De ce componentele furnizate de clienți încetează să umplească lipitura?

De ce componentele furnizate de clienți încetează să umplească lipitura?

Ceasul de oxidare pe care nimeni nu îl verifică

Cutia a apărut cu o etichetă interesantă: «IC-U3, Cantitate 12.000, Cod dată 2024-W18». Aceasta era cu 18 luni înainte de ziua asamblării. În interior, rolele erau încă sigilate în vid, pungile cu desicant nu fuseseră deteriorate, iar etichetele de inspecție rămăseseră netulburate. Echipa consumatorului responsabilă cu achiziții făcuse absolut tot corect — cumpărase devreme, stocase cu grijă și documentase exhaustiv. Totul, cu excepția verificării codului datei în raport cu programul.

Pe Linie Smt , prima rolă a produs zero sisteme de alarmă. Profilul furnă de Reflow  corespundea fișei tehnice a pasta. Dar când plăcile au ajuns la evaluare, sudurile din jurul U3 nu arătau deloc corect. Sudura nu umpluse terminalele componentei. Stătea acolo sub formă de sfere rotunde și opace, refuzând să urce pe pini. Radiografia a confirmat ceea ce ochii presupuseseră: un rând de head-in-Pillow  suduri — spațiul de tip BGA dintre sferă și pad — și numeroase non-umectant  conexiuni care ar trece o inspecție vizuală informală, dar care ar eșua într-un an.

Iată al doilea punct de atracție: acest lucru nu s-a produs, de fapt, de când clientul a achiziționat pastile amare. S-a întâmplat pentru că material furnizat de client — componentele pe care clientul le pune la dispoziția dumneavoastră pentru asamblare — au un ceas care începe să ticăie la linia de placare, nu la docul dumneavoastră. Nimeni nu a stabilit alarmă. Și când sună, sună în cuptorul dumneavoastră de reflow, în timpul schimbului dumneavoastră, împotriva returnărilor dumneavoastră.

Riscul special al materialului furnizat de client

Material furnizat de client  (CSM) — denumit, de asemenea, material furnizat de client — este singura categorie de intrare în care locul de asamblare are cel mai mic control și una dintre cele mai mari expuneri. Componentele sosesc din depozitul clientului, de la un broker sau de la un distribuitor. Locul de asamblare este responsabil de rezultatul final, dar nu și de achiziționare. Această separare creează o zonă invizibilă: deciziile de achiziție (cât timp să se păstreze stocul, unde să fie depozitat, când să fie folosit) sunt luate de client, iar consecințele revin liniei de producție.

Și modul de defectare este periculos. Conductorii oxidați nu par deteriorați. Un rol de plumbărit cu arză  Conductor QFP din 2024 ar putea părea identic cu unul fabricat luna trecută — ușor mai mat, poate, dacă vă uitați atent, dar nimic care să nu treacă o inspecție la recepție. Stratul de oxidare de pe placarea metalică are grosimea măsurată în nanometri. Este invizibil cu ochiul liber, invizibil și prin lentila microscopică digitală, dar perfect suficient pentru a împiedica lipirea corectă a aliajului de lipit.

Ce fac timpul și aerul cu un conductor de componentă

Suprafața unui conductor modern de piesă este un strat — în mod normal placare cu staniu sau cu staniu-plumb  peste o bază de cupru sau aliaj. Placarea există dintr-un singur motiv: să ofere o suprafață la care aliajul de lipit topit să adere. Cuprul neprotejat s-ar oxida cu siguranță în câteva ore. Staniul se oxidează mult mai încet — totuși, se oxidează. În funcție de luni și de umiditatea ambientală, se formează un strat de oxid de stân  oxid de staniu

Pe suprafață. Aliajul de lipit nu udă oxidul de staniu. Udă doar metalul curat. durata de viață , iar acordul sectorial este clar: sudabilitatea elementelor este, în mod normal, asigurată pentru 6 luni până la un an  de la data placării, cu deteriorarea accelerându-se după 2 ani. Garanția include anumite condiții — ambalaj închis, umiditate reglată, temperatură adecvată. Încălcarea oricăreia dintre aceste condiții duce la accelerarea expirării perioadei. Depozitarea componentelor într-un spațiu umed, fără desiccant, poate face ca o piesă cu garanție de 12 luni să își piardă sudabilitatea în doar 4 luni.

Există o a doua defecțiune asociată, care agravează problema: absorbție a umidității . Numeroasele pachete IC sunt sensibile la umiditate  (clasificate MSL). Componentele stocate în medii umede absorb apă în materialul de turnare. La temperaturile de reflow — de obicei între 240 și 260 ° °C pentru variantele fără plumb — apa se transformă instantaneu în abur, iar componenta se poate crapa din interior spre exterior, o problemă cunoscută sub denumirea de popcorning . Contactele pot fi lipite fără probleme. Ambalajul este totuși deteriorat. Pentru piesele furnizate de client și stocate pe termen lung, oxidarea și absorbția umidității apar de obicei simultan și provoacă defecțiuni care par complet diferite, dar au aceeași cauză: timpul petrecut în condiții de depozitare necontrolate.

Ce se întâmplă în cuptor

Când o contactă oxidată întâlnește lipitura topită în cuptorul de reflow, legile fizicii sunt implacabile. Umedirea necesită ca lipitura să formeze o legătură intermetalică cu metalul de bază – ceea ce înseamnă topirea stratului de oxid de la suprafață pentru a ajunge la metalul curat. flux  din pasta de lipit are rolul de a îndeplini această sarcină, eliminând chimic oxidul. Totuși, fluxul are capacitate limitată. O cantitate normală de oxid este absorbită rapid. Un strat gros de oxid rezultat din 18 luni de depozitare poate epuiza fluxul înainte ca suprafața să devină curată, lăsând lipitura fără nimic de la care să se lipească.

Rezultatele evidente pot fi identificate în trei variante, toate înregistrate în criteriile de execuție IPC:

Non-umectant — lipitura atinge conductorul, dar nu aderă niciodată. Îmbinarea seamănă cu o lipitură așezată pe sticlă. Poate trece un control vizual dacă geometria o ascunde, iar electric va ceda exact în cel mai nefavorabil moment posibil.

Dezagregare (dewetting) — lipitura inițial umectează suprafața, apoi se retrage sub formă de granule pe măsură ce oxidul se reformează sub ea. Rezultatul este o îmbinare cu protecție parțială și rezistență semnificativ redusă. Dezumectarea este semnul distinctiv clasic al unei suprafețe limită, ușor oxidate.

Head-in-Pillow — sfera de pe un BGA sau lipitura de pe pad nu se combină niciodată cu suprafața lipitabilă a conductorului componentei. Se obțin două mase separate de lipitură care par unite în imaginea radiografică, dar care se ating abia perceptibil în realitate. Defectul head-in-pillow este cel mai periculos dintre cele trei, deoarece este cel mai greu de detectat și unul dintre cele mai probabile cauze ale defectelor repetitive în zonă.

De ce inspecția la intrare nu vă poate salva

Aici este unde problema CSM devine structural nerezonabilă pentru uzina de asamblare. Criteriu evaluare la intrare  verifică cantitatea, ambalajul, codurile de dată și problemele vizuale. Niciuna dintre acestea nu evidențiază straturi de oxid. O examinare specializată a sudabilității — tehnica de scufundare și observare sau echilibrul de umectare conform J-STD-002 — ar detecta cu siguranță această problemă, dar astfel de examinări sunt distructive, necesită timp și se efectuează foarte rar pe loturi furnizate de clienți, decât dacă există deja o problemă.

Chiar și o examinare completă a sudabilității pe un eșantion are o limitare statistică. Creșterea oxidului nu este uniformă pe întreaga bobină sau pe întregul lot. Marginea unei bobine expusă aerului se umezește incorect; centrul, protejat de piesele învecinate, se umezește mai puțin. Un eșantion de cinci piese poate trece testul, în timp ce restul lotului eșuează. Nu evaluați întregul lot. Evaluați doar cele cinci piese pe care le-ați ales.

Jocul de atribuire a vinovăției care urmează

Când apare problema, prima întrebare este întotdeauna «cine a greșit?». Grupul de proiectare al clientului acuză procedura de asamblare — contul, pasta, manipularea. Casa de asamblare acuză materialul. Ambele părți au parțial dreptate și niciuna nu are mâinile curate.

Răspunsul simplu este că responsabilitatea ar fi trebuit stabilită în scris înainte ca rolele să ajungă pe linie. Modalitatea standard din industrie de a gestiona această situație: casa de asamblare efectuează și documentează un solderability check  pe materialul furnizat de client la facturare, evidențiază codurile zilei care depășesc fereastra de 12 luni și obține confirmarea scrisă a clientului că componentele învechite vor fi asamblate pe riscul acestuia — sau că componentele învechite vor fi respinse înainte de asamblare. Acest singur pas transformă discuția de la «ați stricat componentele mele» la «componentele erau cunoscute ca fiind riscante și am convenit împreună modul de gestionare a lor».

Ce rezolvă de fapt problema

Nimic dintre acestea nu este unic. Planul de acțiune este scurt și dovedit:

Afișare la primire.  Examinați codurile de dată în raport cu fereastra internă de 12 luni pentru sudabilitate. Efectuați un test de scufundare și inspecție sau un test de echilibru de umiditate pe o mostră din orice lot cu vechime mai mare de 6 luni. Durează o oră și identifică problemele grave.

Stocați componentele furnizate de client ca și cum ar fi ale dumneavoastră.  Depozitați într-un sertar sigur, într-un dulap uscat, la umiditate controlată. Dacă componentele clientului sosesc în ambalaje deschise sau neetanșe, semnalați acest lucru prin scris. Controlul umidității costă câțiva cenți pe rolă și previne atât oxidarea, cât și deteriorarea pachetelor legată de umiditate.

Uscați pentru eliminarea umidității, dar nu și pentru oxid.  Gătirea unui component cu clasificare MSL elimină umezeala absorbită și împiedică apariția efectului de „popcorning” — această parte este reală. Gătirea nu restabilește sudabilitatea. Un terminal oxidat rămâne oxidat, iar nicio cantitate de căldură nu inversează reacția chimică. Grupurile care confundă ambele aspecte ajung să gătească componente de 18 luni vechi, declarându-le excelente, dar observând aceleași defecțiuni de udare pe linia de producție.

Este de acord asupra pericolului înainte de asamblare, nu după.  Comanda sau contractul de montare trebuie să specifice ce se întâmplă atunci când materialul furnizat de client nu trece testul de sudabilitate: respingerea și returnarea acestuia, montarea la riscul clientului sau reînțepenirea la costul clientului. Dacă este scris în avans, este o notă de proces. Dacă este scris după o serie defectuoasă, devine un litigiu juridic.

Ceasul merge în mod constant

Materialul furnizat de client este singura zonă în PCB asamblare  unde legile chimiei și termenii unui acord se intersectează. Chimia este implacabilă: un nanometru de oxid, nedetectabil și care pare inofensiv, oprește definitiv lipirea. Acordul este opțional — nimic nu obligă o persoană să verifice un cod de dată, să efectueze un test de udare sau să evalueze riscul în mod explicit.

Producătorii care previn această defecțiune nu sunt cei care dispun de cuptoare mai bune sau de pastă mai bună. Sunt cei care tratează codul zilei ca pe o dată limită, nu ca pe o etichetă. Cronometrul pornește la linia de placare în ziua în care componenta este finalizată. Nu se oprește nici măcar pentru sigilări de aspirator, comenzi de achiziție sau motive excelente. Verificați-o înainte ca bobina să ajungă pe linie — sau explicați clientului de ce piesele lor de 18 luni au eșuat în cuptorul dvs. de reflow, nu în cel al lor.