Jakie są najczęstsze źródła zanieczyszczenia lutowia w tyglu?

Tony Lentz, inżynier aplikacyjny z FCT Assembly wskazuje, iż najczęściej spotykanymi źródłami zanieczyszczenia lutowia w tyglach - zarówno w falach lutowniczych jak i maszynach do lutowania selektywnego - są metale uwalniane z płytek drukowanych i/lub komponentów.

Na przykład, jeśli PCB są pokryte cynowo-ołowiowym wykończeniem HASL, a są montowane w procesie bezołowiowym, wówczas rozpuszczający się ołów z powłoki HASL trafi do tygla. Z kolei jeśli płytki pokryte są zawierającą miedź warstwą OSP, wówczas to miedź z padów może zanieczyścić kąpiel lutowniczą. Wyprowadzenia komponentów często są pokryte cyną lub niklem: podobnie jak w dwóch poprzednich przypadkach nikiel z wyprowadzeń komponentów może rozpuszczać się w kąpieli lutowniczej.

Innym źródłem zanieczyszczeń są według Tony’ego Lentza po prostu ludzkie pomyłki. Przykładowo, jeśli operator omyłkowo dorzuci sztabkę ołowiową do kąpieli bezołowiowej, wówczas zanieczyszczenie ołowiem prawdopodobnie przekroczy granicę wymaganą przez RoHS, czyli 0.1% wagi.

Podobnie sądzi Kevin Mobley z General Atomics Electromagnetic Systems Group: najczęstszymi źródłami zanieczyszczenia tygla lutowniczego są zazwyczaj materiały zawarte w komponentach. Jakimkolwiek materiałem nie są wykończone wyprowadzenia komponentów, w procesie lutowania zawsze będą uwalniane ich niewielkie ilości, dostające się potem do tygla. Kevin Mobley rozszerza jednak katalog metali, które mogą ‘wzbogacić’ zawartość tygla: złoto i srebro mogą pochodzić głównie z wykończenia PCB, a  kadm, cynk i aluminium z fixtur, uchwytów, zacisków, końcówek itp.

Większość dostawców stopów lutowniczych zapewnia usługę analizy tygla lutowniczego dla swoich klientów. W większości przypadków, jeśli wystąpi problem zanieczyszczenia, dostawca może zalecić niestandardowe dodatki do tygla,  które będą łączyć się w stopy z zanieczyszczeniami i usuwać je jako żużel, ale w niektórych przypadkach, wymiana lutu może być nieunikniona.

W dyskusji zabrał jeszcze głos Carlos Bouras, general menager w Nordson SELECT, przekazując swoje uwagi o procedurze kontrolnej tygla: ‘Ogólnie zaleca się, aby kąpiele lutownicze zawierające stopy bezołowiowe były analizowane raz na 3-6 miesięcy lub co 8.000 przepuszczonych płytek, w zależności od tego, co nastąpi wcześniej. Chociaż zazwyczaj przeprowadza się pełną analizę, badanie lutu koncentruje się głównie na trzech głównych zanieczyszczeniach metalicznych: miedzi (Cu), ołowiu (Pb) i żelazie (Fe):

• Głównym źródłem zanieczyszczenia miedzią jest rozpuszczanie się miedzi z wykończenia powierzchni PCB, która tworzy międzymetaliczną warstwę miedziano-cynową (CuSn). Zanieczyszczenie miedzią może być tolerowane do 1.0% wagi: powyżej tego progu przepływ lutu staje się zbyt powolny i niekorzystnie wpływa na wydajność maszyny.
• Górny poziom zanieczyszczenia ołowiem, zapewniający zgodność z RoHS, to z kolei 0.1%. W procesie lutowania bezołowiowego, ołów z cynowo-ołowiowych wykończeń powierzchni PCB dostaje się do tygla lutowniczego, powodując tworzenie się wewnątrz połączenia lutowniczego segmentów bogatych w ołów, charakteryzujących się o niższą temperaturą  topnienia, co może prowadzić do potencjalnych pęknięć i innych ukrytych wad.
• Zanieczyszczenie żelazem jest tolerowane do poziomu  0.02%, a jego główną przyczyną jest wypłukiwanie tego metalu z elementów maszyn w efekcie ich kontaktu ze stopami bezołowiowymi o wysokiej zawartości cyny i tworzeniem się żelazo-cynowej (FeSn2) warstwy międzymetalicznej. Zanieczyszczenia żelazem przekraczające poziom 0.02% mogą potencjalnie stać się przyczyną kruchości połączeń lutowniczych.'