Wróć

Graping - przyczyny powstawania i metody zapobiegania

Artykuł przedstawia mechanizm doprowadzający do powstawania defektu grapingu oraz metody minimalizujące jego występowanie.
Opublikowano: 2021-10-19

© Indium Corp.

‘Graping’ to zjawisko, w którym drobne ilości lutowia nie rozpływają i tworzą skupiska zastygłych kulek, przypominających kiście winogron

Podstawowe przyczyny grapingu

Pierwotną przyczyną grapingu jest silne utlenianie się zewnętrznej warstwy kulek lutowia w depozycie pasty. Warstwa tlenku powoduje, że lut (nawet w stanie stopionym) zachowuje swój kulisty kształt z powodu silniejszego napięcia powierzchniowego tlenku lutu. Lutowie wewnątrz faktycznie topi się i staje się płynne, jednak powierzchnia zewnętrzna zachowuje kulisty kształt.

Dlaczego tlenki tworzą się w dużych ilościach na zewnętrznej warstwie kulek lutowia?

Zależy to od aktywności topnika oraz stosunku  powierzchni i objętości depozytu. Ponadto, ponieważ tlenki tworzą się wykładniczo w podwyższonych temperaturach i mają więcej czasu na tworzenie się w warunkach dłuższych profili, istotne są też długość i temperatura profilu.

Stopień aktywności topnika ustala się na etapie ustalania formuły jego składu. Z kolei wraz ze zmniejszaniem się rozmiarów depozytów stosunek pola powierzchni do objętości depozytu stale wzrasta. Im większy współczynnik powierzchni, tym - proporcjonalnie - może powstać więcej tlenków. A co więcej, im mniejszy jest osad, tym mniej topnika pozostaje do dyspozycji, a to właśnie topnik jest odpowiedzialny za usuwanie tlenków. Należy też wziąć pod uwagę, że pewna część topnika uwalnia się z masy depozytu na maskę lutowniczą.

Ponadto długie profile o wysokiej temperaturze sprzyjają tworzeniu się zwiększonych ilości tlenków na zewnętrznej warstwie depozytu. Kiedy wszystkie te czynniki wystąpią w jednym procesie, dochodzi się do sytuacji, w której topnik nie ma już wystarczającej siły, aby usunąć tlenki i utrzymać je z dala od depozytu. Ponieważ zewnętrzna warstwa pasty jest najbardziej narażona na działanie powietrza, ta warstwa jako pierwsza traci aktywność i jest pokryta tlenkami.

Jak zminimalizować zjawisko grapingu

Firma Kester w swoim opracowaniu ‘Graping – What, Why and How to Eliminate?' pisze: Najlepszym sposobem na minimalizację grapingu jest zmniejszenie ilości tlenków powstających w procesie lutowania rozpływowego, tj. zmniejszenie temperatury lub czasu przebywania układu w strefie wygrzewania. Innymi słowy, należy skrócić profil i/lub obniżyć jego temperaturę’. Takie podejście potwierdza też Fritz Byle z firmy doradczej Astronautics: ‘Istnieją dwa podejścia. Po pierwsze, można popracować nad skróceniem ekspozycji płytki na wysoką temperaturę w procesie reflow. To, czy jest to możliwe, zależy od możliwości pieca do lutowania rozpływowego i umiejscowienia największych i najcięższych elementów. Najlepszym podejściem jest skrócenie etapów podgrzewania wstępnego lub etapu wzrostu temperatury’. Jeśli w danym procesie opisane zmiany profilu nie byłyby możliwe, można też poszukać na rynku pasty lutowniczej, która wykazuje aktywność w wydłużonych czasach i temperaturach.

Do tych dwóch  możliwości nawiązuje również Mike Scimeca z FCT Assembly, dodając jeszcze trzecią opcję:

‘1. Użyj pasty lutowniczej o większej aktywności. Graping jest powodowany tlenkami na powierzchni proszku lutowniczego. Poziom aktywności pasty lutowniczej powinien być wystarczająco wysoki, aby poradzić sobie z tlenkiem obecnym w proszku lutowniczym.

2. Profile wysokotemperaturowe, zwłaszcza przy długim grzaniu wstępnym, mogą powodować tworzenie się większej ilości tlenku, aniżeli ilość z jaką może poradzić sobie topnik pasty lutowniczej. W rozwiązaniu problemu może pomóc pasta lutownicza o wyższym poziomie aktywności lub modyfikacja profilu reflow i zastosowanie liniowego etapu wzrostu temperatury […].

3. Kolejną opcją jest zwiększenie objętości depozytu pasty lutowniczej na padach, na których występuje graping. Graping staje się coraz częściej spotykany, ponieważ pasta lutownicza jest nadrukowywana przez mniejsze apertury, zwykle o współczynniku powierzchni poniżej 0,6 a wydajność transferu maleje wraz ze zmniejszaniem się współczynnika powierzchni. Małe ilości pasty lutowniczej mogą prowadzić do właśnie do powstawania defektu grapingu. Pomóc może zarówno powiększenie apertury, jak i zastosowanie odpowiedniej nanopowłoki na szablonie’.

https://www.semicon.com.pl/konwerting-materialow/
https://www.semicon.com.pl/konwerting-materialow/