Температура плавления паяльной пасты для smd

Температура плавления паяльной пасты для smd Как паять

Форум РадиоКот • Просмотр темы — Паяльная паста для SMD

Основные характеристики материала / корреляция поверхностных характеристик

Нилеш Бадве, Шунфэн Ченг, Шриниваса Аравамудхан, Мукул Ренавикар.Корпорация Intel; Хиллсборо, Орегон, США

Авторский перевод ЛЕЙТЕСА ИЛЬИ, гл.технолога ООО РТС Инжиниринг.

АННОТАЦИЯ

Агрессивные форм-факторы, уменьшенный шаг, более тонкие корпуса и большее отношение размера корпуса к кристаллу приводят к более высокой деформации во время оплавления узлов поверхностного монтажа. Становится все труднее устранять дефекты узлов поверхностного монтажа, вызванные короблением, а именно: отсутствие смачивания (NWO), «голова на подушке» (HoP) и перемычки припоя (SB). Мы изучили несколько составов пасты с помощью ударных испытаний узлов поверхностного монтажа. Лабораторные характеристики также использовались для установления корреляции между характеристиками поверхностного монтажа и основными свойствами паяльных паст.

Мы обнаружили, что отсутствие смачивания (NWO) и «голова на подушке» (HoP) конкурируют друг с другом, имея корреляцию с активностью флюса используемого для очистки окислов на поверхности Cu. Риск образования перемычек (SB) коррелировал с высокотемпературной вязкостью, что указывает на дефект, вызванный реологией пасты. Показатели пригодности пасты для печати также показали хорошую корреляцию с тиксотропным индексом. Эти знания будут чрезвычайно полезны для разработки паяльных паст следующего поколения для устранения дефектов, вызванных короблением.

ВВЕДЕНИЕ

Полупроводниковая промышленность в настоящее время расширяет границы закона Мура, размещая все больше транзисторов на кристалле. Это приводит к более жестким требованиям к технологии корпусирования с точки зрения геометрических форм-факторов, таких как более тонкие корпуса, более тонкие кристаллы, большее отношение размера корпуса к размеру кристалла и меньший шаг пайки выводов.

Читайте также:  Установки для индукционной пайки

Для корпусов с матрицей шариковых выводов внизу (Flip Chip Ball Grid Array (FCBGA)) все эти тенденции приводят к значительному увеличению коробления корпуса во время пайки оплавлением в технологии поверхностного монтажа из-за несоответствия коэффициента теплового расширения (КТР) кремниевого кристалла и подложки корпуса. Эта высокая деформация во время оплавления в технологии поверхностного монтажа SMT приводит к многочисленным дефектам в паяных соединениях межсоединений второго уровня (SLI). Эти дефекты включают в себя обрыв из-за несмачивания (NWO), «голова на подушке» (HoP) и перемычки припоя (SB).

Поскольку корпус нагревается в процессе бесвинцового оплавления до температуры 250°C для типичных составов паст типа Sn-Ag-Cu (SAC), степень коробления корпуса значительно возрастает. Это приводит к тому, что шарик припоя корпуса отходит от слоя паяльной пасты на контактной площадке печатной платы (ПП) в определенных областях матрицы шариков, а в других областях шарик припоя сжимается на контактной площадке печатной платы. Припои на основе SAC плавятся при температуре ~217-220°C в зависимости от содержания Ag и Cu. Если корпус значительно деформируется во время расплавления припоя, области сжатия заканчиваются дефектами перемычек припоя.

Однако это исследование было ограничено только двумя пастами. Амир также обнаружил, что скорость образования шариков припоя коррелирует с появлением дефектов типа «голова на подушке» (HoP), что указывает на механизм возникновения этого дефекта, основанный на активности флюса.

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рис. 1. Механизм генерации дефектов, вызванный искривлением

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рис. 2. Несколько размеров апертуры для BGA (в центре — круг размером 15 мил, а в углу — прямоугольные до 18X20).

Всех этих потенциальных дефектов поверхностного монтажа, вызванных короблением, можно избежать, изменив объем пасты, на контактных площадках печатной платы, в областях массива контактных площадок, подверженных особенно высокому риску. Уменьшение апертуры трафарета в областях с высоким риском возникновения перемычек припоя может помочь уменьшить количество перемычек припоя за счет уменьшения объема паяльной пасты, нанесенной на контактные площадки печатной платы.

Увеличение объема пасты за счет большего отверстия трафарета поможет поддерживать постоянный контакт пасты с BGA и контактной площадкой во время оплавления. Это помогает устранить дефекты NWO и HoP в областях, где подложка корпуса максимально деформируется во время пайки оплавлением. Такие гибридные конструкции апертур трафарета, как показано на рисунке 2, могут помочь устранить большинство дефектов.

Дизайн КП также может помочь снизить риск возникновение перемычек. Например, на рис. 3 показаны две конструкции с одним и тем же расположением выводов. Для конструкции (а) легче формировать пути флюса/припоя, тогда как в конструкции (б) есть место для удержания флюса вокруг контактной площадки, что позволяет избежать флюсовых мостиков в период нарастания и, следовательно, припоя после оплавления.

Температура плавления паяльной пасты для smd

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рис. 3. Конструкция контактной площадки влияет на наличие флюса между контактными площадками припоя, чтобы обеспечить путь для припоя к перемычке

Оптимизация, показанная на рисунке 3 выше, способна устранить большинство дефектов, вызванных короблением. Тем не менее, некоторые корпуса по-прежнему демонстрируют чрезмерное коробление для конкретных BGA. На рис. 4 показаны встречные два корпуса одного и того же дизайна FCBGA. Большинство таких корпусов имеет коробление из-за высокой температуры, как показано на Рис. 4 (а), где красный цвет означает, область изгиба вверх. Тем не менее, на некоторых корпусах видно искривление вниз, как показано на рис. 4 (b), где синим цветом обозначена область, изгибающаяся вниз.

Создать единый дизайн трафарета, подходящий для обоих условий коробления, сложно. Если трафарет разработан на основе формы деформации угла вверх, больше пасты будет наноситься на угловые КП и меньше пасты в центр. Это может привести к дефектам NWO и HoP в центре и перемычкам припоя в углу корпуса. Паста, которая более устойчива к этим дефектам, в таких случаях обеспечит дополнительный запас для минимизации дефектов, тем самым улучшив выход SMT.

Температура плавления паяльной пасты для smd

а)Нормальная деформация вверх на углах

Температура плавления паяльной пасты для smd

b) Деформация правого угла вниз

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рис. 4. Две разные упаковки из одной партии со значительно отличающимся профилем коробления при высокой температуре (200°C). Масштабная линейка показывает значения коробления в мкм

В текущем исследовании несколько паяльных паст оценивались с использованием ударных испытаний SMT, специально разработанных для форсирования проявления дефектов каждого типа. Фундаментальные свойства этих паст также были определены с помощью исследований характеристик на лабораторном уровне, чтобы установить, существует ли какая-либо корреляция между данными лабораторного уровня и характеристиками пайки оплавлением, количественно определяемыми выходом паяных соединений после пайки оплавлением.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДЕТАЛИ

Некоторые паяльные пасты содержали флюсы, с галогенсодержащими соединениями. Некоторые содержали очень небольшое количество галогенов и соответствовали определению Международной электрохимической комиссии (IEC) о безгалогенности, а некоторые не содержали галогенов совсем. Ожидается, что галогены в флюсе паяльной пасты улучшат активность пасты. Уровень содержания галогенов в 8 паяльных пастах, оцененных в этом исследовании, указан в таблице 1.

Все 8 паст были протестированы на риск образования мостиков припоя. Ограниченные ресурсы ограничили возможность исследования ударными тестами NWO и HoP 6 и 5 пастами соответственно.

Ударные испытания NWO.

Условия ударных испытаний NWO были созданы на образцах с уменьшением объема пасты за счет конструкции апертуры трафарета. Это привело к низкому объему флюса для очистки оксида на поверхности контактной площадки печатной платы, что привело к дефектам NWO. Корпуса FCBGA имели размер 42×28 мм с шагом шариков 0,65 мм и размещались на печатной плате толщиной 0,8 мм. Специальный трафарет с апертурой меньше, чем обычно, был разработан для увеличения количества дефектов NWO.

Корпуса были выбраны с одинаковым диапазоном коробления для всех исследований, чтобы уменьшить влияние коробления как переменной на результаты. Оплавление SMT проводили на воздухе с пиковой температурой 245°C. Три этапа с 12 образцами были проведены в одинаковых условиях для обеспечения воспроизводимости. Данные об объеме пасты на выводе отслеживались и нормализовались, чтобы смягчить влияние дисперсии печати. Интенсивность отказов на уровне выводов измерялась с помощью процесса анализа отказов Dye-n-Pry (Dye-n-Pry FA).

HoP ударный тест.

Для ударных испытаний HoP использовались корпуса FCBGA с размером 42×24 мм, шагом шариков 0,65 мм и толщиной платы 0,8 мм. Для создания условий ударных испытаний корпуса нагревались при 125°С в течение 48 часов. Это обеспечивало образование толстого оксида на поверхности шарика припоя. Кроме того, был разработан более тонкий трафарет с меньшей апертурой для нанесения небольшого объема пасты с малой высотой печати. Это было сделано для создания дефицита флюса для очистки поверхности окисла.

Корпуса были выбраны с одинаковым диапазоном коробления для всех исследований, чтобы уменьшить влияние этой переменной. Оплавление проводили на воздухе с пиковой температурой 245°C. Тест был проведен дважды, чтобы обеспечить воспроизводимость с 16-ю корпусами. Данные об объеме пасты на уровне вывода отслеживались, чтобы смягчить влияние изменчивости в процессе печати. Анализ дефектов HoP был выполнен с использованием процесса Dye-n-Pry FA, в котором для каждой пасты измерялась частота отказов на уровне вывода

Ударные испытания перемычек.

Перемычка припоя обычно образуется, когда паяные соединения сжимаются во время оплавления, когда припой все еще находится в расплавленном состоянии. Специальное приспособление использовалось для создания условий ударных испытаний, чтобы увеличить количество перемычек. В этом приспособлении, как показано на рисунке 5 (а), использовались грузы (30 г) для сжатия центра корпуса во время оплавления. Само приспособление весило 5 г, что приводило к силе ~ 35 г воздействующей на верхнюю часть каждого корпуса.

Корпуса представляли собой корпуса BGA размером 20,5×16,5 мм с шагом шариков 0,4 мм на печатной плате толщиной 0,7 мм. Корпуса были выбраны с одинаковым диапазоном коробления для всех исследований, чтобы уменьшить влияние этой переменной. Оплавление SMT проводили в среде N2 с пиковой температурой 245°C. Данные были собраны по нескольким сборкам с 12 корпусами на сборку. Данные об объеме пасты на уровне вывода отслеживались и нормализовались, чтобы смягчить влияние изменчивости в процессе печати. Уровень дефектов типа перемычек определяли с помощью рентгеноструктурного анализа, как показано на рисунке 5 (b).

Температура плавления паяльной пасты для smd

(a) Крепление испытательной ударной установки Hammer с грузами, которые нужно сжать в середине корпуса, чтобы заставить припой формировать перемычки во время оплавления SMT.

Температура плавления паяльной пасты для smd

(b) Несколько дефектов шунтирования были выделены на типичном рентгеновском снимке в центре пакет пост SMT.

Распространение припоя на купоне с органической защите меди (CuOSP)

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рисунок 6: Репрезентативное изображение теста на растекание припоя на купоне CuOSP, показывающее измерения растекания припоя и флюса (зеленый контур) с использованием максимальных диаметров растекания перпендикулярно друг другу

Вязкость

Вязкость паяльной пасты измеряли с помощью реометра Stresstech с пластинами диаметром 40 мм при зазоре 0,5 мм. Для измерения вязкости в зависимости от температуры от комнатной температуры до 90°C выполняли сканированием с динамическим линейным изменением температуры со скоростью линейного изменения 3,5°C/мин.

Липкость

Для паяльных паст был проведен анализ скорости сдвига для измерения вязкости при различных скоростях сдвига в диапазоне от 0,1/с до 5/с при 25°C на реометре AR-G2. Тиксотропный индекс рассчитывали, взяв коэффициенты вязкости при скоростях сдвига 0,13/с и 1,3/с.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Частота дефектов NWO на уровне выводов была рассчитана на основе процесса Dye-n-Pry с использованием уравнения (1).

Значительная разница наблюдалась в частоте дефектов NWO между различными пастами. Коэффициент NWO варьировался от 0,2% до 33% для разных паст. Корреляции между содержанием галогенов в пасте и процентом дефектов NWO не наблюдалось. Однако между растеканием припоя по купонам CuOSP и скоростью NWO наблюдалась сильная корреляция, как показано на рисунке 7. Если флюс из пасты может легко очистить OSP на поверхности образца, это приведет к растеканию припоя большого диаметра. Чтобы избежать дефектов NWO, флюс должен выполнять свое флюсующее действие, растворяя OSP и удаляя оксиды меди с поверхности контактной площадки печатной платы до того, как паяльная паста отделится от контактной площадки, чтобы обеспечить большее сцепление пасты с контактной площадкой печатной платы чем с шариком припоя BGA.

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рисунок 7: График скорости NWO на уровне выводов (в логарифмической шкале) и распределения припоя на купоне CuOSP. Наблюдается логарифмическая корреляция. Красный, синий и зеленый цвета обозначают галогенсодержащую, безгалогенную и безгалогенную пасты соответственно

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рисунок 8. Снижение липкости показало мягкую корреляцию со скоростью NWO, при этом 2 пасты с наихудшими характеристиками показали самые большие относительные уменьшения липкости при переходе от комнатной температуры к высокой температуре

«Голова на подушке» (HoP)

Подобно NWO, скорость HoP также рассчитывалась на уровне выводов на основе процесса Dye-n-Pry с использованием уравнения (2).

Общий показатель HoP варьировался от 0,2% до 2,8%, как показано на рис.9.

Рис. 9. Здесь наблюдается отрицательная корреляция между распространением припоя на купоне CuOSP и сопротивлением HoP пасты. Это указывает на потенциальный механизм, при котором активные компоненты флюса этих паст расходуются на очистку ОСП на контактной площадки и не могут очистить оксид на поверхности BGA.

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рис. 9. Частота дефектов HoP на уровне выводов обратно пропорциональна распространению припоя по купону CuOSP

Перемычки припоя

Изменение коробления от платы к плате невелико и не учитывалось.

Однако из-за изменчивости, присущей процессу печати пасты, фактические объемы пасты, на контактных площадках печатных плат разные для каждого корпуса. На рис. 10 показано влияние объема печати на формирование перемычек. Объем пасты B имел значительное влияние на формирование перемычек. Это влияние затруднило оценку производительности пасты путем сравнения абсолютного количества перемычек без учета объема пасты. Высокое количество дефектов SB могло возникнуть из-за чрезмерного количества пасты, а не из-за различных свойств паст. На рис. 10 представлена диаграмма изменчивости объема пасты (Paste Volume) % для двух разных паст на двух разных платах. Красные точки обозначают объем пасты для выводов с перемычками. В других местах нет перемычек.

Для учета этого несоответствия используется метод взвешивания, который
разработан для уменьшения воздействия объема пасты, чтобы можно было сравнить характеристики паст. Вставить объем пасты в процентах к объему апертуры трафарета измеряется с помощью инструмента для проверки пасты. При методе взвешивания объем пасты в процентах нормализован к диапазону (0,1) по уравнению (3),
где — Norm_PasteVol — нормализованный объем пасты в процентах;

— PinperVol — объем пасты в процентах для для каждого вывода, а — MinPinperVol и MaxPinperVol — являются минимальным и максимальным процентным объемом пасты.

Вес для каждого вывода с перемычкой, Wgted_PasteVol, рассчитывается по уравнению (4), которое обратно нормализованному объему пасты. Паста большей высоты будет иметь меньший вес. Сумма Wgted_PasteVol для всех выводов с перемычками в одном корпусе используется как взвешенная метрика (Weighted_SB_Risk) в уравнении (5)) для корпуса.

𝑊𝑒𝑖𝑔ℎ𝑡𝑒𝑑 𝑆𝐵 𝑅𝑖𝑠𝑘 = 𝑆𝑢𝑚 (𝑊𝑔𝑡𝑒𝑑𝑃𝑎𝑠𝑡𝑒𝑉𝑜𝑙 𝑓𝑜𝑟 𝑎𝑙𝑙 𝑆𝐵𝑒𝑑 𝑃𝑖𝑛𝑠 𝑜𝑓𝑎 𝑝𝑎𝑐𝑘𝑎𝑔𝑒) (5)

Рис. 11 иллюстрирует результаты взвешенного риска возникновения перемычек и коррелирует с вязкостью пасты при высоких
температурах (90°С). Это указывает на то, что вязкость пасты падает ниже ~ 15 Па-с при 90°C, риск образования перемычек при оплавлении значительно увеличивается.

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рис. 11. График зависимости высокотемпературной вязкости от Взвешенный риск образования перемычек припоя оценивается для всех 8 паяльных паст.

Аналогичный взвешенный подход к риску для дефектов HoP и NWO был исследован. Однако, поскольку испытание на растекание припоя CuOSP также включает в себя печать пасты, на результаты взвешенного подхода будут влиять объемы печати пасты для лабораторного уровня тестирования. Удивительно, но подход взвешенного риска не существенно влияет на результаты корреляции HoP и NWO.

Производительность печати.

Стабильная производительность печати является ключевым аспектом для паяльной пасты, поскольку она существенно влияет на выход паяных соединений и качество после оплавления. Поэтому было проведено исследование пригодности к печати для ударного теста NWO. Соотношение площади апертуры трафарета для этого конкретного теста составило 0,60, что является более агрессивным, чем отраслевой стандарт — 0,66 для типовых паст T4. Технологическая способность (Cp) для печати пастой показала хорошую корреляцию с тиксотропным индексом паст, как показано на рисунке 12.

Более высокий тиксотропный индекс привел к более высокому Cp, т.е. лучшей эффективности печати. Поскольку тиксотропный индекс представляет собой отношение вязкости при низкой скорости сдвига к вязкости при высокой скорости сдвига, более высокий тиксотропный индекс указывает на истончение при сдвиге или относительно большее падение вязкости при высоких скоростях сдвига. Это будет означать относительно более низкую вязкость паяльной пасты во время сдвига пасты ракелем, чтобы обеспечить максимальное проникновение пасты в отверстия трафарета. После нанесения пасты с относительно низкой вязкостью при высокой скорости сдвига это также поможет во время отрыва трафарета, обеспечивая лучший перенос пасты на плату и меньшее прилипание к трафарету.

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рисунок 12: График тиксотропного индекса в зависимости от возможностей процесса печати (Cp). Для всех 8 исследованных паяльных паст.

ВЫВОДЫ

В целом не наблюдалось корреляции между содержанием галогенов в паяльных пастах и риском образования в них дефектов NWO или HoP. Это указывает на то, что смолы, кислоты и амины в пасте оказывают большее влияние на активность, чем содержание галогенов.

Результаты этого исследования будут использованы для разработки паяльной пасты следующего поколения у различных поставщиков пасты. Они также могут использоваться производителями собраных плат (OEM/ODM) для оценки уровня риска для различных паст образования различных типов дефектов и для проверки качества различных партий материала.

Благодарность

Авторы хотели бы поблагодарить доктора Джинлин Ван и Питера Маккенну за поддержку в характеристиках лабораторного уровня. Авторы также благодарят доктора Райо Аспандиара за помощь в редактировании рукописи.

ЛИТЕРАТУРА

1. Амир, Дуди, Сатьяджит Валвадкар, Шриниваса Аравамудхан и Лилия Мэй. «Проблемы дефектов BGA типа несмачивания». Материалы международной конференции SMTA. 2012.

2. Амир, Дуди, Райо Аспандиар, Скотт Баттарс, Вей Чин и Парамджит Гилл. «Режимы отказа SMT с «головой на подушке»». Материалы международной конференции SMTA (2009 г., стр. 409-421.

3. Индиум, «Понимание химии флюса». Доступно в интернете:documents.indium.com/qdynamo/download.php?docid=296.

4. Ленц, Тони и Ф. К. Т. Сборка. «Рассеивание «черной магии» паяльной пасты». Материалы конференции IPC Apex Expo, 2015 г.

5. Д. Балух и Г. Миноуг, «Основы технологии паяльной пасты», Материалы международной конференции Global SMT & Packaging, декабрь 2017 г. Доступно в Интернете: https://www.smtnet.com/library/files/upload/fundamentals_of_solder_paste_technology.pdf

6. Ито М. Общие сведения о паяльной пасте. Технический отчет, KOKI Company Limited, Токио, Япония, 1999 г.

7. IPC-TM-650, пункт 2.4.44 «Паяльная паста — испытание на липкость» Доступно на сайте: https://www.ipc.org/TM/2.4.44.pdf

8. IPC-TM-650, пункт 2.4.35, «Испытание паяльной пасты на осадку». Доступно в Интернете: https://www.ipc.org/TM/2.4.35.pdf.

9. Лю, Ян, Памела Фиакко и Нин-Ченг Ли. «Тестирование и профилактика от возникновения дефекта типа «голова на подушке»». Материалы международной конференции SMTA, 14–18 октября 2018 г., Роузмонт, Иллинойс, США, Конференция по электронным компонентам и технологиям (ECTC), IEEE, 2010 г., стр. 451-455.

10. Бат, Джасбир, Роберто Гарсия, Нориёси Учида, Хадзиме Такахаши, Гордон Кларк и Манабу Ито. «Исследование и разработка оловянно-свинцовых и бессвинцовых паяльных паст для уменьшения дефектов пайки компонентов в виде «головы на подушке»». Материалы международной конференции Global SMT & Packaging, Том 9, вып. 12 (2009): 10-16.

Температура плавления паяльной пасты для smd

Осуществляется почти всеми известными транспортными компаниями, такими как: «Major express», «Деловые линии», DPD, DHL Global Forwarding, «СДЭК», «ЖелДорЭкспедиция», Pony Express на территории РФ и стран таможенного союза.

Мы организуем доставку до вашего предприятия на условиях «door to door» или до ближайшего терминала компании-перевозчика.

Работаем с юридическими лицами и ИП резидентами РФ и стран таможенного союза.

Всегда готовы предложить гибкие условия оплаты при покупке комплекта оборудования или большой партии расходников и запасных частей.

Ждем ваших обращений! ☎ +7(495)150-30-35 или +7(800)500-26-80.

Оборудование: 8-16 календарных недель;
Запасные части: 25-45 рабочих дней;
Расходные материалы: срок поставки зависит исключительно от удаленности вашего предприятия (в среднем не более 7 рабочих дней).

Мелкодисперсная паяльная паста ALMIT SN62U SS4M с составом сплава Sn62Pb36Ag разработана специально для каплеструйного нанесения оборудованием MyData (L-038-0187) и не требует отмывки. Поставляется в картриджах объемом 30CC с номинальным весом 100 гр.

Техническая спецификация паяльной пасты Almit SN62USS4M:

Рекомендации по технологическому процессу:

Хранение
Срок годности 6 месяцев при условии хранения в холодильнике в заводской упаковке при температуре от 0 до 10°C.

Фасовка
Картридж 30CC / 100г.

Вас также может заинтересовать:

  • Производитель предлагает целую линейку производственных линий SMT, включая машину для подбора и размещения, печь для оплавления и трафаретный принтер с высокой точностью, стабильностью и жесткостью.
  • Beijing Huawei Guochuang Electronic Technology Co., Ltd. — высокотехнологичное предприятие, объединяющее исследования и разработки, производство и продажи. Занимается исследованиями, разработками и производством отечественного SMT-оборудования с 2004 года
  • Tai’an Puhui Electric Technology CO., LTD. — профессиональный производитель, специализирующийся на SMT-машинах, припое для оплавления, настольном припое для оплавления, инфракрасной паяльной станции BGA и высокоточном принтере.
  • Компания Wenzhou Zhengbang Electronic Equipment Co., Ltd с 2006 года работает в сфере высокотехнологичных исследований результатом которых является разработка, производство и обслуживание SMT машин для линий поверхностного монтажа печатных плат.
  • Hanwha Precision Machinery — разработчик первого устройства для монтажа микросхем (1989 год) и сегодня — ведущий мировой поставщик оборудования для приборостроительных заводов. Бренд предлагает устройства для поверхностного монтажа (SMT), полупроводниковое оборудование, оборудование для автоматизации монтажа и сборки электроники,

Паяльная паста для светодиодов

SMD-компоненты (surface mount device) – это миниатюрные детали электронной схемы, которые крепятся на печатной плате с использованием технологии SMT (surface mount technology). Монтаж СМД-резисторов, конденсаторов, диодов, светодиодов и других компонентов рассчитан прежде всего на автоматическую сборку в промышленных условиях, но при достаточной внимательности и аккуратности может осуществляться и вручную. Какой припой лучше использовать для пайки SMD-компонентов и почему для этой цели выбирают паяльную пасту?

Температура плавления паяльной пасты для smd

Особенности SMT-технологии

В отличие от THT-технологии, когда выводы деталей пропускаются в отверстия печатной платы и монтируются с обратной стороны, SMT – это поверхностный монтаж. SMD- или чип-компоненты крепятся на поверхности печатных плат со стороны токопроводящих дорожек без просверливания отверстий. Применение паяльной пасты для пайки SMD-компонентов обеспечивает более прочное соединение микросхем и плат. Состав хорошо подходит для интегральных микросхем с типом корпуса SOIC, LQFP, QFN и др. Паста наносится тонким слоем с помощью специальных дозаторов или трафаретным способом. Это позволяет экономить до 50 % припоя. В состав паяльной пасты входят:

  • порошкообразный припой на основе серебра, свинца или олова;
  • обезжиривающие добавки;
  • связующие элементы, благодаря которым происходит фиксация деталей на плате;
  • вспомогательные ингредиенты и активаторы.

Как хранить паяльную пасту

Чтобы с течением времени качество пайки с помощью пасты не ухудшалось, нужно обеспечить подходящие условия для ее хранения. Срок годности такого состава, чаще всего не превышает 6 месяцев. Важно соблюдать указанные на упаковке влажность воздуха и температуру хранения. Перед применением пасту, как правило, разогревают до комнатной температуры и только после этого приступают к работе. По истечении определенного времени субстанция может утратить часть первоначальных свойств. Пригодная к использованию паяльная паста соответствует следующим требованиям:

  • обеспечивает монтаж СМД-компонентов без формирования шариков и разбрызгивания;
  • обладает высокой клеящей способностью;
  • не растекается при первичном нагреве;
  • исключает наличие остаточного флюса на печатной плате;
  • легко поддается дозированию и подходит для трафаретной печати;
  • сохраняет эффективность в течение длительного времени.

Виды изделия

Предлагаемая сегодня на рынке паяльная паста классифицируется по следующим признакам:

  • составу припоя – с галогенами или без. Важно учитывать, что наличие галогенов повышает технологичность паяльной пасты, но снижет надежность пайки;
  • необходимости дополнительного отмывания – безотмывочная и отмывочная группы. Если паста не смывается, она содержит канифоль: для промывки деталей в этом случае используют специальные растворители. При этом водосмывные составы могут вызывать образование коррозии в местах соединений, безотмывочные пасты исключают такую возможность;
  • наличию или отсутствию свинца в составе;
  • рабочей температуре – высоко-, средне- и низкотемпературные модификации.

Основные технические характеристики

Паяльную пасту выбирают с учетом ее физико-химических свойств, которые зависят от технических характеристик изделия. Наиболее важные из них:

  • форма, структура и размеры (мкм) частиц;
  • вязкость;
  • количество шлака;
  • степень паяемости, которая зависит от загрязненности и окисленности частиц;
  • содержание галогенов;
  • содержание флюса;
  • тип флюса;
  • температура плавления;
  • поверхностное изоляционное сопротивление;
  • сопротивление водной вытяжки.

Особенности применения в заводских условиях

При монтаже SMD-элементов промышленным способом с использованием роботов-автоматов паяльная паста наносится равномерным слоем на поверхность микросхем по трафарету. После этого печатные платы с установленными СМД-компонентами размещают в печи, которую постепенно нагревают до температуры плавления припоя. Для деталей электронной схемы эта температура не опасна. Если припой расплавлен, нагрев прекращают и печь охлаждают по программе, определяемой термопрофилем. За счет такого остывания добиваются максимально прочного соединения деталей.

Можно ли использовать пасту для ручной пайки

Самостоятельная работа с паяльной пастой требует определенных навыков от исполнителя. Для качественной пайки нужно правильно подготовить плату, очистив ее и облудив пятачки. Удалить незначительные загрязнения можно с помощь обычного ластика. После этого поверхность обезжиривают нанесением флюса. Сложность монтажа СМД-элементов вызвана их миниатюрными размерами, поэтому для качественной их пайки ручным способом нужно проявить особую аккуратность и внимательность.

Инструменты и материалы. Для ручной пайки потребуется определенный набор инструментов и материалов, который может включать:

  • паяльник, предназначенный для работы с СМД-компонентами. Характерные черты такого инструмента – тонкое жало, спиральная конструкция, мощность до 12 Вт;
  • специальные бокорезы, пинцет, шило (или иглу);
  • лупу или увеличительное стекло – для хорошей видимости и аккуратных манипуляций с тонкими ножками SMD-компонентов;
  • флюс для равномерного распределения припоя, а также шприц для его нанесения;
  • спиртовой настой и канифоль (если нет флюса);
  • паяльный фен.

Последовательность выполнения работ. На смазанные пастой контактные площадки устанавливают детали схемы – резисторы, конденсаторы, диоды, светодиоды и т. д. Удобнее это делать с помощью пинцета с загнутыми ножками. После того как все компоненты займут свои места на плате, начинают ее разогрев с помощью паяльного фена. Установив температуру плавления припоя, указанную в инструкции, нагревают плату, удерживая фен на расстоянии в несколько сантиметров от ее поверхности. По мере прогрева флюс испаряется, а припой приобретает светлый оттенок, плавится, растекается и становится блестящим. Фен после этого медленно отводят для постепенного остывания пасты.

Преимущества применения

Главные плюсы паяльной пасты для СМД-компонентов:

  • возможность использования для сборки электронных схем, состоящих из мельчайших элементов;
  • удобство применения. Монтаж можно выполнить даже без паяльника – с помощью паяльной станции или фена. Такое оборудование обеспечивает равномерное распределение припоя и его нагрев по всей поверхности платы;
  • точно дозированное нанесение состава и, как следствие, чистота платы.

Воспользоваться профессиональной консультацией по выбору лучшей паяльной пасты для светодиодов и ее применению вы можете, обратившись в компанию SNDGroup.

Автор статьи: Козин Дмитрий, технолог монтажно-сборочного производства Резонит.

Основная задача процесса оплавления паяльной пасты (пайки) – формирование интерметаллического слоя (IMC=Inter Metallic Compound), который образует физическое и электрическое соединение между контактной площадкой на печатной плате и контактом электронного компонента, и определяет надежность паяного соединения. Хороший интерметаллический слой имеет толщину всего несколько микрон (1-4 мкм).

Технологическая операция пайки является основным методом формирования паяных соединений при сборке печатных узлов (ПУ) по технологии поверхностного монтажа (SMT). Температурный профиль пайки среди всех условий данной операции является наиболее важным, определяя уровень дефектов при пайке.

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рис. 1. Основные факторы, влияющие на формирование температурного профиля пайки
Рисунок из статьи «Оптимизация температурного профиля пайки печатных плат оплавлением»

Основными факторами, влияющими на формирование температурного профиля пайки, являются (рис. 1):

  • Электронные компоненты;
  • Печатные платы (ПП);
  • Паяльная паста;
  • Оборудование (печь для пайки оплавлением).

Главные параметры данных факторов указаны в таблице:

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рис. 2. Ступенчатый (синий) и линейный (красный) температурные профили (для свинцовых припоев)
Рисунок из статьи «Оптимизация температурного профиля пайки печатных плат оплавлением»

По результатам экспериментальных паек для разработки температурного профиля следует учитывать, что реальная температура на плате будет на 20-30 С° ниже установленной в конвекционной печи.

Температурный профиль можно разделить на четыре основные стадии (рис. 3):

1.     Предварительный нагрев;

2.     Стабилизация (зона температурного выравнивания);

3.     Оплавление (пайка);

Температура плавления паяльной пасты для smd

Рис. 3. Стадии температурного профиля

Рассмотрим каждую стадию отдельно. Нижеуказанные температуры соответствуют среднестатистической свинцовой паяльной пасте на основе сплавов Sn62/Pb36/Ag2 и Sn63/Pb37. При использовании конкретной паяльной пасты рекомендуется уточнять параметры температурного профиля у производителя данной пасты.

Стадия предварительного нагрева

Данный этап позволяет снизить тепловой удар на электронные компоненты и печатные платы (ПП). В процессе предварительного нагрева происходит испарение растворителя (составляющая флюса) из паяльной пасты.

При использовании свинцовых паяльных паст предварительный нагрев рекомендуется осуществлять до температуры 95-130 С°, скорость повышения температуры для ступенчатого профиля 2-4 С°/сек, для линейного – 0,5-1,3 С°/сек.

Стадия стабилизации (температурное выравнивание) необходима для активизации флюса и испарения составляющих паяльной пасты. Повышение температуры должно происходить очень медленно. Данная стадия должна обеспечить нагрев всех компонентов на плате до одинаковой температуры, что предотвращает повреждение компонентов от теплового удара.

Максимальная активация флюса происходит при температуре около 150 С°, рекомендуемый диапазон температур – 150-170 С°. Рекомендуемое время стабилизации для ступенчатого профиля составляет 90-150 сек. В линейном профиле время стабилизации считается достаточным в среднем около 30 сек.

На стадии оплавления температура в печи повышается до точки расплавления припоя пасты и происходит формирование паяного соединения между платой и компонентами.

Для образования надежного паяного соединения максимальная температура пайки должна превышать на 30-40 С° точку плавления паяльной пасты и составлять 205-225 С° (на плате в точке пайки). Время, в течение которого печатная плата находится выше точки плавления (179-183 С°), должно быть в пределах 30-90 сек, в среднем 60 сек. Скорость повышения температуры в зоне оплавления должна составлять 2-4 С°/сек.

Для обеспечения максимальной прочности паяных соединений скорость охлаждения должна стремиться к максимально допустимой. Скорость охлаждения рекомендуется держать в пределах 3-4 С°/сек до температуры ниже 130 С°. Наилучшим вариантом является охлаждение до 100 С°.

Отклонение от допустимых параметров может приводить к образованию дефектов:

  • Расползание пасты и образование перемычек;
  • Эффект «надгробного камня»
  • Образование бусинок припоя;
  • Капиллярное затекание припоя;
  • Отслоение припоя или контактной площадки из-за внутренних напряжений;
  • Деформация паяных соединений;

Основные типы дефектов, относящиеся к пайке, механизмы образования этих дефектов и требуемые характеристики температурного профиля указаны в следующей таблице:

Теоретическое построение профиля является лишь исходной информацией для его создания. Окончательная корректировка температурного профиля производится технологом исходя из параметров печатной платы, количества печатных узлов, параметров электронных компонентов, типа используемой паяльной пасты, особенностей задействованного технологического оборудования, а также данных из результатов предварительных паек предыдущих печатных узлов.

Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий