Температура плавления паяльной пасты

  • Новости
  • О компании
  • Продукция, цены
  • Статьи, обзоры
  • Схемы, документация
  • Контакты
  • F.A.Q.

Технологии пайки нового поколения

Широкое распространение бессвинцовых паяльных паст, а также расширение типов корпусов компонентов (начиная с больших BGA-корпусов и заканчивая компонентами типа fine-pitch), приводит к необходимости разработки новых паяльных печей для обеспечения большей управляемости процессом теплопередачи.

В таблицах 1 и 2 приведены характеристики типичных бессвинцовых паяльных паст. Из таблицы 1, в которой приведены характеристики основных паяльных паст (исключая содержащие висмут), видно, что бессвинцовые паяльные пасты имеют бoльшую температуру плавления, чем общепринятые припои Sn/Pb. Из параметров оплавления пасты на меди (таблица 2) видно, что, кроме того, бессвинцовые паяльные пасты не смачивают поверхность так же хорошо, как припой Sn63/Pb37, который растекается тонким и широким слоем. Дополнительные тесты показали, что, в то время как припои Sn63/Pb37 имеют растекаемость 93%, у бессвинцовых паст этот параметр варьируется от 73 до 77%.

Таблица 1. Типичные характеристики бессвинцовых припоев

Сплав Температура плавления,°C Предел текучести Смачивание Термостойкость
Sn/3.5Ag 216 –221 Отлично Отлично Отлично
Sn/3.5Ag/0.7Cu эвтектический
Sn/5.8Bi 139 –200 Хорошо Хорошо Отлично
Sn/0.7Cu 227 Хорошо ? ?
Sn/9.0Zn 190 –199 Отлично Хорошо Отлично
Sn/8.0Zn/3.0Bi эвтектический

Таблица 2. Параметры смачивания по меди*

Припой Темп.,°С Краевой угол Время (с)
63Sn/37Cu 260 17 3,8
96.5Sn/3.5Ag 260 36 2
95Sn/5Sb 280 43 3,3
42Sn/58Bi 195 43 9,3
501Sn/50In 215 63 14,2

*По материалам «IPC works 99 », «Lead free solders», dr.J Hwang

Паяльные пасты состава Sn63/Pb37 имеют температуру плавления 183 °, при этом пиковая температура выводов небольших компонентов достигает 240 °, а температура выводов больших компонентов — 210 °. Однако эта разница в 30 ° между большими и малыми компонентами не влияет на характеристики паяных соединений. Это связано с тем, что паяные соединения формируются при температуре припоя на 27 –57 ° выше температуры плавления. И так как текучесть металлов увеличивается при больших температурах, эти условия благоприятны для производства.

У бессвинцовых припоев,однако,точка плавления, например, Sn/Ag достигает 216 –221 °. Это приводит к тому,что выводы больших компонентов должны быть нагреты до температуры выше 230 °, чтобы гарантировать плавление. Если при этом пиковая температура выводов малых компонентов не должна превышать 240 °, то разница между большими и малыми компонентами уменьшается до 10 °. Это также резко уменьшает разницу между точкой плавления припоя и пиковой температурой пайки в печи (рис.1). Таким образом, в печи должна быть снижена разность пиковой температуры между большими и малыми компонентами и должен поддерживаться стабильный температурный профиль по поверхности печатной платы для обеспечения высоких производственных характеристик.

Рис. 1. Рабочий диапазон для Sn/Pb (слева) и бессвинцовой паяльных паст. Для обеспечения стабильного профиля оплавления необходимо уменьшить разность пиковых температур для больших и малых компонентов

Поддержание пиковой температуры
Необходимо учитывать теплоемкость и теплопроводность нагреваемых элементов. Это особенно важно для корпусов BGA (и печатных плат), которые нагреваются первыми. Тепло затем передается контактным площадкам и сферическим BGA-выводам для формирования паяных соединений. Например, воздух температурой 230 ° нагревает поверхность корпуса быстрее, и даже при значительной скорости обдува контактные площадки и BGA-выводы будут нагреваться ощутимо дольше, чем обычно. Таким образом, во избежание теплового шока монтируемые детали не должны перегреваться в зоне плавления, а контактные площадки и плавкие выводы BGA должны быть нагреты до температуры, достаточной для формирования паяного соединения.

Системы паяльных печей
Два самых простых метода нагревания для пайки — это воздушная конвекция и инфракрасный нагрев. При использовании воздуха в качестве средства для передачи тепла конвекция идеальна для нагревания компонентов, которые «выступают » из платы, таких, как выводы и маленькие детали. Однако при этом образуется пограничный слой между горячим воздухом и платой, который делает подачу тепла последней неэффективной (рис.2).

Рис. 2. Структура пограничного слоя, который формируется в процессе передачи тепла путем конвекции, и снижает эффективность процесса

При ИК-нагреве инфракрасные нагреватели передают энергию путем электромагнитного излучения, которое будет равномерно нагревать компоненты при правильном управлении. Однако при отсутствии правильного управления может произойти перегрев платы и компонентов. ИК-излучатели, такие, как лампы и нагревательные стойки, имеют ограниченную площадь, при этом зона наибольшего нагрева находится непосредственно под нагревателем. По этой причине ИК-нагреватели должны быть больше, чем целевая ПП, чтобы обеспечить равномерную теплопередачу и предотвратить остывание ПП.
Из трех механизмов теплопередачи — теплопроводность, излучение и конвекция — только два последних поддаются управлению. Теплопередача путем излучения является эффективным и мощным механизмом, что показывает следующая формула:
T(K)e = bT 4 ,
где тепловая энергия излучения — e — пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры, b — постоянная Стефана —Больцмана.
Таким образом,требуется прецизионное управление температурой, из-за того, что мощность ИК-нагрева очень чувствительна к температуре нагревателя. В то же время конвекционный механизм не является столь мощным, но обеспечивает качественный равномерный нагрев в печи.

ИК + принудительное конвекционное нагревание
Наиболее передовые современные печи используют достоинства обоих методов нагрева. Разница пиковых температур между компонентами может поддерживаться в пределах 8 °С, точность стабилизации температуры при массовом производстве может составлять 1 °С.
Основным принципом совмещения ИК-излучения и принудительного конвекционного нагрева является использование излучения в качестве основного источника нагрева для оптимальной передачи тепла и использование свойств равномерного нагрева при конвекции для уменьшения разницы температур между компонентами и печатной платой. Конвекция служит для нагрева компонентов с большой теплоемкостью, и одновременного охлаждения компонентов с небольшой теплоемкостью.
На рис.3 кривая 1 описывает нагрев компонента с большой теплоемкостью, а кривая 2 — компонента с небольшой теплоемкостью. Несоразмерность наблюдается только тогда,когда используется только один источник нагрева (ИК-излучение или конвекция). Сплошная кривая показывает результат нагрева одним ИК-излучателем. Кривая, изображенная прерывистой линией, описывает нагрев, элементов при использовании и ИК-нагрева и принудительной конвекции. Добавление конвекции приводит к нагреву компонентов с температурой меньше заданной и к охлаждению компонентов, нагретых до температуры выше температуры горячего воздуха. Следующим достоинством усовершенствованных паяльных печей является более эффективная передача тепла к поверхности ПП. На рис.4 показана разница между характеристиками теплопередачи для «обдувной » и принудительной конвекции. Современная технология позволяет повысить эффективность теплопередачи к ПП и компонентам в три раза.

Рис. 3. Кривая нагрева. Указанное несоответствие нагрева проявляется при использовании одного источника тепла (ИК или конвекции)

Рис. 4. Сравнение обычной и принудительной конвекции

Кроме того, в современных паяльных печах, в отличие от старых моделей, применяются ИК-нагреватели панельного типа. Панельные нагреватели обеспечивают более равномерный нагрев (рис.5).

Рис. 5. Паяльные печи нового поколения используют нагреватели панельного типа, размером больше целевой ПП, для обеспечения равномерного нагрева

Неравномерность нагрева ПП
Были проведены испытания с целью сравнения разницы температур между корпусом QFP140P и ПП, 45-миллиметровым BGA-корпусом и ПП в трех случаях: нагрев исключительно панельным ИК-нагревателем, нагрев только конвекционной системой и комбинированный нагрев (ИК +принудительная конвекция).
Конвекционный нагрев приводит к разности температур в 22 °С между QFP140P и ПП (по истечении 70 секунд после начала предварительного нагревания). С другой стороны, нагрев при помощи комбинированной системы приводит к разности температур в 7 °С. При нагреве 45-миллиметрового BGA-корпуса с применением только конвекционной системы разность температур составляет 9 °С, применение комбинированной системы снижает это значение до 3 °С. К тому же при использовании обычного температурного профиля разность пиковых температур между ПП и 45-миллиметровым BGA-корпусом составляет всего 12 °С. При использовании трапециидального температурного профиля эта разность может быть снижена до 8 °С.
При промышленном производстве температурная нестабильность играет большую роль, особенно при использовании бессвинцовых паяльных паст. Испытания показали, что пиковая температура для ПП размером 250 330 1,6 мм на расстоянии в 5 см различается не более чем на 1 °С.

Читайте также:  Сборка комода своими руками с роликовыми направляющими

Оптимальный температурный профиль
При использовании бессвинцовых паяльных паст разность температур между компонентами должна быть минимизирована. Одним из методов достижения этой цели является коррекция стандартного температурного профиля. Возможны следующие изменения:

  • Увеличение времени предварительного нагрева. При этом значительно уменьшается температурная разность между компонентами перед нагревом до пиковой температуры. В большинстве паяльных печей используется этот метод. Однако из-за слишком быстрого испарения флюса этот метод может привести к плохому смачиванию изза окисления контактных площадок или выводов.
  • Увеличение температуры предварительного нагрева. Обычная температура предварительного нагрева составляет 140 –160 °С и может быть повышена до 170 –190 °С при использовании бессвинцовых паяльных паст. Повышение температуры предварительного нагрева приводит к снижению необходимого перепада до пиковой температуры, что приводит к уменьшению разности температур между компонентами. Однако этот метод тоже может привести к испарению флюса.
  • Использование трапециидального температурного профиля (увеличение времени нагрева с пиковой температурой). Это позволяет компонентам с большой теплоемкостью достичь требуемой температуры и избежать перегрева небольших компонентов. При использовании этого метода, показанного на рис.6, современные комбинированные паяльные системы позволяют снизить разность температур между 45-миллиметровым BGA-корпусом и корпусом типа small outline (SOP) до 8 °С.
    Азотные паяльные печи
    При использовании бессвинцовых паяльных паст могут возникнуть трудности со смачиванием из-за того, что их температура плавления обычно высока, а разность между температурой плавления и пиковой температурой не столь велика. К тому же сплавы бессвинцовых паяльных паст обычно обладают худшей растекаемостью. В дополнение к этому бессвинцовые пасты с высокой температурой плавления могут создать проблемы при двухстороннем монтаже. При пайке первой стороны происходит значительное окисление второй стороны при высоких температурах. При температуре выше 200 °С значительно увеличивается толщина слоя оксида, что приводит к плохому смачиванию и ухудшению паяемости со второй стороны. Паяльные пасты на основе Sn/Zn также имеют свои особенности (цинк легко окисляется). При окислении припой не сплавляется с остальными металлами. Соответственно, для обеспечения высокой производительности в бессвинцовом процессе может потребоваться использование азота.
  • Рис. 6. Трапециидальный профиль нагревания уменьшает отклонения на пиковой температуре и увеличивает растекаемость припоя

    Рис. 7. Размещение зондов системы контроля температуры

    При использовании комбинированных систем с панельными ИК-нагревателями в качестве основного источника тепла и конвекции в качестве компенсирующего механизма потребление азота может быть снижено более чем в два раза по сравнению со стандартным (максимальное потребление азота для печей шириной 450 мм — 2 л/мин). Таким образом, вместо больших баллонов азота можно использовать встроенный азотный генератор.

    Автоматический мониторинг
    В дополнение к использованию печей нового поколения требуется точное соблюдение технологических параметров, что приводит к необходимости постоянного мониторинга, так как даже легкое нарушение технологического процесса приводит к появлению бракованных паяных соединений. Наиболее эффективным методом является постоянный контроль температуры в реальном масштабе времени. Система измерения температуры позволяет сборщикам получать и анализировать данные о характере процесса пайки в реальном масштабе времени. Такие системы обычно содержат порядка 30 термопар, смонтированных на двух узких зондах из нержавеющей стали, которые установлены непосредственно над и под конвейером. Данные с термопар считываются каждые 5 секунд и отображаются на дисплее компьютера в виде температурного профиля пайки.
    Система контроля температуры обеспечивает построение температурного профиля для каждой платы путем вычисления математической корреляции между профилем, измеренным термопарами, и общей температурой процесса. Такой «виртуальный » профиль вычисляется каждые 30 секунд. Кроме того, вычисляются статистические данные, такие, как пиковая температура.
    Система контроля издает звуковой сигнал при нарушениях технологического процесса и отключает конвейер при выходе за критические параметры. Это позволяет пользователю производить постоянную запись температурных профилей для каждой собранной платы, кроме того, система может передавать данные внешней системе статистического контроля. Другим преимуществом системы измерения температурного профиля в реальном масштабе времени является отсутствие необходимости в остановке производства для измерения профиля стандартным «протяжным » измерителем и настройка печи только по необходимости. Исследования показали, что современные печи с принудительной конвекцией могут долгое время эффективно работать без перенастройки. Использование системы контроля профиля в реальном масштабе времени позволяет производить настройку только по необходимости.
    Жестко контролируемый процесс позволяет значительно снизить количество дефектов паяных соединений и стоимость связанных с ними ремонтных работ. Фактически использование таких систем становится промышленным стандартом качества.

    Оптимизация температурного профиля
    Современное программное обеспечение облегчает задачу перехода к бессвинцовому процессу. Одной из таких программ является система прогноза температурного профиля, которая позволяет пользователю рассчитать оптимальный температурный профиль за несколько секунд. Система центрирует профиль в окне технологического процесса, пределы которого задаются пользователем.

    Заключение
    Применение бессвинцовых паяльных паст значительно сужает окно технологического процесса, особенно из-за требуемой пиковой температуры. Разность температур между компонентами, а также нестабильность температуры должны быть минимизированы для обеспечения высококачественного производства. Для этого необходимо точно контролировать процесс теплопередачи. Комбинированные системы «ИК +принудительная конвекция » обеспечивают выполнение требований бессвинцового процесса. В комплексе с системой прогноза температурного профиля пайки и системой контроля температурного профиля в реальном масштабе времени такая технология обеспечивает минимизацию брака при пайке бессвинцовыми паяльными пастами.

    Хиро Суганума, Алвин Таманаха, Антон Ефимов

    Copyright ©2005. Все права защищены. Любое использование материалов, их подборки, дизайна, элементов дизайна допускается только с согласия правообладателя. Вся информация на сайте носит справочный характер и не является публичной офертой.

    Михаил Нижник, генеральный директор, ООО «Группа МЕТТАТРОН»
    Александр Черный, технолог, ООО «Группа МЕТТАТРОН»

    В первой и второй частях мы рассмотрели состав паяльных паст, влияние составляющих на конечный результат, а также факторы, определяющие качество печати. В продолжении цикла обратимся к термическим характеристикам паст и особенностям THT-монтажа.

    ТЕРМОПРОФИЛЬ

    Рассмотрим состояние и поведение паяльной пасты во время процесса оплавления (рис. 32).

    Рис. 32. Обзор зон термопрофиля

    Начальный набор температуры

    При повышении температуры растворители начинают испаряться. Характер испарения определяется индивидуальными температурами испарения используемых во флюсе растворителей. Смолы и тиксотропные материалы начинают размягчаться. Характер размягчения зависит от температур размягчения отдельных компонентов, лежащих в диапазоне 100–140°С.

    Быстрый набор температуры может привести к разбрызгиванию пасты в результате закипания флюса и образованию перемычек. Плавный набор температуры позволит избежать подобных дефектов.

    Стадия предварительного нагрева

    На этой стадии растворители должны полностью улетучиться из пасты. Происходит активация флюса и равномерное распределение тепла в подложке.

    Флюс становится очень мягким, переходит в жидкое состояние, равномерно обволакивает частицы припоя, растекается по подложке и защищает частицы припоя от повторного окисления.

    Одновременно с повышением температуры и плавлением компонентов флюса «включаются» канифоли и активаторы, которые удаляют пленку окиси с частиц порошка припоя и с подложки.

    Высокая температура в зоне предварительного нагрева может привести к плохому смачиванию подложки и окислению припоя вследствие быстрого испарения активаторов флюса. В случае плохого смачивания следует снизить температуру.

    Если температура выводов компонентов растет быстрее, чем прогревается вся площадка, то слишком короткая зона предварительного нагрева приведет к тому, что при расплавлении припоя он переместится на выводы. В месте пайки выводов соберется излишнее количество припоя, который контактирует с соседними выводами. Поэтому если перемычки припоя возникают на этой стадии процесса, то необходимо провести регулировку зоны предварительного нагрева.

    Рис. 33. «Седлообразный» профиль нагрева

    Второй набор температуры

    Когда частицы припоя достигают температуры плавления (точки ликвидуса), припой расплавляется, реагирует с флюсом, очищается от окисей, и происходит пайка.

    Для большинства паяльных паст рекомендуемое время нахождения припоя в расплавленном состоянии составляет 30–40 с, чтобы обеспечить полное плавление припоя и достаточное время на смачивание спаиваемых поверхностей в случае, если в изделии установлены весьма теплоемкие компоненты.

    Медленный набор температуры между зоной предварительного нагрева и точкой ликвидуса может привести к окислению шариков припоя, что приведет к плохому смачиванию выводов компонентов и подложки. В случае плохого смачивания, следует использовать более быстрый набор температуры между зоной предварительного нагрева и точкой ликвидуса.

    Читайте также:  Самый простой декор на хэллоуин

    Низкая температура и недостаточное время нахождения в зоне оплавления может стать причиной образования пустот. В случае образования большого количества пустот, следует увеличить время нахождения или (и) увеличить температуру в зоне оплавления (> 45 с).

    ТИПЫ ТЕРМОПРОФИЛЯ

    В конвекционных печах оплавления используются два профиля нагрева: линейный и седлообразный (см. рис. 33). Хотя рекомендуется работать по показанному на рисунке 32 седлообразному профилю, давайте посмотрим, что стоит за каждым из этих подходов.

    Когда пайка оплавлением только начала внедряться в технологию поверхностного монтажа, количество компонентов на поверхности изделия было не очень большим, и разница в теплоемкости отдельных элементов была незначительной. Простая конфигурация платы позволяла без особых проблем работать с плавным набором температуры, без зоны предварительного прогрева.

    Миниатюризация привела к повышению плотности монтажа и к появлению весьма теплоемких элементов типа корпусов BGA и QFP.

    Большой разброс теплоемкости отдельных компонентов не давал добиться теплового равновесия при нагреве по линейному закону (и даже по седлообразному), да еще в обычных инфракрасных печах с проблемами затенения и разницы теплопоглощения из-за цвета изделий.

    Тогда появился процесс пайки оплавлением в паровой фазе, который позволял добиться весьма хорошей равномерности прогрева. Однако от него вскоре пришлось отказаться из-за развития трещин, отрыва компонентов от подложки при резком нагреве, токсичности растворителей и запрета на использование фторуглеродных растворителей CFC.

    Затем появился популярный сейчас процесс пайки в конвекционных печах, который обеспечивает гораздо более равномерный прогрев, чем инфракрасные печи.

    Что касается причины, по которой в нем используется седлообразная кривая нагрева, то она заключается в стремлении добиться с помощью принудительной циркуляции такого же теплового равновесия, которое было характерно для процесса пайки в паровой фазе.

    Рис. 34. Прогрев компонентов разной
    величины при линейном и
    седлообразном температурном профиле

    При разработке кривой нагрева более важно учитывать характер и конструкцию электронных компонентов и подложки, нежели поведение паяльной пасты в ходе нагрева. Пример: измерим температуру пайки бескорпусного конденсатора и микросхемы в корпусе BGA (см. рис. 34). Разница в теплоемкости влияет на скорость прогрева и температуру.

    При седлообразном термопрофиле пайки компоненты с большей теплоемкостью догоняют по температуре остальные компоненты до начала следующего участка набора температуры. Это уменьшает разницу температур компонентов в точке пайки.

    На рисунке 35 показана разница в поведении вязкости паст при линейном и седлообразном термопрофиле. Более резкий набор температур в седлообразном профиле обуславливает необходимость использования большего количества типов растворителей с разной температурой кипения.

    Рис. 35. Изменение вязкости пасты
    при линейном и седлообразном профиле нагрева

    Работать можно и с линейным, и с седлообразным профилем, лишь бы передавалось количество тепла, необходимое для испарения растворителей. При настройке термопрофиля нужно тщательно учесть все аспекты, влияющие на равномерный нагрев всех поверхностей (как компонентов, так и печатной платы), чтобы обеспечить качественную пайку каждого компонента.

    Исходя из опыта технологов, работающих на производстве, можно сказать, что неверно выбранный размер и форма апертур гораздо сильнее влияют на качество пайки и появление дефектов (перемычек и бусинок припоя), чем не совсем корректно подобранный термопрофиль.

    Оценка надежности готовых изделий

    При использовании безотмывочных паст после пайки на поверхности печатной платы остается некоторое количество остатков флюса. Требуемый уровень надежности определяется заказчиком в зависимости от характера изделий. В соответствии с международным стандартом IPC, электронные изделия делятся на три класса:

    Class 1 — изделия общего назначения. Для них допустимо некоторое количество дефектов, и критерии надежности к ним предъявляются минимальные. Пример: компьютерная мышь.

    Class 2 — изделия, нарушение функционала которых чревато последствиями. Это бытовая техника, электроника в автомобилях. Например, телевизор при выгорании печатной платы может вызвать пожар.

    Class 3 — изделия, от бесперебойной работы которых зависит здоровье и жизнь людей. Это системы жизнеобеспечения, авиастроение. Зачастую в третьем классе изделий выделяются подклассы, которые можно условно назвать «Military» и «Space». Class 3C — газоанализатор в угольной шахте; Class 3B — военная техника; Class 3A — система жизнеобеспечения на МКС.

    Как говорилось в первой статье цикла, паяемость и надежность зачастую антагонистичны, поскольку все активаторы (органические кислоты, галогены) коррозионно агрессивны и могут снизить надежность в зависимости от их содержания в остатках флюса.

    Рис. 36. Механизм возникновения ионной миграции

    Рис. 37. Пример диаграммы SIR

    При проверке надежности продукта проверяют следующие показатели:

    — Проверка деградации электроизоляционных свойств пасты (см. рис. 36, 37 и 38). Это испытание характеризует флюс по степени снижения сопротивления изоляции жесткого гребеночного электрода в условиях высокой влажности и температуры. Флюс испытывают на поверхностное сопротивление по методике IPCTM-650 при 85°С и относительной влажности 85%. Если остатки флюса, в которые входят смолы, активаторы и тиксотропные материалы, гигроскопичны и хотя бы частично диссоциируют на ионы, то сопротивление изоляции падает.

    Рис. 38. Дендриты

    Компания «KOKI», кроме классических методов, применяет собственные, более жесткие испытания.

    — Коррозия. Для испытания флюса на коррозионную агрессивность (см. рис. 39) применяют два метода: тест на коррозию медной пластины и медного зеркала. В зависимости от применяемых стандартов (IPC, JIS и т. д.), методики будут отличаться. Детали методик смотрите в соответствующих стандартах.

    — Ионные загрязнения. Это испытание оговаривается в стандарте MIL. При погружении оплавленной платы в водный раствор изопропилового спирта на ионографе по сопротивлению определяют количество ионных остатков. Полученную величину сопротивления пересчитывают в NaCl (г/см 2 ). Уровень ионных остатков, допустимый по МIL для паст с флюсом RMA, не должен превышать 3,1 г/см 2 . Однако, поскольку этот тест определяет ионное загрязнение, вызванное не только флюсом, но и подложкой и компонентами, то получаемые результаты используют только для справки.

    Рис. 39. Тест на коррозионную стойкость

    Остатки флюса

    Флюс паяльной пасты состоит из растворителей и твердых веществ: смол, активаторов, тиксотропных материалов. Содержание твердых веществ во флюсах паяльных паст «KOKI» составляет до 60–70%, причем большая часть этих веществ после пайки остается на поверхности изделия в виде остатка.

    Поскольку столь большое количество твердых веществ поддерживает заданные реологические и другие свойства пасты, то понятно, что, не прибегая к пайке в среде азота, снизить их содержание технически трудно.

    При разработке новых флюсов производители стремятся к тому, чтобы смолы во флюсе были по возможности бесцветными — это улучшает косметический вид платы после пайки.

    Контролепригодность изделий

    По мере миниатюризации электронных компонентов и роста плотности монтажа становится все труднее разместить на плате необходимые контрольные точки для проверки цепей. Поскольку при отсутствии таких площадок щупы тестера контактируют непосредственно с галтелью припоя, состояние и расположение остатков флюса на месте пайки становится важным фактором тестируемости схемы.

    Типичные факторы, затрудняющие контакт щупа с металлом, и меры преодоления проблем приводятся в таблице 5.

    Таблица 5. Факторы, затрудняющие тестирование изделия, и методы их преодоления

    Факторы Меры преодоления
    Объемный остаток флюса Поскольку толстый осадок снижает проводимость и ухудшает контакт щупа, следует, насколько это возможно, снизить содержание твердых веществ
    Растекаемость флюса Как и в приведенном выше случае, для лучшего контакта желательно иметь по возможности более тонкий слой остатков флюса. Флюс следует составлять так, чтобы во время пайки он обтекал кромку припоя и оставлял на нем как можно более тонкий слой осадка
    Твердость остатка При ударе пробника по остатку флюса он растрескивается, и его кусочки прилипают к носику щупа, что ухудшает электропроводность. Поэтому нужно подбирать компоненты флюса так, чтобы его остатки сохраняли определенную пластичность
    Конструкция тестера (тип щупа, контактное давление, местоположение контакта и т.д.) Использование одноштырьковых пробников, увеличение давления при контакте и т.д.

    Однако реализовать хорошую тестируемость по приведенным рекомендациям на практике проблематично, и вот почему:

    Читайте также:  Стеллаж для игрушек своими руками из коробок

    — Уменьшение количества твердых составляющих флюса отрицательно скажется на других характеристиках пасты, таких как печатаемость, срок жизни, клейкость, паяемость.

    — Растекание флюса можно регулировать использованием смол, канифолей и тиксотропных материалов с низкой температурой плавления. Например, температура плавления канифоли марки WW («прозрачная, как вода») составляет всего 80°С, но ее применение в композиции флюса вызывает серьезные проблемы с осадкой пасты.

    — Твердость остатков флюса. Подобно растекаемости, твердость остатков флюса теоретически можно регулировать с помощью легкоплавких смол. На деле же для стойкости к осадке приходится вводить смолы с более высокой температурой размягчения, например смолы, полимеризованные абиетиновой кислотой. Такие смолы размягчаются при температуре порядка 140°С, и из-за них растрескиваются остатки флюса. После тщательных проработок специалисты компании «KOKI» пришли к выводу, что для предотвращения растрескивания остатков флюса они должны сохранять некоторую пластичность, чтобы щуп тестера легко проходил через слой остатков флюса даже при комнатной температуре.

    Рис. 40. Окисление в воздушной среде и в среде азота

    ОСОБЕННОСТИ ПАЙКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ В СРЕДЕ АЗОТА

    Паяльные пасты с размером зерна менее 10 мкм сильно окисляются при нагреве в атмосферном воздухе, потому что отношение площади поверхности частицы припоя к ее объему обратно пропорционально радиусу частицы, а толщина окисной пленки не зависит от размера частицы. Чем мельче размер зерна, тем большее количество металла окислится.

    Для предотвращения повторного окисления паяльной пасты в процессе оплавления применяется пайка в среде азота. В конвекционную печь оплавления подается не атмосферный воздух, а практически чистый азот с содержанием кислорода Паяльные пасты: Все о главном. Часть 1

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

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

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

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

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

    Особенности состава и преимущества

    Важно! При выборе склоняйтесь к покупке фирменных сертифицированных товаров, таких как паяльная паста R562 Kester. Производитель обеспечивает стабильную работу продукции, высокие технологические характеристики, надежное смачивание контактов, постоянство состава партий, соответствие заявленным параметрам, в том числе объема и веса.

    Выбор паяльной пасты основан на ее химическом составе, определяющем основные технические характеристики шва (пластичность, прочность, t и т. д.). По системе классификации одним из условий разделения пасты является температурный режим, при котором «работает» смесь. Марки для пайки печатных плат, разъемов работают в диапазоне 180-300 °С, в то время как паста для высокотемпературной пайки превышает порог 450-500 °С и может достигает 1100 °С. В качестве основы ее состава может быть взято серебро, медь. Сюда же могут выборочно входить:

    Паста паяльная низкотемпературная изготавливается на основе олова, свинца, с дополнительным использованием сурьмы, которая снижает температуру плавления до 90 °С. Основные марки имеют состав: Sn63Pb37, Sn60Pb40, Sn62Pb36Ag2. В бессвинцовые продукты входит в качестве основного компонента медь, добавочного — серебро. Также составляющими пасты определяются следующие критерии:

    • Необходимость смывки остаточного флюса. Применяемые вещества могут быть 3 степеней активности. Использование малоактивных флюсов (с содержанием галогенов до 5%) позволяет не применять смывку после окончания пайки при работе изделия в нормальных условиях.
    • Растворимость. Пасты, имеющие в своей основе воду, могут разбавляется до различной консистенции, в зависимости от формы конструкции и желаемых результатов.
    • Содержание галогенов. Диапазон их содержания варьируется в пределах 0-7%. Это активные элементы, которые при сложных условиях эксплуатации (а при высоком содержании — даже при нормальных) вызывают окисление поверхности, разрушая соединительный слой. Но благодаря своей неполной электронной формуле, они активны при взаимодействии с другими элементами.

    Паяльная паста с оловом имеет самое большое количество модификаций как по химическим элементам, так и по используемым флюсам. Последние без применения галогенов или с их низким содержанием, а также при эксплуатации приборов в нормальных условиях могут использоваться как безотмывочная паяльная паста.

    Классификация паяльной пасты

    Низкокислотная паяльная паста тоже является эффективной. Отличается высокой адгезией припоя к металлу и хорошо смывается после пайки.

    В качестве варианта можно найти продукцию, в состав которой не входит припой. Это паста паяльная ППВ 111. Применяется она для обработки поверхности и имеет 3 степень активности (высокую). Отлично работает с оловянно-свинцовыми и бессвинцовым припоями, смывается водой (t до 80 °С). Используется паяльная паста для поверхностного монтажа микросхем типа BGA, PGA, PLCC, QFP, CSP. Плавление происходит при t 40-45 °С, полная активность — при 120-300 °С. Также проводится лужение паяльной пастой, после чего нужна смывка.

    Разновидности

    Основой выбора являются свойства металла, для которого она используется.

    • Хром-никель. Для таких сплавов подходят пасты, имеющие в составе: никель, хром и легирование бором, бериллием и кремнием. Относятся они к твердым сплавам и наилучшим образом сплавляются в защитной атмосфере (вакуум, аргон).
    • Медь. Используются сплавы медно-серебряные, для снижения t плавления могут легироваться оловом и/или свинцом.
    • Алюминий. Применимы припои олово-цинк.
    • Серебро, золото (к ним относятся любые другие сплавы, покрытые этими элементами). Универсальная паста на основе серебра с добавлением меди и цинка.

    Выбор материала зависит от соединяемого металла, например, паяльная паста для авто может использоваться 2 типов:

    • для жестяного кузова применяется олово-свинец или же сплав олова и одного из металлов: меди, индия, серебра;
    • для алюминиевого кузова — олово-цинк.

    Применение паяльной пасты при пайке электронных плат

    Рекомендации по применению

    Важно! При покрытии пастой платы большой поверхности используется паяльный фен, который способствует равномерному нагреву, исключая коробление детали. При локальном соединении — паяльник

    Чтобы выполнять качественную пайку пастами, нужно знать их принцип работы. В их состав, помимо основных металлов, входят: мелкодисперсный флюс, связывающая органика и при необходимости активаторы (как правило, в марках на водной основе и без использования галогенов). При нагревании связывающее вещество сгорает и испаряется. На поверхности остается действующий состав, и при дальнейшем нагреве происходит оплавление паяльной пасты и соединение поверхностей. В некоторых марках эти этапы совпадают и происходят одновременно:

    • Для ускорения процесса просушки можно использовать нижний подогрев. Также спокойным потоком теплого воздуха обеспечивается растекание флюса. Процесс плавления происходит при температуре 40-45 °С, активация — 180-300 °С.
    • После испарения флюса увеличивается температура подогрева фена. Тепловая обработка должна соответствовать заявленной в паспортных данных. Недогрев снижает прочностные свойства, перегрев может разрушить старую пайку на соединенных ранее деталях.
    • Все особенности режима определяются визуально, для чего может понадобиться провести несколько пробных операций.
    • По окончании проводится очистка (если таковая предусматривается технологией).

    Заключение

    Паста является эффективным заменителем обычных припоев при правильном подборе марки и флюса, входящего в ее основу. Наиболее применяемые — паста для пайки оловом с добавлением свинца или же бессвинцовая с добавлением серебра, меди, висмута или индия. Удобное нанесение, чистота платы, благодаря точечному нанесению, дозирование в точных количествах — все это позволяет экономно и рационально использовать этот материал. Единственный недостаток, которым обладают некоторые марки, — это небольшой срок годности — 3-6 месяцев, после чего консистенция может разделиться по фазам.

    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    ТурбоЗайм
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!:

    Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.

    Adblock detector