-227°C ในขณะที่สารบัดกรีที่มีสารตะกั่ว (Sn63/Pb37) มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าที่ประมาณ 183°C และไหลได้ง่ายกว่า การเลือกใช้สารบัดกรีมักขึ้นอยู่กับข้อกำหนด: ผลิตภัณฑ์ที่จำหน่ายในตลาด RoHS ต้องใช้กระบวนการบัดกรีไร้สารตะกั่ว เว้นแต่จะได้รับการยกเว้น ในขณะที่สารบัดกรีที่มีสารตะกั่วยังคงใช้ในบางแอปพลิเคชันเฉพาะทางและแอปพลิ เคชันดั้งเดิม

โลหะไร้สารตะกั่วมีจุดหลอมเหลวสูงกว่า ทำให้เกิดความเครียดทางความร้อนต่อชิ้นส่วนมากขึ้น และต้องมีกระบวนการหลอมที่เข้มงวดกว่า ดังนั้นการควบคุมกระบวนการจึงมีความสำคัญมากขึ้น สำหรับผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์ส่วนใหญ่ในปัจจุบัน โลหะไร้สารตะกั่วถือเป็นค่าเริ่มต้นและเป็นข้อสันนิษฐานเริ่มต้นที่ถูกต้อง เว้นแต่จะมีเหตุผลเฉพาะอื่น

3. ฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาด ฟลักซ์แบบละลายน้ำ หรือฟลักซ์เรซิน: ควรเลือกใช้แบบใด

สำหรับงานประกอบส่วนใหญ่ ให้เลือกฟลักซ์แบบไม่ต้องล้างออก ฟลักซ์แบบละลายน้ำได้เมื่อต้องการการเปียกที่ดีที่สุดและต้องการล้างแผงวงจร และฟลักซ์แบบเรซินสำหรับงานบัดกรีด้วยมือและการซ่อมแซม ฟลักซ์แบบไม่ต้องล้างออกจะทิ้งคราบเล็กน้อยที่ไม่เป็นอันตรายและโดยปกติไม่จำเป็นต้องล้างออก และเป็นตัวเลือกมาตรฐานสำหรับการผลิตในปัจจุบัน ฟลักซ์แบบละลายน้ำได้ให้การเปียกที่ดีเยี่ยม แต่ทิ้งคราบกัดกร่อนที่ต้องล้างออกให้หมด ฟลักซ์แบบเรซิน (RMA) เป็นสารเคมีแบบคลาสสิก – มีทั้งแบบมีตะกั่วและไม่มีตะกั่ว – และโดยปกติจะทำความสะอาดคราบเพื่อให้ได้งานที่เรียบร้อย

การเลือกใช้ฟลักซ์ที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับวิธีการทำความสะอาดแผงวงจร ความไวต่อคราบตกค้างของวงจร และระดับความน่าเชื่อถือ หากไม่แน่ใจ ฟลักซ์แบบไม่ต้องทำความสะอาดเป็นตัวเลือกที่ปลอดภัยที่สุดโดยทั่วไป โดยอาจเพิ่มการทำความสะอาดในกรณีที่ต้องการความสวยงามหรือความน่าเชื่อถือสูง

4. วิธีการใช้ตะกั่วบัดกรีร่วมกับแผ่นลายฉลุและการหลอมใหม่

ในการใช้ตะกั่วบัดกรี ให้พิมพ์ตะกั่วลงบนแผ่นวงจรผ่านแม่พิมพ์ จากนั้นวางชิ้นส่วนลงในตะกั่วที่ยังเปียกอยู่ แล้วนำแผ่นวงจรทั้งหมดไปอบในเตาอบแบบรีโฟลว์เพื่อให้รอยเชื่อมทุกจุดเกิดขึ้นพร้อมกัน – ทาตะกั่วและวางชิ้นส่วนก่อน แล้วค่อยอบในขั้นตอนสุดท้าย วิธีนี้ตรงกันข้ามกับการบัดกรีด้วยลวด ซึ่งคุณต้องอบรอยเชื่อมแต่ละจุดแยกกัน ในกระบวนการผลิต ขั้นตอนนี้จะดำเนินการใน สาย การประกอบ SMT ที่ประสานงานกัน :

• การพิมพ์ลายฉลุ เหล็กตัดด้วยเลเซอร์ ลายฉลุ SMT วางแผ่นวงจรไว้บนบอร์ด และไม้กวาดจะดันวางบัดกรีผ่านรูไปยังแต่ละแผ่น ขนาดของรูและความหนาของแผ่นสเตนซิลจะเป็นตัวกำหนดปริมาณบัดกรี ซึ่งเป็นหนึ่งในตัวแปรที่สำคัญที่สุด โดยต้องควบคุมอย่างระมัดระวัง การออกแบบช่องเปิดสเตนซิล.
• การจัดวาง เครื่องวางชิ้นส่วนจะวางชิ้นส่วนแต่ละชิ้นลงบนแผ่นรองที่เคลือบด้วยกาวเหนียว กาวเหนียวจะช่วยยึดชิ้นส่วนไว้จนกว่ากระบวนการหลอมใหม่จะเกิดขึ้น
• รีโฟลว์ แผ่นวงจรจะผ่านกระบวนการควบคุมอย่างละเอียด ได้แก่ การอุ่นล่วงหน้า การคงอุณหภูมิ การเพิ่มอุณหภูมิให้สูงกว่าจุดหลอมเหลวของโลหะผสม แล้วจึงทำให้เย็นลง กระบวนการที่ถูกต้องนี้จะช่วยให้วงจรทำงานได้อย่างราบรื่น โปรไฟล์การบัดกรีแบบรีโฟลว์ ช่วยให้ฟลักซ์ทำงาน และแรงตึงผิวจะดึงแต่ละส่วนให้เข้าที่
• การตรวจสอบ. AOI ตรวจสอบรอยต่อและการจัดวางหลังการรีโฟลว์ และเอ็กซ์เรย์ตรวจสอบรอยต่อที่ซ่อนอยู่ใต้ BGA

สำหรับการสร้างต้นแบบ ผู้ผลิตจะใช้แม่พิมพ์แบบใช้มือร่วมกับแผ่นความร้อนหรือสถานีเป่าลมร้อน หลักการเหมือนกัน เพียงแต่ย่อขนาดลง ข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดสำหรับผู้เริ่มต้นคือการใช้เนื้อวัสดุมากเกินไป ซึ่งทำให้เกิดการเชื่อมต่อกัน ดังนั้นควรเน้นการใช้เนื้อวัสดุที่บางและสม่ำเสมอให้เข้ากับแผ่นรอง

5. วิธีการเก็บรักษาครีมบัดกรีและอายุการใช้งาน

เก็บน้ำยาประสานในภาชนะที่ปิดสนิทในตู้เย็นที่อุณหภูมิประมาณ 2-10°C ซึ่งโดยทั่วไปจะมีอายุการใช้งาน 6-12 เดือน หากเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้อง น้ำยาประสานที่ยังไม่เปิดใช้จะมีอายุการใช้งานเพียงไม่กี่สัปดาห์ ควรนำภาชนะที่ปิดสนิทมาวางไว้ที่อุณหภูมิห้อง (โดยปกติ 4-6 ชั่วโมง) ก่อนเปิดใช้ เพื่อป้องกันไม่ให้ไอน้ำปนเปื้อนน้ำยาประสานและทำให้เกิดการกระเด็นหรือเป็นรูพรุน

มีกฎเพิ่มเติมอีกเล็กน้อยที่จะช่วยรักษาคุณภาพของน้ำยาบัดกรีให้ดี: เคารพเวลาเปิดใช้งานและเวลาพัก เนื่องจากน้ำยาบัดกรีมีอายุการใช้งานจำกัดบนแผ่นแม่พิมพ์ก่อนที่จะแห้ง; ห้ามนำกลับไปแช่แข็งซ้ำ; ห้ามผสมน้ำยาเก่ากับน้ำยาใหม่; และควรทิ้งน้ำยาบัดกรีที่หมดอายุแล้วเพื่อหลีกเลี่ยงความเสี่ยง น้ำยาบัดกรีเป็นวัสดุที่เสื่อมสภาพได้ และการจัดการที่ไม่ถูกต้องเป็นสาเหตุที่ซ่อนเร้นของข้อบกพร่อง ดังนั้นจงปฏิบัติต่อมันเหมือนกับวัสดุสิ้นเปลือง

6. ข้อบกพร่องของน้ำยาบัดกรี: การเชื่อมต่อผิดพลาด, การผิดรูป และช่องว่าง

ข้อบกพร่องส่วนใหญ่ของตะกั่วบัดกรี เช่น การเชื่อมต่อผิดปกติ การผิดรูป การเกิดช่องว่าง ปริมาณตะกั่วไม่เพียงพอ และก้อนตะกั่ว ล้วนมีสาเหตุมาจากปริมาณตะกั่วบัดกรี การจัดเรียง หรือลักษณะการหลอมละลาย การรู้สาเหตุจะช่วยให้คุณป้องกันการแก้ไขงานซ้ำซ้อนได้ แทนที่จะต้องมาไล่หาต้นตอของปัญหา:

จุดร่วมคือการควบคุมกระบวนการ การทำความเข้าใจรูปแบบโดยรวมของข้อผิดพลาดในการประกอบ SMT ทั่วไป จะช่วยให้คุณออกแบบแผงวงจรที่พิมพ์ได้ดี และโดยเฉพาะอย่างยิ่งปัญหาการวางชิ้นส่วนไม่สนิท (tombstoning) มี สาเหตุและวิธีแก้ไขที่เป็นที่รู้จักกันดีซึ่งควรค่าแก่การศึกษา

7. การวางบัดกรีในกระบวนการผลิตประกอบ SMT

นอกเหนือจากชิ้นงานต้นแบบจำนวนเล็กน้อย – และโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับงานที่มีระยะห่างระหว่างขาแคบหรือ BGA – การวางบัดกรีควรได้รับการจัดการอย่างเป็นระบบ ในสายการผลิตระดับมืออาชีพ แม่พิมพ์จะถูกออกแบบให้เหมาะสมกับรูปทรงของแผ่นรองและระยะห่างระหว่างขาที่ละเอียดที่สุดของแผงวงจรของคุณ บัดกรีจะถูกเลือกให้ตรงตามข้อกำหนด RoHS และความน่าเชื่อถือของคุณ และโปรไฟล์จะถูกกำหนดให้กับโลหะผสมที่เลือก โดยมีการตรวจสอบบัดกรี การตรวจสอบด้วยแสง AOI และการตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์สำหรับรอยต่อที่ซ่อนอยู่

ข้อบกพร่องที่เกี่ยวข้องกับการวางวางชิ้นส่วนจำนวนมากนั้น แท้จริงแล้วเป็นปัญหาด้านการออกแบบ เช่น ขนาดของแผ่นรอง ระยะห่าง และทิศทาง ซึ่งทำให้การพิมพ์ที่ดีทำได้ยาก ดังนั้นการตรวจสอบความสามารถในการผลิตล่วงหน้าจะช่วยให้แม่พิมพ์และโปรไฟล์มีโอกาสที่ดีที่สุดในการเชื่อมต่อที่สะอาดตั้งแต่ครั้งแรก Highleap ดำเนินการตามขั้นตอนทั้งหมดผ่านการประกอบ PCB แบบ SMTและในกรณีที่จำเป็น ก็มีการประกอบ BGA แบบพิเศษ พร้อมการตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์ เมื่อคุณขอใบเสนอราคาการประกอบ โปรดแจ้งให้เราทราบว่าผลิตภัณฑ์ต้องปราศจากตะกั่วหรือไม่ มีข้อกำหนดในการทำความสะอาดใดบ้าง และส่วนประกอบหรือระยะห่างที่เล็กที่สุดบนแผงวงจรคืออะไร

ขอรับใบเสนอราคาสำหรับการประกอบ SMT

8. คำถามที่พบบ่อยเกี่ยวกับน้ำยาประสานตะกั่ว

ส่วนประกอบของตะกั่วบัดกรีแบบวาง (solder paste) คืออะไร?

สารแขวนลอยของผงโลหะผสมบัดกรีละเอียดในตัวกลางฟลักซ์ ผงจะสร้างรอยต่อระหว่างการหลอม ส่วนฟลักซ์จะทำความสะอาดโลหะ ช่วยในการเปียก และยึดชิ้นส่วนให้อยู่กับที่

ตะกั่วบัดกรีแบบไร้สารตะกั่วกับแบบมีสารตะกั่วต่างกันอย่างไร?

สารวางแบบไร้สารตะกั่ว (SAC305) มีจุดหลอมเหลวประมาณ 217-227°C และเป็นไปตามข้อกำหนด RoHS ในขณะที่สารวางแบบมีสารตะกั่ว (Sn63/Pb37) มีจุดหลอมเหลวต่ำกว่า คือประมาณ 183°C ไหลได้ง่ายกว่า แต่มีข้อจำกัดภายใต้ข้อกำหนด RoHS

คุณใช้ครีมบัดกรีอย่างไร?

พิมพ์ลวดลายลงบนแผ่นรอง (โดยใช้แม่แบบเพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด) วางชิ้นส่วนลงในเนื้อกาวเปียก จากนั้นให้ความร้อนกับแผ่นวงจรทั้งหมดภายในเตาอบแบบรีโฟลว์ เพื่อให้รอยต่อทุกจุดเชื่อมติดกันพร้อมกัน ควรวางชิ้นส่วนลงในเนื้อกาวก่อน แล้วค่อยให้ความร้อนเป็นลำดับสุดท้าย

น้ำยาประสานต้องเก็บในตู้เย็นหรือไม่ และมีอายุการเก็บรักษานานเท่าใด?

ใช่ค่ะ – ควรเก็บในภาชนะปิดสนิทที่อุณหภูมิประมาณ 2-10°C ซึ่งโดยทั่วไปจะมีอายุการเก็บรักษา 6-12 เดือน ควรนำมาวางไว้ที่อุณหภูมิห้องขณะที่ยังปิดสนิทอยู่ก่อนเปิด เพื่อป้องกันการเกิดไอน้ำควบแน่น

ทำไมข้อต่อแบบติดตั้งบนพื้นผิวของฉันถึงเกิดการลัดวงจร?

โดยทั่วไปมักเกิดจากปริมาณกาวที่มากเกินไปหรือรูของแม่พิมพ์ที่ใหญ่เกินไป บางครั้งอาจมีการจัดวางที่ไม่ตรงกัน การลดขนาดรู ตรวจสอบแม่พิมพ์ และตรวจสอบแรงกดในการพิมพ์มักจะช่วยแก้ปัญหานี้ได้

Highleap สามารถรองรับการประกอบชิ้นส่วนที่มีระยะห่างขาแคบและแบบ BGA ได้หรือไม่?

ใช่แล้ว Highleap ใช้กาวคุณภาพสูง แม่พิมพ์ที่ออกแบบมาสำหรับระยะห่างที่แคบ โปรไฟล์การหลอมที่ควบคุมได้ และการตรวจสอบด้วยรังสีเอ็กซ์เพื่อหาจุดเชื่อมต่อที่ซ่อนอยู่ โดยมีการตรวจสอบความเป็นไปได้ในการผลิตก่อนหน้านั้นด้วย