Паяльні пасти: переваги, різновиди, особливості використання. Як паяють SMD-компоненти Яка паяльна паста хороша
G5-SM800, G4(A)-SM833, G5(A)-SM833
Пасти з флюсом, що не вимагають відмивання, що складаються з RMA-флюсу і припойного порошку, слабо схильного до процесів окислення і з рівномірним розподілом частинок постійної, строго сферичної форми.
Флюс, що застосовується, є продуктом нового покоління, що не вимагає відмивання. Флюс, що використовується, не містить галогенів. Це дозволяє поліпшити як технологічні властивості припою, а й значно збільшити надійність виробів. Споживачами нашої пасти відзначена дуже хороша розтікання припою по інверсійному золоту (як паст з активним флюсом) і поліпшена паяння елементів виготовлених за безсвинцевими технологіями. Це особливо важливо в період, коли частина елементів виготовлена за старими технологіями (з використанням свинцю), а висновки іншої частини елементів не містять свинцю, наприклад, зі сплаву срібло-паладій.
- Сплави, що використовуються: Sn63/Pb37; Sn62/Pb36/Ag2
- Не вимагає відмивання – після паяння залишки флюсу не сприяють корозії та іншим процесам, що спричиняють погіршення електронних характеристик виробу.
- Висока змочуваність під час процесу оплавлення. Забезпечує якісне видалення оксидних плівок з поверхонь паяних металів.
- Висока надійність паяних сполук, що утворюються.
- Не викликають утворення кульок припою поблизу контактних майданчиків.
- Застосовуються для компонентів із малим кроком висновків
- Не сприяють утворенню перемичок між висновками компонентів після паяння рахунок різкого осадження.
- Тривалий термін зберігання за мінімальної зміни в'язкості.
| G5-SM800 тип 4 | G4(A)-SM833 тип 3 | G5(A)-SM833 тип 4 | Од. змін. | ||
| Припій | склад | Sn63/Pb37 | Sn62/Pb36/Ag2 | Sn62/Pb36/Ag2 | - |
| Флюс | Тип | RМА | RМА | RМА | - |
| Паста | Зміст флюсу | 9.5±0.2 | 9.5±0.2 | 9.5±0.2 | % |
http://fr4.ru/upload/fr4/paste/reflow_profile.pdf
Водозмивні паяльні пасти Union Soltek.
G4-WS500, G4А-WS500
Відмінною особливістю цих паст є високотехнологічність пасти з водорозчинним флюсом, залишки якого легко видаляються. гарячою водоюбез використання додаткових розчинників. Ці пасти ідеально підходять для процесів паяння поверхонь друкованих плат і компонентів з поганою паяємістю і для технологічних процесів, що включають вимогу обов'язкового промивання плат.
- Сплави, що використовуються: Sn62/Pb36/Ag2; Sn63/Pb37
- Легкість очищення при паянні оплавленням
- Широке вікно профілю оплавлення
- Для SMT процесів, що вимагають водне промивання плат.
Специфікація
| G4-WS500 | G4(A)-WS500 | Од. змін. | ||
| Припій | склад | Sn63/Pb37 | Sn62/Pb36/Ag2 | - |
| Флюс | Тип | PМА | PМА | - |
| Паста | Зміст флюсу | 10.0±0.2 | 10.0±0.2 | % |
Термопрофіль на паяльні пасти серій G4 & G5 http://fr4.ru/upload/fr4/paste/reflow_profile.pdf
Безсвинцеві паяльні пасти Union Soltek.
ULF-208-98, ULF-308-98, LF3-981
Це безсвинцеві паяльні пасти, на основі Pb-free порошкоподібного припою. Припій виготовлений з високочистого сплаву, що містить мінімальну кількість домішок відповідно до вимог стандартів J-STD-006 та EN29453 (вміст свинцю в сплаві в 10 разів менший від допустимого значення дозволеного цими стандартами). Порошок припою виготовляється шляхом розпилення в газовому середовищі центрифугою методом розбризкування. Отримувані частинки високоякісного порошку мають строго сферичну форму, що в свою чергу зменшує окислення, потім змішують з високотехнологічним флюсом.
Оскільки пасти не містять свинець, це робить свій внесок у захист навколишнього середовища.
Паяльна паста LF3-981 призначений для забезпечення низької температури в процесі поверхневого монтажу. Безсвинцевий сплав (Sn42/Bi58) з температурою плавлення 138°С має широке вікно оплавлення і може використовуватися з піковими температурами термопрофілю від 160 до 190°C.
Крім того, завдяки використанню найновішого флюсу, що не вимагає відмивання, надійність виробів виходить чудовою.
- Використовувані Pb-free сплави: Sn/Ag/Cu; Sn/Bi
- Прозорі залишки флюсу ідеальні для світлодіодних зборок.
- Не викликає утворення кульок припою на платі та між компонентами
- Чудова паяння, завдяки відмінному змочування.
- Флюс не містить галогенів.
- Може бути використана як у повітряному середовищі, так і середовищі азоту.
Специфікація:
| ULF-208-98 | ULF-308-98 | LF3-981 | Од. змін. | ||
| Припій | склад | Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5 | Sn99/Ag0.3/Cu0.7 | Sn42/Bi58 | - |
| Флюс | Тип | ROL1 | ROL1 | ROL1 | - |
| Паста | Зміст флюсу | 11±0.2 | 11±0.2 | 11±0.2 | % |
Термопрофіль на паяльну пасту ULF-208-98 http://fr4.ru/upload/fr4/paste/ULF-208-98-thermo_profiles_new.pdf
Термопрофіль на паяльну пасту ULF-308-98 http://fr4.ru/upload/fr4/paste/ULF-308-98.pdf
Термопрофіль на паяльну пасту LF3-981 http://fr4.ru/upload/fr4/paste/LF3-981.pdf
Паяльні пасти Аlpha.
ОМ-5300 (тип 4)
Паяльна паста ALPHA OM-5300 виробництва Cookson Electronics Assembly Material's розроблена спеціально для змішаного монтажу (свинцеві та безсвинцеві технології). Паста OM-5300 має високу надійність та стабільність нанесення, має відмінну повторюваність об'єму відбитка при нанесенні через трафарет. OM-5300 дозволить мінімізувати час циклу трафаретного друку завдяки високій швидкості нанесення та збільшення проміжків між чищенням трафаретів. Особливістю пасти ОМ-5300 є тривалий час життя на трафареті, широке вікно профілів оплавлення, що дозволяє забезпечити кращу змочуваність безсвинцевих поверхонь. Дуже низька кількість порожнин у поєднанні з високим поверхневим опором ізоляції після оплавлення роблять ОМ-5300. ідеальним рішеннямдля олов'яно-свинцевого паяння під час використання безсвинцевих компонентів.
Специфікація:
| ОМ5300-4 | Од. змін. | ||
| Припій | склад | Sn62/Pb36/Ag2 | - |
| Флюс | по IPC J-STD-004 | ROL0 | - |
| Паста | Зміст флюсу | 10 | % |
Термопрофіль на паяльну пасту OM5300 http://fr4.ru/cream/termoprofil_OM5300.jpg
З цінами на паяльну пасту можна ознайомитись за посиланням
Припій у котушках та брусках
- Трубчастий припій Alpha виробництва Cookson Electronics Assembly Material's різних перерізів з якісним флюсом, що не вимагає відмивання.
- Високоякісний припій у брускахмарки SoldECO®, що виробляється на підприємстві, орієнтованому на виконання оборонних замовлень Франції та ЄС.
Якість роботи електронної техніки великою мірою залежить від міцності з'єднання компонентів схем з друкованими платами. Хороше спаювання забезпечує паяльна паста. Ця суміш виконує кілька функцій.
Пастоподібна маса містить припій, що фіксують речовини та флюс. Для створення консистенції в пасту вводять розчинники, стабілізатори, речовини підтримки стабільної в'язкості, активатори.
Припійна компонента може бути представлена евтектичними сплавами зі свинцю та олова, вміст якого становить 62-63%, з додаванням срібла або без. Іноді припій представлений безсвинцевими сплавами з олова (95,5-96,5%) та срібла з добавками або без міді.
Велике значення мають розміри частинок в'язкої маси, залежно від яких для нанесення слід використовувати трафарет або дозатор паяльної пасти. Обидва методи реалізуються без паяльника.
Якщо частинки мають круглу форму, можна застосовувати трафарет і дозатор. Сферичні крихти зазвичай виходять внаслідок пульверизації припійної компоненти при отриманні паяльної пасти.
Розміри та форма частинок зумовлюють можливі складності застосування.
Паяльна паста з дуже маленькими частинками у зв'язку з великою зіткнення з повітрям може швидко окислятися. Дрібні крупинки можуть утворювати кульки з маси припою. Дуже великі круглі частинки, крупинки неправильної форми схильні закупорювати трафарет.
Згідно з розмірами та формою частинок паяльні пасти поділяються на 6 типів. Вибір потрібно здійснювати з урахуванням кроку виведення та розмірами вікон трафарету.
Флюс, як складова припою
Класифікації також підлягають флюсові компоненти. Існує 3 види флюсів у складі паяльних паст:
- каніфольні;
- водозмивні;
- безвідмивні.
Каніфольна група флюсів представлена активованими, помірно активованими та зовсім неактивованими композиціями. Паяльні флюси, які не піддавалися активації, виявляють найменшу активність.
Найбільшого поширення набули флюси із середньою активністю. Вони добре очищають поверхню, розтікаються по ній, змочують деталі, що з'єднуються. Однак вони можуть спричинити корозію. Тому після паяння робочу зону потрібно відмивати спеціальними розчинниками або гарячими водяними розчинами.
Паяльні флюси, що зазнавали значного активування, застосовують для сильно окислених деталей. Після паяння робоче місцевідмивають органічними сумішами зі спиртом.
Водозмивані флюсові композиції виготовлені на основі органічних кислот. Вони мають велику активність, сприяють утворенню гарного шва, але вимагають обов'язкового відмивання очищеною гарячою водою.
Не потрібно відмивання під час роботи з флюсами, зробленими із синтетичних чи натуральних смол. Навіть якщо після паяння на поверхні будуть залишки, це не зашкодить виробу.
Залишок не проводить струм, стійкий до окиснення. Його можна не відмивати. За бажання промивання можна зробити спеціальними розчинниками або гарячими водяними розчинами.
Реологічні особливості
Важливими характеристиками паяльних паст для поверхневого монтажу є в'язкість, клейкість, тривалість збереження властивостей, здатність створювати об'ємне з'єднання на платі.
Знання кількісних показників реологічних властивостей дозволяє правильно вибрати принтер нанесення паяльної пасти, який зможе раціонально дозувати порції.
Наносять пасту з урахуванням схильності збільшення в'язкості пастоподібної маси. Зменшення в'язкості відбувається за підвищення температури. Щоб успішно паяти паяльною пастою, потрібно періодично до маси додавати нові порції та контролювати показання температури у робочій зоні. Це можна легко робити за допомогою автоматів для трафаретного друку, оснащених термодатчиками.
Багато упаковках з імпортними пастами вказують «час життя». Значення визначає інтервал часу з роздрукування банки до закінчення пайки, протягом якого реологічні характеристики залишаться постійними.
Якщо показник невисокий, для отримання якісного з'єднання працювати доведеться оперативно. Зараз у продажу є суміші, з «часом життя» 72 години. З такими засобами можна працювати неквапливо.
Важливою характеристикою є клейкість паяльної пасти, яка відображає здатність деталі утримуватись на платі до початку роботи.
Деякі пасти можуть фіксувати електронні компоненти доби, що зручно при монтажі великих плат. Склади з низькою клейкістю здатні утримувати елемент 4 години.
У продажу є великий асортимент паяльних паст, частина яких продається в шприці для ручного або автоматичного дозування, інші - в банках, картриджах.
Продукція у банках призначена для верстатів трафаретного друку. Зроблені вони з металевих листів з великою скрупульозністю, що дозволяє вирізати на платі комірки нанесення паяльної пасти з точністю до 0, 1 мм.
Спеціальні види трафаретів можуть регулювати товщину нанесення пастоподібної маси. Верстати можуть працювати як у ручному, так і автоматичному режимах. Дорогі моделі додатково оснащені системою очищення трафаретів, що значно збільшує продуктивність робіт.
Умови зберігання
На багатокомпонентні паяльні суміші впливають зовнішні фактори. Умови виконання яких потрібні для правильного зберігання вказують на упаковці. З ними слід ознайомитися і неухильно дотримуватись.
Обов'язково вказують як температуру, придатну для зберігання, а й діапазон її можливих відхилень.
Зазвичай, при температурі зберігання, що перевищує 30 ℃, суміш необоротно погіршується. Дуже холодне оточення може погіршити виконання функцій активаторами, які у припої чи термопасті.
Велике значення має час, через який паста набуває кімнатної температури. Важливо знати:
- як довго її потрібно перемішувати;
- яка температура та вологість повітря повинні витримуватись при використанні пасти;
- скільки її можна зберігати за вказаних умов.
При вологому повітрі в паяльній масі через поглинання води можуть з'являтися кульки припою. Термін, умови зберігання паяльних паст відрізняються, залежить від складу. Якщо виконувати вказівки виробників, то якість паяння буде відповідати очікуванням.
Для водопровідних систем
Цілком окрему групу складають пастоподібні композиції, призначені для монтажу паяльником фітингів з міді та її сплавів у системах водопостачання. До цих складів пред'являються спеціальні вимоги, які суворо регламентує ГОСТ.
Жоден з компонентів пасти може бути токсичним. Флюс має повністю виключити окислення шва, потрапляння продуктів корозії у воду.
Пасти для водопостачання абсолютно не підходять для роботи з електронними схемамиз багатьох причин, зокрема тому, що до них для збільшення міцності з'єднання часто додають мідь або срібло. В електроніці такі композиції не знаходять застосування.
Михайло Нижник, генеральний директор, ТОВ «Група МЕТТАТРОН»
Автор узагальнює відомості про властивості та поведінку паст при паянні, спираючись на великий досвід роботи з паяльними пастами фірми «KOKI». Стаття буде цікава технологу, який працює на лінії поверхневого монтажу.
ВИДИ ПАЯЛЬНИХ ПАСТ
Пасти класифікуються на кшталт флюсів (див. рис. 1).
"Водорозчинну" паяльну пасту (залишки флюсу після паяння розчиняються водою), що вимагає обов'язкового відмивання через вміст активного флюсу (див. таблицю 1), послідовно відмивають звичайною, дистильованою і деіонізованою водою, причому на кожному етапі застосовують струменеве відмивання або ультра Для "водорозчинних" паст, що не потребують обов'язкового відмивання, процес обмежується дистильованою водою.
Мал. 1. Класифікація паяльних паст
| Активність флюсу (% вміст галогенів) | Каніфольні Rosin (RO) | Синтетичні Resin (RE) | Органічні Organic (OR) | Необхідність відмивання |
|---|---|---|---|---|
| Низька (0%) | ROL0 | REL0 | ORL0 | Ні |
| Низька (<0,5%) | ROL1 | REL1 | ORL1 | Ні |
| Середня (0%) | ROM0 | REM0 | ORM0 | Рекомендується |
| Середня (0,5 – 2,0%) | ROM1 | REM1 | ORM1 | Рекомендується |
| Висока (0%) | ROH0 | REH0 | ORH0 | Обов'язково |
| Висока (>2,0%) | Обов'язково |
З пастами, що вимагають відмивання спеціальними рідинами, ситуація інша. Незалежно від наявності у складі галогенів, такі пасти засновані на каніфольних флюсах, тому для їх відмивання після паяння рекомендується застосовувати розчинник типу HCFC і реагент, що омилює. Потім відмивальні рідини, у свою чергу, відмиваються дистильованою, а потім деіонізованою водою.
Разом з тим, багато паяльних паст, що не містять галогенів, відмиваються важко і залишають на поверхні плат білястий залишок флюсу. При цьому стійкість до осаду вважається важливішою за відмивання.
Більшість паяльних паст, що не вимагають відмивання, звільняють виробництво від цього технологічного процесу. Флюси таких паст захищають паяне з'єднання від корозії подібно до лаку. Зосередимося на пастах, які не вимагають відмивання: вони є найбільш технологічними.
Мал. 2. Склад паяльних паст
Часто кажуть: безвідмивальні пасти не повинні містити галогенів. Потрібно чітко усвідомити, що якщо в документації на пасту зазначено «Вимагає відмивання», то мити треба обов'язково, а якщо такого маркування немає, то питання вирішується, виходячи з додаткових вимог до виробу: зовнішній вигляднанесення лаку.
У Японії, наприклад, галогеновмісні пасти (0,2%) у процесах без відмивання після паяння набагато популярніші за безгалогенні. Галогенсодержащие паяльні пасти порівняно більш технологічні, наприклад, паяння, але часто поступаються безгалогенным пастам за надійністю, що проявляється в зниженні опору ізоляції готового монтажу. Це більш високої хімічної активністю залишків флюсу. Таким чином, паяність і надійність, як правило, - взаємовиключні чинники.
Мал. 3. Основні характеристики, що враховуються при розробці або виборі паяльних паст
В ідеалі, для паяння без відмивання потрібна паста без галогенів, але з паяємістю, як у пасти, що містить галоген.
Складність полягає у підвищенні хімічної активності безгалогенних безвідмивних паст. У більшості таких паст як активатор замість галогенвмісних сполук використовуються органічні кислоти, причому чим менше молекулярна вага кислоти, тим більша здатність активації. Оскільки активуюча дія органічних кислот набагато слабша, ніж у галогеновмісних компонентів, намагаються ввести в систему флюсу пару десятків щодо активних органічних кислот.
Водночас такі високоактивні органічні кислоти поглинають вологу. Це загрожує: кислота, що залишилася в залишках флюсу на поверхні підкладки, при взаємодії з водою іонізується, що зменшує поверхневий опір ізоляції і веде до електроміграції.
У системах активації в паяльних пастах (тут автор спирається на технічні дані щодо пастів фірми «KOKI») використовуються менш гігроскопічні органічні кислоти та спеціально розроблений безіонний активатор. Ця спеціальна система не дисоціює на іони, її електричні властивості стабільні, а здатність, що активує, не поступається галогенам. Завдяки високій температурі активації безіонний активатор у поєднанні з ретельно підібраними органічними кислотами робить активацію на стадії оплавлення більш тривалою. В результаті паяність покращується не на шкоду надійності.
Ось приклади популярних типів паст:
- паяльна паста для високошвидкісного друку;
- паяльна паста з високою здатністю, що змочує;
- паяльна паста для автоматичного внутрішньосхемного тестування;
- універсальна паста з надзвичайно тривалим часом життя на трафареті.
| Стадії життєвого циклу пасти | Контрольовані характеристики |
|---|---|
| Зберігання | Незмінність в'язкості та паяння |
| Нанесення пасти | Тонкий друк з кроком 0,5 мм і надтонкий - з кроком 0,4 мм. Час життя після нанесення. Розтікання пасти. Відокремлюваність від стінок апертур трафарету. Швидкість друку (нормальна – до 100 мм/с, швидкісна – 200 мм/с і більше). Тиксотропний індекс (зміна в'язкості у процесі оплавлення). Повнота заповнення апертур. Розмазуваність пасти трафаретом (паста повинна утворювати щільний валик перед ракелем). |
| Монтаж компонентів | Клейкість. Стійкість пасти до осідання (розтікання). |
| Оплавлення | Утворення перемичок (короткі замикання). Наявність частинок припою у залишках флюсу. Вивертання та відрив компонентів (tombstoning). Змочуваність (освіта жолобника припою). |
| Контроль якості | Залишки флюсу повинні забезпечувати безперебійну роботу АТІ – автоматичної оптичної інспекції. Для паяльних паст, призначених для подальшого ICT-контролю, залишки флюсу мають бути пластичними та залишатися на зондах. |
| Якість відмивання | При необхідності відмивання від залишків флюсу вона має бути повною, без білого нальоту. |
СКЛАД ПАЯЛЬНИХ ПАСТ
Паяльні пасти складаються з припою та флюсу (див. рис. 2). При виборі комплексу припій + флюс для паяльної пасти враховують характеристики, наведені на рис. 3.
Порошок припою
Для виробництва порошку припою використовують методи газового та відцентрового розпилення. Особливості методу газового розпилення:
Одержання частинок малого розміру;
Легкість керування процесом утворення окисної плівки на поверхні частинок;
Низький рівень окиснення часток припою.
Отримані частинки порошку припою мають розміри 1-100 мкм. На розподіл розмірів частинок припою та їх діаметр впливає швидкість подачі припою, швидкість обертання шпинделя та вміст кисню.
Мал. 4. Одержання порошку припою газовим розпорошенням
Порошок одержують у ємності висотою близько 5 м та діаметром 3 м, яка заповнена азотом та киснем дуже малої щільності (див. рис. 4). Зливки припою плавлять у тиглі, розташованому у верхній частині резервуара. Розплавлений припій капає вниз на шпиндель, що обертається з швидкістю. Коли краплі припою потрапляють на шпиндель, відбувається розбризкування припою в напрямку стінок резервуара, при цьому припій набуває сферичної форми і твердне до того, як ці частинки досягнуть стінки резервуара.
Мал. 5. Ступінь окислення частинок припою в залежності від їх розміру
Потім порошковий припій потрапляє на сортувальне сито, де краще використовувати метод подвійного сортування порошку припою. На першій стадії порошок сортують струменем азоту від повітродувки. При цьому відсіваються частинки з розмірами, меншими від потрібного. Потім порошок йде на сито, де затримуються частинки з розмірами, що перевищують задані величини.
Паяльні пасти з розміром частинок 20-38 мкм застосовуються при монтажі друкованих плат з кроком апертури трафарету до 0,4 мм, а з розміром 20-50 мкм - для кроку від 0,5 мм.
На якість порошків впливають два фактори.
Розподіл розміру частинок впливає на реологію паяльних паст, друк, розтікання, характер відокремлення від трафарету та показники осаду паст. Мінімальний розмір апертури трафарету залежить від мінімального розміру контактних майданчиків на друкованій платі, при цьому максимальний розмір апертури менше або дорівнює розміру контактного майданчика. Потрібний розмірчастинок підбирайте з розрахунку, що в найменшу апертуру трафарету повинно гарантовано вміститися щонайменше 5 частинок припою, як показано на рис. 12.
Флюс
Другий компонент паяльної пасти – це флюс. Роль флюсу в паяльних пастах та ж, що і при паянні «хвильової припою», або селективної пайки. Флюс повинен:
Видалити оксидну плівку і запобігти повторному окисленню в процесі паяння. Металеві поверхні за умов високих температур при оплавленні швидко окислюються. Тверді компоненти флюсу при цих температурах розм'якшуються і переходять в рідкий стан, покриваючи і захищаючи поверхні, що спаюються від повторного окислення. Флюс відновлює метал та видаляє оксидну плівку з поверхні контактів електронних компонентів, фінішного покриття друкованої плати та поверхні порошку припою;
Видалити забруднення. Втім, флюс не впорається з великою кількістю потожирових відбитків, тому краще плату брати в руки в рукавичках;
Забезпечити стабільність в'язкості пасти, потрібну під час друку та оплавлення.
Основні флюсуючі компоненти та їх роль зазначені у таблиці 3.
| Група | Речовини | На що впливають | Пояснення |
|---|---|---|---|
| Активатори | Амінхлоргідрат. Органічні кислоти та ін. | Активуюча здатність (паяння). Надійність (поверхневий опір залишків флюсу, рівень електроміграції та корозії). Термін зберігання. | Саме ці компоненти переважно забезпечують ефективне видалення оксидів. Активатори не тільки пом'якшують та переводять у рідку формудерев'яні смоли, вони також змочують поверхню металу та реагують з окислами. |
| Каніфолі | Дерев'яна каніфоль. Гідрована каніфоль. Диспропорційована каніфоль. Полімеризується каніфоль. Каніфоль, денатурований фенолом. Каніфоль, денатурований ефіром. | Друк. Паяння. Стійкість до осідання. Клейкість. Колір залишків флюсу. Контрольнепридатність. | Ці види каніфолі розм'якшуються на стадії попереднього нагріву (температура розм'якшення 80-130 ° С) і розтікаються по поверхні частинок припою та по підкладці. Фірма "KOKI" зазвичай використовує натуральні дерев'яні каніфолі. Залежно від виду обробки вони мають різний колір (найчастіше жовтий або жовто-оранжевий), здатність, що активує, і температуру розм'якшення. Для управління технологічними властивостями (осадостійкістю, клейкістю і т. д.), а також властивостями залишку (його кольором, пластичністю, здатністю забезпечувати схему тестування) зазвичай до складу флюсу входить не менше 2-3 різних видівканіфолі. |
| Тиксотропні матеріали | Бджолиний віск. Гідрована касторова олія. Аліфатичні аміди. | Чіткість друку. В'язкість. Тиксотропність. Стійкість до осідання. Запах. Відмивається. | Ці компоненти дозволяють забезпечити стійкість пасти до напруг зсуву, що виникає в процесі друку та установки компонентів на плату, і відновлюють пасти в'язкість після нанесення її на підкладку. Додаткові компоненти забезпечують легке відокремлення пасти від трафарету, що покращує якість друку. |
Розглянемо тепер чинники, що впливають якість друку.
Мал. 6. Фактори, що впливають на якість друку
ПРИНТЕРИ
Електронна промисловість розвивається і щільність монтажу компонентів на друкованій платі зростає, а розмір компонентів зменшується. Через це вимоги до характеристик та якості паяльних паст посилюються.
Критичний фактор при монтажі друкованих плат з високою щільністю монтажу компонентів – вибір обладнання та параметрів друку, а також якість та характеристики паяльних паст. Це означає, що навіть якщо підібрана потенційно дуже хороша паяльна паста, результат може виявитися обтяжливим тільки через неправильну установку робочих параметрів принтера або невдалий підбір ракелю і спосіб виготовлення трафарету.
Чинники, що визначають якість друку, перераховані малюнку 6. Розглянемо їх докладніше.
Трафарети
Способи виготовлення трафаретів (див. рис. 7):
Хімічне травлення;
Лазерне різання;
Гальванопластика.
Насамперед використовувалися трафарети, отримані хімічним травленням, внаслідок їх відносної дешевизни. Однак форма апертур таких трафаретів не дозволяє отримувати якісний друк при розмірі апертури менше 0,5 мм.
Трафарети, виготовлені лазерною різкою, мають менший розмір апертур, але на стінках апертур залишається окал, що вийшов у результаті плавлення металу. Без додаткової обробки такі трафарети неможливо використовувати для апертур шириною менше 0,4 мм або під корпус BGA з діаметрами майданчиків 0,25-0,3 мм. Ця проблема легко вирішується шляхом електрополірування трафаретів, яке прибирає шорсткість зі стінок апертур, що дозволяє використовувати такі трафарети при розмірі апертур до 0,2 мм.
Третій метод – гальванопластика – дає трафарети з розміром апертур до 0,1 мм. Використовується вкрай рідко, тому що такий розмір апертури практично не використовується, а вартість виробництва висока.
Товщина трафарету визначається мінімальними розмірами та кроком між апертурами. Чим тонше трафарет, тим кращі результати під час друку, оскільки тонкі трафарети викликають меншу напругу зсуву в пасті при відділенні від підкладки (див. рис. 8).
Мал. 8. Чим тонше шаблон, тим менше зсувається паста при відокремленні від підкладки
Бажано, щоб розмір апертури був дещо меншим за майданчик на друкованій платі, щоб компенсувати розтягування трафарету, допуски на суміщення та осадку паяльної пасти. Приклад апертури під контактну площадку виведення корпусу QFP (крок 0,5 мм) наводиться малюнку 9.
Мал. 11. В отворах із закругленими кутами адгезія між пастою та стінками отворів менше
Мал. 12. У найменший отвір трафарету повинні вписуватися від 4 до 5 найбільших кульок припою
Геометрична форма апертур сильно впливає кількість дефектів паяння. Тому виготовлення трафаретів потрібно підходить дуже відповідально, як у етапі конструювання, і на етапі виготовлення.
Правила розрахунку розмірів апертур ілюструє малюнок 10. Малюнок 11 показує, що при використанні апертур із округленими кутами зменшується адгезія між пастою і стінками апертур при відділенні трафарету від підкладки, що зменшує спотворення відбитка.
Що стосується мінімального розміру апертур, то не менше 5 найбільших кульок припою повинні вписуватися в найменшу апертуру по меншій стороні (див. рис. 12).
Ракелі
Ракелі бувають гумовими та металевими. Гумові ракелі поділяються формою на квадратні, плоскі і шабельні (див. рис. 13). Не можна сказати, який з ракелей краще: від робочого кута ракелю залежить розтікання пасти, а хороша розтікання дає належне заповнення кожної апертури паяльною пастою.
Робочий кут шабельного ракелю становить 70-80 °. Оскільки сила, спрямована вниз, відносно невелика, такий ракель більше підходить для паст із низькою в'язкістю.
У квадратного ракелі робочий кут становить 45 °. Він надає високий тискна паяльну пасту, тому його краще застосовувати для високов'язких паст. Якщо працювати з цим ракелем з низьков'язкими пастами, то паста затіче під трафарет (див. рис. 14).
Робочий кут плоского ракелю - 50-60 °. Змінюючи кут нахилу, можна працювати з пастами різної в'язкості.
При роботі з гумовими ракелями треба постійно стежити, щоб робоча кромка завжди була гострою. При зносі кромки доводиться збільшувати тиск, щоб уникнути розмазування пасти. При цьому зростає і тиск, під яким відбувається заповнення апертур пастою, що збільшує тертя між частинками припою і несприятливо впливає на пасту від стінок апертур.
На відміну від гумових, жорсткі металеві ракелі не зношуються, працюють довго та не захоплюють пасту з отворів.
Радіоаматори давно облюбували таку новацію як паяльна паста. Спочатку вона була придумана для паяння SMD компонентів при машинному складанні плат. Але зараз таку пасту багато хто застосовують для звичайного ручного паяння деталей, проводів, металів тощо. Воно й зрозуміло – все в одному під рукою. Адже майже фактично паяльна паста – це суміш флюсу із припоєм.
Насправді, щоб зробити паяльну пасту для потреб радіоаматорів, потрібно не так багато сил, часу та інгредієнтів.
Для виготовлення паяльної пасти нам знадобиться:
- Вазелін медичний. Використовується як загусник;
- Флюс ЛТІ-120 або інший рідкий.
- пруток олов'яно-свинцевого припою;
- Паяльний жир. А якщо знайдете «активний жир» то взагалі краса.
Як зробити паяльну пасту?
Весь процес надзвичайно простий.Починаємо ми з подрібнення припою. Я взяв товстий трубчастий шматок і почав його подрібнювати напилком, надфілем та механічною насадкою на дриль. Що використовуватимете ви – вирішувати вам. Але я за механіку, тому що ручна праця надто довга і копітка.
Чим менше крихта – тим краще. Потрібна невелика кількість.
Потім додаємо вазелін у пропорції 1:1 і трохи флюсу ЛТІ (ці два інгредієнти можна замінити паяльним жиром).
Все ретельно перемішуємо.
Для кращого розмішування суміш можна нагріти на водяній бані або звичайним паяльником, зменшивши його до 90 градусів Цельсія.
Далі для зберігання перекладаємо пасту в шприц з товстою спеціалізованою голкою. Або взагалі без голки.
На цьому паста готова до використання.
Випробування пасти пайкою
Нанесемо трохи пасти на місце паяння і припаяємо паяльником.Багато хто задається питанням, як правильно паяти SMD-компоненти. Але перед тим як розібратися з цією проблемою, необхідно уточнити, що це за елементи. Surface Mounted Devices – у перекладі з англійської вираз означає компоненти для поверхневого монтажу. Головною їх перевагою є більша, ніж у звичайних деталей, монтажна щільність. Цей аспект впливає на використання SMD-елементів у масовому виробництві друкованих плат, а також їх економічність і технологічність монтажу. Звичайні деталі, у яких висновки дротяного типу, втратили своє широке застосування поряд з популярністю SMD-компонентів, що швидко зростає.
Помилки та основні принцип паяння
Деякі умільці стверджують, що паяти такі елементи своїми руками дуже складно та досить незручно. Насправді аналогічні роботи з ТН-компонентами проводити набагато важче. І взагалі ці два види деталей застосовують у різних галузях електроніки. Однак багато хто робить певні помилки при пайці SMD-компонентів в домашніх умовах.
SMD-компоненти
Головною проблемою, з якою стикаються любителі, є вибір тонкого жала на паяльник. Це пов'язано з існуванням думки про те, що при паянні звичайним паяльником можна заляпати оловом ніжки SMD-контактів. У результаті процес паяння проходить довго і болісно. Таке судження не можна вважати вірним, тому що в цих процесах істотну роль відіграє капілярний ефект, поверхневий натяг, а також сила змочування. Ігнорування цих додаткових хитрощів ускладнює виконання роботи своїми руками.
Пайка SMD-компонентів Щоб правильно паяти SMD-компоненти, необхідно дотримуватись певних дій. Спочатку прикладають жало паяльника до ніжок взятого елемента. Внаслідок цього починає зростати температура і плавитися олово, яке в результаті повністю обтікає ніжку цього компонента. Цей процес називається силою змочування. Цієї ж миті відбувається затікання олова під ніжку, що пояснюється капілярним ефектом. Разом зі змочуванням ніжки відбувається аналогічна дія на самій платі. У результаті виходить рівномірно залите зв'язування плати з ніжками.
Контакт припою з сусідніми ніжками не відбувається через те, що починає діяти сила натягу, що формує окремі краплі олова. Очевидно, що описані процеси протікають самі по собі лише з невеликою участю паяльника, який тільки розігріває паяльником ніжки деталі. При роботі з дуже маленькими елементами можливе їхнє прилипання до жалу паяльника. Щоб цього не сталося, обидві сторони припаюють окремо.
Паяння в заводських умовах
Цей процес відбувається з урахуванням групового методу. Пайка SMD-компонентів виконується за допомогою спеціальної паяльної пасти, яка рівномірно розподіляється найтоншим шаром на підготовлену друковану плату, де вже є контактні майданчики. Цей спосіб нанесення називається шовкографією. Застосовуваний матеріал за своїм виглядом та консистенцією нагадує зубну пасту. Цей порошок складається з припою, який доданий і перемішаний флюс. Процес нанесення виконується автоматично під час проходження друкованої плати конвеєром.
Заводська паяння SMD-деталей Далі встановлені стрічкою руху роботи розкладають у потрібному порядку все необхідні елементи. Деталі у процесі пересування плати міцно утримуються встановленому місці з допомогою достатньої липкості паяльной пасти. Наступним етапом відбувається нагрівання конструкції в спеціальній печі до температури, яка трохи більша за ту, при якій плавиться припій. У результаті такого нагрівання відбувається розплавлення припою та обтікання його навколо ніжок компонентів, а флюс випаровується. Цей процес і робить деталі припаяними на посадкові місця. Після грубки платі дають охолонути, і все готове.
Необхідні матеріали та інструменти
Для того щоб своїми руками виконувати роботи з впаювання SMD-компонентів, знадобиться наявність певних інструментів та витратних матеріалів, до яких можна віднести такі:
- паяльник для паяння SMD-контактів;
- пінцет та бокорізи;
- шило або голка з гострим кінцем;
- припій;
- збільшувальне скло або лупа, які необхідні для роботи з дуже дрібними деталями;
- нейтральний рідкий флюс безвідмивного типу;
- шприц, за допомогою якого можна наносити флюс;
- за відсутності останнього матеріалу можна обійтися спиртовим розчином каніфолі;
- для зручності паяння майстри користуються спеціальним паяльним феном.
Пінцет для встановлення та зняття SMD-компонентів Використання флюсу просто необхідне, і він має бути рідким. У такому стані цей матеріал знежирює робочу поверхню, а також прибирає оксиди, що утворилися, на паяному металі. В результаті цього на припої з'являється оптимальна сила змочування, і крапля для паяння краще зберігає свою форму, що полегшує весь процес роботи та виключає утворення соплів. Використання спиртового розчину каніфолі не дозволить досягти значного результату, та й білий наліт, що утворився, навряд чи вдасться прибрати.
Дуже важливим є вибір паяльника. Найкраще підходить такий інструмент, у якого можливе регулювання температури. Це дозволяє не перейматися можливістю пошкодження деталей перегріванням, але цей нюанс не стосується моментів, коли потрібно випоювати SMD-компоненти. Будь-яка деталь, що паяється, здатна витримувати температуру близько 250–300 °С, що забезпечує регульований паяльник. За відсутності такого пристрою можна скористатися аналогічним інструментом потужністю від 20 до 30 Вт, розрахованим на напругу 12-36 В.
Використання паяльника на 220 В призведе до не найкращих наслідків. Це пов'язано з високою температурою нагрівання його жала, під дією якої рідкий флюс швидко випаровується і не дозволяє ефективно змочувати деталі припоєм.
Фахівці не радять користуватися паяльником з конусним жалом, так як припій важко наносити на деталі і витрачається багато часу. Найбільш ефективним вважається жало під назвою «Мікрохвиля». Очевидною його перевагою є невеликий отвір на зрізі для зручнішого захоплення припою в потрібній кількості. Ще з таким жалом на паяльнику зручно збирати надлишки пайки.
Використовувати припій можна будь-який, але краще застосовувати тонку тяганину, за допомогою якої комфортно дозувати кількість використовуваного матеріалу. Паяюча деталь за допомогою такої тяганини буде краще оброблена за рахунок зручнішого доступу до неї.
Як паяти SMD-компоненти?
Порядок робіт
Процес паяння при ретельному підході до теорії та отриманні певного досвіду не є складним. Отже, можна всю процедуру поділити на кілька пунктів:
- Необхідно помістити SMD-компоненти на спеціальні контактні майданчики на платі.
- Наноситься рідкий флюс на ніжки деталі та нагрівається компонент за допомогою жала паяльника.
- Під дією температури відбувається заливання контактних майданчиків та самих ніжок деталі.
- Після заливки відводиться паяльник і надається час на остигання компонента. Коли припій охолонув - робота виконана.
Процес паяння SMD-компонентів При виконанні аналогічних дій з мікросхемою процес паяння трохи відрізняється від наведеного вище. Технологія виглядатиме так:
- Ніжки SMD-компонентів встановлюються точно на контактні місця.
- У місцях контактних майданчиків виконується змочування флюсом.
- Для точного потрапляння деталі на посадкове місце необхідно спочатку припаяти одну крайню ніжку, після чого компонент легко виставляється.
- Подальше паяння виконується з граничною акуратністю, і припій наноситься на всі ніжки. Надлишки припою усуваються жалом паяльника.
Як паяти за допомогою фена?
При такому способі паяння необхідно змастити посадкові місця спеціальною пастою. Потім на контактний майданчик укладається необхідна деталь - крім компонентів це можуть бути резистори, транзистори, конденсатори і т.д. Для зручності можна скористатися пінцетом. Після цього деталь нагрівається гарячим повітрям, яке подається з фена, температурою близько 250º C. Як і в попередніх прикладах паяння, флюс під дією температури випаровується і плавиться припій, тим самим заливаючи контактні доріжки та ніжки деталей. Потім відводиться фен, і плата починає остигати. При повному охолодженні можна вважати пайку закінченою.
