Паяльная паста как пользоваться при пайке проводов

Основы пайки и техническая химия для паяльного процесса 18

Теперь вы многое знаете об особенностях и составе паяльных паст, сферах их применения и много другой полезной информации. Однако “за скобками” остался другой вопрос: как правильно использовать паяльную пасту, особенно в области радиотехники.

Основные преимущества

Для того чтобы обеспечить идеальный контакт между SMD-деталями и микросхемой, необходимо грамотно припаять элемент. Паяльная паста обеспечивает эту связь, а также способствует разрушению оксидной пленки. Но, несмотря на все очевидные плюсы, если это вещество некачественное, то оно может оказать и негативное влияние на схему (при высыхании оставить следы и образовать перемычки). В этом случае мы получим неконтролируемое соединение двух соседних элементов, что может привести к поломке.

Следовательно, чтобы процесс пайки был максимально простым и эффективным, нам нужно найти идеальную паяльную пасту. Выделим основные характеристики, на которые вам, как покупателю, следует обращать внимание:

Источник

Важные технические характеристики

Выбирать паяльную массу нужно с учетом ее физико-химических свойств. Эти характеристики находятся в прямой зависимости от ингредиентов состава. Такими свойствами являются:

• наличие/отсутствие свинца и легирующих наполнителей;
• форма и структура частичек;
• величина частичек по IliS;
• вязкость;
• степень паяемости, которая определяется загрязненностью и окисленностью частичек припоя.

Кроме того, пасты безотмывочного типа не провоцируют образование коррозии, а водосмывные — могут приводить к таким проблемам на участке пайки, так как в их составе присутствует ряд органических веществ.

Изготовление в домашних условиях

Иногда готовой паяльной массы не оказывается в наличии, поэтому полезно узнать о способах ее изготовления. Для этой цели необходимо подготовить паяльный жир и прутик припоя из свинца и олова. При отсутствии первого материала его можно заменить вазелином ЛТИ-120.

Припой необходимо размельчить с помощью надфиля или специальной насадкой для дрели. Готовая крошка должна состоять из мелких частичек. Она убирается в емкость, в которую добавляется вазелин в соотношении 1:1 и небольшое количество флюса.

Все компоненты самодельной пасты тщательно перемешиваются и разогреваются на водяной бане. Готовый состав можно хранить в крупном шприце. С помощью него пастообразная субстанция и будет наноситься на платы.

Для увеличения эффективности паяльной массы в нее можно добавить немного хлористого аммония. В готовой смеси концентрация этого ингредиента не должна превышать 5-10%. Заменить аммоний можно анилином солянокислым. Хранить вещества необходимо в герметичных емкостях и вдали от домашних питомцев и детей.

Как пользоваться паяльной пастой

Вы уже знаете, что паяльная паста обладает рядом преимуществ по сравнению с другими компонентами. Особенно эти преимущества хорошо проявляются при работе с микросхемами и печатными платами. Однако без некоторых трудностей во время рабочего процесса не обходится.

В основном эти проблемы связаны с тем, что сам технологический процесс в условиях дома становится более сложным. Сложным, если сравнивать условиями для работы профессионалов в лабораториях, мастерских и других специальных помещениях с соответствующим оборудованием и материалами.

Как правильно выбрать и хранить материал?

Представленный материал может терять свои качества в зависимости от старения. Выбор зависит от типа пасты и сферы ее применения. Естественно, важным фактором является стоимость материала. Паяльная паста, цена которой составляет около 10 долларов за 50 грамм и выше, приобретается только в сертифицированных точках продаж.

Что касается хранения материала, то класть его необходимо в холодильник, температура в котором не поднимается выше 4 градусов. Во время ее использования в помещении должно быть тепло, но не жарко (не более 25 0 C). Влажность при этом не должна достигать 80%.

Компоненты для пайки микросхем и плат

Существующие сегодня общепринятые правила и положения допускают использование определенных компонентов для домашнего и производственного применения:

• Припоев с порошкообразными формами и вариантами дробления.
• Флюсовых компонентов.
• Связующих материалов.
• Общих добавок и специальных активаторов.

Если мы говорим о припое, то здесь компонентами выступают, как правило, олово, серебро и свинец. Однако свинец в последние годы стал применяться все реже и реже. Пасту сегодня чаще наносят с помощью трафарета с использованием бессвинцовых компонентов.

Необходимо знать, что если вы будете работать с паяльной пастой, то вам понадобится особый флюс. Он выступает в качестве своеобразного обезжиривателя. Также необходимо пользоваться только той пастой, у которой не истек срок годности. Для некоторых видов он составляет максимум 6 месяцев из-за особенностей химического состава. Чтобы паста всегда оставалась годной для употребления, соблюдайте требования к ее хранению (температура и т.п.).

Источник

Методы нанесения материалов на печатную плату для поверхностного монтажа

Существует пять основных методов нанесения клеев, флюсов и паяльных паст на печатную плату.

• Нанесение (перенос) материалов с помощью стержней.

• Дозирование материалов с помощью пульсационного нагнетательного насоса-дозатора.

• Дозирование материалов с помощью винтового насоса.

• Дозирование материалов с помощью поршневого насоса.

Использование последних трех методов нанесения материалов (флюсов, клеев, припоев) на печатную плату с применением систем дозирования реагентов позволяют нанести по одной точке соответствующего материала за один раз. Первые же два способа (метод стержней и трафаретная печать) позволяют наносить материалы сразу в нескольких местах за один шаг. Соответственно каждый из пяти представленных методов нанесения материалов на печатную плату работает по-своему, имеет свои достоинства и недостатки.

Метод стержней – самый простой способ нанесения клея или флюса на печатную плату. Несмотря на то, что один стержень может быть использован для нанесения клея (или паяльного флюса) только в одном месте за один раз, для нанесения материала в нескольких местах можно использовать матрицу стержней. Основные этапы работы оборудования для нанесения клея, работающего по методу стержней, представлены на рисунке 1.

Как и было отмечено ранее, данный метод в основном используют для нанесения клеев и флюсов, однако он плохо подходит для нанесения паяльной пасты. Стержень погружают в резервуар с материалом, который будет наноситься на печатную плату. Длина и диаметр стержня определяют количество материала, набранного в резервуаре. Затем стержень опускают на печатную плату в том месте, где нужно нанести точку клея или флюса. Поверхностное натяжение заставляет часть клея или флюса стечь на плату. В этот момент важно, чтобы стержень не касался платы, поскольку это нарушит форму точки материала. Для этого метода нанесения нужна относительно плоская и ровная подложка. Использование матрицы стержней позволяет наносить клей на печатные платы даже после установки компонентов в сквозные отверстия.

Аналогичный принцип используется для нанесения флюса на шарики припоя DCA/FC-корпусов. Кристалл погружают в ванну с тонкой пленкой флюса. Глубина флюса позволяет смачиваться только шарикам припоя, таким образом, шарики становятся стержнями, которые переносят капли флюса. Флюс на шариках припоя переносится на печатную плату, где фиксируют шарики, и выполняет функции флюса во время последующей пайки оплавлением.

Важной проблемой метода нанесения материалов (клеев и флюсов) с помощью метода стержней является использование открытых ванн с клеем или флюсом. Клеи легко впитывают влагу из воздуха. У флюсов легко испаряется носитель (вода или спирт) и, возможно, другие компоненты. Любой из этих процессов приводит к изменению свойств материала, что влияет на количество жидкости на стержне и размер точки на печатной плате (включая процесс смачивания шариков припоя перевернутого кристалла, описанный выше). Клеи должны обладать достаточной «прочностью жидкости», а флюсы – удерживать компонент на месте в течение всего срока размещения компонента на печатной плате и последующего транспортирования печатной платы в печь для отверждения клея или оплавления припоя.

Технология трафаретной печати

Трафаретная печать может использоваться для клеев, а также паяльной пасты. Низкая вязкость большинства флюсов препятствует их успешному нанесению этим методом. Метод трафаретного нанесения материалов на печатную плату основан на том, что клей или паяльная паста наносятся через отверстия в трафарете, которые называются апертурами. Апертуры трафарета расположены над теми местами печатной платы, на которые требуется нанести клей или паяльную пасту. Нанесение материала осуществляется ракелем, который во время прохода над трафаретом продавливает некоторое количество клея или паяльную пасты в его апертуры, как это показано на рисунке 2.

На рисунке 2 также показано различие между трафаретами с частично закрытыми (сетчатыми) и открытыми апертурами. Конструкции обоих типов определяют специфику и области применения обоих устройств в технологии трафаретной печати. Трафарет с частично закрытыми апертурами состоит из двух слоев: слоя эмульсии и пленки, которая удерживает эмульсию. Апертуры, через которые клей или паяльная паста наносятся на плату, создаются путем фотохимического фрезерования. Клей или паяльная паста просто протекают сквозь сетку, которой закрыты апертуры.

Трафарет с открытыми апертурами представляет собой лист металла или сплава (обычно из молибдена, никеля, латуни или нержавеющей стали), в котором проделаны отверстия. Апертуры могут быть получены с помощью одной из следующих технологий или их комбинации:

• фототехнологии (метод фотохимического фрезерования);

Выбор технологии изготовления зависит от требуемых размеров и плотности расположения апертур. Трафареты с частично закрытыми апертурами в большинстве случаев заменили трафареты с полностью открытыми апертурами не только из-за простой конструкции, но и потому, что их можно приспособить к печати материалов на платах с высокой плотностью мелких компонентов.
От толщины трафаретов и размера отдельных апертур зависит количество клея или паяльной пасты, нанесенной на печатную плату . Вторичными факторами, определяющими качество трафаретной печати, являются качество стенок апертуры, вязкость материала, твердость и скорость ракеля. В случае с паяльной пастой, ее количество, фактически нанесенное на печатную плату, обычно меньше объема апертуры, который рассчитывают как произведение длины, ширины апертуры и толщины трафарета. Степень этого несоответствия называется фактором переноса или коэффициентом переноса. Значения данного коэффициента могут варьироваться от 60% для очень маленьких апертур до почти 100 % для больших апертур.

Трафаретная печать является наиболее широко используемым средством для нанесения паяльной пасты при поверхностном монтаже печатных плат. Для трафаретной печати через сетчатый трафарет (80 отверстий на кв. дюйм) предпочтительно выбирать паяльную пасту с вязкостью от 250 до 550 кспз (килосентипуазов). В случае трафаретной печати через трафарет с полностью открытыми отверстиями нужна паста с вязкостью 400-800 кспз. Для высоких объемов электронного монтажа на одну печатную плату необходимо нанести несколько десятков тысяч точек паяльной пасты. Этот процесс в настоящее время разрабатывается для печати в отверстия и PIP-технологии.
Трафаретную печать паяльной пасты также осуществляют с использованием ступенчатых трафаретов. Такие трафареты изготавливают двух типоразмеров с различной толщиной, их используют, когда на печатной плате нужно установить настолько широкий диапазон устройств разнообразных конфигураций с различным шагом, что с помощью одного трафарета невозможно нанести все необходимые точки паяльной пасты. При нанесении паяльной пасты для устройств с малым шагом используют тонкие секции трафарета, а для компонентов с большим шагом — толстые. Эти трафареты дороже в изготовлении, чем трафареты одной толщины.

Трафаретная печать клея или паяльной пасты имеет ряд недостатков.

• Во-вторых, технология трафаретной печати подразумевает, что поверхность печатной платы должна быть плоской и не иметь неровностей, которые могут помешать плотному наложению трафарета на ее поверхность, поскольку паста или клей будут продавливаться ракелем в апертуры. Таким же образом необходимо очищать трафарет от остатков паяльной пасты перед последующим использованием в целях сведения к минимуму дефектов трафаретной печати, которые могут впоследствии привести к дефектам паянных соединений, если не будут обнаружены перед процессом пайки оплавлением припоя.

• В-третьих, трафареты изнашиваются с течением времени, в результате увеличивается число дефектов печати. Чем прочнее металл или сплав трафарета, тем дольше срок его эксплуатации. Например, латунные трафареты, которые относительно дешевы, имеют короткий срок службы Трафареты из нержавеющей стали имеют более длительный срок службы но они значительно дороже.

При печати через трафареты с открытыми апертурами для монтажа компонентов с периферийными и матричными выводами и шагом более 0,5 мм бессвинцовые припойные пасты демонстрируют те же свойства, что и оловянно-свинцовые. При меньших шагах и соответственно меньших размерах апертур коэффициент переноса бессвинцовых паст несколько снижается. Вероятной причиной является сниженная плотность частиц бессвинцовых сплавов, поэтому их меньшее количество проходит через апертуры трафарета. Следовательно, нужно слегка увеличить размер апертур, чтобы нанести количество бессвинцовой пасты, необходимое для получения паянного соединения.

Пульсационный нагнетательный насос-дозатор относится к системам дозирования реагентов для нанесения на печатную плату и позволяет наносить пасту с помощью приложения к резервуару с материалом импульса давления в течение определенного времени (рисунок 3). Из сопла насоса выбранного диаметра выдавливается точно контролируемое (дозируемое) количество клея или паяльной пасты и наносится на плату. Часто материал поставляется уже расфасованным в шприцы, которые вставляют в монтажный автомат.

Как и в случае остальных технологий нанесения материалов, свойства клея или паяльной пасты играют важную роль и определяют постоянство размеров точек на различных местах. При эксплуатации насоса-дозатора следует строго придерживаться требований к сроку годности материалов, особенно тех, что находятся внутри дозатора из-за их быстрого разложения на открытом воздухе в условиях сборочного цеха. Желаемая вязкость материалов для нанесения через сопло насоса составляет от 100 до 400 кспз.

Автоматы с установленными поршневыми насосами-дозаторами способны наносить материалы на одной печатной плате в виде точек различного размера. Один из методов использования насоса-дозатора заключается в установке на одну головку сопел или шприцев различного размера и приложении одинакового импульса давления. Второй подход заключается в предварительном программировании времени и силы давления в насосе-дозаторе, чтобы получить точки материала различного размера из одного и того же сопла или шприца. Эта технология с использованием насоса-дозатора занимает гораздо больше времени, чем трафаретная печать. Тем не менее, она обеспечивает большую гибкость с точки зрения строгого контроля количества и расположения точек клея или паяльной пасты.

В винтовом насосе для нанесения паяльной пасты или клея использован архимедов винт, который через сопло выталкивает определенную порцию материала (рисунок 4). Скорость и продолжительность поворота винта, а также размер отверстия, определяют количество клея или пасты, нанесенной на печатную плату. Как и в случае поршневого насоса-дозатора, с помощью различных шпинделей (головок) или компьютерных программ, изменяющих скорость вращения винта или продолжительность его поворота, можно изменять объем точек материала, наносимых через сопло с отверстием одного размера. Все остальные соображения относительно подбора вязкости клея или паяльной пасты и их срок годности также следует учитывать при использовании данного насоса.

В поршневом насосе для контроля количества наносимого клея используется движение поршня, а не импульс давления воздуха. Этот метод применяется в основном для нанесения клея (рисунок 5) Во-первых, сопло погружают в ванну с клеем, из которой насос всасывает постоянное количество клея. Оно заполняет отверстие и небольшой цилиндр в верхней части отверстия. Для этого метода лучше использовать жидкости с низкой вязкостью. Сравнительно трудно набрать в насос очень вязкие жидкости, такие как припойная паста и некоторые клеи. Далее поршень движется вниз в цилиндре, выдавливая точное количество клея из сопла на печатную плату. При использовании этого метода на печатную плату выдавливается постоянный объем материала. Кроме того, размеры цилиндра, скорость, с которой перемещается поршень, а также вязкость клея сильно влияют на объем клеевой точки. Необходимо также использовать материалы в соответствии с их сроком годности.

Основная цель каждой из пяти технологий нанесения материала — нанесение строго определенного и постоянного количества клея или паяльной пасты на каждом заданном участке печатной платы. Слишком малая клеевая точка, особенно по высоте, не сможет закрепить компонент на печатной плате. Слишком большое количество клея растечется по контактной площадке и нарушит качество пайки. Из-за недостаточного количества пасты станет невозможным получение качественного паянного соединения, а в худшем случае может произойти обрыв цепи. Избыток паяльной пасты связан с образованием галтелей, которые трудно обнаружить после пайки, а также с вероятностью коротких замыканий между соседними межсоединениями.

Нанесение паяльной пасты

Стандартное нанесение паяльных паст производится с помощью трафаретной печати. Альтернативой этому процессу является поточечное нанесение капель пасты диспенсером, однако это менее продуктивно. Станки трафаретной печати по принципу действия мало отличаются от аналогичных станков для полиграфических работ, но сами трафаретные формы обязательно выполняются из металлических листов. Такие станки снабжаются системой очистки трафаретов, предотвращающей загрязнение поверхности платы паяльной пастой.

В качестве альтернативы припоя используется паяльная паста. Как совершенно другая структура, она имеет ряд преимуществ и недостатков, которые ограничивают ее применение или же делают его единственно возможным. В состав паяльной пасты входят несколько компонентов:

• флюсовая основа;
• припой, т. е. металлическая фракция;
• связующие вещества — основа, определяющая консистенцию;
• для неактивных флюсов (несмываемых) — активаторы.

Поскольку подобная продукция выпускается различным составом и, соответственно, назначением, нужно знать, как выбрать паяльную пасту. Действие заключается в подборе основных веществ припоя и особенностей использования флюса. Фактура материала и его консистенция имеют несколько преимуществ:

• точечное нанесение, возможность работы с очень мелкими элементами;
• использование паяльного фена средней мощности;
• применение в случаях, где нет технической возможности задействовать обычные припои.

Многие пасты выпускаются для промышленного производства, поскольку их консистенция позволяет легко дозировать материал. Применение этого вещества характеризуется простым нанесением, легким дозированием, а также быстрой скоростью проведения работ. Для домашнего использования этот вид также считается наиболее аккуратным, не оставляет лишней массы припоя, упрощает обучение новичкам.

Паяльная паста для чего нужна

Паяльная паста и ее свойства

Первоначально подобные составы применялись только в SMT-технологиях. Сейчас их область использования увеличивалась. В состав паяльной пасты для SMD входят следующие ингредиенты:

1. Порошкообразный припой. Чаще всего подбираются сплавы на основе серебра, свинца или олова. Наибольшее распространение имеют пасты бессвинцового типа.
2. Обезжиривающий припой.
3. Связующие элементы. Они облегчают фиксацию элементов на поверхности плат. Чем больше размеры платы, тем более вязкой консистенцией должна обладать паста для пайки.
4. Вспомогательные ингредиенты и активаторы.

Добиться качественной пайки можно только в той ситуации, если были соблюдены все условия и срок хранения паяльной массы. У большей части ингредиентов подобных составов срок годности не более полугода. Хранить их нужно при температуре 2… 10°C. В помещении не должно быть слишком холодно или жарко.

Уровень влажности воздуха при этом не должен превышать 80%. Перед применением состава его нужно разогреть до комнатной температуры и лишь после этого открывать банку или извлекать субстанцию из шприца. В некоторых случаях на прогрев уходит около 5-6 часов.

Также необходимо учитывать, что со временем паяльная смесь утрачивает свои свойства. Подбирать материалы для пайки оловом или иными материалами нужно с учетом следующих требований:

• недопущение формирования шариков и разбрызгивания;
• высокая клеящая способность;
• стойкость к растеканию при первичном нагреве;
• отсутствие остаточного флюса;
• максимальный срок хранения.

Кроме того, материалы для паяльной пасты должны легко дозироваться и подходить для трафаретной печати.

Преимущества паяльной пасты для работы с микросхемами и платами:

• Паяльную пасту можно наносить на печатные платы с мелкими и миниатюрными деталями.
• Не нужен паяльник с высокой температурой для работы. Вместо этого можно пользоваться паяльным феном или паяльником со средней нагрузкой.
• Пасту можно использовать в тех случаях, когда другого варианта для соединения деталей нет.

Преимущества применения

Паяльные пасты используются не только в быту, но и в промышленности. Такое обширное распространение этого материала объясняется следующими его преимуществами:

• возможность применения в производстве плат, на которых находятся мельчайшие элементы;
• пользоваться паяльной пастой можно даже без паяльника, но в таком случае потребуется специальная станция или фен для нагрева изделия и равномерного распределения ингредиентов по поверхности платы;
• пользоваться пастой для пайки можно в таких ситуациях, когда отсутствует возможность воспользоваться классическими инструментами.

Если нет возможности или желания самостоятельно изготавливать смесь, можно приобрести готовый вариант. Но нужно запомнить, что качественная паяльная паста стоит около 10 американских долларов за 50 г. Более дешевые варианты обладают низким качеством и могут не только не обеспечить достаточной надежности фиксации, но и привести к дополнительным проблемам при последующем использовании электронного изделия. Чтобы избежать проблем, покупать такие материалы лучше в сертифицированных магазинах или непосредственно у производителей.

Разновидности

Современный рынок предлагает продукцию от брендов ALPHA, HERAEUS, Felder и т.д. Все пасты для паяльных работ классифицируются по следующим признакам:

• по составу припоя — без галогена или галогенсодержащие;
• по необходимости в дополнительном отмывании;
• по типу припоя — без свинца или свинцовые;
• по температурным показателям — высоко-, средне-, низкотемпературные.

Если состав не смывается, в нем содержится канифоль. В такой ситуации для промывки элементов необходимо воспользоваться специальными растворителями.

Необходимо учитывать и то, что увеличение уровня паяемости элементов сопровождается снижением надежности фиксации. Например, составы с содержанием галогена обладают высокой технологичностью, однако их надежность находится на низком уровне.

Технология использования пасты

Перед тем как припаять SMD-элементы с применением паяльной пасты, необходимо изучить технологию работы с этим составом. Пользоваться им нужно следующим образом:

• для начала необходимо очистить, обезжирить и просушить плату;
• после этого плату необходимо надежно зафиксировать в горизонтальном положении;
• в отмеченных точках соединения равномерно наносится паста;
• мелкие детали устанавливаются на поверхность платы;
• иногда требуется дополнительная обработка составом ножек токопроводящих микросхем;
• прогревать установленные SMD-компоненты можно феном;
• когда припой полностью испарится, температуру плавки можно увеличить;
• паять необходимо осторожно, соблюдая все необходимые требования безопасности;
• после работы плату нужно остудить и промыть.

Для монтажа микросхем применяются паяльники с температурой в пределах 250… 300°С. Нежелательно брать для такой работы устройства с конусовидными насадками. Чтобы добиться максимальной эффективности, следует воспользоваться тонкой проволокой для контакта пасты с паяльным жалом.

SMD-компоненты также можно припаять по следующей схеме:

• детали устанавливаются на площадку;
• паяльная паста наносится на ножки;
• под воздействием паяльника пастообразная субстанция равномерно растекается по зоне контакта;
• элементы остывают и очищаются.

Для пайки кабелей паста наносится на них в зоне соединения. После этого к массе прикладывается паяльное жало.

Характеристики

Форма и габариты частиц припоя

От характеристик частиц припоя зависит то, каким образом будет осуществляться нанесение паяльной пасты на поверхность. Составы с маленькими частицами к окислению склонны значительно меньше. К тому же, если вещество для пайки имеет крупные частицы нерегулярной формы, это грозит закупоркой трафарета, следовательно, процедура нанесения потерпит крах.

Удельный вес метала в составе

Этот показатель определяет толщину оплавленного припоя, от него зависит степень осадки и растекания вещества для пайки. Толщина соединения после оплавления находится в прямой зависимости от удельного веса металла в составе пасты: чем его процентное содержание выше, тем больше толщина соединения после того, как осуществлено оплавление паяльной пасты.

Тип флюса в составе пасты

https://www.youtube.com/watch?v=YAp3XVTWG3w

Влияет на уровень активности вещества, наличие необходимости отмывки. В зависимости от метода удаления флюсовых остатков различают три группы флюсов:

• Канифольные. Основным составным элементом является очищенная натуральная смола, которая добыта из древесины сосны. Канифольные флюсы делятся на неактивированные, среднеактивированные и активированные слабокоррозионные. Для первых свойственны минимальные показатели активности, вторые достаточно легко поддаются очистке, обеспечивают хорошее смачивание и растекаемость припоя, третьи характеризуются наибольшими показателями активности и низким уровнем спроса.
• Водосмываемые. Содержат органические кислоты. Применение водосмываемого активного флюса является гарантом получения хорошего результата пайки, при этом существует необходимость отмывки деионизированной водой, имеющей температуру 55-65 градусов.
• Безотмывные. Не нуждаются в отмывке. Произведены на основе смол натурального и синтетического типа. Удельный вес смолы в составе таких флюсов составляет 35-45%. Проявляют среднюю активность, их остатки после пайки не являются коррозионными и проводящими, а концентрация твердых осадков может достичь максимум 2%.