اگر آپ نے کبھی سوچا ہے کہ وہ چھوٹے چپس آپ کے فون کے مدر بورڈ پر کیوں چپکائے رہتے ہیں بجائے اس کے کہ فالتو تبدیلی کی طرح ہلچل مچا دیں۔سولڈر پیسٹآپ کا جواب ہے. یہ ان مواد میں سے ایک ہے جو لوگ اس سے کہیں زیادہ کام کرتے ہیں۔
یہ چیز بھی کیا ہے؟
اس کے بنیادی حصے میں، سولڈر پیسٹ ایک سرمئی، قدرے سخت آمیزہ ہے۔ اسے دھات سے بنا ایک بہت ہی عین مطابق ٹوتھ پیسٹ کی طرح سمجھیں۔ آپ کے پاس سولڈر الائے کے یہ خوردبین دائرے ہیں-عموماً کہیں 20 سے 50 مائکرون قطر کے درمیان-ایک چپچپا بہاؤ میڈیم میں معطل ہیں۔ زیادہ تر فارمولیشنز میں وزن کے لحاظ سے پاؤڈر تقریباً 85-90% بنتا ہے۔
کھوٹ خود؟ یہی وہ جگہ ہے جہاں چیزیں دلچسپ ہوتی ہیں، اور ایمانداری سے، یہ وہ جگہ ہے جہاں میں گھنٹوں بات کر سکتا تھا۔ روایتی ٹن-لیڈ (SnPb) کئی دہائیوں تک انڈسٹری کی جان تھی۔ Eutectic 63/37 SnPb صفر پیسٹی رینج کے ساتھ بالکل 183 ڈگری پر پگھلتا ہے۔ صاف، پیش قیاسی، کام کرنے کے لیے خوبصورت۔ پھر RoHS 2006 میں ہوا اور الیکٹرانکس کی دنیا SAC305 (96.5% ٹن، 3% چاندی، 0.5% تانبا) جیسے لیڈ-مفت متبادل کی طرف بڑھ گئی جس کو 217 ڈگری کے ارد گرد زیادہ ریفلو درجہ حرارت کی ضرورت ہے۔
لیکن ایمانداری سے، دھات کا حصہ یہاں شو کا ستارہ نہیں ہے۔
فلوکس ہیوی لفٹنگ کرتا ہے۔
یہاں ایک ایسی چیز ہے جس کی مکمل تعریف کرنے میں مجھے بہت لمبا عرصہ لگا: ٹانکا لگانا دھات سے نہیں چپکتا۔ یہ چپک جاتا ہے۔صافدھات اور صاف دھات، اعلی درجہ حرارت پر، بنیادی طور پر کھلی ہوا میں موجود نہیں ہے.
کاپر آکسائڈائز کرتا ہے۔ تیز۔ جس لمحے آپ اسے گرم کرتے ہیں، وہ چمکدار سطح کاپر آکسائیڈ بننا شروع کر دیتی ہے، اور کاپر آکسائیڈ سولڈرنگ کے لیے بالکل خوفناک ہے۔ ٹن آکسائیڈ خود سولڈر گیندوں پر بنتے ہیں۔ ہر چیز کو مسلسل زنگ لگانے، خراب کرنے، آکسائڈائز کرنے کی کوشش کر رہی ہے-جو بھی آپ اسے کہنا چاہتے ہیں۔
یہ وہ جگہ ہے جہاں بہاؤ اپنی تنخواہ کماتا ہے۔
سولڈر پیسٹ میں فلوکس جزو ایک واضح طور پر متاثر کن کیمیائی رقص کرتا ہے:
آکسائیڈ کی تحلیل
زیادہ تر بہاؤ میں نامیاتی تیزاب-روزن پر مبنی فارمولیشنوں میں ابیٹک ایسڈ، یا ضدی آکسائیڈ تہوں کے لیے زیادہ جارحانہ ہالائیڈ مرکبات ہوتے ہیں۔ جب گرم کیا جاتا ہے، تو یہ تیزاب دھاتی آکسائیڈ فلموں پر کیمیائی طور پر حملہ کرتے ہیں، انہیں گھلنشیل دھاتی نمکیات میں تبدیل کر دیتے ہیں جو مشترکہ علاقے سے بہہ جاتے ہیں۔ بنیادی خالص دھات بے نقاب ہے، مختصر طور پر، قیمتی طور پر.
آکسیجن رکاوٹ
مائع بہاؤ بے نقاب دھاتی سطحوں کو حفاظتی کمبل کی طرح لپیٹ دیتا ہے۔ یہ جسمانی طور پر ماحولیاتی آکسیجن کو گرم دھات کو چھونے سے روکتا ہے اور جب گیلا ہونے کی ضرورت ہوتی ہے تو نازک سیکنڈز کے دوران اسے دوبارہ آکسیڈائز کر رہا ہوتا ہے۔
سطح کے تناؤ میں ترمیم
یہ ایک لطیف لیکن اہم- بہاؤ مائع سولڈر/میٹل انٹرفیس پر سطح کے تناؤ کو کم کرتا ہے۔ اس کے بغیر، پگھلا ہوا ٹانکا پیڈ پر اس طرح گر جائے گا جیسے موم والی کار پر پانی۔ اس کے ساتھ، ٹانکا لگانا پھیلتا ہے، گیلا، عمل کرتا ہے.
مختلف فلوکس کیمسٹریز ہیں-نہیں-صاف، پانی میں-حل پذیر، روزن ہلکے سے ایکٹیویٹڈ (RMA)-لیکن یہ سب ان بنیادی افعال کو پورا کرتے ہیں۔ انتخاب آپ کی درخواست پر منحصر ہے اور آیا آپ بعد میں بورڈ کو صاف کرنا چاہتے ہیں۔ کچھ اوشیشوں کو چھوڑ دیتے ہیں جو خوفناک نظر آتے ہیں لیکن برقی طور پر بے ضرر ہوتے ہیں۔ دیگر فعال طور پر corrosive ہیں اور بالکل دھونا ضروری ہے.
ری فلو کا سفر
لہذا آپ کو پی سی بی پیڈز پر پیسٹ جمع ہو گیا ہے، اجزاء سب سے اوپر رکھے گئے ہیں۔ اب کیا؟ اسمبلی ایک ریفلو اوون سے گزرتی ہے، اور یہ وہ جگہ ہے جہاں طبیعیات اور کیمسٹری ان طریقوں سے تعاون کرتے ہیں جو اب بھی مجھے متوجہ کرتے ہیں۔
پہلے سے گرم کرنا
بورڈ کمرے کے درجہ حرارت کے ارد گرد داخل ہوتا ہے. 250 ڈگری کے ساتھ ایک کولڈ اسمبلی کو جھٹکا دیں اور آپ اجزاء کو توڑ دیں گے، ہر جگہ پاپ سولڈر گیندیں، ممکنہ طور پر خود بورڈ کو ڈیلامینیٹ کریں گے۔ اچھا نہیں ہے۔
تو اس کے بجائے: ہلکی گرمی۔ تقریباً 1-3 ڈگری فی سیکنڈ عام ہے۔ ہدف ہر چیز کو بغیر ڈرامے کے 150 ڈگری کے قریب پہنچا رہا ہے۔ یہ مرحلہ بہاؤ میں سالوینٹس کا اتار چڑھاؤ بھی شروع کر دیتا ہے- آپ چاہتے ہیں کہ وہ ختم ہو جائیں اس سے پہلے کہ آپ چوٹی کے درجہ حرارت پر پہنچ جائیں یا آپ کو خالی جگہیں اور چھیڑ چھاڑ ہو جائے۔
01
لینا
یہ مساوات کا مرحلہ ہے۔ ہر چیز کو 150-200 ڈگری کے ارد گرد 60-120 سیکنڈ تک رکھیں۔ مقصد؟ تھرمل یکسانیت۔ BGA کا تھرمل ماس 0402 ریزسٹر کی طرح کچھ نہیں ہے۔ انہیں ایک ساتھ ری فلو زون میں پھینکنے سے پہلے ایک ہی درجہ حرارت تک پہنچنے کا وقت دیں۔
نیز، اور یہ اہمیت رکھتا ہے-سوک بہاؤ کو متحرک کرتا ہے۔ وہ نامیاتی تیزاب بلند درجہ حرارت پر مناسب طریقے سے فعال ہو جاتے ہیں۔ بہت مختصر ایک لینا اور آکسائڈ باقی ہیں. بہت لمبا اور آپ ری فلو شروع ہونے سے پہلے ہی بہاؤ کو ختم کر دیتے ہیں۔ "سر-ان-تکیہ" کے نقائص اکثر یہاں پر نظر آتے ہیں۔
02
ریفلو زون
اب ہم کھانا بنا رہے ہیں۔ درجہ حرارت الائے کے پگھلنے والے پوائنٹ سے تیزی سے اوپر آتا ہے-اسے SAC مرکب کے لیے 230-250 ڈگری کہتے ہیں۔ یہ Liquidus کے اوپر کا وقت ہے، یا TAL، اور اسے عام طور پر 30-60 سیکنڈ تک رکھا جاتا ہے۔
پگھلا ہوا سولڈر بے نقاب پیڈ کی سطحوں اور اجزاء کے ٹرمینلز کو گیلا کرتا ہے۔ سطح کا تناؤ مائع دھات کو فلیٹ کی مثالی شکل میں کھینچتا ہے۔ میٹالرجیکل بانڈنگ یہاں ہوتی ہے-ٹن ایٹم دراصل تانبے کے پیڈ کی سطح میں پھیلتے ہیں، ایک پتلی انٹرمیٹالک کمپاؤنڈ پرت (عام طور پر Cu6Sn5) بناتی ہے جو جوڑ کو اینکر کرتی ہے۔ اس انٹرمیٹالک کے بغیر، آپ کے پاس صرف تانبے پر ٹانکا لگا ہوا ہے بجائے اس کے کہ اس سے جڑا ہوا ہو۔
چوٹی کا درجہ حرارت بہت اہمیت رکھتا ہے۔ بہت کم اور گیلا ہونا نامکمل ہے۔ بہت زیادہ اور آپ اجزاء کو نقصان پہنچاتے ہیں، انٹرمیٹالک نمو کو تیز کرتے ہیں، ممکنہ طور پر بہاؤ کی باقیات کو مستقل بدصورت داغوں میں جلا دیتے ہیں۔
03
کولنگ
تیز ٹھنڈک ٹھوس سولڈر میں باریک اناج کے ڈھانچے بناتی ہے-عام طور پر مکینیکل طاقت کے لیے ترجیح دی جاتی ہے۔ لیکن "تیز" کا مطلب "فوری" نہیں ہے۔ 3-4 ڈگری فی سیکنڈ کی طرح کچھ عام ہے۔ اس سے زیادہ تیز اور آپ کو کولنگ اینڈ پر تھرمل جھٹکا لگنے کا خطرہ ہے۔
04
گیلا کرنا: سچ کا لمحہ
میں گیلے ہونے پر رہنا چاہتا ہوں کیونکہ یہ حقیقی طور پر پورا نقطہ ہے۔
جب سولڈر پگھل جاتا ہے اور فلوکس نے آکسائیڈز کو ہٹانے کا اپنا کام کر لیا ہوتا ہے، تو مائع دھات کو گیند اوپر جانے کی بجائے سطح پر پھیلنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ یہ سولڈر اور بیس میٹل کے درمیان انٹراٹومک کشش کی وجہ سے ہوتا ہے۔ خالص عنصری دھاتی سطحوں میں اعلی سطحی توانائی ہوتی ہے-وہچاہتے ہیںکسی چیز سے جوڑنا۔ آکسائڈائزڈ سطحوں میں وہ توانائی دستیاب نہیں ہے۔
اچھی گیلا ہونے کا مطلب ہے کہ ٹانکا لگانا اور پیڈ کی سطح کے درمیان رابطہ کا زاویہ کم ہے-ٹانکا لگانا چوڑا پھیلتا ہے، ایک نرم مینیسکس بناتا ہے، اجزاء کے سیسہ کو اوپر لے جاتا ہے۔ خراب گیلا ہونا ایسا لگتا ہے جیسے ٹانکا لگا ہوا بلاب میں بیٹھا ہے، بمشکل کسی چیز کو چھو رہا ہے۔
صنعت دراصل اس چیز کو درجہ بندی کرتی ہے۔ IPC معیارات اس بات کی وضاحت کرتے ہیں کہ "قابل قبول" بمقابلہ "ٹارگٹ" بمقابلہ "عیب" کیسا لگتا ہے۔ یہ آپ کی توقع سے زیادہ سخت ہے۔
جہاں چیزیں غلط ہوجاتی ہیں۔
ٹومبسٹوننگ ایک کلاسک ہے۔ ایک چھوٹے سے غیر فعال جزو کے ایک سرے میں دوسرے سے بہتر گیلا ہوتا ہے، اس لیے جب سولڈر پگھل جاتا ہے، تو سطح کا تناؤ ایک طرف سختی سے کھینچتا ہے۔ جزو قبر کے پتھر کی طرح سیدھا کھڑا ہے۔ 0402s اور 0201s کے ساتھ مسلسل ہوتا ہے اگر آپ کے پیڈ کا ڈیزائن یا پیسٹ والیوم متوازن نہیں ہے۔
voids. ہوا جوڑوں کے اندر پھنس جانا۔ تھرمل اور برقی چالکتا کو کم کرتا ہے، مکینیکل طاقت کو کمزور کرتا ہے۔ اکثر فلوکس آؤٹ گیسنگ کا پتہ لگایا جاتا ہے جو ٹانکا لگانے سے پہلے نہیں نکل سکتا۔
سولڈر گیندیں. بورڈ کے ارد گرد بکھرے ہوئے سولڈر کے چھوٹے چھوٹے دائرے، کسی بھی چیز سے غیر منسلک۔ عام طور پر ری فلو کے دوران پیسٹ کے چھڑکنے سے اگر سالوینٹس پہلے سے ہیٹ میں مکمل طور پر بخارات نہیں بنتے ہیں، یا سٹینسل پرنٹنگ کے دوران پیسٹ کی ضرورت سے زیادہ حجم سے۔
سر-تکیہ-میں۔ BGA گیند نرم ہو جاتی ہے لیکن پیسٹ ڈپازٹ کے ساتھ مکمل طور پر یکجا نہیں ہوتی۔ آپ کو وہ ملتا ہے جو کنکشن کی طرح لگتا ہے لیکن ایسا نہیں ہے۔ وشوسنییتا کے لئے خوفناک.
سٹینسل لوگوں کے ماننے سے زیادہ اہمیت رکھتا ہے۔
دراصل، مجھے پرنٹنگ کا ذکر کرنا چاہئے. پیسٹ کو کسی نہ کسی طرح پیڈز پر جانا پڑتا ہے، اور ایس ایم ٹی پروڈکشن میں جو کہ سٹینسل پرنٹنگ-لیزر-ہر پیڈ کے مطابق یپرچرز کے ساتھ دھاتی شیٹ کو کاٹتا ہے۔ Squeegee یپرچرز کے ذریعے پیسٹ کو دھکیلتا ہے۔ تصور میں سادہ، عملی طور پر بالکل ناقص۔
یپرچر ڈیزائن متاثر کرتا ہے کہ پیسٹ سٹینسل سے کیسے نکلتا ہے۔ اسٹینسل کی موٹائی کے مقابلے میں بہت زیادہ-چھوٹے سوراخ خراب ریلیز دیتے ہیں۔ پہلو کا تناسب (چوڑائی سے موٹائی) اور رقبہ کا تناسب (اپرچر ایریا سے سائیڈ وال ایریا) کا احتیاط سے حساب لگایا جاتا ہے. 0.66 کم از کم رقبہ کا تناسب انگوٹھے کا ایک عام اصول ہے۔
پیسٹ ریولوجی بھی اہمیت رکھتی ہے۔ سامان کو سیوڈو پلاسٹک ہونا ضروری ہے-جب یہ نچوڑ کر کاٹتا ہے لیکن جمع ہونے کے بعد شکل رکھتا ہے۔ غلط viscosity اور آپ کو یا تو سلمپنگ (پیسٹ پڑوسی پیڈز میں پھیل جاتی ہے) یا ناکافی ڈپازٹ ملتے ہیں۔
لیڈ-مفت حقیقتیں۔
روایتی ٹن-سیسے کے مقابلے SAC الائے کے ساتھ کام کرنا زیادہ مشکل ہے۔ زیادہ پگھلنے والے پوائنٹس کا مطلب ہے اجزاء پر زیادہ تھرمل دباؤ۔ گیلا کرنے والا رویہ کم بخشنے والا ہے۔ انٹرمیٹالک پرتیں مختلف طریقے سے بڑھتی ہیں۔ قابل اعتماد ناکامی کے طریقوں کو منتقل کر دیا گیا ہے۔
لیکن اب یہ دنیا ہے۔ RoHS دور نہیں جا رہا ہے۔ مینوفیکچررز نے لیڈ-مفت عمل کو بہتر بنانے میں دو دہائیاں گزاری ہیں، اور جدید SAC فارمولیشنز معقول حد تک مضبوط ہیں۔ بس مختلف۔
کم-درجہ حرارت کے متبادل موجود ہیں-بسمتھ-کی بنیاد پر مرکب جو 138 ڈگری کے قریب پگھلتے ہیں -حرارت کے لیے مفید-حساس اسمبلیوں یا توانائی کی لاگت کو کم کرتے ہیں۔ وہ مکینیکل ٹوٹ پھوٹ کے ساتھ اپنے چیلنجز لاتے ہیں، لیکن یہ ایک دوسری بات چیت ہے۔
کیا اصل میں ایک اچھا جوڑ بناتا ہے
برقی تسلسل۔ مکینیکل طاقت۔ تھرمل سائیکلنگ، کمپن، نمی کی نمائش کے تحت طویل مدتی اعتبار۔
انٹرمیٹالک پرت اتنی موٹی ہے کہ یہ ثابت کر سکے کہ بانڈنگ واقع ہوئی ہے لیکن اتنی پتلی ہے کہ ٹوٹنے والی نہیں ہے۔ فلیٹ کی شکل تناؤ کو مؤثر طریقے سے تقسیم کرتی ہے۔ تھرمل راستوں سے سمجھوتہ کرنے والی کوئی خالی جگہ نہیں۔ کوئی آلودگی کمزور آسنجن.
ایمانداری سے ایک جمالیاتی جزو بھی ہے، حالانکہ کوئی بھی اسے تسلیم نہیں کرنا چاہتا۔ ایک خوبصورت سولڈر جوائنٹ-چمکدار (یا دھندلا، SAC کے ساتھ)، مستقل، ہموار-عام طور پر ایک اچھے عمل سے منسلک ہوتا ہے۔ بدصورت جوڑ اکثر مسائل کی نشاندہی کرتے ہیں یہاں تک کہ جب وہ تکنیکی طور پر گزر جاتے ہیں۔
نائٹروجن ماحول
کچھ پروڈکشن لائنیں ہوا کے بجائے نائٹروجن کے نیچے بہہ جاتی ہیں۔ کم آکسیجن کی سطح کا مطلب ہے کہ عمل کے دوران کم آکسیکرن، جس کا مطلب ہے کہ کمزور فلوکس فارمولیشن اچھی گیلا حاصل کر سکتے ہیں۔ کم باقیات۔ چمکدار جوڑ۔
ٹریڈ آف لاگت اور پیچیدگی ہے۔ نائٹروجن مفت نہیں ہے۔ لیکن چیلنج کرنے والی اسمبلیوں کے لیے یا ہلکے بغیر-کلین فلوکس کا استعمال کرتے وقت، کنٹرول شدہ ماحول فرق کر سکتا ہے۔
سولڈر پیسٹ کام کرتا ہے کیونکہ یہ ضرورت پڑنے پر ٹانکا لگاتا ہے، اجزاء کو عارضی طور پر اپنی جگہ پر رکھتا ہے، اور-اپنے بہاؤ کے جزو کے ذریعے-دھات کے لیے کیمیائی حالات پیدا کرتا ہے-سے-دھاتی کے بانڈنگ کو حقیقت میں۔ پاؤڈر شامل ہونے والے مواد کو فراہم کرتا ہے۔ بہاؤ گیلا کرنے میں رکاوٹوں کو دور کرتا ہے۔ ریفلو کا عمل تھرمل توانائی فراہم کرتا ہے تاکہ یہ سب کچھ ہو سکے۔
یہ ایک مربوط کیمیائی اور جسمانی عمل ہے جو تقریباً چار منٹ میں ہوتا ہے، الیکٹرانکس کی صنعت میں روزانہ اربوں بار۔ اور جب یہ صحیح کام کرتا ہے، تو آپ اسے بالکل بھی نہیں دیکھتے ہیں-جو بالکل ایسا ہی ہونا چاہیے۔
بعض اوقات سب سے اہم مواد وہ ہوتے ہیں جن کے بارے میں آپ کبھی نہیں سوچتے ہیں۔ سولڈر پیسٹ ایسا ہے۔ یہ اپنا کام پوشیدہ طور پر، ان گنت بار، آپ کے اپنے ہر آلے میں کرتا ہے۔
