Как самому сделать паяльную пасту

Обзоры паяльных паст

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.

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. Но попробовав его в работе, был приятно удивлён. Впрочем не обошлось и без нюансов, о которых нужно знать. Вот про это всё и поговорим в обзоре.

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. Но после того, как я наткнулся на бюджетный технический фен, было принято решение о приобретении совместно с ним и паяльной пасты. Выбор был сделан спонтанно, в основном опираясь на данные со страничек продавца, и пал на пасту MECHANIC XG-50.

Источник

Какую пасту купить

Самый популярный производитель — это Mechanic. Продается в шприцах и баночках. Температура плавления 180 °C. Хранится при температуре от 0 до +10°C.

Кстати, диаметр шариков бывает меньше 20 микрон. Поэтому домашнее изготовление пасты сильно уступает заводскому методу.

С каким флюсом использовать

Спирто-канифоль и паяльный жир не подходят. Они много дымят и плохо смачивают поверхность шариков, которые сформировались после пасты. Лучше используйте пастообразные флюсы.

Их бюджетных вариантов подойдет RMA 223 или его высококачественные клоны.

Не покупайте флюсы дешевле 4$. Они слабые, плохо выполняют свои функции, дымят и не соответствуют качеству для BGA пайки.

Отечественный флюс Interflux (интерфлюкс) IF 8300.

Из дорогих и проверенных можно попробовать Martin HT00.0017.

Что такое СМД и основные принципы

Применение флюса для пайки СМД компонентов имеет свои особенности, которые позволяют улучшить соединение поверхности микросхем и плат. Общая рекомендация по применению флюса для пайки SMD эффективны к чип-резисторам, а также SOIC, LQFP, QFN и другие. Нанесение тончайшего слоя материала позволяет осуществлять производственную пайку без ущерба качества. Кстати, дословно с английского значение паста для пайки SMD, переводится как «использование компонентов для поверхностной пайки»(Surface Mounted Devices). Как видно из рабочего названия пасты, она позволяет обеспечить достаточную монтажную плотность соединения по сравнению с обычными технологиями.

Процесс пайки SMD компонента

Большинство умельцев ошибочно считает, что использование СМД-компонентов непрактично в домашних условиях. Большинство мастеров считает, что только ТН-технология может понадобиться в домашних условиях, хотя главная проблема, это выбор правильного диаметра жала паяльника. Неопытные мастера действительно не знают тонкостей применения пайки SMD паяльной пастой, так как результатом работы является «заляпывание» оловом СМД – контактов печатной платы. Чтобы избежать типичных ошибок, следует учитывать некоторые параметры: капиллярный эффект, который должен иметь тонкую структуру строения, а также поверхностное натяжение и правильное смачивание обрабатываемой поверхности. Игнорирование поставленных задач не сможет в полной мере ответить на трудный вопрос, какой флюс лучше для пайки SMD в домашних или промышленных масштабах.

Качественный контакт с ножками микросхемы платы с SMD компонентами происходит по одной простой причине, эффект начинает оказывать сила общего действия натяжения, которая формирует отдельные независимые капли образования на поверхности платы олова.»

Как видно из общего описания, действия мастера сведены к минимуму и флюс для пайки SMD компонентов осуществляет только разогрев ножек применяемых частей микродеталей. Помните, при работе с очень мелкими компонентами и деталями может произойти схватывание (непредвиденное соединение) технологических элементов к жалу работающего горячего паяльника, что негативно сказывается на дальнейшей работе микросхемы.

Необходимые свойства

Существует множество рекомендаций от умельцев, каждый из которых опирается на собственный опыт и возможности. Конечный продукт после реализации любого совета должен иметь основные качества, без которых паста для пайки не сможет выполнить требуемые функции.
Важными являются следующие свойства:

• устойчивость к окислению;
• гомогенное состояние;
• отсутствие склонности к расслаиванию;
• приемлемая вязкость;
• достаточная клейкость;
• легкость удаления остатков;
• исключение разбрызгивания при пайке;
• отсутствие негативного влияния на детали;
• хорошая растворимость в традиционно применяемых жидкостях.

Как показывает опыт мастеров паяльную пасту, соответствующую всем приведенным критериям можно изготовить своими руками в домашних условиях.

Особенности технологии в заводских условиях

Для промышленного производства паста для пайки SMD компонентов адаптирована под групповую систему, где задействована электронная система нанесения флюса по поверхности микросхемы. На поверхности контактных рабочих площадках используют тонкую технологию нанесения при помощи шелкографии. Таким образом, по своей технологии и консистенции материал чем-то напоминает нам привычную зубную пасту. Субстанция включает в себя припой порошка, а также компоненты флюса. Вся субстанция перемешивается и конвейерным способом наносится на поверхность микросхемы.

Внешний вид пасты для СМД

Автоматизированная система аккуратно переворачивает платы, которые необходимо запаять, далее микросхемы перемещаются в температурный шкаф, где происходить растекание массы с последующим припоем. В печи, под воздействие требуемой температуры происходит условное обтекание технологических контактных ножек SMD компонентов, и в итоге получается довольно прочное соединение. После температурного шкафа микросхему снова перемещают в естественную среду, где происходит остывание.

Можно ли самостоятельно паять пастой SMD?

Теоретически да, но практически нужен довольно большой опыт для проведения данной технологической операции. Для работы нам понадобятся следующие инструменты и препараты:

Флюс всегда должен быть в жидком состоянии, таким образом, вы полностью обеззараживаете поверхность микросхемы. Кроме этого, препарат в процессе работы убирает образование окислов на поверхности платы. Помните, что спиртовой раствор совместно с канифолью не могут обеспечить качество пайки, и их применение допустимо только в том случае, если нет под рукой подходящего состава для пайки.

Выбор паяльника

Для работы требуется подобрать специальный паяльник, который имеет регулировку диапазона нагрева. Для работы с микросхемой подойдёт паяльник, который имеет рабочую температуру нагрева не боле +250…+300 С. Если под рукой нет такого паяльника, допускается использовать устройство с мощностью от 20 до 30 Вт и не более 12-36 Вольт.

Паяльник с напряжением 220 Вольт не сможет обеспечить качество пайки, где очень трудно регулировать требуемую температуру нагрева флюса.

Паяльник для пайки СМД компонентов

Не советуем применять паяльник с жалом типа «конус», это приведёт к повреждению обрабатываемой поверхности. Самым оптимальным жалом является тип «микроволна». Паяльник с напряжением 220 Вольт не только быстро нагревается, но и приводит к тому, что в процессе пайки происходит улетучивание компонентов. Для эффективной работы паяльника, рекомендуем использовать тончайшую проволочку для обеспечения взаимодействия жала, флюса и припоя.

Но, для микросхемы процедура пайки немного отличается от вышеприведённой:

В некоторых случаях допускается использовать для пайки специальный паяльный фен, но для этого необходимо создать подобающие рабочие условия. Помните, что фен допускается разогревать только до температуры +250 С, не более (в редких случаях до +300 С).

Источник

Паяльная паста и ее свойства

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

Добиться качественной пайки можно только в той ситуации, если были соблюдены все условия и срок хранения паяльной массы. У большей части ингредиентов подобных составов срок годности не более полугода. Хранить их нужно при температуре +2…+10°C. В помещении не должно быть слишком холодно или жарко. Уровень влажности воздуха при этом не должен превышать 80%. Перед применением состава его нужно разогреть до комнатной температуры и лишь после этого открывать банку или извлекать субстанцию из шприца. В некоторых случаях на прогрев уходит около 5-6 часов.

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

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

Применение

Применяется в основном для BGA, SMD, восстановления контактов и пайки разъемов.

Температура плавления зависит от производителя. Обычно это до 200 °C.

Восстанавливать контакты можно за счет тех самых микрошариков. Они создают обширную залуженную поверхность под воздействием температуры.

Оторванные и слегка поврежденные пяточки восстанавливаются пастой.

Пастой можно паять что угодно, вопрос в целесообразности. Например, пайка проводов будет неэкономичной по сравнению с обычным припоем.

Важные технические характеристики

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

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

Изготовление в домашних условиях

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

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

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

Преимущества применения

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

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

Источник

Лужение и пайка кузова автомобиля

Сви­нец не жела­тель­но при­ме­нять на тон­ком метал­ле или быть осто­рож­ным, что­бы не пере­греть тон­кий листо­вой металл, тем самым, осла­бив его. Теп­ло­вой дефор­ма­ции могут под­вер­гать­ся осо­бен­но плос­кие пане­ли, так как име­ют мень­шую жёст­кость, в срав­не­нии с выпук­лы­ми фор­ма­ми и пане­ля­ми, име­ю­щи­ми рёб­ра жёсткости.

Про­цесс луже­ния и пай­ки кузо­ва (нане­се­ние припоя):

• Сна­ча­ла поверх­ность долж­на быть очи­ще­на от крас­ки и воз­мож­ной ржав­чи­ны. Исполь­зуй­те ней­ло­но­вый зачист­ной круг, кото­рый не уда­ля­ет металл при чист­ке. Зачи­щай­те поверх­ность мини­мум на 5 см с запа­сом по кра­ям. Про­три­те поверх­ность обез­жи­ри­ва­те­лем или ацетоном.
• Нане­си­те кистью флю­со­вую пас­ту для при­поя на ремон­ти­ру­е­мую область с запа­сом по краям.
• Далее поверх­ность с нане­сён­ной пас­той разо­гре­ва­ет­ся про­па­но­вой горел­кой (или дру­гим источ­ни­ком пла­ме­ни или горя­че­го воз­ду­ха) до момен­та, когда при­об­ре­тёт сереб­ри­сто-корич­не­вый пени­стый вид. Когда это про­изой­дёт, возь­ми­те чистую хлоп­ко­вую тряп­ку и вытри­те излиш­ки флю­са. Чистой хлоп­ко­вой тряп­кой нуж­но раз­ров­нять слой и сте­реть остат­ки флю­са. Долж­но полу­чить­ся ярко-сереб­ри­стое покры­тие. Важ­но не пере­гре­вать пас­ту для луже­ния, ина­че пас­та будет сожже­на и её при­дёт­ся счи­щать и нано­сить зано­во. Пла­ме­нем нуж­но водить, не задер­жи­ва­ясь на одном месте. Нуж­но исполь­зо­вать толь­ко кон­чик пламени.
• Мож­но при­ме­нить дру­гой метод луже­ния метал­ла кузо­ва. Нуж­но нагреть панель (не докрас­на). После разо­гре­ва поверх­но­сти исполь­зуй­те мед­ную мочал­ку для посу­ды, что­бы нане­сти флю­со­вую пас­ту. Удер­жи­вая плос­ко­губ­ца­ми или зажи­мом для свар­ки, её нуж­но намок­нуть во флю­со­вую пас­ту и начать про­ти­рать нагре­тую поверх­ность, про­дол­жая под­дер­жи­вать нагрев пане­ли пла­ме­нем. После луже­ния, остат­ки от флю­са нуж­но тща­тель­но смыть с поверх­но­сти рас­тво­ром горя­чей воды с содой.
• Нуж­но пред­ва­ри­тель­но под­го­то­вить дере­вян­ный блок для раз­рав­ни­ва­ния нане­сён­но­го при­поя. Если он не новый и уже исполь­зо­вал­ся, то нуж­но убрать остат­ки соста­ва, предот­вра­ща­ю­щим при­ли­па­ние к при­пою, кото­рый был на него нане­сён в про­шлый раз. Для это­го мож­но отшли­фо­вать его круп­но­зер­ни­стой шли­фо­валь­ной бума­гой. Подош­ва бло­ка долж­на быть чистой и ров­ной. Далее его нуж­но сма­зать жиром (или пче­ли­ным вос­ком), что­бы он не при­ли­пал к при­пою, а лег­ко сколь­зил по его поверх­но­сти. В про­цес­се рабо­ты, может пона­до­бить­ся сно­ва нане­сти смазку.

Нане­се­ние и раз­гла­жи­ва­ние припоя.

• Тех­но­ло­гия нане­се­ния при­поя может быть раз­ной. Мож­но нагреть панель и при­пой и нане­сти его на поверх­ность гор­ка­ми в несколь­ких местах. Потом сно­ва нагреть эти гор­ки и раз­ров­нять дере­вян­ным бло­ком. Есть дру­гой спо­соб. Нуж­но разо­греть поверх­ность кузо­ва, поста­вить стер­жень при­поя под углом 45 гра­ду­сов к поверх­но­сти и разо­греть его кон­чик до момен­та, когда он нач­нёт пла­вить­ся. Далее нуж­но наплав­лять при­пой полос­ка­ми, дви­гая при­пой вдоль поверхности.
• После нане­се­ния поло­сок нуж­но сно­ва разо­греть при­пой и начать раз­рав­ни­вать дере­вян­ным бло­ком, под­дер­жи­вая нуж­ную температуру.

Раз­гла­жен­ный при­пой (сле­ва) и при­пой, обра­бо­тан­ный кузов­ным напиль­ни­ком (спра­ва).

• При обра­бот­ке боль­шой пло­ща­ди, мож­но удер­жи­вать в руке несколь­ко стерж­ней при­поя. Как и в слу­чае со шпа­клёв­кой, нано­сить при­пой нуж­но немно­го даль­ше повре­ждён­ной обла­сти и выше обще­го уров­ня всей пане­ли, с запа­сом. Луч­ше потом сре­зать напиль­ни­ком изли­шек при­поя, чем добав­лять его после засты­ва­ния. При рабо­те на вер­ти­каль­ных поверх­но­стях пра­виль­ный нагрев при­поя наи­бо­лее важен. Не страш­но, если при­пой при разо­гре­ве и нане­се­нии будет немно­го капать. Нуж­но про­сто немно­го уве­ли­чить рас­сто­я­ние пла­ме­ни от поверхности.
• Сле­ду­ю­щим шагом, после осты­ва­ния при­поя, нуж­но очи­стить поверх­ность рас­тво­ром соды в воде, что­бы ней­тра­ли­зо­вать остат­ки флю­са, а так­же сте­реть остат­ки мас­ла от вырав­ни­ва­ю­щей лопат­ки или бло­ка. Этот этап осо­бен­но актуа­лен, если остат­ки флю­са сти­ра­лись про­стой тряп­кой (см. пункт №3). Сме­шай­те пище­вую соду (2 или 3 сто­ло­вые лож­ки) на 1 литр воды и нане­си­те губ­кой, тряп­кой или скотч-брай­том (что­бы отте­реть въев­ший­ся от нагре­ва флюс), тща­тель­но вымой­те поверх­ность этим сред­ством, потом высу­ши­те феном или сжа­тым воз­ду­хом. После это­го обра­бо­тай­те наждач­ной бума­гой на сухую и покрой­те кис­лот­ным грун­том. После это­го нуж­но обмыть поверх­ность чистой водой. Далее мож­но про­дуть поверх­ность, про­те­реть обез­жи­ри­ва­те­лем или ацетоном.
• Далее исполь­зуй­те спе­ци­аль­ный кузов­ной напиль­ник, что­бы выров­нять при­пой по фор­ме пане­ли. Более подроб­но о при­ме­не­нии напиль­ни­ка може­те про­чи­тать в ста­тье “рих­тов­ка сво­и­ми рука­ми”. После обра­бот­ки напиль­ни­ком, поверх­ность ста­но­вит­ся доста­точ­но глад­кой. При­пой сре­за­ет­ся напиль­ни­ком гораз­до быст­рее, чем при­ле­га­ю­щая поверх­ность, поэто­му пери­о­ди­че­ски про­ве­ряй­те фор­му при­поя, что­бы не сре­зать лиш­не­го. При обра­бот­ке напиль­ни­ком, дви­гай­те его диа­го­наль­но вдоль ремонт­ной поверх­но­сти, при­под­ни­мая перед­нюю часть напиль­ни­ка. Если обра­ба­ты­ва­е­те при­пой со свин­цом шли­фо­валь­ной бума­гой, то луч­ше не исполь­зо­вать раз­мер абра­зи­ва мень­ше p80, что­бы пыль от шли­фо­ва­ния не была слиш­ком мел­кой. Напиль­ни­ком нуж­но дви­гать наис­ко­сок, что­бы зазуб­ри­ны и края не вре­за­лись в при­пой и не остав­ля­ли цара­пин. Обра­бот­ка шли­фо­валь­ной машин­кой не долж­на про­из­во­дить­ся, так как обра­зу­ет­ся и под­ни­ма­ет­ся в воз­дух ток­сич­ная пыль, кото­рая вред­на для здо­ро­вья, а так­же может при­лип­нуть к при­пою и вызы­вать коррозию.

Кузов­ным напиль­ни­ком нуж­но дви­гать по диагонали.

• При необ­хо­ди­мо­сти, мож­но нане­сти тон­кий слой шпа­клёв­ки, что­бы дове­сти поверх­ность до иде­а­ла. Для повы­ше­ния адге­зии перед шпа­кле­ва­ни­ем или грун­то­ва­ни­ем акри­ло­вым грун­том, на поверх­ность с нане­сён­ным и обра­бо­тан­ным при­по­ем мож­но нане­сти эпок­сид­ный грунт (см. ста­тью “эпок­сид­ный грунт, при­ме­не­ние”).

Паяльная паста для smd какая лучше с припоем

Михаил Нижник

, генеральный директор, ООО «Группа МЕТТАТРОН»

Автор обобщает сведения о свойствах и поведении паяльных паст при пайке, опираясь на обширный опыт работы с паяльными пастами . Статья будет интересна технологу, работающему на линии поверхностного монтажа.

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

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. Это объясняется более высокой химической активностью остатков флюса. Таким образом, паяемость и надежность, в большинстве случаев, — взаимоисключающие факторы.

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. Поскольку активирующее действие органических кислот гораздо слабее, чем у галогенсодержащих компонентов, стараются ввести в систему флюса пару десятков относительно активных органических кислот.

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 ) 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. Благодаря высокой температуре активации, безионный активатор в сочетании с тщательно подобранными органическими кислотами делает активацию на стадии оплавления более длительной. В результате паяемость улучшается не в ущерб надежности.

Вот примеры популярных типов паст:

Состав паяльных паст

Паяльные пасты состоят из припоя и флюса (см. рис. 2). При выборе комплекса припой + флюс для паяльной пасты учитывают характеристики, приведенные на рис. 3.

Для производства порошка припоя используют методы газового и центробежного распыления. Особенности метода газового распыления:

— получение частиц малого размера;

— легкость управления процессом образования окисной пленки на поверхности частиц;

— низкий уровень окисления частиц припоя.

Полученные частицы порошка припоя имеют размеры 1–100 мкм. На распределение размеров частиц припоя и их диаметр влияет скорость подачи припоя, скорость вращения шпинделя и содержание кислорода.

Рис. 4. Получение порошка припоя газовым распылением

Порошок получают в емкости высотой около 5 м и диаметром 3 м, которая заполнена азотом и кислородом очень малой плотности (см. рис. 4). Слитки припоя плавят в тигле, расположенном в верхней части резервуара. Расплавленный припой капает вниз на шпиндель, вращающийся с большой скоростью. Когда капли припоя попадают на шпиндель, происходит разбрызгивание припоя в направлении стенок резервуара, при этом припой приобретает сферическую форму и затвердевает до того, как эти частицы достигнут стенки резервуара.

Рис. 5. Степень окисления частиц припоя в зависимости от их размера

Затем порошковый припой попадает на сортировочное сито, где лучше всего использовать метод двойной сортировки порошка припоя. На первой стадии порошок сортируют струей азота от воздуходувки. При этом отсеиваются частицы с размерами меньше нужного. Затем порошок идет на сито, где задерживаются частицы с размерами, превышающими заданные величины.

Паяльные пасты с размером частиц 20–38 мкм применяются при монтаже печатных плат с шагом апертур трафарета до 0,4 мм, а с размером 20–50 мкм — для шага от 0,5 мм.

На качество порошков влияют два фактора.

Распределение размера частиц влияет на реологию паяльных паст, печать, растекаемость, характер отделения от трафарета и показатели осадки паст. Минимальный размер апертур трафарета зависит от минимального размера контактных площадок на печатной плате, при этом максимальный размер апертуры меньше или равен размеру контактной площадки. Нужный размер частиц подбирайте из расчета, что в самую маленькую апертуру трафарета должно гарантированно уместиться не менее 5 частиц припоя, как показано на рис. 12.

Второй компонент паяльной пасты — это флюс. Роль флюса в паяльных пастах та же, что и при пайке «волной припоя», или селективной пайке. Флюс должен:

— удалить оксидную пленку и предотвратить повторное окисление в процессе пайки. Металлические поверхности в условиях высоких температур при оплавлении быстро окисляются. Твердые компоненты флюса при этих температурах размягчаются и переходят в жидкое состояние, покрывая и защищая спаиваемые поверхности от повторного окисления. Флюс восстанавливает металл и удаляет оксидную пленку с поверхности контактов электронных компонентов, финишного покрытия печатной платы и поверхности порошка припоя;

— удалить загрязнения. Впрочем, флюс не справится с большим количеством пото-жировых отпечатков, поэтому лучше плату брать в руки в перчатках;

— обеспечить стабильность вязкости пасты, требующуюся при печати и оплавлении.

Основные флюсующие компоненты и их роль указаны в таблице 3.

Таблица 3. Основные флюсующие компоненты и их роль

Рассмотрим теперь факторы, влияющие на качество печати.

Рис. 6. Факторы, влияющие на качество печати

Михаил Нижник

, генеральный директор, ООО «Группа МЕТТАТРОН»

Автор обобщает сведения о свойствах и поведении паяльных паст при пайке, опираясь на обширный опыт работы с паяльными пастами . Статья будет интересна технологу, работающему на линии поверхностного монтажа.

1. Классификация паяльных паст
2. Состав паяльных паст
3. Как добиться высокого качества печати
4. Рекомендумые паяльные пасты

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

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. Это объясняется более высокой химической активностью остатков флюса. Таким образом, паяемость и надежность, в большинстве случаев, — взаимоисключающие факторы.

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. Поскольку активирующее действие органических кислот гораздо слабее, чем у галогенсодержащих компонентов, стараются ввести в систему флюса пару десятков относительно активных органических кислот.

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 ) 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. Благодаря высокой температуре активации, безионный активатор в сочетании с тщательно подобранными органическими кислотами делает активацию на стадии оплавления более длительной. В результате паяемость улучшается не в ущерб надежности.

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

вернуться к содержанию

Состав паяльных паст

Паяльные пасты состоят из припоя и флюса (см. рис. 2). При выборе комплекса припой + флюс для паяльной пасты учитывают характеристики, приведенные на рис. 3.

Порошок припоя

Для производства порошка припоя используют методы газового и центробежного распыления. Особенности метода газового распыления:

— получение частиц малого размера;

— легкость управления процессом образования окисной пленки на поверхности частиц;

— низкий уровень окисления частиц припоя.

Полученные частицы порошка припоя имеют размеры 1–100 мкм. На распределение размеров частиц припоя и их диаметр влияет скорость подачи припоя, скорость вращения шпинделя и содержание кислорода.

Рис. 4. Получение порошка припоя газовым распылением

Порошок получают в емкости высотой около 5 м и диаметром 3 м, которая заполнена азотом и кислородом очень малой плотности (см. рис. 4). Слитки припоя плавят в тигле, расположенном в верхней части резервуара. Расплавленный припой капает вниз на шпиндель, вращающийся с большой скоростью. Когда капли припоя попадают на шпиндель, происходит разбрызгивание припоя в направлении стенок резервуара, при этом припой приобретает сферическую форму и затвердевает до того, как эти частицы достигнут стенки резервуара.

Рис. 5. Степень окисления частиц припоя в зависимости от их размера

Затем порошковый припой попадает на сортировочное сито, где лучше всего использовать метод двойной сортировки порошка припоя. На первой стадии порошок сортируют струей азота от воздуходувки. При этом отсеиваются частицы с размерами меньше нужного. Затем порошок идет на сито, где задерживаются частицы с размерами, превышающими заданные величины.

Паяльные пасты с размером частиц 20–38 мкм применяются при монтаже печатных плат с шагом апертур трафарета до 0,4 мм, а с размером 20–50 мкм — для шага от 0,5 мм.

На качество порошков влияют два фактора.

Распределение размера частиц влияет на реологию паяльных паст, печать, растекаемость, характер отделения от трафарета и показатели осадки паст. Минимальный размер апертур трафарета зависит от минимального размера контактных площадок на печатной плате, при этом максимальный размер апертуры меньше или равен размеру контактной площадки. Нужный размер частиц подбирайте из расчета, что в самую маленькую апертуру трафарета должно гарантированно уместиться не менее 5 частиц припоя, как показано на рис. 12.

вернуться к содержанию

Флюс

Второй компонент паяльной пасты — это флюс. Роль флюса в паяльных пастах та же, что и при пайке «волной припоя», или селективной пайке. Флюс должен:

— удалить оксидную пленку и предотвратить повторное окисление в процессе пайки. Металлические поверхности в условиях высоких температур при оплавлении быстро окисляются. Твердые компоненты флюса при этих температурах размягчаются и переходят в жидкое состояние, покрывая и защищая спаиваемые поверхности от повторного окисления. Флюс восстанавливает металл и удаляет оксидную пленку с поверхности контактов электронных компонентов, финишного покрытия печатной платы и поверхности порошка припоя;

— удалить загрязнения. Впрочем, флюс не справится с большим количеством пото-жировых отпечатков, поэтому лучше плату брать в руки в перчатках;

— обеспечить стабильность вязкости пасты, требующуюся при печати и оплавлении.

Основные флюсующие компоненты и их роль указаны в таблице 3.
Таблица 3. Основные флюсующие компоненты и их роль

Рассмотрим теперь факторы, влияющие на качество печати.

Рис. 6. Факторы, влияющие на качество печати

вернуться к содержанию

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.

Рекомендуем высококачественные паяльные пасты для поверхностного монтажа от японского производителя KOKI.

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.

Трафареты

Способы изготовления трафаретов (см. рис. 7):

— химическое травление;

— лазерная резка;

— гальванопластика.

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. Эта проблема легко решается путем электрополировки трафаретов, которая убирает шероховатость со стенок апертур, что позволяет использовать такие трафареты при размере апертур до 0,2 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 паяльная паста при отделении от подложки
Таблица 4

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).

вернуться к содержанию

Ракели

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 паяльной пасты под шаблон при неправильном выборе пары ракель/вязкость пасты

Советуем прочитать:

1. Паяльные пасты: Всё о главном. Часть 2
2. Паяльные пасты: Всё о главном. Часть 3
3. Паяльные пасты: Всё о главном. Часть 4
4. Хранение паяльных материалов. Часто возникающие вопросы.