Źródła zanieczyszczeń kąpieli lutowniczej

Tony Lentz z FCT Assembly wymienia podstawowy katalog źródeł zanieczyszczeń. Najczęstszymi źródłami zanieczyszczenia kąpieli lutowniczej (dotyczy to zarówno fali jak i selektywów) są metale z płytek drukowanych i komponentów. Na przykład, jeśli płytki są pokryte cynowo-ołowiowym wykończeniem HASL i są montowane w reżimie bezołowiowym, ołów rozpuści się z powłoki HASL i przeniknie do kąpieli lutowniczej. Natomiast jeśli płyty są pokryte warstwą OSP na miedzi, miedź z padów rozpuści się i również zmiesza się z  kąpielą lutowniczą.

Z kolei wyprowadzenia komponentów są często pokryte cyną lub niklem, które również mogą rozpuszczać się w kąpieli lutowniczej.

Znacznie rzadszym przypadkiem jest omyłkowe  dodanie niewłaściwego prętu lutowia do tygla: na przykład, jeśli sztabka lutownicza cynowo-ołowiowa zostanie dodana do bezołowiowej kąpieli lutowniczej, zanieczyszczenie ołowiem prawdopodobnie wzrośnie powyżej limitu RoHS (0,1% wag.).

Kevin Mobley z General Atomics Electromagnetic Systems Group rozszerza nieco katalog zanieczyszczeń pochodzących z wykończenia powierzchni PCB o złoto i srebro. Ponadto, takie metale jak kadm, cynk i aluminium mogą przenikać do tygla z osprzętu używanego do lutowania tj. różnego rodzaju ram, zacisków, końcówek itp. Właściwie wszystko, co jest stosowane w procesie lutowania na fali może uwalniać zanieczyszczenia do tygla, chociaż zwykle są to bardzo małe ilości. Jak wskazuje następny z ekspertów cytowany w dalszej części artykułu, części maszyny i osprzętu są również źródłem zanieczyszczenia żelazem.  

Kevin Mobley zauważa też, iż większość dostawców lutowia zapewnia swoim klientom usługę analizy skłądu tygla lutowniczego. W większości przypadków, jeśli wystąpi problem, dostawca może zalecić zastosowanie pewnych dodatków do tygla, które stopią się z zanieczyszczeniami i usuną je w formie żużla, jednak w niektórych przypadkach, niezbędna może okazać się wymiana całej zawartości tygla.

Głębiej w zagadnienie analizy czystości tygla wchodzi Carlos Bouras z Nordson Select: ogólnie zaleca się, aby kąpiele lutownicze zawierające stopy bezołowiowe były analizowane raz na 3-6 miesięcy lub co 8.000 zmontowanych płytek, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej. Chociaż zwykle przeprowadza się pełną analizę, analiza lutu koncentruje się przede wszystkim na trzech głównych zanieczyszczeniach metalicznych: miedzi (Cu), ołowiu (Pb) i żelazie (Fe).

Jak wspomniano wcześniej, głównym źródłem zanieczyszczenia miedzią jest rozpuszczanie się miedzi z wykończenia powierzchni płytki drukowanej, która tworzy międzymetaliczny związek miedź-cyna (CuSn). Zanieczyszczenia miedzią są tolerowane do 1,0% wagi, a poziom zanieczyszczenia przekraczający 1,0% może powodować spowolnienie przepływu lutowia i niekorzystnie wpływać na wydajność maszyny.

Z kolei górny poziom zanieczyszczenia ołowiem, zapewniający wciąż  zgodność z RoHS, wynosi 0,1%. Ołów przenikający do tygla lutowniczego sprzyja tworzeniu się bogatych w ołów frakcji kąpieli o niższej temperaturze topnienia w połączeniach lutowniczych, co może prowadzić do potencjalnych pęknięć i innych ukrytych wad.

Zanieczyszczenie żelazem jest tolerowane do maksymalnej ilości 0,02% i wynika przede wszystkim z ługowania elementów maszyn w kontakcie z bogatymi w cynę bezołowiowymi stopami lutowniczymi, które tworzą międzymetaliczny związek żelaza i cyny (FeSn2). Poziomy zanieczyszczenia żelazem przekraczające 0,02% mogą potencjalnie powodować kruchość połączeń lutowniczych.

© tek.info.pl