Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями Инструменты
Содержание
  1. Пайка и её флюсы в производстве электроники
  2. Общее описание процесса пайки
  3. Основные функции флюса
  4. Состав флюса для пайки
  5. Требования к флюсам
  6. Важность прочных паяных соединений в электронной промышленности
  7. Безопасность и экологичность
  8. Технические требования к флюсам
  9. Нанесение флюса
  10. Примеры флюсов на рынке
  11. Таблица с данными о пасте для припоя
  12. Итоги
  13. Второй важный ингредиент паяльной пасты: флюс
  14. Классификация паяльных флюсов
  15. Материалы, используемые при приготовлении пасты
  16. Влияние паяльной пасты на установку и положение компонента
  17. Временной интервал между нанесением пасты и монтажом компонентов
  18. Влияние паяльной пасты на дефекты при установке компонента
  19. Вязкость
  20. Влияние вязкости паяльной пасты
  21. Вязкость и осадка паяльной пасты
  22. Изменение вязкости пасты с течением времени
  23. Проверка осадки
  24. Стандарты проведения тестов
  25. Тиксотропность
  26. Оплавление
  27. Основные типы дефектов спаянных электронных модулей
  28. Использование АОИ для выявления дефектов сборки
  29. Правила эксплуатации наконечников
  30. Рабочая температура
  31. Флюс и припой
  32. Процесс пайки
  33. Очистка наконечника
  34. Рекомендуемая последовательность работы

Пайка и её флюсы в производстве электроники

Пайка является одним из ключевых этапов производства электронной продукции. Качество паяного соединения определяет надежность и долговечность работы конечного изделия. Для его повышения используются специальные составы (флюсы).

Общее описание процесса пайки

В самом общем виде процесс пайки представляет собой создание паяного соединения между поверхностями металлических выводов электронных компонентов и контактными площадками печатных плат с помощью расплавленного припоя. Застывая, он формирует токопроводящую перемычку. Качество паяного соединения зависит от характеристик соединяемых металлических поверхностей.

Основные функции флюса

Пленки из оксидов и солей образуются на металлических поверхностях, что может негативно сказаться на процессе пайки. Флюсы позволяют удалить пленки и предотвратить их образование во время монтажа электронных компонентов на печатную плату. Они также улучшают качество сварочного шва и электропроводность паяного соединения.

Читайте также:  Марка латуни для паяльных ножей

Состав флюса для пайки

Состав флюса для пайки включает органические и неорганические компоненты, а также их комбинации. Обычно флюс содержит:

  • Смолы
  • Диспергаторы
  • Растворители
  • Активаторы

Большинство используемых флюсов в электронике изготавливаются на органической основе, чтобы избежать коррозии контактных поверхностей.

Требования к флюсам

Химический состав флюса зависит от материалов, которые соединяются при пайке. Например, в радиоэлектронной промышленности избегают использование активных кислот, чтобы избежать коррозии металлических поверхностей. Если такие флюсы все же используются, их остатки обязательно удаляются после пайки.

Важность прочных паяных соединений в электронной промышленности

Для отраслей электронной промышленности, связанных с производством ответственной электронной продукции (например, аэрокосмической, энергетической или военной сферы), важно иметь прочные паяные соединения. Эти соединения должны выдерживать высокие механические, химические и климатические нагрузки. Для этого широко применяются флюсы, которые обеспечивают качественное растекание и высокую адгезию припоя к контактным поверхностям.

Безопасность и экологичность

В последние годы внимание также уделяется безопасности и экологичности электронной промышленности. Стандарты, принятые в развитых странах, ограничивают использование вредных веществ. Это побуждает производителей использовать флюсы с меньшим содержанием токсичных компонентов.

Технические требования к флюсам

С технологической точки зрения флюс должен соответствовать следующим требованиям:

  • Растворение окислов: флюсы с содержанием органических и неорганических кислот эффективно противостоят образованию окислов.
  • Защита металлических поверхностей: для защиты очищенных металлических поверхностей от повторного окисления используются канифоль, вазелин, воск.

Часто требования к флюсам не могут быть удовлетворены одним составом, поэтому во время пайки могут использоваться несколько различных флюсов.

Нанесение флюса

Способ нанесения флюса на поверхность зависит от типа деталей, способа пайки и производственных особенностей. Флюсы могут быть нанесены как отдельно от припоя, так и в составе паяльной пасты.

Большинство флюсов требуют отмывки после пайки, особенно это касается активных составов. Отмывочные процедуры необходимы для предотвращения коррозии печатной платы и паяных соединений.

Примеры флюсов на рынке

В каталоге компании СМТ Технологии представлены разнообразные флюсы для различных типов пайки электронных компонентов. Эти флюсы от ведущих поставщиков могут быть использованы как на небольших предприятиях и в ремонтных мастерских, так и для крупносерийного производства.

Таблица с данными о пасте для припоя

Тип пастыДопуски на размер частиц, нмДиаметр частиц, мкм
Порошок 3SAC

Итоги

Флюсы играют важную роль в создании прочных паяных соединений в электронной промышленности. Выбор подходящего состава флюса зависит от требований конкретного производства и специфики производимой электроники. Соблюдение стандартов безопасности и экологичности также является важным аспектом при выборе флюсов для электроники.

Второй важный ингредиент паяльной пасты: флюс

Вторым, не менее важным ингредиентом паяльной пасты является флюс. Именно его свойства определяют такие характеристики паяльной пасты, как транспортируемость/хранимость, печатаемость (наносимость), параметры удержания и монтажа компонента, оплавляемость.

В составе каждого флюса имеется ряд веществ, меняющихся в зависимости от назначения.

Классификация паяльных флюсов

Ряд паяльных паст содержит в своем составе комбинированный флюс, состоящий из смеси этих канифолей. Также согласно ГОСТ 19250-73 Флюсы паяльные. Классификация паяльные флюсы можно разделить на значительно большее количество групп, различающихся по определенным признакам.

Классификация самих флюсов — тема для отдельной статьи.

Материалы, используемые при приготовлении пасты

В ходе приготовления пасты используются следующие материалы:

  • Флюс
  • Пайка
  • Пластификаторы
  • Отдушки
  • Ингибиторы

В бессвинцовых пастах данный компонент очень важен для обеспечения смачиваемости паяемых поверхностей. Остальными компонентами могут быть пластификаторы, отдушки и ингибиторы.

Очевидно, что процесс приготовления пасты отработан, если полученная в результате смесь равномерна и стабильна. Большинство паст содержат 10–12% флюса в весовом соотношении. В объемном соотношении процент металл-флюс может составлять примерно 50 на 50.

Влияние паяльной пасты на установку и положение компонента

Паяльная паста является связующим элементом, обеспечивающим электрический и механический контакт между печатной платой и поверхностно-монтируемым компонентом. Важными влияющими факторами для обеспечения данного контакта являются качественная печать, контролируемый процесс пайки и качество паяльной пасты, процесс установки компонента.

После нанесения пасты на контактных площадках платы остается отпечаток, имеющий определенную геометрию и объем. Именно этот объем пасты и обеспечивает качество пайки. После нанесения пасты на контактные площадки требуется установить компонент, затем плата будет транспортирована в печь и паста оплавлена.

Вязкость, осадка и тиксотропность — ключевые параметры, обеспечивающие стабильность паяльной пасты до этапа монтажа компонентов.

Временной интервал между нанесением пасты и монтажом компонентов

В идеале монтаж компонентов должен выполняться сразу после нанесения пасты, без задержек. В реальности на производстве между нанесением пасты и монтажом компонентов существует временной интервал, который может быть вызван, например,:

  • Техническими особенностями производственного процесса
  • Количеством участков нанесения пасты
  • Ограничениями по времени на установку компонентов

Влияние паяльной пасты на дефекты при установке компонента

В ходе пайки, за счет сил поверхностного натяжения, паяльная паста может приводить как к центрированию компонента, так и к образованию дефектов типа надгробный камень. Впрочем, при образовании дефектов паста — лишь необходимое условие для его формирования, основными причинами могут являться.

Но при всех этих причинах именно поведение паяльной пасты определяет формирование будущего дефекта.

Вязкость


Влияние вязкости паяльной пасты

Вязкость паяльной пасты является важным параметром, влияющим на ее качество и способность правильно дозировать пасту на поверхность платы. Низкая вязкость может привести к тому, что паста будет легко растекаться и размазываться по поверхности, что усложнит процесс установки компонентов. Высокая вязкость, напротив, может привести к тому, что паста будет сложно наноситься и не распределяться равномерно.

Поэтому важно подбирать паяльную пасту с оптимальной вязкостью, которая обеспечит легкость нанесения, при необходимости — удержание формы, и обеспечит качественную пайку.

В общем случае, вязкость пасты должна быть такой, чтобы она была легко наносима, но не слишком жидкая, чтобы не размазываться, и не слишком твердая, чтобы ее можно было правильно дозировать и удерживать на поверхности платы.

Паяльная паста с оптимальной вязкостью обеспечит хороший контакт между компонентами и платой и предотвратит возможные дефекты при пайке.

Вязкость и осадка паяльной пасты

Вязкость определяет способность пасты удержать установленный компонент и спозиционировать его при пайке. Особенно важна вязкость пасты при монтаже высоких компонентов и компонентов с нестандартной геометрией корпуса.

Изменение вязкости пасты с течением времени

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 2. Изменение вязкости пасты с течением времени

Со временем вязкость пасты изменяется. Для ее определения проводится тестирование в течение определенного времени (до 24 ч, рис. 2). Теоретически отпечатки паяльной пасты после ее нанесения и отделения трафарета должны иметь вертикальные ровные края (стороны) и сохранять свою форму до момента монтажа компонентов. В реальности любая паста обладает осадкой, из-за которой стороны отпечатков оплывают и меняют геометрию. Осадка любой пасты должна быть минимальной, чтобы исключить возможность образования перемычек пасты между контактными площадками, провод-никами или элементами разводки, которые в дальнейшем приведут к коротким замыканиям в схеме.

Проверка осадки

Осадка проверяется на паяльной пасте, нанесенной через специальный трафарет на печатную плату со сплошным меднением. Апертуры трафарета увеличиваются от малых к большим в разных направлениях. При этом осадка оценивается при двух внешних условиях — при комнатной температуре и при повышенной температуре в +80 °C.

Спустя 20 мин после печати проводится проверка на наличие перемычек между отпечатками.

Стандарты проведения тестов

Более подробно порядок проведения оценки вязкости описан в стандарте IPC-TM‑650 (часть 2.4.34.4) Методы определения вязкости пастообразного флюса. Для оценки осадки используется IPC-TM‑650 (часть 2.4.35) Руководство по испытательным методам. Паяльная паста — определение осадки. Иллюстрация данного теста приведена на рис. 3.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 3. Тест на осадку. Приемлемо для паст: а) оловянно-свинцовых; б) типа А; в) типа E

Тиксотропность

Этот параметр определяется специальными веществами, поддерживающими требуемый уровень вязкости. Как сказано выше, со временем от момента нанесения (выкладки) пасты на трафарет вязкость паяльной пасты изменяется. После окончания движения ракеля паста начинает растекаться за счет уменьшения вязкости. Для стабильности формы отпечатка и уменьшения растекания и осадки и контролируется уровень тиксотропности, который в свою очередь влияет на указанные параметры.

Оплавление

Чаще всего в результате оплавления должен образоваться надежный электрический и механический контакт между медью (Cu, с финишными покрытиями) печатной платы и оловом (Sn, опять же, с покрытием, и, возможно, не чистым, а в составе сплава) — рис. 4. В технологии поверхностного монтажа оплавление — один из самых ответственных этапов технологического процесса. Наиболее распространено оплавление за счет конвекционного нагрева, но есть и альтернатива, такая как парофазная пайка. Однако для ряда изделий до сих пор применяется пайка волной, ее улучшенная реализация — селективная пайка, позволяющая производить пайку выводных компонентов (чаще всего разъемов) на плате с компонентами для поверхностного монтажа. Есть и более узкоспециализированные методы пайки — инфракрасным нагревом, лазером. Суть процесса заключается в том, что нанесенной на печатную плату паяльной пасте требуется образовать соединение между компонентом и печатной платой за счет нагрева всей системы (или конкретных точек пайки).

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 4. Интерметаллическое соединение на границе металлизация печатной платы — припой — металлизация компонента

Как уже было сказано, паяльная паста представляет собой смесь из металлического порошка и флюса. Флюс, в свою очередь, также может содержать несколько составляющих, влияющих на формирование паяного соединения. Формирование подобного паяного соединения следует строго контролировать. Это касается не только нагрева, но и охлаждения пайки. Общая последовательность этапов нагрева и охлаждения называется температурным профилем оплавления. Каждая стадия пайки имеет свой градиент скорости нагрева или охлаждения. Для оптимальной пайки каждый припой и каждая паяльная паста имеет свой рекомендованный температурный профиль оплавления. Для большинства изделий (плат) температурные профили является оригинальным. К примеру, температурный профиль для материнской платы компьютера и платы для мобильного телефона будут различаться между собой. Кроме того, важными условиями процесса являются такие аспекты, как односторонний или двусторонний монтаж, выполнение пайки в среде инертного газа (азота). Все это оказывает влияние на технологическое окно температурного профиля, по которому в реальности будет проводиться оплавление.

Именно поэтому для любой паяльной пасты представлен диапазон (окно) температурного профиля, в пределах которого может проводиться пайка именно данной пастой (рис. 5). У любого температурного профиля (рис. 6) есть ряд характерных зон, таких как:

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 5. Технологическое окно температурного профиля паяльной пасты

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 6. Порошок 3 го типа для припоя SAC

Паяльная паста — сложная, хоть и двухкомпонентная смесь, обладающая рядом характеристик, чрезвычайно важных для формирования качественного надежного паяного соединения. Технологические процессы нанесения пасты, монтажа компонентов и пайки — своего рода искусство, поскольку каждый является многофакторным процессом, умение управлять которым приходит далеко не сразу. И только личный опыт сможет гарантировать конечное качество пайки.

Основные типы дефектов спаянных электронных модулей

Производство электронных изделий на этапе сборки печатной платы неизбежно сопровождается появлением дефектов. Их своевременное и качественное обнаружение позволяет свести к минимуму процент бракованной продукции. В идеале для этого необходимо проводить оптическую инспекцию изделий после каждого этапа производства – нанесения припоя на печатную плату, установки компонентов, пайки.

Однако, установка трех систем оптической инспекции может стоить слишком дорого, поэтому распространенным методом является проведение АОИ после пайки с помощью инспекционного оборудования, установленного после печи оплавления. Это позволяет выявить все основные разновидности дефектов:

Помимо указанных дефектов, при сборке электронной платы могут возникнуть шлаковые включения, поры и трещины в соединениях, прожиг или оплавление основного металла ПП и т. д.

Использование АОИ для выявления дефектов сборки

Автоматизированная оптическая инспекция – это проверка электронного изделия на наличие дефектов с помощью системы машинного зрения. Ее преимущества перед обычной визуальной инспекцией, выполняемой оператором:

Исследование результатов оптической инспекции позволяет не только обнаружить сами дефекты, но и определить причины их возникновения. Для максимально эффективной проверки рекомендуется инспектировать печатные платы на этапе нанесения паяльной пасты. Это позволяет предупредить появление многих дефектов на ранних стадиях производства, тем самым сократив затраты на их последующее исправление.

Сегодня для проверки электронных плат используются системы 2D- и 3D-инспекции. Первые более доступны в плане стоимости, но имеет ограниченную эффективность. Трехмерная инспекция позволяет выявить практически все возможные дефекты, в том числе те, которые недоступны для двухмерной. Оптимальным вариантом является сочетание этих двух методик.

В каталоге компании «СМТ Технологии» вы можете выбрать различное инспекционное оборудование для электронного производства. Наши специалисты поделятся подробной информации о возможностях каждой представленной системы, проконсультируют насчет особенностей их эксплуатации.

Сплав Sn/Ag/Cu (или иначе SAC-сплав) наиболее часто используют в качестве бессвинцового припоя, хотя возможно применение и других сплавов, содер- жащих, например, висмут, индий и другие элементы.

При переходе к припоям на основе SAC-сплавов наблюдается увеличение числа дефектов пайки. Это результат неправильного выбора параметров процесса пайки. При правильно выбранных параметрах и надлежащем контроле процесса пайки число дефектов практически соизмеримо.

Оловянно-свинцовые и бессвинцовые припои имеют следующие основные отличия:

Температура плавления SAC-сплавов составляет 217-220 °С, что более чем на 30 °С выше, чем оловянно-свинцовых сплавов. Поэтому при пайке следует обеспечить их нагрев до 235-245 °С. При пайке печатных плат с компонентами, имеющими примерно одинаковую теплоемкость, температура пайки может быть снижена до 229 °С.

Для пайки бессвинцовыми припоями необходимо применять флюсы, специально разработанные для использования при более высоких температурах.

Флюс занимает примерно половину объема паяльной

пасты и определяет ее реологические свойства, осадку, клейкость и др.

Основным назначением флюса является предохранение спаиваемых поверхностей от окисления при действии высокой температуры пайки. Флюс улучшает смачивание их припоем, способствуя растеканию его по площадкам платы и выводам компонентов. После пайки остатки флюса удаляют, смывая их, либо оставляют на плате, если использовалась паста, не требующая очистки.

Основные составляющие флюса:

Оптимизация состава флюса, пригодного для применения при более высоких температурах пайки, необходимых для бессвинцовых припоев, является основной задачей производителей паяльных паст. Основные составляющие флюса представляют собой органические соединения, которые должны сохранять стабильность при температуре около 245 °С, чтобы предотвратить появление проблем при пайке.

Наиболее часто встречающиеся дефекты пайки:

Образование мостиков и шариков припоя

Эти дефекты возникают при неправильном выборе параметров пайки. При повышенной температуре в зоне предварительного нагрева следует выбирать пасту с малой осадкой. Особенно важно учитывать это при пайке компонентов с малым шагом выводов.

Обычные пасты на основе оловянно-свинцовых сплавов при высокой температуре (около 185 °С) начинают плавиться и растекаться из-за разложения их гелеобразующих компонентов. На рис. 1 показано “поведение” паст, имеющих различную осадку. Как видно из рисунка, паста “В” имеет меньшую осадку, чем паста “А”, а, следовательно, меньшую вероятность образования мостиков и шариков припоя.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 1. Два образца паяльных паст, оплавленных при температуре 180 °С

Недостаточная смачиваемость выводов компонентов и площадок платы

При испытании на паяемость было замечено, что смачивающая способность SAC-припоев улучшается с использованием водосмываемых флюсов. Флюсы, не требующие отмывки, содержат меньше активаторов и не содержат галоидов, вследствие чего способ- ность смачивания снижается.

После воздействия нескольких температурных циклов пайки на площадки печатных плат, защищенные лишь органическими покрытиями (т. наз., OSP- плат), число случаев неполного их смачивания припоем возрастает. Покрытие площадок оловом или иммерсионным серебром способствует лучшему растеканию припоя. Хорошо паяется также покрытие Ni/Au при отсутствии в нем окислов. На рис. 2 показаны примеры пайки SAC-припоями выводов микро- схем на площадки из чистой меди и площадки, покрытые иммерсионным серебром.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 2. Пайка выводов корпусов QFP с применением SAC-сплавов на площадки из чистой меди (а) и площадки, покрытые иммерсионным серебром (б)

Плохая паяемость, недостаточная смачиваемость, плохая растекаемость припоя и большие углы контакта между площадками и выводами могут также явиться следствием неправильно выбранного профиля пайки. Очень важно достичь равномерного распределения температуры по всей площади платы, так как допустимый интервал пиковых температур бессвинцовых припоев более узок, чем оловянно-свинцовых.

Корпуса BGA во время пайки ведут себя как теплоотводы, из-за чего паста под ними может не расплавиться полностью, в то время как более мелкие компоненты могут быть припаяны достаточно хорошо.

Поэтому необходимо правильно определить профиль пайки, а после ее выполнения проконтролировать качество соединений с использованием рентгеновских или оптических методов.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 3. Дефект пайки, вызванный недостаточным нагревом

На рис. 3 показаны выводы корпуса BGA, не припаянные к плате из-за недостаточного нагрева. Для определения причины этого дефекта необходимо измерить температуру непосредственно в местах контакта этих выводов с площадкой, как показано на рис. 4.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 4. Измерение температуры выводов корпуса BGA на контрольной печатной плате для определения требуемого профиля пайки

На рис. 5 показан результат пайки выводов при слишком высокой температуре (более 265 °С), а на рис. 6 – при параметрах пайки, близких к оптимальным.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 5. Результат чрезмерного нагрева вывода

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 6. Пайка с профилем, близким к оптимальному

Основные причины ухудшения смачивающих свойств бессвинцовых припоев:

Активность бессвинцовых паст должна сохраняться вплоть до температуры плавления SAC-сплавов (217 °С). Содержащийся в пасте флюс должен эффективно предохранять плату и компоненты от окисления.

Способность SAC-сплавов смачивать металлические поверхности относительно невелика, поэтому для лучшего растекания припоя во время пайки необходимо, чтобы время воздействия температур, превышающих температуру плавления, было достаточным.

Обычно это время составляет 60-90 с при температуре пайки 235-245 °С.

Наличие окислов на плате можно обнаружить, про- ведя один из тестов на паяемость, например, выполнение баланса смачивания.

Пустоты в бессвинцовых соединениях и выводах BGA

При наличии большого числа пустот в паяном со- единении снижается его надежность, что наиболее часто проявляется при эксплуатации изделий в условиях большого перепада температур, вибраций либо воздействия изгибающих усилий. Пустоты являются

также причиной ухудшения тепло- и электропроводности соединений (рис. 7).

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 7. Пустоты, возникшие при пайке выводов корпусов QFP (a) и BGA (б)

Если суммарный объем пустот не превышает 25% объема соединения, их влияние на надежность незначительно. Они могут даже играть роль амортизаторов механических нагрузок.

Появление пустот могут вызывать следующие факторы:

Поверхностное натяжение бессвинцовых припоев выше, чем оловянно-свинцовых. Поэтому необходимо выбирать пасту такого состава, чтобы содержащийся в ней флюс не терял активности при высоких температурах пайки. Для уменьшения числа пустот в первую очередь следует выбирать пасту, не содержащую канифоли, а также активаторов, разлагающихся при воздействии повышенных температур.

Удалению пузырьков газа из припоя способствует также оптимизация профиля пайки, заключающаяся в увеличении продолжительности пребывания паяного соединения в зоне прогрева, а также в зоне температур, превышающих температуру плавления припоя.

Необходимо также следить за тем, чтобы плата и компоненты были свободны от влаги и загрязнений. Замечено, что на OSP-платах образуется несколько больше пустот, чем на платах, покрытых сплавом Ni/Au или иммерсионным серебром.

В некоторых случаях на количество пустот влияет и форма паяного соединения. Если размеры и форма компонентов препятствуют выходу пузырьков газа, число пустот увеличивается.

Подъем одного из выводов компонента над платой (эффект “надгробия”)

При пайке малогабаритных компонентов бессвинцовыми припоями возрастает число случаев подъема над платой одного из выводов компонента (эффект “надгробия”). Это объясняется, в частности, меньшей смачивающей способностью этих припоев. Поэтому необходимо позиционировать компоненты на плате с достаточно высокой точностью, так как выравнивающий эффект в бессвинцовых пастах выражен слабее.

Припой SAC305 обеспечивает меньшую вероятность образования “надгробия”. Его состав: 96.5% олова, 3% серебра и 0.5% меди, температура плавления 217-220 °С. Во время начальной фазы плавления этот припой удерживает компоненты, как бы приклеивая их к плате, в результате чего число “надгробий” уменьшается.

Применение паяльной пасты с повышенным газовыделением в начальной фазе плавления припоя также может быть причиной образования “надгробий”.

Основная причина отсутствия смачивания – малая активность флюса. В начальной стадии пайки расплавленный припой покрывает всю площадку. Одна- ко, если из-за малой активности флюса образование интерметаллического соединения невозможно, силы сцепления между припоем и площадкой малы, в результате чего из-за поверхностного натяжения при- пой собирается в каплю.

С использованием водосмываемых паст отсутствие смачивания проявляется достаточно редко благодаря тому, что активность их флюса весьма высока.

В менее активных пастах серии ROLO, а также в не требующих отмывки пастах, не содержащих галогенидов, отсутствие смачивания проявляется при пайке площадок, покрытых органическими соединениями или сплавом Ni/Au при наличии на нем окислов никеля или загрязнений. На рис. 8 приведены фотографии площадок с оплавленной пастой; на рис. 8, а явно видно отсутствие смачивания.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 8. Примеры различного смачивания площадок бессвинцовым припоем: отсутствие смачивания (а) и удовлетворительное смачивание (б)

Для обеспечения смачивания необходимо:

Внешний вид бессвинцовых соединений

Поверхность бессвинцовых соединений более матовая, чем оловянно-свинцовых, а галтель из-за меньшей текучести бессвинцовых сплавов имеет другую форму (рис. 9). Это не должно рассматриваться как дефект пайки.

Для решения данной проблемы был проведен анализ существующих ГОСТов и стандартов IPC, что позволило сформировать требования и рекомендации для правильной эксплуатации наконечников для паяльников различных производителей.

Как правило, производимые изделия на предприятиях радиоэлектронной промышленности — это электронная аппаратура ответственного назначения класса С (согласно п. 5.1.2 ГОСТ Р 56427-2015 «Пайка электронных модулей радиоэлектронных средств. Автоматизированный смешанный и поверхностный монтаж с применением бессвинцовой и традиционной технологий. Технические требования к выполнению технологических операций» и п. 4.3 ГОСТ Р МЭК 61191-1-2010 «Печатные узлы. Часть 1. Поверхностный монтаж и связанные с ним технологии. Общие технические требования»). Чтобы предотвратить преждевременное выгорание наконечников (JBC, Weller, PACE и др.), рекомендуется придерживаться следующих требований:

Правила эксплуатации наконечников

Форму и геометрические размеры наконечника необходимо подбирать в соответствии с размерами контактных площадок и выводов монтируемых элементов (рис. 1), что позволит:

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 1. Подбор размера наконечника с учетом планируемой работы

Рабочая температура

Чем выше температура пайки, тем больше окисление и коррозия наконечника. Необходимо использовать теплоэффективные наконечники и очищать жало от окислов. Оксид железа не смачивается припоем. Используйте встроенные функцию сна и функцию пониженного энергопотребления, что позволит продлить срок эксплуатации наконечников.

Флюс и припой

Выбирайте качественные материалы для пайки. Применение флюсов с содержанием неочищенной канифоли не только приводит к преждевременному выгоранию наконечников, но и наносит вред здоровью (канифоль относится к материалам 3‑го класса опасности по ГОСТ 12.1.007). Паяльные работы, выполняемые монтажником, связаны с выделением вредных для здоровья веществ. К наиболее опасным компонентам паяльного дыма следует отнести частицы абиетиновой кислоты (канифоли), вызывающей астматическую реакцию даже у здорового человека. Длительное вдыхание воздуха, в котором содержание частиц канифоли превышает допустимый уровень, приводит к развитию необратимой аллергической реакции организма, часто переходящей в астму. Для снижения риска для здоровья необходимо применять флюсы с высокоочищенной канифолью либо бесканифольные флюсы. Также следует помнить об активности материала, поскольу использование высокоактивного флюса приводит к коррозии наконечников.

Международными стандартами IPC рекомендуются следующие типы флюсов: ROL, REAL и ORL (табл. 1).

Активность флюса (% содержания галогенов), % Канифольные Rosin (RO) Синтетические Resin (RE) Органические Organic (OR)

При использовании трубчатого припоя содержащегося в нем флюса может не хватить для формирования галтели — для этого нужно выполнять дополнительное флюсование контактных площадок.

Кроме того, применение флюсов ФКСП, ФК, ФСКП, содержащих высокий процент твердой части (30% и более), приводит к быстрому образованию нагара, ухудшению теплоотдачи, завышению температур пайки и быстрому сгоранию жала. Все современные производители флюсов на аналогичных основах и на органике стремятся свести количество твердых частиц к минимуму (обычно не более 5%, максимум 20%).

Процесс пайки

Избегайте сильного давления жалом паяльника на контактную площадку в зоне пайки, поскольку это усилит его износ и может привести как к искривлению выводов элементов, так и к повреждению контактных площадок на печатной плате.

Очистка наконечника

При очистке наконечников не используйте механические или химические средства. Применяйте методы очистки, рекомендуемые производителем (рис. 2). Для очистки сильно окисленных жал паяльников можно использовать пасту для очистки и лужения наконечников Tip Activator.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 2. Оснастка для бережной очистки жал паяльников

Рекомендуемая последовательность работы

При работе с трубчатыми припоями пайка осуществляется с двух рук. Для того чтобы при пайке получить наилучшие результаты, рекомендуется выполнять работу в такой последовательности (рис. 3):

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Рис. 3. Правильная и неправильная подача припоя:а, б) правильная подача припоя;в, г) неправильная подача припоя

Внимание! Если припой подавать непосредственно на жало паяльника, активные компоненты флюса будут преждевременно выгорать и его эффективность резко уменьшится. Не подавайте избыточное количество припоя на паяное соединение. Это может привести к увеличению количества остатков флюса и ухудшению внешнего вида изделия. Рекомендуется выбирать диаметр прутка припоя равным половине диаметра жала паяльника.

Весь процесс пайки должен занимать 0,5–2 с на одно паяное соединение в зависимости от массы, температуры и конфигурации жала, а также от паяемости поверхностей. Избыточное время или температура могут, во‑первых, истощать флюс до смачивания припоя, что приведет к увеличению количества остатков, а во‑вторых, увеличивают хрупкость паяного соединения.

Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий