เคสจริง: Flux ผิดประเภททำให้ PCBA 300 ชิ้นเสียหาย 12% จาก Cold Solder Joint
โรงงานแห่งหนึ่งในภูมิภาคนี้ผลิต PCBA สำหรับอุปกรณ์ควบคุมอุตสาหกรรมจำนวน 2,500 ชิ้นต่อล็อต ในล็อตที่ 47 พบว่าอัตรา Cold Solder Joint สูงถึง 12% บน QFP ขนาด 0.5mm pitch ทำให้ต้อง Rework 300 ชิ้น ความเสียหายรวมต้นทุน Rework + ชิ้นงานเสียอยู่ที่ประมาณ $4,200 สาเหตุหลักมาจากการเปลี่ยน Flux โดยไม่ตรวจสอบให้ดี:
- เปลี่ยนจาก RMA Flux เป็น No-Clean Flux โดยไม่ปรับ Reflow Profile: RMA Flux ที่ใช้เดิมมี Active Temperature Range ช่วง 150-250°C แต่ No-Clean Flux ที่เปลี่ยนมามี Active Range แคบกว่าที่ 180-230°C ทำให้ช่วงเวลาที่ Flux ทำงานลดลง 40%
- No-Clean Flux มี Activity ต่ำกว่า: บนพื้นผิวทองแดงที่ผ่านการเก็บรักษานาน 6 เดือน มี Oxide Layer หนาประมาณ 15-20nm No-Clean Flux ไม่สามารถกำจัด Oxide ได้หมด ทำให้ Wetting ไม่สมบูรณ์
- ไม่ปรับ Solder Paste Volume: RMA Flux มี Wetting Force สูงกว่า 0.25mN/mm ทำให้ Solder ไหลเกลี้ยงพินได้ดีกว่า เมื่อเปลี่ยนเป็น No-Clean ที่มี Wetting Force เพียง 0.15mN/mm ปริมาณ Solder Paste เดิมไม่เพียงพอ
การแก้ไขด้วยการกลับไปใช้ RMA Flux พร้อมเพิ่ม Preheat Time 20 วินาที ลดอัตรา Cold Solder Joint เหลือ 0.3% แต่บทเรียนนี้ชี้ให้เห็นว่า Flux ไม่ใช่แค่ "สิ่งที่ช่วยให้บัดกรีติด" แต่เป็นตัวแปรสำคัญที่กำหนด Process Window ทั้งหมด
บทความนี้จะเจาะลึกถึง Flux ในการบัดกรี (Solder Flux) ตั้งแต่กลไกเคมี การจำแนกประเภทตาม J-STD-004 การเลือกใช้ให้เหมาะกับงาน ไปจนถึงข้อผิดพลาดที่วิศวกรมักทำ
---
Flux คืออะไร? กลไกเคมีที่ซ่อนอยู่หลังการบัดกรี
Flux ในการบัดกรี (Solder Flux) คือสารเคมีที่ทำหน้าที่ 3 ประการหลักในกระบวนการบัดกรี: กำจัด Oxide Layer บนพื้นผิวโลหะ, ป้องกันไม่ให้เกิด Re-oxidation ระหว่างให้ความร้อน, และลด Surface Tension ของ Solder ที่หลอมเหลวเพื่อให้ไหลเกลี้ยงพื้นผิวได้ดีขึ้น หากไม่มี Flux ตะกั่วบดกรีจะไม่สามารถ Wetting บนพื้นผิวทองแดงได้เลย เพราะ Oxide Layer บนทองแดงเกิดขึ้นทันทีเมื่อสัมผัสอากาศ
กลไกการกำจัด Oxide: ทำไม Flux ถึงจำเป็น
ทองแดงเมื่อสัมผัสอากาศจะเกิด Oxide Layer (Cu₂O และ CuO) ภายในเวลาเพียงไม่กี่ชั่วโมงที่อุณหภูมิห้อง ที่อุณหภูมิ 100°C ขึ้นไป Oxidation เร่งตัวอย่างรวดเร็ว ในกระบวนการ Reflow ที่อุณหภูมิสูงถึง 250°C หากไม่มี Flux ปกป้อง พื้นผิวทองแดงจะเกิด Oxide หนาเกินกว่า Solder จะ Wetting ได้
Flux กำจัด Oxide ด้วย 2 กลไก:
- Reduction: สารประกอบใน Flux เช่น Rosin (Abietic Acid, C₂₀H₃₀O₂) ทำปฏิกิริยากับ CuO แยกออกเป็น Cu + H₂O + สารประกอบอินทรีย์ ปฏิกิริยานี้เริ่มที่อุณหภูมิประมาณ 150°C ขึ้นอยู่กับประเภท Flux
- Dissolution: สาร Activator เช่น Zinc Chloride (ใน Flux ประเภท Inorganic) ละลาย Oxide โดยตรง กลไกนี้รุนแรงกว่าแต่กัดกร่อนสูง
3 บทบาทของ Flux ในกระบวนการบัดกรี
1. กำจัด Oxide (Oxide Removal): Flux ทำปฏิกิริยากับ Oxide Layer บน Pad, Component Lead และ Solder Powder เอง โดย Solder Powder ใน Solder Paste ก็มี Oxide บนผิวเช่นกัน ยิ่ง Particle Size เล็ก (Type 4-5) ยิ่งมี Surface Area ต่อ Volume สูง ทำให้ Oxide สะสมมากกว่า นี่คือเหตุผลว่าทำไม Solder Paste ที่ใช้ Type 4 Powder ต้องการ Flux ที่มี Activity สูงกว่า
2. ป้องกัน Re-oxidation (Barrier Protection): ระหว่าง Preheat และ Soak Zone ของ Reflow Profile พื้นผิวโลหะจะเกิด Oxidation เร่งตัว Flux ที่ยังไม่สลายตัวจะเคลือบพื้นผิวเป็นฟิล์มป้องกัน ช่วยให้ Solder สามารถ Wetting ได้เมื่อถึงจุดหลอมเหลว
3. ลด Surface Tension (Wetting Promotion): Flux ที่หลอมเหลวลด Surface Tension ของ Solder จากประมาณ 550 mN/m (Sn-Ag-Cu ที่ 250°C โดยไม่มี Flux) เหลือประมาณ 380-420 mN/m ทำให้ Solder ไหลเกลี้ยง Pad และขึ้น Lead ได้ดีขึ้น Contact Angle ลดลงจาก >60° เหลือ <30° ซึ่งเป็นเกณฑ์ที่ IPC-A-610 กำหนดว่า Wetting ดี
---
การจำแนก Flux ตาม J-STD-004: ตัวอักษรที่วิศวกรต้องเข้าใจ
มาตรฐาน IPC J-STD-004 จำแนก Flux ตามวัสดุหลัก (Base Material) เป็น 3 กลุ่ม และตามระดับ Activity เป็น 4 ระดับ รวมเป็นรหัส 2 ตัวอักษรที่ปรากฏบน Data Sheet ของ Flux ทุกยี่ห้อ
กลุ่มวัสดุหลัก (Base Material)
| รหัส | วัสดุหลัก | ตัวอย่างสาร | ลักษณะเด่น |
|---|---|---|---|
| R | Rosin | Abietic Acid, Pimaric Acid | มาจากยางสน ไม่กัดกร่อน ต้องทำความสะอาด |
| RE | Resin (Synthetic) | Modified Rosin, Synthetic Resin | สังเคราะห์ขึ้น ควบคุมสูตุได้แม่นกว่า |
| OR | Organic | Carboxylic Acid, Dicarboxylic Acid | ละลายน้ำได้ ต้องล้างออก |
| IN | Inorganic | Zinc Chloride, Ammonium Chloride | กัดกร่อนสูงมาก ใช้เฉพาะงานกลุ่มเฉพาะ |
ระดับ Activity (กิจกรรมเคมี)
| รหัส | ระดับ Activity | ปริมาณ Halide | การทดสอบ Copper Mirror | การใช้งานหลัก |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Low (L) | 0% Halide | ไม่กัดผ่านทองแดง | งานที่ต้องการความสะอาดสูง, No-Clean |
| 2 | Moderate (M) | 0-0.5% Halide | กัดผ่านบางส่วน | งานทั่วไป, สมดุลระหว่าง Activity และความปลอดภัย |
| 3 | High (H) | >0.5% Halide | กัดผ่านทั้งแผ่น | พื้นผิวที่ Oxide หนา, งานที่ Wetting ยาก |
เมื่อรวมกันจะได้รหัสเช่น ROL1 (Rosin, Low Activity), REM1 (Resin, Moderate Activity), ORH1 (Organic, High Activity) ฯลฯ รหัสเหล่านี้ไม่ใช่แค่ตัวอักษรบนกระดาษ แต่เป็นตัวกำหนดว่า Flux นั้นต้องทำความสะอาดหรือไม่ เหมาะกับงาน Class ใด และมีผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือระยะยาวอย่างไร
ความสำคัญของ Halide Content
Halide (โดยเฉพาะ Chloride และ Bromide) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้ Flux กำจัด Oxide ได้ดีขึ้น แต่ก็เป็นสารกัดกร่อนที่เหลืออยู่บนบอร์ดได้ ตาม J-STD-004 Flux ประเภท L ต้องมี Halide Content 0% (ไม่มีเลย) ประเภท M มีได้ไม่เกิน 0.5% ของ Flux Solid Content และประเภท H มีได้มากกว่า 0.5%
ในทางปฏิบัติ Flux ที่มี Halide สูงกว่า 0.05% ของน้ำหนัก Solder Paste ทั้งหมด จะต้องทำความสะอาดหลังบัดกรีสำหรับงาน Class 3 ตาม IPC-A-610 เพราะ Halide Residue ที่เหลืออยู่จะดูดความชื้นจากอากาศ ก่อให้เกิด Electrochemical Migration และ Corrosion บน Pad ได้
---
เปรียบเทียบ Flux ทุกประเภท: ตารางเปรียบเทียบเชิงลึก
ตารางต่อไปนี้เปรียบเทียบ Flux ที่พบบ่อยที่สุดในอุตสาหกรรม PCB Assembly โดยเน้นพารามิเตอร์ที่ส่งผลต่อการผลิตจริง ไม่ใช่แค่ Spec บนกระดาษ
| พารามิเตอร์ | ROL1 (No-Clean Rosin) | REM1 (No-Clean Resin) | ORL1 (Water-Soluble Low) | ORM1 (Water-Soluble Mod) | ORH1 (Water-Soluble High) | RMA (Rosin Mildly Activated) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Halide Content | 0% | 0% | 0% | 0.2-0.5% | >0.5% | <0.05% |
| Wetting Force (mN/mm) | 0.12-0.18 | 0.15-0.22 | 0.18-0.25 | 0.25-0.35 | 0.35-0.50 | 0.20-0.28 |
| Active Temp Range (°C) | 200-240 | 180-250 | 170-250 | 160-260 | 150-280 | 150-250 |
| Copper Mirror Test | ผ่าน (ไม่กัด) | ผ่าน (ไม่กัด) | ผ่าน (ไม่กัด) | กัดบางส่วน | กัดทะลุ | กัดบางมาก |
| ต้องทำความสะอาด? | ไม่ต้อง (ตาม J-STD-004) | ไม่ต้อง | ต้อง (ล้างด้วยน้ำ) | ต้อง (ล้างด้วยน้ำ) | ต้อง (ล้างด้วยน้ำ+ตัวเร่ง) | แนะนำ (ล้างด้วยตัวทำลายละลาย) |
| Residue หลังบัดกรี | ฟิล์มใส เห็นได้ชัด | ฟิล์มบาง ใส | ละลายน้ำหมด | ละลายน้ำได้บางส่วน | ละลายน้ำยาก ต้อง Detergent | ฟิล์มเหลืองอ่อน |
| Surface Insulation Resist. (SIR) | >1×10¹² Ω | >1×10¹² Ω | >1×10¹¹ Ω (หลังล้าง) | >1×10¹⁰ Ω (หลังล้าง) | >1×10⁹ Ω (หลังล้าง) | >1×10¹¹ Ω (หลังล้าง) |
| เหมาะกับ IPC-A-610 Class | 1-2 | 1-3 | 1-3 (หลังล้าง) | 2-3 (หลังล้าง) | 2 (หลังล้างเท่านั้น) | 2-3 (หลังล้าง) |
| ราคาสัมพัทธ์ (ต่อ kg) | 1.0x | 1.1x | 0.9x | 0.95x | 1.0x | 1.05x |
ผลกระทบในการผลิต: Wetting Force ต่างกันระหว่าง ROL1 (0.12 mN/mm) กับ ORH1 (0.50 mN/mm) ถึง 4 เท่า หมายความว่าบน Pad ที่มี Oxide ปานกลาง ROL1 อาจไม่สามารถ Wetting ได้ ขณะที่ ORH1 ทำได้ง่าย แต่ต้นทุนที่ซ่อนอยู่คือ ORH1 ต้องล้างด้วย Detergent ที่อุณหภูมิ 60°C เป็นเวลา 5 นาทีขั้นต่ำ ซึ่งเพิ่ม Process Step และเวลาผลิต 15-20% สำหรับงาน High-Mix Low-Volume นี่อาจไม่คุ้มค่า
SIR กับความน่าเชื่อถือระยะยาว: Surface Insulation Resistance ต่ำกว่า 1×10⁹ Ω บนบอร์ดที่มี Conductor Spacing 0.1mm สามารถก่อให้เกิด Leakage Current สูงถึง 5µA ที่ 5V Bias ซึ่งเพียงพอที่จะรบกวนสัญญาณ Analog ความละเอียดสูง นี่คือเหตุผลที่ No-Clean Flux vs Water-Soluble Flux เป็นการตัดสินใจที่ต้องพิจารณาทั้ง Process และผลิตภัณฑ์
---
การเลือก Flux: Decision Framework สำหรับวิศวกร
การเลือก Flux ไม่ใช่แค่เลือกยี่ห้อหรือราคาถูกที่สุด แต่ต้องพิจารณาปัจจัยหลายอย่างร่วมกัน กรอบการตัดสินใจต่อไปนี้ช่วยให้เลือก Flux ได้อย่างเป็นระบบ
เกณฑ์ที่ 1: ระดับ Class ของผลิตภัณฑ์
| Class ตาม IPC-A-610 | Flux ที่ยอมรับได้ | เงื่อนไข |
|---|---|---|
| Class 1 (Consumer) | ทุกประเภท | ไม่ต้องทำความสะอาดสำหรับ No-Clean |
| Class 2 (Industrial) | REM1, ORL1, ORM1, RMA | ต้องล้างสำหรับ Water-Soluble; No-Clean ไม่ต้องล้าง |
| Class 3 (Military/Medical) | REM1, ORL1 (หลังล้าง) | ต้องผ่าน SIR Test >1×10¹² Ω หลังล้าง; ห้ามใช้ ORH1 |
เกณฑ์ที่ 2: สภาพพื้นผิวที่จะบัดกรี
- พื้นผิวใหม่ (ENIG, Fresh OSP): Flux ประเภท L (Low Activity) เพียงพอ เพราะ Oxide Layer บางมาก (<5nm สำหรับ ENIG)
- พื้นผิวเก่า (เก็บ >3 เดือน, HASL): ต้องการ Flux ประเภท M (Moderate Activity) เป็นอย่างน้อย เพราะ Oxide Layer หนา 10-20nm
- พื้นผิวที่ Oxide หนามาก (เก็บ >12 เดือน, ผิวด้าน): ต้องการ Flux ประเภท H (High Activity) หรือต้องทำความสะอาดพื้นผิวก่อนบัดกรี
เกณฑ์ที่ 3: ความหนาแน่นของ Component และ Pitch
- Fine Pitch QFP/BGA (≤0.4mm pitch): ต้องการ Flux ที่มี Viscosity ต่ำและ Wetting Force สูง เพื่อให้ Solder ไหลเกลี้ยง Pad เล็กๆ ได้ทันก่อน Solidify แนะนำ REM1 หรือ ORM1
- Standard Pitch (>0.5mm): Flux ประเภท L เพียงพอ หากพื้นผิวสะอาด
- Through-Hole ทั้งหมด: สามารถใช้ Flux ที่มี Activity สูงกว่าได้ เพราะ Pad ใหญ่และ Spacing กว้าง ไม่ค่อยมีปัญหา Leakage Current
เกณฑ์ที่ 4: ความสามารถในการทำความสะอาด
หากโรงงานไม่มีระบบล้างด้วยน้ำ (Aqueous Cleaning System) ต้องใช้ No-Clean Flux เท่านั้น การใช้ Water-Soluble Flux โดยไม่ล้างเป็นการรับความเสี่ยงที่ไม่คุ้มค่า เพราะ Residue จะดูดความชื้นและก่อ Corrosion ภายใน 6-12 เดือนในสภาพแวดล้อมที่มี Humidity >60% RH
Decision Matrix: เลือก Flux ใน 4 สถานการณ์
| สถานการณ์ | Flux ที่แนะนำ | เหตุผล |
|---|---|---|
| Consumer Electronics, High Volume, ไม่มีระบบล้าง | REM1 (No-Clean Resin) | สมดุลระหว่าง Activity และไม่ต้องล้าง, ราคาประหยัด |
| Industrial Controller, BGA 0.5mm pitch, มีระบบล้าง | ORM1 (Water-Soluble Mod) | Wetting Force สูงพอสำหรับ BGA, ล้างออกได้หมด |
| Military/Aerospace, Class 3 | REM1 + ล้างด้วยตัวทำละลาย | ต้องการ SIR สูงสุด, Residue ต้องน้อยที่สุด |
| Rework/Repair บนบอร์ดที่มี Component อยู่แล้ว | RMA Flux Pen | ควบคุมปริมาณ Flux ได้แม่น, Activity เพียงพอสำหรับ Rework |
---
ข้อผิดพลาดที่พบบ่อย: 5 ความผิดพลาดที่ทำลายผลผลิต
1. ใช้ No-Clean Flux บนบอร์ดที่มี Conductor Spacing <0.15mm โดยไม่ล้าง
เกิดอะไรขึ้น: No-Clean Flux Residue แม้ผ่านมาตรฐาน J-STD-004 ว่าไม่กัดกร่อน แต่ยังมี Ionic Contamination ที่ระดับ 1.56 µg NaCl/cm² (เกณฑ์ Class 3 คือ <1.56) บนบอร์ดที่มี Spacing แคบ ค่านี้เพียงพอที่จะก่อ Electrochemical Migration ภายใต้ Humidity >85% RH ทำให้เกิด Short Circuit ระหว่าง Conductor
ผลกระทบ: ในเคสจริง บอร์ดควบคุมเครื่องซักผ้ารุ่นหนึ่งพบ Failure Rate 3.2% ภายใน 18 เดือน จาก Dendritic Growth ระหว่าง Pad ที่มี Spacing 0.1mm ความเสียหายรวม Field Return กว่า $180,000
2. เปลี่ยน Flux โดยไม่ปรับ Reflow Profile
เกิดอะไรขึ้น: Flux แต่ละประเภทมี Active Temperature Range ต่างกัน หาก Preheat ไม่พอ Flux จะยังไม่ Activate ตอนที่ Solder หลอมเหลว ทำให้ Wetting ไม่ดี หาก Preheat นานเกินไป Flux จะหมดฤทธิ์ก่อน Solder หลอม ทำให้เกิด Cold Solder Joint เช่นกัน
ผลกระทบ: จากเคสเปิดบทความ การเปลี่ยนจาก RMA เป็น No-Clean โดยไม่ปรับ Profile ทำให้ Cold Solder Rate พุ่งจาก 0.3% เป็น 12% ต้นทุน Rework $4,200 ต่อล็อต
3. ใช้ Flux ที่มี Activity สูงเกินไปบนพื้นผิวที่บอบบาง
เกิดอะไรขึ้น: Flux ประเภท H (High Activity) กัดกร่อนพื้นผิวได้รุนแรง บน Pad ที่มี Surface Finish แบบ OSP (Organic Solderability Preservative) ซึ่งมีความหนาเพียง 0.2-0.5 µm Flux ประเภท H สามารถกัดผ่าน OSP และทองแดงด้านล่าง ทำให้ Pad บางลงหรือหายไป
ผลกระทบ: Pad ที่บางลงจะมี Adhesion ต่อ Substrate ลดลง ทำให้เกิด Pad Lift ระหว่าง Rework หรือภายใต้ Thermal Stress ค่าใช้จ่ายในการ Scrap บอร์ดที่ Pad เสียหายอยู่ที่ $25-80 ต่อชิ้น ขึ้นกับ Layer Count
4. ไม่ทำความสะอาด Water-Soluble Flux อย่างทั่วถึง
เกิดอะไรขึ้น: Water-Soluble Flux ต้องล้างด้วย Deionized Water ที่อุณหภูมิ 50-60°C เป็นเวลาอย่างน้อย 3 นาที หากล้างไม่ทั่วถึง โดยเฉพาะใต้ BGA และระหว่าง Fine-Pitch Component Flux Residue จะเหลืออยู่และดูดความชื้น
ผลกระทบ: Ionic Contamination ที่เหลืออยู่ใต้ BGA ทำให้เกิด Corrosion บน Solder Joint ภายใน 2-3 ปี ในเคสที่พบ บอร์ด Server ที่ใช้ Water-Soluble Flux แต่ล้างไม่ทั่วใต้ BGA พบว่า Solder Joint ดำและเปราะบริตเติลหลังใช้งาน 26 เดือน ในสภาพ Data Center ที่ Humidity 40-50% RH
5. ใช้ Flux ที่หมดอายุหรือเก็บรักษาผิดวิธี
เกิดอะไรขึ้น: Solder Paste ที่มี Flux ผสมอยู่มี Shelf Life ประมาณ 6 เดือนที่อุณหภูมิ 2-10°C หากเก็บที่อุณหภูมิห้อง Flux จะเสื่อมสภาพเร็วขึ้น โดย Activator จะทำปฏิกิริยากับ Solder Powder ล่วงหน้า ทำให้ Flux มี Activity ลดลงเมื่อนำมาใช้งานจริง
ผลกระทบ: Solder Paste ที่เก็บที่อุณหภูมิห้อง 25°C เป็นเวลา 2 สัปดาห์ จะมี Viscosity เพิ่มขึ้น 30-50% ทำให้พิมพ์ได้ยาก และ Flux Activity ลดลงประมาณ 20% ทำให้ Wetting ไม่ดี ในเคสที่พบ โรงงานใช้ Solder Paste ที่เก็บผิดวิธีทำให้ Tombstone Rate เพิ่มจาก 0.1% เป็น 2.5%
---
การทดสอบ Flux: มาตรฐานและวิธีการ
Copper Mirror Test ตาม J-STD-004
Copper Mirror Test เป็นวิธีทดสอบ Activity ของ Flux อย่างรวดเร็ว โดยหยด Flux ลงบนฟิล์มทองแดงบางๆ (ความหนาประมาณ 50nm) บน Glass Substrate แล้ววางไว้ที่อุณหภูมิ 25°C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง จากนั้นตรวจสอบว่า Flux กัดทะลุฟิล์มทองแดงหรือไม่
- ผ่าน (L Grade): ไม่กัดทะลุ แสงสว่างผ่านได้ <50%
- กัดบางส่วน (M Grade): แสงสว่างผ่านได้ 50-90%
- กัดทะลุ (H Grade): แสงสว่างผ่านได้ >90% หรือทะลุทั้งหมด
SIR Test (Surface Insulation Resistance) ตาม IPC-TM-650 2.6.3.7
SIR Test วัดความต้านทานไฟฟ้าบนพื้นผิวระหว่าง Conductor สองเส้นที่มี Flux Residue อยู่ โดยทดสอบที่อุณหภูมิ 85°C, Humidity 85% RH, Bias Voltage 50V เป็นเวลา 168 ชั่วโมง (7 วัน) Flux ที่ผ่านเกณฑ์ต้องมี SIR >1×10⁹ Ω สำหรับ Class 2 และ >1×10¹⁰ Ω สำหรับ Class 3
Ionic Contamination Test ตาม IPC-TM-650 2.3.25
วัดปริมาณ Ionic Contamination บนบอร์ดหลังบัดกรี โดยละลาย Contamination ลงใน IPA/DI Water Mix แล้ววัด Conductivity เกณฑ์มาตรฐานคือ <1.56 µg NaCl/cm² สำหรับ Class 3 และ <2.2 µg NaCl/cm² สำหรับ Class 2 ตาม IPC-J-STD-001
---
Flux กับ Lead-Free Solder: ความท้าทายเพิ่มขึ้น
การเปลี่ยนจาก Lead-Based Solder (Sn63/Pb37) เป็น Lead-Free Solder (SAC305: Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) สร้างความท้าทายหลายอย่างสำหรับ Flux:
| พารามิเตอร์ | Sn63/Pb37 | SAC305 | ผลกระทบต่อ Flux |
|---|---|---|---|
| จุดหลอมเหลว | 183°C | 217-220°C | Flux ต้องทนอุณหภูมิสูงขึ้น 35°C โดยไม่สลายตัวก่อนถึงจุดหลอม |
| Surface Tension (mN/m) | ~480 | ~550 | Solder ไหลยากขึ้น ต้องการ Flux ที่ลด Surface Tension ได้ดีกว่า |
| Wetting Time (s) บน Cu | 0.5-1.0 | 1.0-2.5 | ต้องการ Flux ที่ Active นานขึ้น เพื่อให้ Solder มีเวลา Wetting ได้ทัน |
| Oxidation Rate ของ Solder Powder | ปานกลาง | สูงกว่า (Ag oxidize เร็ว) | Flux ต้องกำจัด Oxide บน Solder Powder ได้มากขึ้น |
ผลกระทบในการผลิต: Lead-Free Solder ต้องการ Flux ที่มี Thermal Stability สูงกว่า นั่นหมายความว่า Flux สูตรเก่าที่ออกแบบมาสำหรับ Lead-Based Solder อาจไม่เหมาะกับ Lead-Free Process โดยเฉพาะใน Soak Zone ที่อุณหภูมิ 150-200°C เป็นเวลา 60-120 วินาที Flux ที่ไม่ทนความร้อนพอจะหมดฤทธิ์ก่อน Solder หลอม ทำให้เกิด Cold Solder Joint, Graping (Solder Powder ไม่ Coalesce) และ Head-in-Pillow บน BGA
---
Checklist: 7 ข้อตรวจสอบก่อนเลือก Flux
- ระบุ IPC-A-610 Class ของผลิตภัณฑ์ — Class 3 ห้ามใช้ Flux ประเภท H และต้องล้าง Flux Residue ทุกชนิด ยกเว้น No-Clean ที่ผ่าน SIR Test
- ตรวจสอบ J-STD-004 รหัส Flux — อ่านรหัสบน Data Sheet (เช่น REM1, ORL1) และตรวจสอบให้แน่ใจว่า Activity Level เหมาะกับสภาพพื้นผิวที่จะบัดกรี
- วัดหรือสอบถามอายุพื้นผิว (Shelf Age) — พื้นผิวที่เก็บเกิน 3 เดือนต้องการ Flux ประเภท M เป็นอย่างน้อย; เกิน 12 เดือนต้องทำความสะอาดพื้นผิวก่อนหรือใช้ Flux ประเภท H
- ตรวจสอบระบบล้างของโรงงาน — หากไม่มี Aqueous Cleaning System ต้องใช้ No-Clean Flux เท่านั้น; ห้ามใช้ Water-Soluble Flux โดยไม่มีระบบล้าง
- ปรับ Reflow Profile ทุกครั้งที่เปลี่ยน Flux — ตรวจสอบ Active Temperature Range ของ Flux ใหม่ และปรับ Preheat/Soak Zone ให้ Flux มีเวลา Activate เพียงพอก่อน Solder หลอม
- ทำ SIR Test สำหรับผลิตภัณฑ์ใหม่ — โดยเฉพาะบอร์ดที่มี Conductor Spacing <0.2mm หรือทำงานในสภาพแวดล้อม Humidity >70% RH ใช้เกณฑ์ IPC-TM-650 2.6.3.7
- ตรวจสอบ Shelf Life และเงื่อนไขการเก็บรักษา — Solder Paste ต้องเก็บที่ 2-10°C; Flux Liquid ต้องเก็บที่ 15-25°C ห้ามใช้ของที่หมดอายุหรือเก็บผิดวิธี
---
FAQ
Q: เมื่อไหร่ควรใช้ No-Clean Flux เมื่อไหร่ควรใช้ Water-Soluble Flux?
ใช้ No-Clean Flux เมื่อโรงงานไม่มีระบบล้างด้วยน้ำ หรือผลิตภัณฑ์เป็น Class 1-2 ที่ Conductor Spacing >0.2mm ใช้ Water-Soluble Flux เมื่อผลิตภัณฑ์เป็น Class 3, มี Conductor Spacing <0.15mm, หรือทำงานในสภาพแวดล้อม Humidity >70% RH และมีระบบล้างด้วย Deionized Water ที่ 50-60°C
Q: Flux ประเภท ROL1 สามารถใช้กับ Lead-Free Solder SAC305 ได้หรือไม่?
ได้ แต่ต้องตรวจสอบว่า Flux สูตรนั้นออกแบบมาสำหรับ Lead-Free Process โดยเฉพาะ สิ่งสำคัญคือ Active Temperature Range ต้องครอบคลุมถึง 220-250°C เพราะ SAC305 หลอมที่ 217-220°C หากใช้ Flux สูตร Lead-Based ที่ Active Range สิ้นสุดที่ 240°C อาจมีปัญหา Graping หรือ Head-in-Pillow บน BGA
Q: ค่า Ionic Contamination ที่ยอมรับได้สำหรับ Class 3 คือเท่าไหร่?
ตาม IPC-J-STD-001G ค่า Ionic Contamination สำหรับ Class 3 ต้องไม่เกิน 1.56 µg NaCl/cm² วัดตามวิธี IPC-TM-650 2.3.25 สำหรับ Class 2 ค่าเกณฑ์คือ <2.2 µg NaCl/cm² หากเกินค่าเหล่านี้ต้องทำความสะอาดบอร์ดซ้ำหรือเปลี่ยน Flux
Q: Flux Residue จาก No-Clean Flux มีผลต่อ Conformal Coating หรือไม่?
มีผล โดยเฉพาะ No-Clean Flux ประเภท Rosin-based ที่ทิ้ง Residue เป็นฟิล์มมัน Conformal Coating บางชนิด (โดยเฉพาะ Acrylic และ Urethane) จะยึดติดกับ Rosin Residue ไม่ดี ทำให้เกิด Delamination ภายใน 6-12 เดือน แนะนำใช้ Conformal Coating ประเภท Silicone หรือล้าง Rosin Residue ด้วย Saponifier ก่อนเคลือบ ตามรายละเอียดใน คู่มือ Conformal Coating
Q: อุณหภูมิที่ Flux เริ่ม Activate คือเท่าไหร่?
ขึ้นอยู่กับประเภท Flux: Rosin-based Flux (R, RMA) เริ่ม Activate ที่ประมาณ 150-180°C, Resin-based No-Clean (RE) ที่ประมาณ 170-200°C, และ Water-Soluble Organic Flux (OR) ที่ประมาณ 130-160°C การรู้ค่านี้สำคัญมากสำหรับการตั้งค่า Preheat Zone ใน Reflow Profile เพื่อให้ Flux Activate ทันก่อน Solder หลอม
Q: สามารถผสม Flux สองชนิดบนบอร์ดเดียวกันได้หรือไม่?
ไม่แนะนำ เพราะ Flux แต่ละชนิดมี Active Temperature Range และ Chemical Compatibility ต่างกัน การผสมอาจทำให้เกิดปฏิกิริยาที่ไม่คาดคิด เช่น ก่อตัวเป็นกรดที่กัดกร่อนแรงขึ้น หรือลด Activity ของทั้งสองชนิด ในกรณีที่จำเป็น เช่น ใช้ Solder Paste ชนิดหนึ่งกับ Wave Soldering Flux อีกชนิดหนึ่ง ต้องทำ Compatibility Test ตาม IPC-TM-650 ก่อน
Q: Flux Pen สำหรับ Rework มี Shelf Life นานเท่าไหร่?
Flux Pen โดยทั่วไปมี Shelf Life 12-18 เดือนที่อุณหภูมิ 15-25°C หากเก็บที่อุณหภูมิสูงกว่า 30°C Shelf Life จะลดลงเหลือ 6 เดือน สังเกตได้จาก Flux ที่เปลี่ยนสีเข้มขึ้นหรือมีตะกอน ห้ามใช้ Flux Pen ที่เปลี่ยนสีหรือมีตะกอน เพราะ Activator อาจเสื่อมสภาพแล้ว
---
ต้องการคำปรึกษาจากผู้เชี่ยวชาญ?



