Welke flux of soldeerpasta voor BGA rework?

Bij BGA rework speelt flux op verschillende momenten een rol. Je kunt flux gebruiken bij het desolderen van de defecte BGA, bij het voorbereiden van de pads en bij het solderen van de nieuwe component.

Maar welke flux gebruik je wanneer? En wanneer kies je niet voor flux alleen, maar voor soldeerpasta of dip paste?

De juiste keuze hangt niet alleen af van de BGA. Ook de processtap, manier van aanbrengen, gewenste hoeveelheid soldeer, fluxactiviteit en het residu na reflow spelen mee.

De eerste vraag is daarom niet welke flux is de beste?, maar wat moet de flux in deze processtap doen?

Vloeibare flux bij het desolderen

Bij het verwijderen van een defecte BGA kan vloeibare flux een geschikte keuze zijn.

Door de lage viscositeit kan de flux via capillaire werking onder de component komen. Daar ondersteunt de flux het soldeerproces terwijl de verbindingen onder de BGA worden verwarmd.

Ook bij het voorbereiden van de footprint na het verwijderen van de BGA kan vloeibare flux worden gebruikt. Er wordt flux op de pads aangebracht voordat het resterende soldeer bijvoorbeeld met desoldeerlitze wordt verwijderd.

Vloeibare flux is dus vooral interessant wanneer de flux gemakkelijk moet vloeien en moeilijk bereikbare soldeeroppervlakken moet bereiken.

Fluxgel bij het plaatsen van een nieuwe BGA

Voor het plaatsen van een nieuwe BGA kan fluxgel interessanter zijn.

Fluxgel heeft een hogere viscositeit dan vloeibare flux. Daardoor blijft het product beter op de plaats waar het wordt aangebracht. De kleefkracht kan bovendien helpen om de BGA vóór reflow op zijn positie te houden.

Dat maakt fluxgel praktisch wanneer je tijdens het plaatsen zowel fluxwerking als enige mechanische stabiliteit wilt.

Een hogere viscositeit is echter niet automatisch beter. Ze beïnvloedt ook de manier waarop het product wordt aangebracht en hoeveel materiaal op de footprint terechtkomt.

De juiste viscositeit hangt daarom samen met het volledige proces.

Wanneer gebruik je soldeerpasta?

Flux ondersteunt het soldeerproces, maar voegt zelf geen extra soldeermetaal aan de verbinding toe.

Soldeerpasta doet dat wel. Soldeerpasta bestaat uit flux in combinatie met metaalpoeder en voegt tijdens reflow dus extra soldeer toe.

Dat kan relevant zijn wanneer je bewust meer metaal in de nieuwe soldeerverbinding wilt brengen, bijvoorbeeld wanneer de verbinding rekening moet houden met mechanische belastingen zoals vibraties, schokken of thermische cycli.

Het gebruik van soldeerpasta introduceert tegelijkertijd extra procesparameters.

Wanneer je de pasta bijvoorbeeld met een stencil op de footprint aanbrengt, moet de hoeveelheid afgezette pasta voldoende gecontroleerd zijn. Stencil, opening, druk en het eigenlijke printproces hebben invloed op het resultaat.

De vraag is dus niet alleen of je soldeerpasta nodig hebt, maar ook hoe je een reproduceerbare hoeveelheid aanbrengt.

Dip paste als alternatief voor stencilprinten

Bij BGA rework kan dip paste een alternatief zijn voor het rechtstreeks printen van soldeerpasta op de footprint.

De pasta wordt in een gecontroleerde laag aangeboden. Vervolgens worden de balls van de BGA in de pasta gedipt. Een bepaalde hoeveelheid pasta blijft aan de balls hangen, waarna de BGA kan worden uitgelijnd en geplaatst.

Het principe heeft een praktisch voordeel: de pasta wordt via de BGA zelf aangebracht. Je hoeft dus niet voor iedere BGA-footprint op dezelfde manier pasta op de PCB te printen.

Ook hier blijft procescontrole belangrijk. De laagdikte van de dip paste bepaalt mee hoeveel materiaal aan de balls wordt overgedragen.

Dip paste is dus geen ander type soldeerverbinding, maar een andere manier om soldeerpasta gecontroleerd aan de BGA aan te brengen.

Hoe kies je de juiste fluxchemie?

Wanneer je weet of je vloeibare flux, fluxgel of soldeerpasta nodig hebt, moet je nog bepalen welke chemische eigenschappen bij het proces passen.

Daarbij zijn onder meer drie factoren relevant:

• de basis van de flux;
• het activatieniveau;
• het halogeengehalte.

Activatieniveau

Flux helpt oxiden en verontreinigingen op de te solderen oppervlakken te verwijderen en ondersteunt zo de bevochtiging tijdens het solderen.

Meer activiteit betekent echter niet automatisch een betere flux.

Wanneer de te solderen oppervlakken in goede conditie zijn, kan een lager activatieniveau voldoende zijn. Een hogere activiteit kan het procesvenster vergroten, maar beïnvloedt ook de eigenschappen van het achterblijvende residu.

Een bruikbaar uitgangspunt is daarom:

Kies voldoende activiteit voor een betrouwbaar soldeerproces, maar niet meer dan het proces nodig heeft.

Welke rol spelen halogenen?

Halogenen kunnen de reinigende werking van een flux versterken en daarmee het procesvenster vergroten.

Daar staat tegenover dat de reactieproducten die na het solderen achterblijven vanuit betrouwbaarheidsoogpunt aandacht vragen. Zeker wanneer residuen niet eenvoudig verwijderd kunnen worden, moet het halogeengehalte daarom meegenomen worden in de productkeuze.

Bij goed soldeerbare oppervlakken kan een halogeenvrije flux interessant zijn.

Let daarbij wel op de gebruikte classificatie. De aanduiding halogeenvrij betekent binnen technische normen niet noodzakelijk dat er absoluut geen halogenen aanwezig zijn. Kijk daarom naar de productspecificaties en naar de eisen van de toepassing.

Denk vóór het solderen na over fluxresten

Bij een BGA is residu extra belangrijk.

Na het plaatsen bevinden de soldeerverbindingen en een deel van het fluxresidu zich onder de component. Die zone is achteraf moeilijk bereikbaar.

Het lijkt misschien logisch om reinigingsmiddel onder de BGA te laten lopen, maar gedeeltelijk oplossen en verplaatsen van residu levert niet noodzakelijk een schoner eindresultaat op.

De betere vraag is daarom vooraf:

Wat gebeurt er met het residu van deze flux na reflow?

Kijk daarbij onder andere naar:

• de hoeveelheid residu;
• de chemische eigenschappen ervan;
• de reinigbaarheid;
• de reinheidseisen van de uiteindelijke toepassing.

Wanneer reinigen onder de BGA praktisch niet haalbaar is, moet dat dus al tijdens de selectie van de flux worden meegenomen.

De fluxclassificatie is een vertrekpunt

Fluxclassificaties zijn nuttig om producten technisch met elkaar te vergelijken. Ze geven informatie over eigenschappen zoals basis, activiteit en halogeengehalte.

Maar een classificatie vertelt niet hoe een product zich in iedere specifieke BGA-toepassing zal gedragen.

Twee fluxen binnen dezelfde classificatie kunnen bijvoorbeeld verschillen in viscositeit, hoeveelheid residu en praktisch procesvenster.

Gebruik de classificatie daarom als voorselectie, niet als eindbeslissing.

De uiteindelijke keuze moet aansluiten op de PCB, component, gebruikte soldeerlegering, aanbrengmethode en eisen na reflow.

Welke chemie past bij welke processtap?

Als praktische leidraad kun je de keuze als volgt benaderen:

Dit is geen universeel recept. Het helpt vooral om de selectie vanuit de functie binnen het proces te starten.

Kies chemie als onderdeel van het BGA reworkproces

De keuze tussen vloeibare flux, fluxgel, soldeerpasta en dip paste staat niet los van de rest van het BGA reworkproces.

De chemie moet passen bij de processtap, de manier van aanbrengen, het temperatuurprofiel en de eisen die na reflow aan de assembly worden gesteld.

Daarom kan Smans samen met Interflux bekijken welke flux, pasta of dip paste het beste aansluit bij de specifieke PCB, BGA en procescondities.

Zo vertrek je niet vanuit de vraag welk product beschikbaar is, maar vanuit wat de chemie in jouw reworkproces daadwerkelijk moet doen.