Почему компоненты, поставляемые заказчиком, перестают смачиваться припоями?

Почему компоненты, поставляемые заказчиком, перестают смачиваться припоями?

Окислительные часы, которые никто не проверяет

Коробка пришла с классной этикеткой: «IC-U3, количество 12 000, код даты 2024-W18». Это было за 18 месяцев до дня сборки. Внутри катушки были всё ещё в вакуумной упаковке, пакетики с осушителем не повреждены, наклейки с результатами проверки нетронуты. Группа, занимавшаяся закупкой у потребителя, сделала всё правильно: купила заранее, хранила бережно, тщательно всё задокументировала. Всё, кроме сверки кода даты с графиком.

На Линия СМТ первая катушка с полностью заправленной системой нулевого уровня тревоги. рефlow печь  профиль соответствовал данным в технической документации на пасту. Но когда платы были осмотрены, соединения вокруг U3 выглядели совсем неправильно. Припой не увлажнил выводы компонентов. Он лежал там в виде округлых, тусклых сфер, отказываясь подниматься по выводам. Рентген подтвердил то, что предполагал глаз: ряд head-in-Pillow  соединения — пустота в стиле BGA между круглым контактом и контактной площадкой — и множество ненамокаемый  связи, которые, несомненно, пройдут мимолетное мимолетное наблюдение и разорвутся в течение года.

Вот второй подвох: на самом деле этого не произошло, потому что покупатель приобрел горькие таблетки. Это случилось потому, что материалы, предоставленные заказчиком — Компоненты, которые вам передает клиент для сборки, — это как часы, которые начинают тикать на линии гальванического покрытия, а не на вашем складе. Никто не устанавливал будильник. И когда он срабатывает, он звонит в вашей печи оплавления, в вашу смену, перед вашим возвращением.

Особый риск, связанный с материалами, поставляемыми заказчиком.

Материалы, предоставленные заказчиком  (CSM) — также называемый материалами, предоставляемыми заказчиком — это тот этап производства, где сборочное предприятие имеет наименьший контроль и наибольшую подверженность риску. Компоненты поступают со склада клиента, от брокера или дистрибьютора. Сборочное предприятие отвечает за конечный результат, но не за закупку. Это разделение создает невидимую область: решения о закупках (как долго хранить запасы, где их хранить, когда использовать) принимаются клиентом, а последствия откладываются на производственной линии.

И такой режим отказа опасен. Окисленные провода не выглядят поврежденными. Катушка оцинкованный  Выводы QFP-корпусов 2024 года выпуска могут выглядеть так же, как и выводы, изготовленные в прошлом месяце — возможно, немного тусклее, если присмотреться, но это не настолько критично, чтобы не пройти входной контроль. Толщина оксидного слоя на покрытии измеряется в нанометрах. Он невидим для невооруженного глаза, невидим для цифрового микроскопа и вполне достаточен для удаления припоя при контакте с водой.

Как время и воздух влияют на вывод компонента

Поверхность вывода современного компонента представляет собой слой — обычно олово или олово-свинец  покрытие наносится на медную или сплавную основу. Покрытие существует по одной причине: для обеспечения площади поверхности, к которой может прилипнуть расплавленный припой. Чистая медь, безусловно, окислится за несколько часов. Олово окисляется гораздо медленнее, но все же окисляется. При определенных условиях и влажности окружающей среды слой оксида олова  образуется на поверхности. Припой не смачивает оксид олова. Он увлажняет чистую сталь.

В ходе этой процедуры отсчет времени ведется по времени нанесения покрытия. продолжительность жизни и отраслевое соглашение предельно ясно: паяемость элементов обычно гарантируется для от 6 до одного года  срок службы начинается со дня нанесения покрытия, при этом износ ускоряется после 2 лет. Гарантия включает в себя условия: закрытая упаковка, регулируемая влажность, умеренная температура. Нарушение любого из этих условий ускоряет срок службы. Хранение проводов во влажном помещении без осушителя может привести к тому, что деталь, срок службы которой составляет 12 месяцев, потеряет паяемость через 4 месяца.

Существует вторая, сопутствующая неисправность, которая усугубляет проблему: поглощение влаги многочисленные пучки микросхем чувствителен к влаге  (Сертификат MSL). Элементы, хранящиеся во влажных условиях, впитывают воду в материал плесени. При температурах оплавления — обычно 240-260 °C. ° C означает бессвинцовый — вода мгновенно превращается в пар, и материал может треснуть изнутри, это явление известно как попкорнинг выводы могут идеально демпфироваться. Но упаковка всё равно испорчена. У деталей, предоставленных заказчиком и хранящихся длительное время, окисление и впитывание влаги обычно проявляются одновременно, вызывая неисправности, которые выглядят совершенно по-разному, но имеют одну и ту же причину: время, потраченное на неконтролируемое хранение.

Что происходит в печи

Когда окисленный свинец взаимодействует с расплавленным припоем в печи оплавления, законы физики беспощадны. Увлажнение требует образования интерметаллической связи между припоем и основным металлом, что означает разжижение с образованием оксидного слоя на поверхности для получения чистого металла. флюкс  флюс в паяльной пасте предназначен для выполнения этой задачи, химически удаляя оксид. Но возможности изменения ограничены. Обычное количество оксида быстро впитывается. Толстый слой оксида, образовавшийся за 18 месяцев хранения, может износить флюс раньше, чем поверхность станет чистой, в результате чего припою не к чему будет припаяться.

Заметные результаты можно наблюдать в трех вариантах, все они зафиксированы в критериях качества изделий ручной работы IPC:

Ненамокаемый — Припой касается вывода, но не прилипает. Соединение напоминает припой, лежащий на стекле. Визуальная проверка может пройти успешно, если геометрия скрывает дефект, но электрически оно перестанет работать в самый неподходящий момент.

Отслаивание — Припой сначала увлажняется, а затем втягивается обратно в зерна по мере повторного образования оксида под ним. В результате получается соединение с частичной защитой и существенно сниженной прочностью. Отслаивание — классический признак погранично окисленной поверхности.

Head-in-Pillow — Круглый слой на BGA-компоненте или припой на контактной площадке никогда не соединяется с паяемой поверхностью вывода компонента. В результате получаются две отдельные массы припоя, которые на рентгеновском снимке выглядят соединенными, но на самом деле почти не соприкасаются. «Голова в подушке» — самый опасный из трех вариантов, поскольку его труднее всего обнаружить и он с наибольшей вероятностью может привести к повторным отказам.

Почему входящий контроль качества вас не спасёт

Именно здесь проблема CSM становится структурно нецелесообразной для сборочного цеха. Критерий входящая оценка  проверяет количество, упаковку, дату изготовления и визуальные дефекты. Ни один из этих способов не выявляет оксидных слоев. Специализированный специалист проверка паяемости — метод погружения и осмотра или метод достижения равновесия увлажнения. J-STD-002 — безусловно, это бы выявили, но такое исследование вредно, занимает время и почти никогда не проводится в отношении данных, предоставленных клиентом, если только проблемы уже нет.

Даже полная проверка паяемости образца имеет статистические ограничения. Рост оксидов происходит неравномерно по всей катушке или по всему комплекту. Край катушки, подвергшийся воздействию воздуха, плохо демпфируется; центр, защищенный соседними деталями, демпфируется хуже. Образец из пяти деталей может пройти проверку, в то время как остальная часть партии окажется некачественной. Вы оцениваете не весь комплект, а пять выбранных вами деталей.

Игра в обвинения, которая соответствует

Когда возникает проблема, первый же вопрос всегда звучит так: «Чья это ошибка?» Команда разработчиков заказчика указывает на процесс сборки — на схему, клей, обработку. Сборочная мастерская указывает на материал. Обе стороны частично правы, и ни одна из них не виновна.

Простой ответ заключается в том, что ответственность следовало установить в письменной форме еще до начала работ. Стандартный отраслевой способ решения этой проблемы: сборочная компания составляет и документирует соответствующее соглашение. проверка паяемости  при составлении счета-фактуры на материалы, предоставленные заказчиком, отмечаются коды срока годности, выходящие за рамки 12-месячного периода, и запрашивается письменное подтверждение от заказчика о том, что изношенные компоненты будут собираться на свой страх и риск — или что изношенные компоненты будут забракованы до сборки. Этот единственный шаг переводит аргументацию с «вы испортили мои компоненты» на «было известно, что компоненты находятся под угрозой, и мы договорились о том, как с этим поступить».

Что же на самом деле решает эту проблему?

В этом нет ничего уникального. Схема действий короткая и проверенная:

Предъявите на чеке.  Сравните коды даты производства с 12-месячным периодом, определяющим паяемость. Проведите тест на стойкость к воздействию влаги или тест на равновесии влаги на образце любой партии, выпущенной более 6 месяцев назад. Это займет час и позволит выявить проблемы.

Храните предоставленные заказчиком компоненты так же, как и свои собственные.  Разгрузка должна производиться в сухом шкафу при контролируемой влажности. Если компоненты клиента обнаружены в открытой или негерметичной упаковке, необходимо отметить это в письменном виде. Контроль влажности обходится в несколько центов за катушку и защищает от окисления и повреждений, вызванных влагой, в пучках.

Выпекайте до достижения необходимой влажности, за исключением окиси.  Прокаливание компонентов с рейтингом MSL удаляет впитавшуюся влагу и предотвращает образование "попкорна" — это правда. Прокаливание не восстанавливает паяемость. Окисленный свинец остается окисленным свинцом, и никакое количество тепла не меняет химический процесс. Группы, которые путают оба варианта, в итоге прокалывают компоненты, которым уже 18 месяцев, заявляя об их отличном состоянии, и видят те же самые проблемы с смачиванием на производственной линии.

Согласуйте опасность до начала собрания, а не после.  В заказе или договоре на установку необходимо указать, что происходит, когда поставленная заказчиком продукция не проходит проверку на паяемость: отбраковка и возврат, установка на риск заказчика или повторное лужение за счет заказчика. Если это указано заранее, это технологическая записка. Если же она составлена после того, как изделие перестало работать, это может привести к юридическому конфликту интересов.

Часы идут постоянно.

Материалы, предоставляемые заказчиком, — это единственная область, в которой... ПКБ сборка  там, где пересекаются законы химии и условия соглашения. Химия безжалостна: нанометр оксида, незаметный и безобидный на вид, мгновенно останавливает припой. Соглашение необязательно — ничто не обязывает никого проверять код даты, проводить проверку на смачиваемость или рисковать, составляя соглашение.

Производители, предотвращающие подобные поломки, — это не те, у кого гораздо лучшие печи или паста. Это те, кто рассматривает код дня как срок годности, а не как этикетку. Отсчет времени начинается на линии гальванического покрытия в день завершения изготовления компонента. Он не останавливается на мгновение из-за вакуумной герметизации, заказов на закупку или других причин. Проверьте деталь до того, как она попадет на линию, или объясните потребителю, почему его 18-месячные детали вышли из строя в вашей печи оплавления, а не в его собственной.