Зачем нужна паяльная паста?

Паяльные пасты: все о главном. Часть 1

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( например — FLUX-OFF или ультразвук. Для «водорастворимых» паст, не требующих обязательной отмывки, процесс ограничивается дистиллированной водой.

Рис. 1. Классификация паяльных паст

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.

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.

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

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

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

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.

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. 4. Получение порошка припоя газовым распылением

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.

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

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

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.

Паяльные пасты: как пользоваться? Паяльная паста своими руками

Любой вид электронной техники – это совокупность печатных плат и схем, без которых функционирование электроники невозможно. Прочность и надежность паяльных соединений на этих поверхностях зависят не только от профессионализма работника, исправности станка, но и от используемого вещества для пайки, соблюдения правил его эксплуатации и условий хранения.

Общие сведения

Паяльная паста представляет собой пастообразную массу, которая состоит из множества маленьких частиц припоя сферической формы, флюса и разных добавок. Зачем она нужна и что с ней делать?

Пасты паяльные используются для поверхностного монтажа электронных компонентов методом пайки на печатных платах, гибридных интегральных схемах, подложках из керамики. После нанесения на поверхность состав сохраняет активность в течение нескольких часов. Сфера применения – промышленность.

Какой должна быть

Паяльная паста должна соответствовать определенным требованиям:

  • не окисляться;
  • быстро не распадаться на слои;
  • сохранять свойства вязкости и клейкости;
  • оставлять исключительно удаляемые отходы после пайки;
  • не разбрызгиваться при воздействии источника нагрева с высокой концентрацией;
  • не оказывать отрицательное влияние на плату с технической точки зрения;
  • поддаваться воздействию традиционных растворителей.

Характеристики

Форма и габариты частиц припоя

От характеристик частиц припоя зависит то, каким образом будет осуществляться нанесение паяльной пасты на поверхность. Составы с маленькими частицами к окислению склонны значительно меньше. К тому же, если вещество для пайки имеет крупные частицы нерегулярной формы, это грозит закупоркой трафарета, следовательно, процедура нанесения потерпит крах.

Удельный вес метала в составе

Этот показатель определяет толщину оплавленного припоя, от него зависит степень осадки и растекания вещества для пайки. Толщина соединения после оплавления находится в прямой зависимости от удельного веса металла в составе пасты: чем его процентное содержание выше, тем больше толщина соединения после того, как осуществлено оплавление паяльной пасты. От концентрации металла также зависит и выбор способа нанесения. Так, если паяльная паста содержит его в объеме 80%, наносить ее следует трафаретным способом, если 90% — дозированием.

Тип флюса в составе пасты

Влияет на уровень активности вещества, наличие необходимости отмывки. В зависимости от метода удаления флюсовых остатков различают три группы флюсов:

  • Канифольные. Основным составным элементом является очищенная натуральная смола, которая добыта из древесины сосны. Канифольные флюсы делятся на неактивированные, среднеактивированные и активированные слабокоррозионные. Для первых свойственны минимальные показатели активности, вторые достаточно легко поддаются очистке, обеспечивают хорошее смачивание и растекаемость припоя, третьи характеризуются наибольшими показателями активности и низким уровнем спроса.
  • Водосмываемые. Содержат органические кислоты. Применение водосмываемого активного флюса является гарантом получения хорошего результата пайки, при этом существует необходимость отмывки деионизированной водой, имеющей температуру 55-65 градусов.
  • Безотмывные. Не нуждаются в отмывке. Произведены на основе смол натурального и синтетического типа. Удельный вес смолы в составе таких флюсов составляет 35-45%. Проявляют среднюю активность, их остатки после пайки не являются коррозионными и проводящими, а концентрация твердых осадков может достичь максимум 2%.

Это не что иное, как густота паяльного пастообразного вещества. Паста наделена способностью изменения степени своей вязкости при воздействии нагрузки механического типа. Определить ее можно с помощью специальных приборов: вискозиметров Брукфилда и Малкома. Как правило, этот показатель указывается методом маркировки.

Паяльные пасты обладают способностью увеличиваться в размерах после, того как отпечаток нанесен на поверхность. Рассматриваемый показатель должен находиться на низком уровне, поскольку значительное увеличение размеров отпечатка паяльной пасты является причиной образования перемычек.

Время сохранения свойств

Находит свое отражение в таких показателях, как наибольшее время пребывания вещества на трафаретке до нанесения или после нанесения, которое не влечет за собой деградацию свойств. В большинстве случаев значение первого параметра находится в пределах 8-48 часов, второго — 72 часа. Фиксируются эти показатели производителем на упаковке. Причем может быть указан как один параметр (любой из двух), так и оба.

Идентифицирует возможность паяльной пасты удерживать SMD-компоненты на своих местах после инсталляции их на поверхность и до паяльной процедуры. Степень клейкости свидетельствует о «жизнеспособности» пасты и определяет ее срок годности. Вычисляется посредством реализации специального теста, при котором используется традиционный тестер, способный измерять силу, необходимую для передвижения элемента определенных весовых параметров с площади пастообразного вещества тех или иных размеров.

Наличие клеистой способности и ее уровень зависят от типа паяльной пасты. В среднем же время удержания находится в диапазоне 4-8 часов, в то время как максимальный показатель, который характерен для ряда паст, может достигать 24 часов и более.

Паяльная паста: как пользоваться

Правила эксплуатации условно можно разделить на три блока:

1. Общие условия использования:

  • помещение, где производятся паяльные работы, должно быть чистым, не являться источником или местом сосредоточения пыли или каких-либо иных загрязнений;
  • в целях индивидуальной защиты использовать защитные очки для глаз и перчатки для рук;
  • для отмывки уже нанесенной пасты с поверхности платы применять изопропиловый спирт или другие вещества-растворители.

2. До вскрытия упаковочной тары:

  • поместить пасту в помещение, в котором температурный режим находится в пределах 22-28 градусов, а влажность – 30-60%;
  • перед тем как открыть упаковку, выдержать пасту при комнатной температуре как минимум пару часов, при этом прибегать к применению искусственных способов разогрева вещества категорически запрещено;
  • в процессе работы паяльное вещество следует регулярно перемешивать.

3. После вскрытия упаковочной тары:

    нанести на трафаретное полотно приблизительно 2/3 от всего количества паяльного вещества;

Способы нанесения

Паяльные пасты могут быть нанесены двумя способами: каплеструйным и трафаретным. Первый основан на использовании диспенсеров, а второй – на применении трафаретных принтеров.

Каплеструйный метод

Диспенсерная печать – способ нанесения паяльного вещества посредством его «выстреливания» при практически комнатных температурных показателях (около 30 градусов) из картриджа через эжектор на печатную плату именно в то место, в которое следует нанести пасту, исходя из схемы платы. Картридж находится в постоянном движении, следуя по ординате и абсциссе над поверхностью печатной платы. От него зависит правильность нанесения паяльного слоя. Картридж останавливается именно там, где нужно, и точно в то время, когда нужно, благодаря исправно функционирующей приводной системе. В домашних условиях могут использоваться не эжектор и картридж, а другой дозатор паяльной пасты – шприц.

Трафаретный метод

Пользуется наибольшей популярностью, подразумевает нанесение пасты на паяльную поверхность посредством продавливания через апертуры в трафаретном полотне специально предназначенным инструментом – ракелем. При этом ракель совершает перемещательные движения по поверхности трафарета в горизонтальном положении.

Пошаговая инструкция при трафаретном методе:

  • Шаг 1. Зафиксировать паяльную поверхность (плату) в рабочей зоне.
  • Шаг 2. Совместить с абсолютной точностью паяльную плату и трафарет.
  • Шаг 3. Выдавить или нанести необходимое количество паяльной пасты на трафаретное полотно.
  • Шаг 4. Нанести пастообразное вещество через трафарет, используя ракель.

  • Шаг 5. Проверить качественные характеристики нанесения паяльного вещества.
  • Шаг 6. Снять паяльную поверхность.
  • Шаг 7. Произвести очистку трафарета.

Условия хранения

Паяльные пасты требуют не только соблюдения правил эксплуатации, но и особых условий хранения, основные среди них следующие:

  • температура помещения, где хранится вещество, не должна превышать 25°С;
  • температурный диапазон хранения пасты зависит от производителя и может находится в пределах 4-10°С;
  • годность пасты при хранении в рекомендуемых условиях для составов с водосмываемыми флюсами составляет 3-6 месяцев, а с несмываемыми – 6-12 месяцев;
  • пайка паяльной пастой должна осуществляться в помещении, где показатель относительной влажности соответствует 60-80%.
  • начатые пасты разрешается хранить не более 12 часов;
  • в целях снижения степени деградации, которая осталась от предыдущего процесса пайки, в новых паяльных работах пасту задействовать можно, но только с добавлением новой;
  • банки, картриджи и шприцы с паяльным веществом хранить следует только в вертикальном положении, наконечниками шприцов вниз для исключения возможности расслоения.

Температурный режим

Паяльные пасты чувствительны к существенно низким и высоким показателям температуры. Учитывая то, что в основе содержатся два материала различной плотности (флюс и припой), считается возможным естественный процесс расслоения флюса и других составных элементов паяльного вещества, а также возникновение тоненького слоя флюса над поверхностью. Нахождение пасты под воздействием высоких температур продолжительное время приводит к значительному расслоению флюса и оставшейся пасты, является причиной образования толстого приповерхностного слоя флюса. Что же получается в результате? А получается, что паста паяльная лишается своих свойств, а, следовательно, нанесение ее на поверхность будет дефективным. Температурный режим, показатели которого выше 30°С, и вовсе спровоцирует химическое разложение паяльного вещества.

При воздействии низких температурных показателей паста теряет свою смачивающую способность, поскольку активаторы флюса частично или полностью переходят в осадок. Составы некоторых производителей все же можно хранить при температуре от –20 до +5°С.

Воздействие влаги

Наиболее пагубное воздействие на паяльную пасту оказывают не низкие и высокие температуры, а влага. Если уровень влажности повышен, припойные шарики, находящиеся в составе пасты, начинают окисляться быстрыми темпами, что приводит к трате активаторов флюса с целью произведения очистки шариков, а не на паяемые поверхности, как это должно быть. При попадании влаги паста растекается, образуются перемычки и шарики припоя, разбрызгивается флюс/припой, смещаются электронные компоненты в процессе пайки, уменьшается время удержания компонентов электронного типа.

Можно ли сделать в домашних условиях

Может ли быть создана паяльная паста своими руками дома? Конечно, да!

Ингредиенты: пальмоядровое масло, хлористый аммоний (5-10%), солянокислый анилин.

Способ приготовления: хлористый аммоний и солянокислый анилин смешать с пальмоядровым маслом до получения однородной пастообразной массы.

Ингредиенты: масло растительного происхождения (100 г), жир говяжий (300 г), канифоль натуральная (500 г), хлористый аммоний (100 г).

Способ приготовления: масло, жир и канифоль расплавить в широкой фарфоровой чашке на водяной бане. Растереть аммоний в порошок и добавить в смесь. Тщательно перемешать до получения пасты.

Ингредиенты: хлористый аммоний (100 г), масло минеральное (900 г).

Способ приготовления: растереть ингредиенты в ступе из фарфора. Хранить в стеклянном сосуде закрытого типа.

Виды и способы нанесения паяльных паст

Качество работы электронной техники в большой мере зависит от прочности соединения компонентов схем c печатными платами. Хорошее спаивание обеспечивает паяльная паста. Эта смесь выполняет несколько функций.

Характеристики

Пастообразная масса содержит припой, фиксирующие вещества и флюс. Для создания консистенции в пасту вводят растворители, стабилизаторы, вещества для поддержания стабильной вязкости, активаторы.

Припойная компонента может быть представлена эвтектическими сплавами из свинца и олова, содержание которого составляет 62-63 %, с добавлением серебра или без такого. Иногда припой представлен бессвинцовыми сплавами из олова (95,5-96,5 %) и серебра с добавками или без добавок меди.

Большое значение имеют размеры частичек вязкой массы, в зависимости от которых для нанесения следует использовать трафарет либо дозатор для паяльной пасты. Оба способа реализуются без паяльника.

Если частицы имеют круглую форму, можно применять и трафарет и дозатор. Сферические крупицы обычно получаются вследствие пульверизации припойной компоненты при получении паяльной пасты.

Размеры и форма частиц обуславливают возможные сложности применения.

Паяльная паста с очень маленькими частицами в связи с большой поверхностью соприкосновения с воздухом может быстро окисляться. Мелкие крупинки могут образовывать шарики из припойной массы. Очень крупные круглые частицы, крупинки неправильной формы склонны закупоривать трафарет.

Согласно размерам и форме частиц паяльные пасты подразделяются на 6 типов. Выбор нужно осуществлять с учетом шага вывода и размерами окон трафарета.

Флюс, как составляющая припоя

Классификации подлежат также флюсовые компоненты. Существует 3 вида флюсов в составе паяльных паст:

Канифольная группа флюсов представлена активированными, умерено активированными и совсем неактивированными композициями. Паяльные флюсы, не подвергавшиеся активации, проявляют самую маленькую активность.

Наибольшее распространение получили флюсы со средней активностью. Они хорошо очищают поверхность, растекаются по ней, смачивают соединяемые детали. Однако они могут вызывать коррозию. Поэтому после пайки рабочую зону нужно отмывать специальными растворителями или горячими водными растворами.

Паяльные флюсы, подвергавшиеся значительному активированию, применяют для сильно окисленных деталей. После пайки рабочее место отмывают органическими смесями со спиртом.

Водосмываемые флюсовые композиции изготовлены на основе органических кислот. Они обладают большой активностью, способствуют образованию хорошего шва, но требуют обязательного отмывания очищенной горячей водой.

Не нужно отмывание при работе с флюсами, сделанными из синтетических или натуральных смол. Даже если после пайки на поверхности будут присутствовать остатки, это не навредит изделию.

Остаток не проводит ток, устойчив к окислению. Его можно не отмывать. При желании промывание можно сделать специальными растворителями или горячими водными растворами.

Реологические особенности

Важными характеристиками паяльных паст для поверхностного монтажа являются вязкость, клейкость, длительность периода сохранения свойств, способность создавать объемное соединение на плате.

Знание количественных показателей реологических свойств позволяет правильно выбрать принтер для нанесения паяльной пасты, который сможет рационально дозировать порции.

Наносят пасту с учетом склонности к увеличению вязкости пастообразной массы. Уменьшение вязкости происходит при повышении температуры. Чтобы успешно паять паяльной пастой, нужно периодически к массе добавлять новые порции и контролировать показания температуры в рабочей зоне. Это можно легко делать при использовании автоматов для трафаретной печати, оснащенных термодатчиками.

На многих упаковках с импортными пастами указывают «время жизни». Значение определяет интервал времени с момента распечатывания банки до окончания пайки, в течение которого реологические свойства останутся неизменными.

Если показатель невысокий, для получения качественного соединения работать придется оперативно. Сейчас в продаже имеются смеси, со «временем жизни» 72 часа. С такими средствами можно работать не спеша.

Важной характеристикой является клейкость паяльной пасты, которая отображает способность детали удерживаться на плате до начала работы.

Некоторые пасты могут фиксировать электронные компоненты более суток, что удобно при монтаже больших плат. Составы с низкой клейкостью способны удерживать элемент 4 часа.

В продаже имеется большой ассортимент паяльных паст, часть из которых продается в шприце для ручного или автоматического дозирования, другие – в банках, картриджах.

Продукция в банках предназначена для станков трафаретной печати. Сделаны они из металлических листов с большой скрупулезностью, что позволяет вырезать на плате ячейки для нанесения паяльной пасты с точностью до 0, 1 мм.

Специальные виды трафаретов могут регулировать толщину нанесения пастообразной массы. Станки могут работать как в ручном, так и в автоматическом режимах. Дорогостоящие модели дополнительно оснащены системой очистки трафаретов, что значительно увеличивает производительность работ.

Условия хранения

На многокомпонентные паяльные смеси влияют внешние факторы. Условия, выполнение которых требуется для правильного хранения, указывают на упаковке. С ними следует ознакомиться и неукоснительно соблюдать.

Обязательно указывают не только температуру, пригодную для хранения, но и диапазон ее возможных отклонений.

Обычно, при температуре хранения, превышающей 30 ℃, смесь необратимо ухудшается. Очень холодное окружение может ухудшить выполнение функций активаторами, содержащимися в припое или термопасте.

Большое значение имеет время, через которое паста приобретает комнатную температуру. Важно знать:

  • как долго ее нужно перемешивать;
  • какая температура и влажность воздуха должны выдерживаться при использовании пасты;
  • сколько ее можно хранить при указанных условиях.

При влажном воздухе в паяльной массе из-за впитывания воды могут появляться шарики припоя. Срок, условия хранения паяльных паст отличаются, зависят от состава. Ели выполнять указания производителей, то качество пайки будет соответствовать ожиданиям.

Для водопроводных систем

Совершенно отдельную группу составляют пастообразные композиции, предназначенные для монтажа паяльником фитингов из меди и ее сплавов в системах водоснабжения. К этим составам предъявляются особые требования, которые строго регламентирует ГОСТ.

Ни один из компонентов пасты не может быть токсичным. Флюс должен полностью исключить окисление шва, попадание продуктов коррозии в воду.

Пасты для водоснабжения абсолютно не подходят для работы с электронными схемами по многим причинам, в частности потому, что к ним, для увеличения прочности соединения, часто добавляют медь или серебро. В электронике такие композиции не находят применения.

Паяльные пасты: все о главном. Часть 1

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( например — FLUX-OFF или ультразвук. Для «водорастворимых» паст, не требующих обязательной отмывки, процесс ограничивается дистиллированной водой.

Рис. 1. Классификация паяльных паст

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.

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.

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

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

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

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.

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. 4. Получение порошка припоя газовым распылением

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.

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

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

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.

Паяльная паста — инструкция по применению

Инструкция по применению паяльной пасты

Удивительное количество дефектов поверхностного монтажа возникает еще до открытия упаковки с паяльной пастой. Большую часть дефектов, связанных с использованием паяльной пасты, можно объяснить способом транспортировки, хранения и подготовки паяльной пасты. Контроль транспортировки, хранения и подготовки паяльной пасты может сократить или исключить недостатки, обусловленные использованием пасты. Ниже приводится перечень основных факторов, внимание к которым поможет вам максимально эффективно использовать паяльную пасту.

Паяльная паста состоит из двух компонентов с разной плотностью (металл и флюс), поэтому в некоторых составах небольшое количество флюса выделяется и поднимается на поверхность пасты. Чрезмерный нагрев может в значительно усилить процесс выделения флюса. Это ухудшит реологические свойства, и паста не будет, как ей положено, «течь». Таким образом, необходимо беречь паяльную пасту от чрезмерного нагрева перед использованием.

Влага является загрязняющим веществом, которое способно ухудшить качество паяльной пасты. Любая паяльная паста является в некоторой степени гигроскопичной (имеет свойство впитывать влагу), таким образом, необходимо беречь паяльную пасту от сырой (влажной) окружающей среды. Влага способна вызвать окисление шариков припоя до оплавления или значительно повысить скорость окисления припоя во время оплавления. Флюс, содержащийся в составе паяльной пасты, может не до конца очистить спаиваемые поверхности в рамках стандартного термопрофиля, так как необходимо большее время для удаления окислений, и тем самым не обеспечить необходимой смачиваемости. Кроме того, влага является причиной появления таких дефектов как: оползание паяльной пасты после трафаретной печати, образования перемычек, шариков припоя, закипания флюса, уменьшение время клейкости паяльной пасты. Водосмывные паяльные пасты более устойчивы к оползанию после трафаретной печати

Если иное не указано в листке технических данных, не рекомендуется замораживать паяльную пасту. Замораживание может привести к тому, что активаторы, содержавшиеся во флюсе, отделятся от его состава. Это негативно отразиться на характеристиках смачиваемости пасты.

Во избежание порчи, вызываемой вышеописанными внешними факторами, доставка паяльной пасты осуществляется в течение суток, по возможности в термостатической упаковке. После получения пасту необходимо распаковать и немедленно передать на хранение в нужных условиях согласно рекомендациям производителя. Идеальные условия хранения паяльной пасты, которые позволяют продлить срок хранения материала – хранение в охлажденном виде.

Идеальные условия печати паяльной пастой — относительная влажность: 40 % – 50 %, температура: 21-27°C. Кроме того, следует избегать задувания воздуха на трафарет, поскольку воздух, как правило, способствует подсыханию паяльной пасты.

Подсказка: Некоторые системы трафаретной печати, работу которых контролируют внешние контроллеры параметров окружающей среды, по умолчанию нагнетают воздух на поверхность трафарета. В отдельных случаях это намеренная конструктивная особенность, в других это всего лишь случайная особенность конструкции. Несложная доработка позволит значительно сократить или полностью исключить движение воздуха по поверхности трафарета.

Чтобы получить оптимальный результат, очень важно правильно подготовить пасту к нанесению. Важно не использовать и не наносить паяльную пасту в охлажденном виде. Если охлажденную пасту открыть при температуре ниже температуры конденсации помещения, на поверхности пасты появится конденсат, который приведет к осадке, закипанию и разбрызгиванию флюса и/или пасты, сдвигу деталей и/или другим связанным с появлением конденсата технологическим дефектам. Во избежание подобных проблем паяльную пасту необходимо полностью разогреть перед использованием. Стандартное время Поверхностный монтаж 4 стабилизации охлажденной паяльной пасты составляет от четырех до шести часов. Пока паяльная паста полностью не нагреется до комнатной температуры, не снимайте герметическую крышку, не открывайте и не пытайтесь перемешать пасту. В то время как контейнеры и картриджи через некоторое время могут быть теплыми на ощупь, температура в толще пасты может быть ниже комнатной.

Не пытайтесь разогреть паяльную пасту (например, поместив банку на горячую поверхность, рядом с потоком теплого воздуха, на установку для пайки волной припоя и т. д.), это может привести к выделению флюса и прочим вышеописанным дефектам, связанным с нагреванием пасты.

Подсказка: Если вы откроете охлажденную банку или картридж с пастой и тщательно ее перемешаете, паста станет однородной и может быть пригодной к использованию, но это не значит, что паста нагрелась, и такие действия точно не являются правильным способом подготовки пасты к использованию.

После того как паста нагрелась до нужной температуры, быстро и осторожно перемешайте пасту в банке специальной лопаткой в одном направлении в течение 1–3 минут. Это обеспечит равномерное перемешивание компонентов. Соблюдайте определенную осторожность: пасту нельзя перемешивать слишком интенсивно или дольше рекомендованного времени. Это может привести к снижению вязкости паяльной пасты и, соответственно, к оползанию пасты после нанесения через трафарет и/или образованию перемычек.

Не рекомендуется, но допускается хранить использованную паяльную пасту, оставшуюся на трафарете, в отдельном контейнере, чтобы в дальнейшем использовать ее повторно. Соблюдайте осторожность при сборе использованной пасты с трафарета; не собирайте пасту, которая засохла на трафарете или лезвиях ракеля. Засохшая повторно используемая паста или ее мелкие комочки способны привести к загрязнению ракеля при повторном использовании пасты. Такую пасту наносят на трафарет, предварительно разбавив равным, как правило, количеством новой пасты, чтобы восстановить ее свойства. Повторно используемую и свежую пасту смешивают в пропорции, обеспечивающей хорошую консистенцию пасты при печати.

Рекомендовано добавлять повторно используемую пасту на трафарет в течение дня или смены в небольших количествах во избежание ухудшения свойств пасты, а также следить за удалением пасты с трафарета перед его очисткой в конце смены или дня. Необходимо отметить, что большинство компаний предпочитает утилизировать использованную пасту во избежание возможных технологических проблем.

Подсказка: Не храните использованную и свежую паяльную пасту в одном контейнере. При смешанном хранении в свежую пасту может попасть излишняя влага или другие загрязняющие вещества, которые способны ухудшить эффективность пасты.

Читать еще:  Расчет сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector