Для чего и зачем нужна паляьная паста

Флюс в припое что это и зачем?

По аналогии со сварочной самозащитной проволокой выпускается офлюсованный припой. Нет нужды разделять операции по очистке обрабатываемой поверхности, улучшении адгезии.

Пример материала для бытового применения – 7-компонентная комбинация HTS2000 производства США для сращения широкого спектра алюминиевых сплавов.

Овальная трубка длиной 460 мм, Ø 2,1 мм плавится без внесения в зону пламени горелки, при касании разогретого металла. Температура плавления прутка 3900 подразумевает раздельное нагревание. Инструкция гласит, что плавление и заполнение шовного пространства происходит при натирании зоны нагрева присадочным прутком.

Для нагруженных швов не применяется. Технология раздельного нагрева усложнена и требует ювелирного владения горелкой. Чтобы не выжечь на протяженном участке ранее наложенный контактный слой, необходимы ухищрения по поддержанию равной температуры зоны обработки.

Поверхность нагрева в этот период беззащитна, окисляется. Присадочный стержень следует за щёткой, сцарапывающей окисную плёнку. Заполнение микропор при температуре, далёкой до разжижения основы безопасно: переход алюминия из твёрдого состояния в текучее трудно определить на глаз.

Отмечена невысокая герметичность за счёт образования пор на поверхности шва. Зато HTS2000 один из недорогих в своей нише. Обеспечивает достойную прочность сопряжения.

[stextbox id=’info’]На сколько хороши разрекламированные патентованные средства и целесообразность применения, проверяем на форумах по отзывам специалистов.[/stextbox]

Припой с флюсом HTS-528 с температурным порогом 7600 по этой же схеме применяется для чёрного металла с чугуном, сплавов меди, никеля. Изготовитель рекомендует ориентироваться по цвету нагретой детали, достигнута ли потребная температура.

Что мы должны знать о флюсе?

Флюс предназначен для повышения качества процесса спаивания припоем двух металлических поверхностей и при нагревании очищает поверхности от оксидных и жирных пленок. Хороший флюс должен иметь низкую температуру плавления и малый удельный вес. Перед моментом плавления припоя он должен успеть растворить окислы и не проникать вглубь  паяного соединения в процессе пайки. Флюс должен хорошо растекаться и смачивать поверхность припоя и металла в месте пайки.

Самые лучшие флюсы для пайки не выгорают и при нагреве мало испаряются. А продукты разложения и окислы легко удаляются растворителями. Даже если остатки не удалены, то они не вызывают коррозии. Как мы знаем, флюсы для пайки бывают активные (кислотные) и нейтральные (некислотные). обычно активно взаимодействует с широким спектром растворяемых жиров и оксидных пленок. При этом могут выделяться продукты взаимодействия, не слишком полезные для нашего драгоценного здоровья.

Нейтральные флюсы более безопасные в этом плане, но их волшебные свойства подготовки паяемых поверхностей не такие яркие. Какие бывают флюсы можно посмотреть в ГОСТ 19250-73 «Флюсы паяльные. Классификация». В общем, тут как и с любым профессиональным инструментом – каждый нужен для определенного набора действий. Начну рейтинг лучших флюсов по Мастеру Пайки с сортировкой по популярности у ремонтников электронной техники.

. Флюс своими руками

На десятом месте экстремальные варианты флюса, сделанные своими руками – раствор таблетки аспирина в одеколоне, салициловый спирт, электролит со старой солевой (нещелочной) батарейки, фруктовый сок, оливковое масло, нашатырь с глицерином и т.д. Такие флюсы для пайки применяются редко, но знать о них нужно. На случай, если окажетесь в глухой деревне только с паяльником в кармане.

Что паять: железо, нержавейка, медь, бронза, цинк, нихром, серебро, никель.

Чем смывать: без понятия чем смывать одеколон, замешанный с фруктовым соком, политым оливковым маслом – наверное, легче выжечь все остатки ацетиленовой горелкой.

Живичная канифоль

На пятом месте самый популярный флюс всех времен и народов, муза музыкантов, дар природы, ее величество канифоль. Канифоль бывает живичная (из живицы хвойных пород деревьев, почти не имеет жирных кислот), экстракционная (экстрагирование бензином хвойных опилок, содержит больше жирных кислот, чем живичная) и таловая (остатки после сульфатоцеллюлозного производства мыла).

В в баночках продается «канифоль сосновая». Обычно это та самая живичная канифоль с минимальным содержанием жирных кислот. Чем светлее тем меньше жирных кислот. А значит, такая канифоль даже если останется после пайки на контактах, не будет их разъедать.

Обычно канифоль не гигроскопична – не поглощает влагу, но поглощает кислород. Так что остатки жирных кислот в некачественной канифоли могут быть опасны для паяных контактов. Поэтому канифоль лучше все-таки отмывать после пайки ответственных соединений.

Бывает также жидкая канифоль (уже разведенная в спирте) и канифоль-гель (канифольная крошка, замешанная с растворителем), которые удобно наносить перед процессом пайки.

Что паять: медные провода, контакты микросхем и радиоэлементов, золото, серебро, латунь, цинк. Удавалось паять даже алюминий, замешав много канифоли с металлической пылью.

Чем смывать: спирт, спирто-бензиновая смесь, бензин, растворители.

Флюсы ЛТИ, ТАГС, ЗИЛ и другие

На шестом месте расположились различной направленности с плавающей популярностью: ЛТИ (с индексами 1, 2, 3, 120 включают в себя воду, спирт, канифоль, аммиак, хлористый цинк, нашатырь, солянокислый анилин, триэтоланилин), ТАГС (глицерин, анилиновый активатор), ЗИЛ (с индексами 1, 2, 4 изготавливаются на основе хлоридов цинка, аммония, железа, соляной кислоты и воды), флюс-гель ТТ (обязательно смываемый флюс с индикацией активных остатков состоит из вазелина, эмульгатора, тетраэтиленгликоля и КРС-78), Ф-38Н (ортофосфорная кислота, диэтоламин солянокислый), ФКДТ (канифоль, спирт, мой любимый димэтилалкилбензиламмонийхлорид и трибутилфосфат), Kester 959t (разработан для пайки волной припоя без образования шариков).

Далее ФИМ (вода, спирт, ортофосфорная кислота), ЛК-2 (спирт, канифоль, хлориды аммония и цинка), ПВ (с индексами 200, 201, 284 и 209 на основе кислот применяется для высокотемпературной пайки), ФП 1 и 2 (вазелин, хлористый цинк, канифоль, нашатырь), КЭЦ (спирт, канифоль, хлористый цинк)

Наиболее интересным мне показался по сходной цене в 5$.

Что паять: железо, нержавейка, медь, бронза, цинк, нихром, серебро, никель, чугун.

Чем смывать: большинство из указанных флюсов смываются спирт, растворитель, ацетон, бензин и даже водой.

Паяльный жир

На седьмом месте расплылся паяльный жир, он бывает активный и нейтральный, состав: канифоль, вазелин, парафин или стеарин, хлорид цинка, деионизованная вода и хлорид аммония. Вся эта ядреная смесь очень хорошо справляется с сильно-загрязненными поверхностями металла. Как раз для этого и нужен парафин. Он как бы приподнимает всю грязь наверх, подальше от эпицентра пайки.

Что паять: я бы рекомендовал паять жиром толстенные окисленные провода и небольшие металлические детали, я даже паял автомобильный радиатор этим чудо-жиром.

Чем смывать: смывается лучше всего растворителем или бензином, спирт плохо берет.

Паяльная кислота

На девятом месте ортофосфорная и паяльная кислота, которая просто разъедает любые жировые пленки на поверхности металла и поэтому обеспечивает прекрасную паяемость очищенных поверхностей. Воняет и отравляет молодой организм при нагреве просто жуть. Так что нужно проветривать помещение, а еще лучше паять на свежем воздухе. В этом случае отравление парами кислоты сведется к минимуму.

Что паять: медь, серебро, сталь, никель, чугун, бронза, латунь.

Чем смывать: растворителем, бензином, спиртом.

Виды паяльных паст

Пасты классифицируются по типу флюсов (см. рис. 1).

«Водорастворимую» паяльную пасту (остатки флюса после пайки растворяются водой), требующую обязательной отмывки из-за содержания активного флюса (см. таблицу 1), отмывают последовательно обычной, дистиллированной и деионизированной водой, причем на каждом этапе применяют струйную отмывку или ультразвук. Для «водорастворимых» паст, не требующих обязательной отмывки, процесс ограничивается дистиллированной водой.

https://www.youtube.com/watch?v=C47VJQkiQQI

Рис. 1. Классификация паяльных пастТаблица 1. Классификация флюсов

С пастами, требующими отмывки специальными жидкостями, ситуация иная. Вне зависимости от наличия в составе галогенов, такие пасты основаны на канифольных флюсах, поэтому для их отмывки после пайки рекомендуется применять растворитель типа HCFC и омыляющий реагент. Потом отмывочные жидкости, в свою очередь, отмываются дистиллированной, а затем деионизированной водой.

Вместе с тем, многие паяльные пасты, не содержащие галогенов, отмываются трудно и оставляют на поверхности плат белесый остаток флюса. При этом стойкость к осадке считается важнее отмываемости.

Большинство паяльных паст, не требующих отмывки, освобождают производство от этого технологического процесса. Флюсы таких паст защищают паяное соединение от коррозии подобно лаку. Сосредоточимся на пастах, не требующих отмывки: они наиболее технологичны.

Рис. 2. Состав паяльных паст

Часто говорят: безотмывочные пасты не должны содержать галогенов. Надо четко уяснить, что если в документации на пасту указано «Требует отмывки», то мыть надо обязательно, а если такой маркировки нет, то вопрос решается исходя из дополнительных требований к изделию: внешний вид, нанесение лака.

В Японии, например, галогенсодержащие пасты (0,2%) в процессах без отмывки после пайки гораздо популярнее безгалогенных. Галогенсодержащие паяльные пасты сравнительно более технологичны, например, по паяемости, но часто уступают безгалогенным пастам по надежности, что проявляется в снижении сопротивления изоляции готового монтажа.

Рис. 3. Основные характеристики, учитываемые при разработке или выборе паяльных паст

В идеале, для пайки без отмывки нужна паста без галогенов, но с паяемостью, как у галогенсодержащей пасты.

Трудность заключается в повышении химической активности безгалогенных безотмывочных паст. В большинстве таких паст в качестве активатора вместо галогенсодержащих соединений используются органические кислоты, причем чем меньше молекулярный вес кислоты, тем больше способность активации.

Вместе с тем такие высокоактивные органические кислоты поглощают влагу. Это чревато: оставшаяся в остатках флюса на поверхности подложки кислота при взаимодействии с водой ионизируется, что уменьшает поверхностное сопротивление изоляции и ведет к электромиграции.

В системах активации в паяльных пастах (здесь автор опирается на технические данные по пастам ) используются менее гигроскопичные органические кислоты и специально разработанный безионный активатор. Эта специальная система не диссоциирует на ионы, ее электрические свойства стабильны, а активирующая способность не уступает галогенам.

Вот примеры популярных типов паст:

• паяльная паста для высокоскоростной печати;
• паяльная паста с высокой смачивающей способностью;
• паяльная паста для автоматического внутрисхемного тестирования;
• универсальная паста с чрезвычайно длительным временем жизни на трафарете.

Таблица 2. Жизненный цикл паяльной пасты на производстве

Водные растворы и подручные средства

К воде нужно добавить 16% ортофосфорной кислоты с плотностью 1,7 г/мл и 3,7% этанола. Флюс применяют для пайки стальных, медных сплавов, драгоценных металлов. Промывать рабочую зону по окончании следует водой.

Можно приводить еще много составов с разными пропорциями компонентов. Способы приготовления зависят от конкретных рабочих потребностей и условий пайки.

Если появилась срочная нужда спаять что-то на удаленной даче, где вообще ничего купить невозможно, то пригодятся экстремальные советы. Например, растворить аспирин в одеколоне или нашатырь в глицерине.

Можно использовать салициловый спирт, фруктовый сок (в нем есть природные кислоты) и растительное (желательно оливковое) масло. Конечно, на детали образуется налет, нагар, но, в крайнем случае, эти советы помогут выйти из положения.

Специалисты по пайке часто готовят флюсы самостоятельно, поэтому рецептов составления растворов довольно много. Однако всегда моно купить готовые препараты. Производители поставляют их на рынок с избытком.

Для латуни и медных сплавов

Тугоплавкие коаксильные трубчатые флюсы для пайки – это медно-фосфорные и медно-фосфорные с добавлением серебра комплексы BrazeTec для газо-пламенного плавления. Температуры в пределах 645–890⁰ С. Соединение близкородственных металлов соседствует с пайкой латунь-сталь. Большой выбор паяльных паст комбинированного состава различного целевого назначения.

BrazeTec выбирают для особо ответственных работ, причины:

• Задекларированный состав не меняется в разных партиях.
• Сертификат качества гарантирует результативность работ.

Паяльная кислота ПЭТ – оптимальная температура процесса пайки с ее применением 150 – 320 градусов. Применяется при спаивании углеродистых сталей, латуни, меди, никеля.

Как приготовить флюс для пайки своими руками

Чтобы соединять элементы радиотехники, можно изготовить флюс для пайки своими руками. В качестве подручных средств для замены канифоли можно использовать жир или смолу. Чтобы не покупать состав для работы, необходимо знать, как сделать флюс для пайки:

1. Заранее нужно подготовить одинаковое количество свинца и олова.
2. Расплавить два металла в тигле.
3. Снять плёнку побочных отложений, которая образуется на верхней части остывшей смеси металлов.
4. Перелить смесь олова и свинца в подготовленные заранее формы.

Нужно помнить о том, что после спайки любых контактов или деталей необходимо обрабатывать готовый шок. Для этого используется ацетон или спирт. Однако в магазинах появились припои, которые не требуют дополнительной обработки после завершения работ. Они обладают некоторыми преимуществами:

• являются диэлектриками;
• не подвержены воздействию коррозийных процессов;
• не требуется дополнительная зачистка.

Из-за того что такие припои не проводят ток, их не используют для соединения контактов и проводов.

Также можно самостоятельно изготовить паяльную пасту. Для этого необходимо растереть твёрдый флюс с помощью крупнозернистого напильника. Порошок, который получился после измельчения, нужно смешать со спиртом и канифолью. Далее нужно перелить получившуюся пасту в герметичную ёмкость и плотно закрыть.

Флюс для пайки — обязательное вещество при ремонте электроники и радиотехники. Важно знать, какие разновидности этих составов бывают и как правильно с ними работать, чтобы не повредить платы и контакты.

Лучшие заменители

Не всегда дома может найтись припой для спайки оборванных контактов или проводов. В таких ситуациях можно провести ремонт без покупных составов. Заменить флюс можно несколькими веществами:

• янтарем;
• жиром;
• «Аспирином»;
• смолой.

Перед началом работ «Аспирин» необходимо растворить в небольшом количестве жидкости.

Мягкие легкоплавкие

Отечественные припои именуются в соответствии с ГОСТ. Маркировка соответствует наименованиям доминирующих химических элементов, определяющих свойства материала. Форма выпуска: проволока, прутки, фольга, порошки, комбинированные пасты, трубки с наполнением из канифоли.

Легкоплавкими припоями считаются сплавы с температурой плавления 60–4500 С. Низкотемпературные оловянно-свинцовые имеют низкую прочность. Применяются для соединения деталей, боящихся перегрева. Распространены составы ПОС.

Дешифровка аббревиатуры: «припой оловянно-свинцовый». Цифровая индикация указывает на процентное содержание олова. Распространённые химические элементы в составе припоев и тинолей помимо свинца: сурьма, медь, висмут, мышьяк, цинк.

Плавкость паяльных составов, область применения:

• Сплав Вуда – 60⁰ С (лужение плат).
• Cплав д’Арсенваля – 79⁰ С (радио аппаратура и электроника).
• Сплав Розе – 95⁰ С – (температурные ограничения).
• ПОСВ 33 – 130⁰ С – (плавкие вставки предохранителей).
• ПОСК 50 – 145⁰ С (полупроводники, сплавы меди).
• ПОС 61 – 190⁰ С (требование повышенной электропроводности).
• ПОС 30 – 260⁰ С (пайка, лужение стали, меди).
• П 250 – 280⁰ С (алюминий и сплавы).

Обзор различных флюсов для пайки

1. Канифоль. Различают канифоль по количеству в ней жирных кислот, чем темнее — тем больше кислот в составе. Хоть и является неактивным флюсом, но учитывая наличие кислот в составе, остатки канифоли лучше удалять с пайки. Является самым популярным и доступным материалом. К недостаткам можно отнести выделение большого количества дыма при пайке и быстрое покрытие копотью жала паяльника. Твердую канифоль тяжело использовать при пайке, поэтому ей лудят паяльники и провода, а для соединения радиоэлементов лучше применять жидкую канифоль в спирту.
2. Паяльная кислота. Состав данного флюса включает в себя сильные кислоты — ортофосфорную или соляную и хлористого цинка, который может достигать 50% в растворе. Доступный и дешевый материал, разъедающий все жировые пленки и позволяющий спаивать почти любые виды металлов. Но кислота очень токсична, поэтому работы следует проводить вне жилых помещений с применением индивидуальных средств защиты. Помимо этого, является неплохим проводником электричества, даже малейший остаток на соединении разъест дорожки платы, поэтому ее лучше не использовать совсем.
3. Бура. Является солью борной кислоты и представлена в виде порошка. Для получения жидкого флюса ее смешивают с борной кислотой и водой. Работает при очень высоких температурах, поэтому ее можно применять при работах со строительным феном. Бура — активный флюс, поэтому необходимо тщательно смывать остатки.
4. Паяльный жир. В зависимости от состава может быть как нейтральным, так и активным. Состоит из канифоли, вазелина, парафина, хлоридов цинка и аммония. Очень хорошо показывает себя при очищении сильно загрязненных поверхностей, поскольку парафин в составе вытягивает всю грязь от места пайки. Медленно испаряется, почти не дает нагара, но остатки долго испаряются.
5. ЛТИ 120. Состав представлен канифолью (20%), этиловым спиртом (95%) и вспомогательными добавками, такими как триэтаноламин (2%) и диэтиламин солянокислый (3−5%). Обладает низкой стоимостью, не проводит электрический ток, что позволяет использовать этот флюс для пайки радиодеталей. В комплекте часто идет удобная кисточка, которой легко наносить материал на место пайки. К некоторым недостаткам можно отнести быстрое испарение и потенциальную токсичность.
6. СКФ. Спирто-канифольный флюс состоит из этилового спирта (60−80%) и сосновой канифоли (20−40%). Неактивный материал, который можно изготовить самостоятельно, добавив в спирт измельченную канифоль. Слабо коптит, удобен в нанесении. К недостатку относят быстрое высыхание по причине испарения спирта, поэтому хранить его следует в плотно закрытой таре.
7. Оксидал. Применяется для чистки жала паяльника, а также пайки сильно окисленных и загрязненных медных проводов.

Вышеперечисленные материалы являются самыми доступными и популярными. Кроме них существуют специальные флюсы в виде гелей, но они обладают очень высокой стоимостью и вряд ли потребуются в любительском радиоделе.

Пайка мягкими припоями

Пайка мягкими припоями может осуществляться только до температуры ниже, чем 400 градусов по Цельсию. Эти вещества позволяют обеспечить образование действительно прочного и одновременно мягкого шва, который не только будет отличаться относительной гибкостью но и хорошими показателями стойкости к коррозии и физическим воздействиям.

К мягким припоям относятся:

1. Свинцово-оловянные
2. Припои с малым содержанием олова
3. Специальные и легкоплавимые

Припой, температура работы у которого 185 ÷ 267˚С – соединяет в себе олово и свинец. Также в небольшом количестве добавляется и сурьма. Перед покупкой обязательно проверяйте ГОСТ, там указана вся информация по припою. Например, ПОС 40 – последняя цифра означает что в данном веществе содержится 40% олова, в среднем сурьмы добавляется от 3 до 5 процентов, все остальное – свинец.

Для пайки также применяется бессвинцовой флюс. Их еще называются малооловянистые соединения. В основном их применяют для соединения небольших плат, контактов на нежных электрических схемах и т.д. Максимально допустимая температура плавления – 330 градусов по Цельсию.

Самые нераспространенные – это припои легкоплавкового типа, температура от 60 градусов до 145. Они приобретаются для низкотемпературной пайки или очень осторожной ручной сварки. В частности, их нельзя назвать основными припоями, т.к.у них очень маленькая прочность и эластичность. Они чаще применяются для повторного или ступенчатого паяния.

В отдельных случаях необходимо изготовление специального состава, его свойства подгоняются непосредственно для материалов, не поддающихся пайке (это флюс для никеля, низкоуглеродистой стали, алюминия, вольфрама и чугуна).

Рассмотрим самые популярные смеси:

1. Флюсы для пайки алюминия в обязательном порядке должны быть на оловянной основе, также в них содержится бура, цинк, кадмий, но все, же олова в них содержится более чем 99 %. Цинк и кадмий необходимы для повышенной диффузии, которая способна проникнуть даже в глубинные слоя алюминия.
2. Паста-флюс или гель для пайки микросхем, также такие припои используются для печатных плат.

Для таких сплавов припои поставляются в виде разнообразных составов относительно густых, прутьев, лент и проволочных катушек (как для сварки). Также бывают чушки, которые наполовину заполнены флюсом из канифоли.

Порядок применения

Так, твёрдая канифоль поступает в продажу в плоских баночках, оснащённых плотно закрывающейся крышкой.

Согласно исходному агрегатному состоянию этих составов различают следующие способы их применения:

• при твёрдом флюсе во время пайки жало паяльника сначала нужно окунуть в тело реагента, после чего им захватывают небольшое количество припоя;
• в тех случаях, когда на основе канифоли приготавливается или используется уже готовая жидкая смесь – она просто наносится на место спайки посредством обычной кисточки с мягким ворсом;
• при работе с пастообразным составом небольшие порции флюса наносятся на место контакта любой подходящей для этого палочкой (выдавливаются из шприца, заранее заправленного до нужной дозировки).

Нередко в магазинах продаётся канифоль, приготовленная в виде специального геля, уже размещённого в шприце определённой ёмкости.

Такие гелеобразные составы принято относить к нейтральным реагентам, широко применяемым в радиоэлектронике для пайки миниатюрных деталей.

Применение

Применяется в основном для BGA, SMD, восстановления контактов и пайки разъемов.

Температура плавления зависит от производителя. Обычно это до 200 °C.

Температура плавления зависит от производителя. Обычно это до 200 °C.

Восстанавливать контакты можно за счет тех самых микрошариков. Они создают обширную залуженную поверхность под воздействием температуры.

Оторванные и слегка поврежденные пяточки восстанавливаются пастой.

Оторванные и слегка поврежденные пяточки восстанавливаются пастой.

Пастой можно паять что угодно, вопрос в целесообразности. Например, пайка проводов будет неэкономичной по сравнению с обычным припоем.

Принтеры

Электронная промышленность развивается, и плотность монтажа компонентов на печатной плате растет, а размер компонентов уменьшается. Из-за этого требования к характеристикам и качеству паяльных паст ужесточаются.

Рекомендуем высококачественные паяльные пасты для поверхностного монтажа от японского производителя KOKI.

Критичный фактор при монтаже печатных плат с высокой плотностью монтажа компонентов — выбор оборудования и параметров печати, а также качество и характеристики паяльных паст. Это означает, что даже если подобрана потенциально очень хорошая паяльная паста, результат может оказаться удручающим только из-за неправильной установки рабочих параметров принтера или неудачного подбора ракеля и способа изготовления трафарета.

Факторы, определяющие качество печати, перечислены на рисунке 6. Рассмотрим их подробнее.

Трафареты

Способы изготовления трафаретов (см. рис. 7):

— химическое травление;

— лазерная резка;

— гальванопластика.

Прежде использовались трафареты, полученные химическим травлением, в силу их относительной дешевизны. Однако форма апертур таких трафаретов не позволяет получать качественную печать при размере апертур менее 0,5 мм.

Трафареты, изготовленные лазерной резкой, имеют меньший размер апертур, но на стенках апертур остается окал, получившийся в результате плавления металла. Без дополнительной обработки такие трафареты невозможно использовать для апертур шириной менее 0,4 мм или под корпуса BGA c диаметрами площадок 0,25–0,3 мм.

Третий метод — гальванопластика — дает трафареты с размером апертур до 0,1 мм. Используется крайне редко, потому что такой размер апертур практически не используется, а стоимость производства высока.

Толщина трафарета определяется минимальными размерами и шагом между апертурами. Чем тоньше трафарет, тем лучше результаты при печати, поскольку тонкие трафареты вызывают меньшее напряжение сдвига в пасте при отделении от подложки (см. рис. 8).

Рекомендуемая толщина трафарета в зависимости от размера апертур приведена в таблице 4.

Рис. 7. Поверхность стенок отверстий в шаблонах в зависимости от способа изготовления
Рис. 7. Поверхность стенок отверстий в шаблонах в зависимости от способа изготовления
Рис. 8. Чем тоньше шаблон, тем меньше сдвигается паяльная паста при отделении от подложки
Таблица 4

Желательно, чтобы размер апертуры был несколько меньше площадки на печатной плате, чтобы скомпенсировать растяжение трафарета, допуски на совмещение и осадку паяльной пасты. Пример апертуры под контактную площадку вывода корпуса QFP (шаг 0,5 мм) приводится на рисунке 9.

Рис. 9. Размер отверстия в шаблоне должен быть меньше размера площадки

Рис. 10. Расчет размеров отверстия в трафарете

Рис. 11. В отверстиях со скругленными углами адгезия между пастой и стенками отверстий меньше

Рис. 12. В самое маленькое отверстие трафарета должны вписываться от 4 до 5 самых больших шариков припоя

Геометрическая форма апертур сильно влияет на число дефектов пайки. Поэтому к изготовлению трафаретов нужно подходит очень ответственно, как на этапе конструирования, так и на этапе изготовления.

Правила расчета размеров апертур иллюстрирует рисунок 10. Рисунок 11 показывает, что при использовании апертур со скругленными углами уменьшается адгезия между пастой и стенками апертур при отделении трафарета от подложки, что уменьшает искажение отпечатка.

Что касается минимального размера апертур, то не менее 5 самых больших шариков припоя должны вписываться в самую маленькую апертуру по ее меньшей стороне (см. рис. 12).

С каким флюсом использовать

Спирто-канифоль и паяльный жир не подходят. Они много дымят и плохо смачивают поверхность шариков, которые сформировались после пасты. Лучше используйте пастообразные флюсы.

Их бюджетных вариантов подойдет RMA 223 или его высококачественные клоны.

Не покупайте флюсы дешевле 4$. Они слабые, плохо выполняют свои функции, дымят и не соответствуют качеству для BGA пайки.

Отечественный флюс Interflux (интерфлюкс) IF 8300.

Из дорогих и проверенных можно попробовать Martin HT00.0017.

Состав паяльных паст

Паяльные пасты состоят из припоя и флюса (см. рис. 2). При выборе комплекса припой флюс для паяльной пасты учитывают характеристики, приведенные на рис. 3.

Порошок припоя

https://www.youtube.com/watch?v=lO7aqdBgcrw

Для производства порошка припоя используют методы газового и центробежного распыления. Особенности метода газового распыления:

— получение частиц малого размера;

— легкость управления процессом образования окисной пленки на поверхности частиц;

— низкий уровень окисления частиц припоя.

Полученные частицы порошка припоя имеют размеры 1–100 мкм. На распределение размеров частиц припоя и их диаметр влияет скорость подачи припоя, скорость вращения шпинделя и содержание кислорода.

Рис. 4. Получение порошка припоя газовым распылением

Порошок получают в емкости высотой около 5 м и диаметром 3 м, которая заполнена азотом и кислородом очень малой плотности (см. рис. 4). Слитки припоя плавят в тигле, расположенном в верхней части резервуара. Расплавленный припой капает вниз на шпиндель, вращающийся с большой скоростью.

Рис. 5. Степень окисления частиц припоя в зависимости от их размера

Затем порошковый припой попадает на сортировочное сито, где лучше всего использовать метод двойной сортировки порошка припоя. На первой стадии порошок сортируют струей азота от воздуходувки. При этом отсеиваются частицы с размерами меньше нужного. Затем порошок идет на сито, где задерживаются частицы с размерами, превышающими заданные величины.

Паяльные пасты с размером частиц 20–38 мкм применяются при монтаже печатных плат с шагом апертур трафарета до 0,4 мм, а с размером 20–50 мкм — для шага от 0,5 мм.

На качество порошков влияют два фактора.

Распределение размера частиц влияет на реологию паяльных паст, печать, растекаемость, характер отделения от трафарета и показатели осадки паст. Минимальный размер апертур трафарета зависит от минимального размера контактных площадок на печатной плате, при этом максимальный размер апертуры меньше или равен размеру контактной площадки.

Тугоплавкие

Сфера применения – промышленная пайка чугунов, разнородных сталей, медесодержащих сплавов, томпака. Температура плавления в диапазоне 400–8000 С. Составляющие припоев: медь, серебро, никель, магний. Соединения отличаются прочностью.

В сокращении ПМЦ (припой медно-цинковый), цифра указывает на содержание меди. Всего используются 3 марки, утверждённые ГОСТ 1534—42 : ПМЦ-36, ПМЦ-48, ПМЦ-54. Помимо основного компонента присутствует цинк, 5–7% приходится на железо, олово, сурьму. Температура плавления 800–9000 С.

Существуют ограничения применения вследствие выгорания лигатур. Цинк выгорает при переходе из жидкой фазы, что становится причиной пористости. Разрушительные последствия грозят:

• Изделиям, испытывающим внутреннее давление.
• Вибрацию и динамические нагрузки.

В этом случае ведётся пайка рафинированной медью при повышении температуры. Иной путь – использование низкотемпературных оловянистых лигатур, улучшающих жидкотекучесть. Или кремнистых присадок. Кремний препятствует испарению и окислению цинка.

[stextbox id=’info’]ПМЦ выпускаются прутками, полосами, гранулами. Флюсы для пайки – бура.[/stextbox]

ПСр (медно-серебряные) – дорогостоящие тугоплавкие присадки высокой прочности. Уникальность в сохранении гибкости соединения. Разбег рабочих температур между начальным в ряду ПСр-10 и серебряным на 92% ПСр-92 – 720–9500. ПСр 72–92 нашли применение в соединительных операциях на высокочастотных элементах.

Альтернатива серебру — фосфор. Пластичные медно-фосфорые припои при сохранении подобия свойств имеют плюсы:

• Дешевизна.
• Устойчивость к коррозии и агрессивным средам.
• Жидкотекучесть.
• Температура плавления 700–850⁰.
• Пригодны для соединения разнородных металлов, например, медь со сталью.

Пайка алюминия ведётся в узких температурных рамках под слоем масла, чтобы сдержать окисление, ультразвуковыми паяльниками. Применяются силумин, 34А, П590А, П 575. Легирующие элементы кремний, медь, цинк.