Три шага к лучшей паяльной пасте — Технологии в Электронной Промышленности

Три шага к лучшей паяльной пасте - Технологии в Электронной Промышленности Распайка

Что это такое и для чего нужны?

Паста для пайки — это вязкая структура, которая имеет в своём составе припой, флюс, различные летучие растворители, а также специальные клейкие компоненты. В зависимости от химического состава флюса и припоя могут варьироваться температура плавления, техника работы, а также варианты отмывки печатной платы.

Известно, что пайка для соединения элементов допускается при использовании любых материалов, температура плавления которых на несколько уровней ниже, чем температура плавления этих самых деталей. Именно поэтому для простейших бытовых схем в домашних условиях чаще всего в ход идет припой вместе с флюсом либо кислотой. Паяльные пасты в своем составе содержат сразу 2 компонента, а также их всевозможные примеси, благодаря чему ход пайки многократно ускоряется. Помимо того, такие пасты нашли самое широкое применение при изготовлении электроприборов.

В качестве базовых материалов в качестве припоя подбирают сплавы со свинцом, а также оловом либо серебром, однако максимальное хождение получила бессвинцовая паяльная паста.

Флюс в структуре выполняет функции обезжиривателя. Помимо этого, для успешного выполнения работы потребуется клейкий связующий компонент – он существенно облегчает фиксацию SMD-элементов на рабочие платы. При этом чем больше габариты платы, тем более насыщенной будет элементарная плотность, и тем актуальнее применение пасты для выполнения пайки.

Пасты нашли повсеместное применение и в производстве. Они применяются для лужения кузова автомобиля, проведения поверхностного монтажа, ремонта проводов и пайки светодиодов.

Можно сказать, что паяльная паста стала выгодным и эффективным заменителем традиционных припоев, конечно, в том случае, если её марка и флюс, входящий в ее основу, были подобраны правильно.

Читайте также:  Распиновка наушников: распайка наушников, типы разъемов, схема распайки наушников

К основным преимуществам материала относят удобство нанесения, а также чистоту печатной платы, которая достигается благодаря точно дозированному нанесению состава. Единственный минус таких паст — это недолгий срок годности, в среднем он не превышает полугода. После этого консистенция пасты начинает разделяется на фазы, и средство становится непригодным для эксплуатации.

Введение

Этот обзор содержит описание наиболее распространенных проблем, с которыми можно столкнуться при подборе паяльной пасты под конкретные задачи производства. Целями любой операции сборки являются высокое качество и высокая производительность в условиях жесткой экономии средств.

Высокое качество обеспечивается, в частности, паяльной пастой, которая должна наилучшим образом сочетаться с материалами, из которых изготовлены паяемые компоненты, соответствовать геометрии этих компонентов и особенностям технологии оплавления, используемой для выпуска продукции.

Высокой производительности можно добиться, выбрав паяльную пасту, которую можно наносить теми дозами (рис. 1), которые оптимально подходят для данной задачи, а также идеально вписывающуюся в имеющийся процесс оплавления. Стоимость производства включает множество параметров, например стоимость материалов, непосредственно работы, контроля качества, исправления и утилизации брака и т. д.

Не все паяльные материалы (рис. 2) одинаковы, даже если вам кажется, что это так согласно их классификации. Специализированные паяльные пасты способны обеспечить улучшенные рабочие качества конечного продукта. Значительно различаются такие параметры, как характеристики смачивания поверхности, склонность к образованию пор, остаток флюса и прочность сплава после оплавления, гибкость сплава и многие другие характеристики, которые играют существенную роль в достижении высокого качества, более высокой производительности и, конечно же, рентабельности производства. Таким образом, задача состоит в определении такого паяльного материала, который бы позволил достичь этих целей.

Правильную паяльную пасту под свои задачи можно выбрать всего за три шага:

  1. Выбор сплава. Необходимо оценить требования к сплаву и подобрать такой сплав, который бы полностью соответствовал всем требованиям, предъявляемым к конечному продукту.
  2. Выбор типа флюса. Необходимо подобрать нужный тип флюса. Выбор флюса — это процесс, в течение которого необходимо отбросить по одному все типы флюсов, которые имеют те или иные недопустимые характеристики.
  3. Определение особых требований к характеристикам флюса. Такие проблемы, как поверхности, трудно поддающиеся пайке, быстрые условия оплавления, варианты очистки после оплавления и вероятность образования пор внутри паяного соединения, необходимо учитывать до того, как выбрать паяльную пасту, а не после того, как с ними столкнется оператор.

Виды паяльных паст

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

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

Рис. 1. Классификация паяльных паст

Таблица 1. Классификация флюсов
Активность флюса (% содержание галогенов)Канифольные Rosin (RO)Синтетические Resin (RE)Органические Organic (OR)Необходимость отмывки
Низкая (0%)ROL0REL0ORL0Нет
Низкая ( 2,0%)Обязательно

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

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

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

Рис. 2. Состав паяльных паст

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

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

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

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

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

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

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

Вот примеры популярных типов паст:

  • паяльная паста для высокоскоростной печати;
  • паяльная паста с высокой смачивающей способностью;
  • паяльная паста для автоматического внутрисхемного тестирования;
  • универсальная паста с чрезвычайно длительным временем жизни на трафарете.
Таблица 2. Жизненный цикл паяльной пасты на производстве
Стадии жизненного цикла пастыКонтролируемые характеристики
ХранениеНеизменность вязкости и паяемости
Нанесение пастыТонкая печать с шагом 0,5 мм и сверхтонкая — с шагом 0,4 мм. Время жизни после нанесения. Растекаемость пасты. Отделяемость от стенок апертур трафарета. Скорость печати (нормальная — до 100 мм/с, скоростная — 200 мм/с и более). Тиксотропный индекс (изменение вязкости в процессе оплавления). Полнота заполнения апертур. Размазываемость пасты по трафарету (паста должна образовывать плотный валик перед ракелем).
Монтаж компонентовКлейкость. Стойкость пасты к осадке (растеканию).
ОплавлениеОбразование перемычек (короткие замыкания). Наличие частиц припоя в остатках флюса. Выворачивание и отрыв компонентов (tombstoning). Смачиваемость (образование галтели припоя).
Контроль качестваОстатки флюса должны обеспечивать бесперебойную работу АОИ — автоматической оптической инспекции. Для паяльных паст, предназначенных для последующего ICT-контроля, остатки флюса должны быть пластичными и оставаться на зондах.
Качество отмывкиПри необходимости отмывки от остатков флюса она должна быть полной, без белого налета.

Виды припоев для ремонта кузова

  • Суще­ству­ют раз­ные типы при­по­ев. Для ремон­та кузо­ва чаще при­ме­ня­ют­ся мяг­кие (лег­ко­плав­кие) при­пои. Они про­да­ют­ся в виде стерж­ней, длин­ной 45 см, раз­ной тол­щи­ны. В целом, они клас­си­фи­ци­ру­ют­ся как при­пои с содер­жа­ни­ем свин­ца и без содер­жа­ния свин­ца (lead free). Пер­вый тип при­поя при­ме­нял­ся мно­го лет из-за его лёг­ко­сти исполь­зо­ва­ния. Одна­ко он был запре­щён в неко­то­рых стра­нах для при­ме­не­ния в мас­со­вом про­из­вод­стве, по при­чине вре­да здо­ро­вью и окру­жа­ю­щей сре­де. Одна­ко, свин­цо­вый при­пой, по-преж­не­му исполь­зу­ет­ся част­ны­ми лица­ми и его мож­но встре­тить в про­да­же. Мно­гие масте­ра пред­по­чи­та­ют исполь­зо­вать имен­но свин­цо­вый при­пой.
  • На при­пое ука­зы­ва­ет­ся соот­но­ше­ние его ком­по­нен­тов (оло­ва, свин­ца). Тра­ди­ци­он­ный при­пой для кузо­ва состо­ит из 30% оло­ва и 70% свин­ца. Может содер­жать­ся допол­ни­тель­ный ком­по­нент, к при­ме­ру, 74% свин­ца, 25% оло­ва и 1% сурь­мы. Сви­нец опа­сен для здо­ро­вья. Что­бы его при­ме­нять, тре­бу­ют­ся сред­ства защи­ты, и нуж­но учи­ты­вать меры без­опас­но­сти. Одна­ко его лег­че исполь­зо­вать. Он доль­ше оста­ёт­ся мяг­ким после нагре­ва (в диа­па­зоне от 180 до 260 гра­ду­сов по Цель­сию). Это облег­ча­ет его нане­се­ние и раз­рав­ни­ва­ние. Этот при­пой лег­ко нано­сит­ся на вер­ти­каль­ные и гори­зон­таль­ные поверх­но­сти. После затвер­де­ва­ния свин­цо­во­го при­поя, его не реко­мен­ду­ет­ся обра­ба­ты­вать шли­фо­валь­ной машин­кой, так как обра­зу­ет­ся очень ток­сич­ная пыль. Так, его обыч­но обра­ба­ты­ва­ют спе­ци­аль­ным кузов­ным напиль­ни­ком, а на завер­ша­ю­щей ста­дии брус­ком с круп­но­зер­ни­стой шли­фо­валь­ной бума­гой вруч­ную. Если всё же при­ме­ня­е­те шли­фо­валь­ную машин­ку, то нуж­но исполь­зо­вать толь­ко круп­ный абра­зив, что­бы не было взве­си из мел­кой пыли. Остат­ки свин­ца после шли­фо­ва­ния нуж­но сра­зу ути­ли­зи­ро­вать.

При­пой с содер­жа­ни­ем свин­ца (Pb 74%), оло­ва (Sn 25%) и сурь­мы (1%).

  • При­пой может иметь раз­ное соот­но­ше­ние свин­ца и оло­ва (70/30, 60/40 или 50/50). При­пой с более низ­ким содер­жа­ни­ем свин­ца так­же исполь­зу­ет­ся при ремон­те кузо­ва, но име­ет низ­кий диа­па­зон пла­стич­но­сти (от 183ºC до 188ºC), поэто­му его слож­нее исполь­зо­вать. При­пои с таким соот­но­ше­ни­ем обыч­но при­ме­ня­ют на гори­зон­таль­ных поверх­но­стях, так как они быст­ро ста­но­вят­ся жид­ки­ми и могут сте­кать. При­ли­па­ние у всех свин­цо­вых при­по­ев при­мер­но оди­на­ко­вое и зави­сит от пра­виль­но­сти под­го­тов­ки поверх­но­сти.
  • Как аль­тер­на­ти­ва при­пою со свин­цом был раз­ра­бо­тан более без­опас­ный при­пой без содер­жа­ния свин­ца. Во всех при­по­ях без содер­жа­ния свин­ца, оло­во явля­ет­ся глав­ным ком­по­нен­том. Дру­гим ком­по­нен­том может быть сереб­ро, медь, индий или вис­мут. Боль­шин­ство при­по­ев без свин­ца име­ют либо более высо­кую, либо более низ­кую точ­ку плав­ле­ния, чем у свин­цо­во­го при­поя. Для ремон­та кузо­ва наи­бо­лее рас­про­стра­нён при­пой без свин­ца, состо­я­щий из оло­ва и сереб­ра (94% оло­ва и 6% сереб­ра или 96% оло­ва и 4% сереб­ра). Он име­ет более высо­кую сто­и­мость. При­пой без свин­ца при­мер­но равен по харак­те­ри­сти­кам тра­ди­ци­он­но­му при­пою со свин­цом с соот­но­ше­ни­ем 50/50 (свинец/олово). Такой при­пой име­ет более высо­кую точ­ку плав­ле­ния (221°C). После нагре­ва, он оста­ёт­ся в мяг­ком состо­я­нии менее про­дол­жи­тель­ное вре­мя, чем свин­цо­вый при­пой, что услож­ня­ет его вырав­ни­ва­ние. При засты­ва­нии полу­ча­ет­ся более твёр­дым и хруп­ким. Его слож­нее обра­ба­ты­вать напиль­ни­ком. Пре­иму­ще­ство в том, что его мож­но обра­ба­ты­вать шли­фо­валь­ной машин­кой, так как он не обра­зу­ет ток­сич­ной пыли. Хотя, не нуж­но забы­вать про респи­ра­тор. Допол­ни­тель­ным пре­иму­ще­ством при­поя без свин­ца явля­ет­ся более высо­кая проч­ность на раз­рыв.
  • При­пой, при­ме­ня­е­мый в элек­тро­ни­ке, обыч­но состо­ит из 60% оло­ва и 40% свин­ца. Он может содер­жать флюс в цен­тре. Флюс с кани­фо­лью, часто исполь­зу­е­мый с таким при­по­ем, не спо­соб­ству­ет адге­зии к ста­ли, а флюс с кис­ло­той может дей­ство­вать хоро­шо. Такой при­пой луч­ше при­ме­нять толь­ко для пай­ки малень­ких отвер­стий, так как его диа­па­зон пла­стич­но­сти очень малень­кий.
  • Для рабо­ты с кузо­ва­ми из алю­ми­ния исполь­зу­ет­ся дру­гой тип при­поя (с содер­жа­ни­ем оло­ва и цин­ка).

Выбор сплава

При выборе сплава необходимо учитывать четыре основных момента: наличие/содержание свинца, температура плавления, размер частиц сплава и прочность на разрыв. Содержание свинца, температура плавления и прочность на разрыв, как правило, указываются вместе.

Таблица 1. Характеристики сплавов

СплавСолидус, °CЛиквидус, °CПредел прочности на разрыв, МПа
Sn42 Bi58* -E- 138 55,2
Sn43 Pb43 Bi14 144 163 42,2
Sn62 Pb36 Ag2 179 189 46,2
Sn63 Pb37 -E- 183 46,2
Sn60 Pb40 183 191 42,7
Sn96,5 Ag3 Cu0,5* 217 219 50,6
Sn96,3 Ag3,7* -E- 221 61,4
Sn100* MP 232 12,4
Sn95 Sb5* 232 240 40,7
Sn95 Ag5* 221 245 69,6
Sn89 Sb10,5 Cu0,5* 242 262 82,7
Sn10 Pb88 Ag2* 268 290 33,8
Sn5 Pb92,5 Ag2,5 287 296 29
Sn10 Pb90 275 302 31,7
Sn5 Pb95 308 312 28,9

Примечание: * Сплавы не содержат свинца.

При температуре ниже значений, указанных в столбце «Солидус», сплав будет полностью твердым. При температуре выше значений, указанных в столбце «Ликвидус», сплав будет находиться в жидком состоянии. При температурах между этими значениями сплав становится пластичным — еще не полностью жидкий, но и не твердый, а значение прочности на разрыв близко к нулю.

Для наилучшего смачивания паяемых поверхностей требуется пиковая температура: примерно на 15 °C или более градусов выше, чем значение в столбце «Солидус». Если последующие операции предусматривают работу с высокими температурами, например при производстве двусторонних печатных плат, то пиковая температура последующей операции должна быть ниже температуры, указанной в столбце «Солидус» для сплава, используемого в предыдущей операции.

Значения предела прочности при сдвиге и прочности на разрыв действительны только при температуре 25 °C на определенной скорости деформации для определенного возраста образца сплава. Прочность на разрыв падает при повышении температуры. При температуре около значения солидуса прочность на разрыв достигает значения, равного нулю.

Если одним из основных критериев для отбора паяльной пасты вы считаете прочностные характеристики, то в качестве значений, от которых необходимо отталкиваться, используйте приведенные. Используйте их для определения, какой сплав подойдет больше. Подберите два (или более) сплава, чтобы исключить вариативность паяного соединения и компенсировать возможные расхождения этих данных с фактическими прочностными характеристиками сплава.

Учитывайте, что сплавы с более высокой температурой плавления имеют бóльшую прочность при высоких температурах. Например, сплав Sn95 Ag5 при 210 °C менее прочный, чем сплав Sn5 Pb95 при 210 °C, несмотря на большую разницу в значениях прочности, указанных для этих двух материалов (табл. 1).

Металлы увеличиваются в объеме при переходе из твердого состояния в жидкое. Во многих случаях, в том числе и при инкапсуляции компонентов, избыточный стресс, вызванный расширением сплава, может вызвать растрескивание вследствие деформации. Сплав в расплавленном состоянии заполняет эти трещины, что может привести либо непосредственно к поломке этого компонента, либо, в более отдаленной перспективе, вызвать поломку во время эксплуатации.

После того как сплав выбран (рис. 3), необходимо определиться с размером частиц металлов. Таблица 2 дает представление о применимости сплава в зависимости от размера зерна при решении типичных задач нанесения паяльной пасты методом дозирования или через трафарет.

Размеры, указанные для выводов в виде крыла чайки, окон трафарета круглого или квадратного сечения и диаметра капли при нанесении методом дозирования, представляют собой минимальные значения, рекомендуемые для этого размера зерна. Если требуются меньшие размеры, то используйте пасту с более мелким зерном.

Таблица 2. Зернистость порошка паяльных сплавов

Тип пастыРазмер
зерна, мкм
Выводы в виде крыла чайки, ммОкно трафарета квадратного/круглого сечения, мм/дюймДиаметр капли при дозировании, мм/дюйм
II 45–75 065/0,025 0,65/0,025 0,8/0,03
III 25–45 0,5/0,02 0,5/0,02 0,5/0,02
IV 25–38 0,3/0,012 0,3/0,012 0,3/0,012
V 10–25 0,2/0,008 0,15/0,006 0,25/0,01
VI 5–15 0,1/0,004 0,05/0,002 0,1/0,004

Использование слишком крупного порошка сплава при дозировании или трафаретной печати — причина многих проблем, ведущих к снижению качества. Применение же слишком мелкого порошка сплава просто будет стоить дороже, чем необходимо.

Выбор типа флюса

Своим современным наименованиям различные типы флюсов обязаны не только собственно особенностям состава, но и практике их использования в промышленности. Выделяют пять основных групп флюсов: R, RMA, RA, NC и WS. Давайте вкратце рассмотрим характеристики каждой из этих групп.

Четыре категории флюсов определяются военными техническими условиями QQ-S-571E. Наименования и сокращения для этих групп:

  • Rosin (R) — неактивированный канифольный флюс.
  • Rosin или Resin Mildly Activated (RMA) — среднеактивированный канифольный флюс.
  • Rosin или Resin Activated (RA) — активированный канифольный флюс.
  • Non-rosin или Non-resin (AC) — флюсы без канифоли.

В настоящее время в большинстве случаев аббревиатура AC заменяется на WS — водосмываемые флюсы.

Каждая категория флюсов имеет целый ряд уровней активности с ограничениями, определенными в результате испытаний.

В стандартах IPC (Международной ассоциации производителей электроники) также есть система классификации флюсов. В этой системе для маркировки флюса используются четыре знака в соответствии со стандартом J-STD-004. Они служат для описания продукта в зависимости от типа материала, включая такие категории, как «неорганический» или «на основе канифоли», с указанием примерного уровня активности и содержания галогенидов.

Например, паяльная паста, не содержащая галогенидов, на основе канифоли с низкой активностью будет иметь маркировку ROL0. Здесь RO обозначает наличие канифоли (rosin), буква L является маркером активности — низкая (low activity), а цифра 0 используется для определения необнаруживаемых галогенидов.

Кроме того, стандарт IPC ввел новую категорию для флюсов, обозначаемых No-Clean, или NC, — флюс, не требующий отмывки. Эта новая категория флюсов определяется по нелипкому остатку и соответствию требованиям к защитной изоляции поверхностей (Surface Insulation Resistance, SIR) по результатам тестирования с результатом 108 Ом.

Каждая категория флюсов может быть вкратце описана путем указания уровня активности, физического количества остатка после оплавления и метода очистки, который должен быть использован для удаления этого остатка.

Выбор флюса и паяльной пасты

Как пользоваться?

Для того чтобы добиться максимально надежного и долговечного соединения элементов на печатной плате, нужно выполнить некоторые действия. Они включают несколько основных этапов.

  • Для начала нужно произвести очистку и полное обезжиривание платы с дальнейшим обязательным просушиванием.
  • Затем плату фиксируют на горизонтальной поверхности и равномерно, строго дозировано наносят пасту в участке соединения.
  • Далее нужно осторожно разместить небольшие и SMD-детали на поверхности платы. Чтобы пайка была максимально надежной — на ножки микросхем дополнительно наносят ещё одну порцию припоя.
  • При выполнении нижнего подогрева печатной платы включают фен с горячим воздухом. Направляя его поток, прогревают всю верхнюю часть с закрепленными на ней деталями.
  • Когда флюс полностью испарится, температуру фена надо увеличить до температуры плавления припоя.
  • По окончании работы следует дождаться остывания, затем тщательно промыть печатную плату.

Обращаем особое внимание на то, что весь процесс пайки должен обязательно контролироваться визуально.

Чтобы закрепление элементов посредством паяльной пасты оказалось наиболее качественным и долговечным, крайне важно позаботиться о ряде факторов.

В первую очередь нужно подготовить саму плату, особенно в том случае, если она продолжительное время стояла без использования, или на ней заметны окислы.

Консистенция паяльной пасты должна быть эргономичной, то есть не густой, но и не жидкой. Оптимальный вариант — это сметанная структура, что будет равномерно смачивать поверхность. Имейте в виду, что способность к смачиванию играет ведущую роль в качестве и крепости паяного соединения элементов.

При пайке деталей микросхем электронную пасту нужно наносить тонким слоем. В случае если она будет нанесена более толстым слоем, места выводов микросхем могут замкнуться. При выпаивании простейших элементов такая тонкая работа не требуется.

Если габариты печатной платы будут большие, то лучше создать нижний подогрев при помощи утюга либо спецсредства, так чтобы их температура составляла 100-50 градусов и выше. Если этого не сделать заблаговременно, то не исключено коробление платы.

Все лишние остатки припоя с легкостью снимаются с поверхности самым простым паяльником при помощи насадок. К примеру, для того чтобы удалить остатки используемых при пайке компонентов между ножек микросхем, следует воспользоваться жалом «волна».

Принтеры

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

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

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

Способы изготовления трафаретов (см. рис. 7):

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

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

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

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

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

Рис. 7. Поверхность стенок отверстий в шаблонах в зависимости от способа изготовления

Рис. 8. Чем тоньше шаблон, тем меньше сдвигается паста при отделении от подложки

Таблица 4
Минимальный шаг выводов, ммТолщина трафарета, мкм
> 0,650,15; 0,2
0,50,12; 0,15
0,4 (диаметр MBGA 0,3 мм)0,12; 0,15
SMD 02010,08; 0,1
SMD 03015; 010050,08 и менее

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

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

Рис. 10. Расчет размеров отверстия в трафарете

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

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

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

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

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

Ракели бывают резиновыми и металлическими. Резиновые ракели подразделяются по форме на квадратные, плоские и сабельные (см. рис. 13). Нельзя сказать, какой из ракелей лучше: от рабочего угла ракеля зависит растекаемость пасты, а хорошая растекаемость дает должное заполнение каждой апертуры паяльной пастой.

Рабочий угол сабельного ракеля составляет 70–80°. Поскольку сила, направленная вниз, относительно невелика, такой ракель больше подходит для паст с низкой вязкостью.

У квадратного ракеля рабочий угол составляет 45°. Он оказывает высокое давление на паяльную пасту, поэтому его лучше применять для высоковязких паст. Если работать этим ракелем с низковязкими пастами, то паста затечет под трафарет (см. рис. 14).

Рабочий угол плоского ракеля — 50–60°. Изменяя угол наклона, можно работать с пастами различной вязкости.

При работе с резиновыми ракелями надо постоянно следить, чтобы рабочая кромка всегда была острой. При износе кромки приходится увеличивать нажим, чтобы избежать размазывания пасты. При этом возрастает и давление, под которым происходит заполнение апертур пастой, что увеличивает трение между частицами припоя и неблагоприятно влияет на отделяемость пасты от стенок апертур.

В отличие от резиновых, жесткие металлические ракели не изнашиваются, работают долго и не захватывают пасту из отверстий.

Рис. 13. Типы резиновых ракелей

Рис. 14. Затекание пасты под шаблон при неправильном выборе пары ракель/вязкость пасты

Паяльная паста – субстанция, которая применяется в процессе пайки вместо обычной канифоли, в состав входит порошок припоя, флюс, какое-то связывающее вещество и некоторые другие компоненты.

Основные параметры выбора: • ее состав – припои с легирующими добавками, с содержанием свинца или без него и так далее; • размер отдельных частиц припоя и форма, в зависимости от этого бывают разные дозировки; • уровень вязкости – от этого зависит способ нанесения – с использованием трафарета или дозатора; • паяемость — определяется загрязненностью частиц и уровнем их окисленности.

Кроме того, такие пасты могут не подвергаться воздействию коррозии – безотмывочные. В местах пайки может образовываться ржавчина, так как в состав водосмываемых паст входят органические вещества. Для качественной пайки необходимо выбирать пасту в зависимости от металла, с которым она будет использоваться. Есть специальные составы для хром-никеля, меди, алюминия, золота, серебра.

  • MECHANIC,
  • MECHANIC XG-50,
  • паяльная паста,
  • сопутствующие товары для пайки
  • MECHANIC,
  • MECHANIC XG-Z40,
  • паяльная паста,
  • сопутствующие товары для пайки
  • Цена: $10.36 ($7.99 с купоном)

Покупался из-за заголовка «паяльная паста» и соотвественно, ожидал получить именно паяльную пасту в классическом понимании — смесь, состоящую из флюса, перемешанного с сильно измельчёнными частицами припоя, что весьма удобно. Когда я открыл банку, стало понятно, что это не та самая паста, а только флюс, причём очень похожий внешне на плохой китайский флюс RMA-223.

  • LAOA,
  • LAOA LA813002,
  • паяльная паста,
  • сопутствующие товары для пайки
  • BESBEST,
  • BESBEST BST-706,
  • паяльная паста,
  • сопутствующие товары для пайки
  • MECHANIC,
  • MECHANIC XG-50,
  • паяльная паста,
  • сопутствующие товары для пайки

Сегодняшний обзор будет посвящен паяльной пасте MECHANIC XG-50 (XG-500), приобретенной мною на просторах eBay. Желание обзавестись пастой для пайки было у меня давно, но поскольку в ассортименте моего инструмента не было и паяльного фена, то эта покупка постоянно отодвигалась на задний план.

Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий