Kan en efter-hærdende behandling af PFA-varmeren forbedre dens modstandsdygtighed over for bly-fri loddefluss?

Bly-fri loddeflussmidler (som normalt omfatter kolofonium, organiske syrer (ravsyre, adipinsyre, glutarsyre) og halogenidaktivatorer (aminer, bromider)) er ætsende for PFA ved loddetemperaturer (250-350 grader). Rester af flux på PFA-varmekapper fremmer overfladerevner, hævelse og hurtig gennemtrængning. Termisk udglødning (efter-hærdningsbehandling) af PFA-varmere-normalt 200 grader i 4-8 timer{10}}hæver krystalliniteten fra 40-45 % til 55-60 %. Jo højere krystalliniteten er, jo lavere er det amorfe volumen tilgængeligt for fluxabsorption og kemisk angreb. Den udglødede PFA er 40-60 % mere modstandsdygtig over for det blyfrie fluxangreb end den ikke-udglødede PFA, som indikeret af stigningen i overfladehårdhed og brudinitieringstiden. Udglødning fjerner resterende produktionsspændinger, der forværrer miljøspændingsrevner (ESC). Til bølgelodning eller reflow-ovne med udsatte PFA-varmere for fluxdampe, kan specificering af udglødet PFA øge varmelegemets levetid 2-3x.

Mekanisme for fluxangreb og fordel ved udglødning
Blymindre flusmidler er mere aggressive end typiske blybaserede flusmidler på grund af højere loddetemperaturer (260 grader vs. 220 grad ) og mere aktive organiske syrer. Ved 260 grader kondenserer fluxdampene på køligere overflader såsom PFA-varmere. De organiske syrer trænger ind i amorfe områder af PFA og forårsager hævelse (2-5 % volumenforøgelse) og plastificering. Halogenidaktivatorerne katalyserer kædespaltning, og molekylvægten sænkes. Resultatet: Overfladen bliver klistret, får så små revner, så blærer. Hovedbarrieren er PFA-krystallinitet. Krystallinske domæner er uigennemtrængelige for fluxmolekyler, kun amorfe domæner tillader diffusion. Fluxabsorptionen reduceres svarende til faldet af amorft volumen med 27 %, og krystalliniteten stiger fra 45 % til 60 %.

Efterhærdningen ved 200 C (under PFA-smeltetemperaturen på 305 C) omorganiserer de amorfe kæder til krystallinske lameller. Det udvider de nuværende krystallitter og danner nye. Stigningen i krystallinitet er permanent, medmindre PFA omsmeltes. Udglødning minimerer også restspænding (se artikel #41), hvilket gør materialet mindre modtageligt for revnedannelser fra omgivelserne. Flux reducerer spændingskoncentrationen på en belastet PFA-overflade. Afspændingsaflastning øger modstanden mod revnedannelse i PFA.

Bly-Sammenligning af gratis fluxangrebsmodstand
Krystallinitet (%) Tilstand PFAResidual Stress (MPa) Tid til overfladerevner med 260 graders flowdamp (time) Hævelse efter 100 timer (%) Hårdhed Øget efter 100 timer (Shore D)
Uglødet (som-ekstruderet) 42 til 46 4 til 6 50 til 100 3 til 5 +8 til 12
Udglødet (200 grader, 4 timer) 52-56 2-3 120-200 1.5-2.5 +4-6
Udglødet (200 grader, 8 timer) 56–60 1–2 200–300 1–2 +2–4
Udglødet (220 grader, 4 timer) 58–62 1–2 250–350 1–2 +2–4 (risiko for nedbrydning)
Højkrystallinitetsharpiks (specialitet) + udglødet 60 – 65 1 – 2 300 – 500 1 +1 – 2
Harpiks, høj krystallinitet, ikke-udglødet 55–58 4–5 150–250 1.5–2.5 +3–5 Flux-resistenstestmetode
Brug følgende test til at kvalificere PFA-varmere til bly-fri loddeservice:

Udsæt PFA-prøver for 260 graders fluxdamp i 100 timer. For eksempel ved at bruge en konventionel ikke-ren flux (f.eks. Kester 951 eller Alpha OM-340) i en forseglet tank med PFA-prøver suspenderet over den flydende flux. Hold ved 260 grader ± 5 grader.

Prøver ud. Mål .

Overfladehårdhed (Shore D) bør øges<5 units

Vægtændring -<0.5% (swelling or extraction)

Visuel inspektion under 20× forstørrelse - ingen revner, vabler, klæbrighed.

Bøjningstest (180 grader omkring 10 mm dorn) Udglødede prøver bør bøje uden at revne, uudglødede prøver kan afsløre mikrorevner.

Anskaffelsesspecifikationen kræver: "PFA-varmeren skal udglødes ved 200 grader i min 4 timer efter ekstrudering med certificeret krystallinitetsforøgelse på min 10 procentpoint." Anmod om DSC-data for at angive krystallinitet før og efter annealing.

Erfaring med bølgelodning
Et PCB-samlingsanlæg brugte PFA-varmere i deres bølgeloddemaskiner for at holde fluxen ved 260 graders temperatur. Standard (uudglødede) PFA-varmere fejlede hver 6. -9. måned på grund af flux-induceret overfladerevner. Anlægget skiftede til efterhærdede (udglødede) PFA-varmere fra samme producent. De udglødede varmelegemer holdt 18–24 måneder, 2,5–3× længere. De øgede omkostninger (15-20 % præmie) blev tilbagebetalt inden for 6 måneder med lavere erstatningsarbejde og nedetid. Anlægget kræver nu udglødning for alle PFA-varmere i fluxservice.

Begrænsninger og hvornår udglødning ikke er nok
Udglødning øger modstanden mod flux, men ikke immun over for PFA. Ingen fluorpolymer er acceptabel til kontinuerlig væskeflux (nedsænkning) eksponering ved 260 grader, brug keramiske eller titanium varmelegemer. Udglødning er god til dampeksponering og intermitterende væskekontakt. Selv udglødet PFA kan svigte på mindre end 500 timer for alvorlige halogenidfluxer (høj bromidkoncentration). Under disse omstændigheder skal du bruge en PFA-belagt metalvarmer (metal giver tilbage-beskyttelse) eller en kvartsvarmer med PFA-fittings.

Men udglødning har også en afvejning-. Højere krystallinitet betyder mindre fleksibilitet og slagfasthed (forlængelse ved brud falder fra 300% til 200-250%). Med hensyn til modstandsdygtighed over for flux er uudglødet PFA ikke så godt, men for varmeelementer, mekanisk stød (feltservice, bærbare stave), er uudglødet PFA bedre.

Konklusion: 2-3× større fluxmodstand efter udglødning.
Termisk efter-hærdning af PFA-varmere (200 grader, 4-8 timer) øger krystalliniteten fra 40-45 % til 55-60 %, dvs. det amorfe volumen reduceres med 25-30 %. Øget krystallinitet øger modstanden mod blyfrit loddefluksangreb med 2-3X. Tiden til overfladerevner øges fra 50-100 timer til 200-300 timer under dampeksponering. Udglødning reducerer også resterende spænding, hvilket reducerer modtageligheden for spændingsrevner fra omgivelserne. For bølgelodning, reflow-ovne eller enhver applikation, hvor PFA udsættes for fluxdampe ved 250-300 grader, specificer udglødet PFA. Den ekstra omkostning er begrundet i en længere levetid og mindre nedetid. Når selv udglødet PFA fejler for tidligt. Skift varmelegememateriale. Men for de fleste fluxservice skyldes forskellen mellem kvartalsvis og årlig udskiftning af udglødning. Udglød det. Eller udglød dit vedligeholdelsesbudget. Din mulighed.