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BLOG ANSYS

December 5, 2019

Che cos'è il residuo di flusso e perché può causare guasti elettronici?

Il flusso è una miscela acida che viene utilizzata per rimuovere l'ossido di metallo e creare buoni legami metallurgici durante il processo di saldatura. Il rovescio della medaglia è che il residuo di flusso lasciato dopo la saldatura può portare a guasti elettronici e perdite di corrente.


Gli ingegneri devono comprendere il processo di saldatura per ridurre il
quantità di residuo di flusso e miglioramento dell'affidabilità dell'elettronica.

Quando gli ingegneri parlano di residuo di flusso benigno o attivo, si riferiscono al rischio di guasto, non alla chimica del residuo stesso. Nessun test a termine o singolo acquisisce tutte le informazioni necessarie per comprendere il rischio.

Ciò che si capisce è che mentre i circuiti continuano a ridursi, aumenta il rischio di guasti. Per ridurre questo rischio, gli ingegneri devono comprendere la chimica, la tecnica applicativa, la progettazione e l'ambiente dei casi d'uso.
 

La chimica della saldatura e del residuo di flusso

Esistono quattro componenti del flusso che influiscono sulla possibilità di guasti elettrici:

  1. Attivatori
  2. Raccoglitori
  3. Solventi
  4. Additive

Tuttavia, gli attivatori e i raccoglitori hanno l'effetto maggiore.


Residuo di flusso su un circuito stampato
 

Gli attivatori sono acidi organici deboli che si trovano nei flussi contemporanei. La loro acidità rappresenta un rischio ma è necessaria per una buon giunto. Gli acidi reagiscono con gli ossidi metallici per formare sali metallici. Dopo un processo di bagnatura, i sali si dissolvono e si forma un legame metallurgico.

A volte, l'acido potrebbe non essere completamente consumato. Quando ciò accade, l'eccesso di acido può causare guasti elettronici. Per ridurre il rischio, gli ingegneri devono utilizzare una quantità minima di flusso per una saldatura corretta.

I leganti, a volte chiamati veicoli, sono composti insolubili in acqua con alti punti di fusione (come colofonia naturale e resine sintetiche). Dopo la saldatura, impediscono agli attivatori non consumati di dissolversi in acqua. I leganti costituiscono la maggior parte del residuo visibile. Per mantenere l'aspetto di assemblaggi puliti e privi di resina, molti ingegneri scelgono una formulazione di flusso con basse concentrazioni di leganti, aumentando potenzialmente il rischio di guasti.

Il solvente viene utilizzato per sciogliere gli altri componenti. Il profilo di saldatura consigliato dalla produzione si basa, in parte, sul punto di ebollizione del solvente. Durante l'applicazione, è importante seguire il profilo per assicurarsi che tutto il solvente sia evaporato. Se rimane del solvente, è possibile un guasto all'elettronica.

Gli additivi - plastificanti, coloranti o antiossidanti - costituiscono una piccola parte della composizione chimica di un flusso. Gli additivi possono aumentare l'affidabilità, ma non c'è modo di ottenere informazioni o controlli sulla loro funzionalità a causa delle protezioni della proprietà intellettuale del produttore.
 

I rischi dei vari processi di saldatura

Gli ingegneri possono utilizzare la saldatura a riflusso del montaggio superficiale (SMT), ad onda, a selezione o a mano. Ciascuno rappresenta un rischio a causa dei diversi volumi di flusso utilizzati.

SMT è una delle opzioni più pulite: utilizza un flusso di incollaggio che viene applicato utilizzando stencil o stampanti. Questo metodo ha un controllo elevato sul volume applicato.

Il flusso di liquidi rappresenta un rischio maggiore rispetto alla colla perché è più difficile controllare il flusso e il volume dell'applicazione.


Saldatura a mano
 

Il liquido viene erogato a mano o in formato spray o schiuma durante la saldatura ad onda o selezionata. Nel processo a onda, il liquido può fluire verso il lato superiore di un assemblaggio. Quando ciò accade, la temperatura sul lato superiore della scheda potrebbe non essere abbastanza alta da far evaporare il solvente. Un problema simile può verificarsi con la saldatura manuale, a causa delle differenze nel controllo delle applicazioni tra i dipendenti.

Per ridurre il rischio di flussi di liquidi in eccesso e difficili da controllare, gli ingegneri potrebbero utilizzare il filo di saldatura del nucleo del flusso e le apparecchiature di erogazione con metodi di applicazione continuativi.


Come misurare la pulizia dell'assemblaggio

Esistono diversi metodi standard del settore per raccogliere dati che possono essere utilizzati per interpretare il livello di rischio dopo la saldatura.

Il test di resistività dell'estratto di solvente (ROSE) può monitorare la pulizia ionica durante le operazioni di pulizia. I dati raccolti da questo test aiutano gli ingegneri a mantenere un processo di saldatura e lavaggio qualificato.

La cromatografia ionica è un'altra tecnica popolare per misurare il numero di ioni rimasti dopo la saldatura. È anche un modo semplice per rilevare la quantità di acidi organici deboli dal flusso.


Un ambiente di utilizzo umido può portare a guasti.
 

Una sfida per la cromatografia ionica è che metodi diversi produrranno risultati diversi. Ad esempio, un ammollo di assemblaggio completo fornirà medie di concentrazione su tutta la superficie. Per rilevare gli acidi in un'area più piccola, gli ingegneri dovranno utilizzare metodi di campionamento più localizzati. Sfortunatamente, non esiste un criterio standard che determini il superamento o il fallimento per i risultati della cromatografia ionica.

Gli ingegneri possono anche eseguire test funzionali per valutare le prestazioni di un progetto negli ambienti umidi e worst-case. In questi casi, il guasto è tipicamente legato a perdite o cortocircuiti. Gli ingegneri possono utilizzare la limitazione della corrente per ridurre i danni causati dal cortocircuito, che potrebbe nascondere qualsiasi prova di guasti che causano residui.

Gli ingegneri dovranno fare affidamento sulla conoscenza dei loro dati di progettazione, ambiente di utilizzo finale e pulizia per valutare i rischi. Questo perché ci sono numerosi fattori che influenzano il rischio, tra cui:

  • Chimica/applicazione del flusso
  • Spaziatura elettrica
  • Resistenza dielettrica
  • Frequenza
  • Adesione di invasatura/rivestimento

Per saperne di più sul miglioramento dell'affidabilità elettronica, registrati al webinar Residuo di flusso: fattori chiave che causano guasti nell'elettronica. Oppure, leggi i nostri servizi di ingegneria dell'affidabilità.

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