Паяльная паста SMD и SMT компонентов

Рекомендации по выбору

Состав припоя выбирают зависимо от следующих факторов:

• требования к производственной технологии относительно содержания свинца;
  
• требования к эксплуатации готового изделия;
• наличие термозависимых элементов пайки;
• тип сплавов для покрытий выводов элементов и печатной платы;
• необходимость проведения ступенчатой пайки с различными температурными режимами.

При производстве паст используют припой в виде миниатюрных шариков с диаметром в десятки микрон. Шарики делают только из припоя наивысшей частоты, добиваясь при производстве минимального количества окислов и высокой сферичности шариков припоя. Наиболее востребованным является порошок Тип 3 и Тип 4, так как он используется для производства большинством производителей электроники.

Выбор оптимального размера частиц припоя в паяльной пасте производится на основании минимального размера апертур в трафарете и минимально шага компонентов. При выборе паст с малым размером частиц следует помнить, что такая паста будет легко наноситься даже через маленькие отверстия трафарета, однако при использовании пасты с маленькими частицами и толстого трафарета велика вероятность получения чрезмерно большой дозы, что приведет к дефектам или продавливанию пасты под трафарет.

В промышленном изготовлении паст применяется припой наивысшей частоты в виде микроскопических шариков диаметром в десятки микрон. Его применение позволяет свести к минимуму объём окислов в процессе производства. Большинство предприятий, производящих электронные изделия, используют для изготовления своей продукции порошки Тип 3 и Тип 4.

Оптимальный размер частиц припоя в пасте выбирают согласно минимальному размеру апертур в трафарете и наименьшему шагу между элементами пайки. Выбор пасты с минимальным размером частиц предоставляет пользователю важное преимущество. Такую пасту не сложно наносить даже через самые маленькие отверстия в трафарете. Но если трафарет толстый, то применение пасты с маленькими частицами может привести к дефектам из-за слишком высокой дозировки. К тому же в этом случае паяльная паста может быть продавлена под трафарет.

Флюс в производстве пасты добавляется для выполнения следующие функций:

• обеспечение клейкости пасты для удержания элементов после их монтажа;
• создание защитной пленки-протектора от повторного окисления;
• обеспечение нужных реологических характеристик пасты;
• удаление оксидной пленки с поверхностей перед пайкой;
• образование однородного соединения с припоем;
• сохранность формы отпечатков паяльной пасты;
• улучшение самоцентрирования элементов;
• содействие передаче тепла в ходе паяния.

Различные виды паст отличаются между собой по активности флюса, что зависит от содержания в его составе галогенов. Активность может быть низкой (0–0,5%), средней (0,5–2,0%) и высокой (более 2,0%). Наличие в составе галогенов влияет на необходимость отмывки печатных плат после пайки. Так при низкой активности флюса отмывать их необязательно (пасты, не требующие отмывки), при средней — рекомендуется, а при высокой — обязательно.

«Водорастворимые» или «водосмываемые» пасты, как правило, содержат в своем составе органические кислоты. Их остатки удаляются с помощью поэтапного очищения поверхности. Для этого используют ультразвук или струйную промывку сначала обычной, затем дистиллированной и деионизированной водой. Пасты, не требующие отмывки,  изготавливаются на основе натуральных и синтетических смол. В случае их применения обязательная отмывка не требуется, а для удаления остатков пасты можно воспользоваться только дистиллятом при температуре 55-65℃.

Еще одной популярной разновидностью паяльных паст являются смеси на основе канифоли. Основной составной элемент канифольных паст — очищенная натуральная смола, для добычи которой используют древесину сосны. Канифольные флюсы могут быть неактивными, обладать средней активностью или слабыми коррозионными свойствами.

Независимо от наличия в составе галогенов, для отмывания остатков канифоль-содержащей пасты после пайки желательно использовать растворитель типа HCFC вместе с омыляющим реагентом. После их применения печатные платы отмывают сначала дистиллятом, а потом деионизированной водой.

Многие разновидности паст, в составе которых не содержатся галогены, отличаются крайне плохой отмываемостью. После просушки на поверхности плат может оставаться белесый остаток флюса. Пасты, после использования которых не требуется отмывка, считаются более технологичными благодаря упрощению производственного процесса. Флюс в их составе защищает готовое соединение после пайки от коррозии наподобие лака.

Паяльные пасты с содержанием галогенов в составе часто уступают безгалогенным аналогам по надежности паяного соединения. Такой эффект объясняется тем, что остатки флюса в составе пасты обладают более высокой химической активностью. Поэтому удобство пайки и надежность готового соединения чаще всего оказываются взаимоисключающими факторами.

Большинство разновидностей флюса для паяльных паст производится смешением компонентов органического (очищенная канифоль) и неорганического (синтетические смолы) происхождения. В их состав входят добавки с разной химической активностью. Так в составе канифоли высокой степени очистки присутствует слабоактивная смоляная кислота. Классификация паяльных флюсов и способы их испытаний указаны в нормативах IPC-SF-818 («Общие требования к электронным флюсам для пайки») и IPC/EIA J-STD-004 («Требования к флюсам для пайки»).

Согласно указанным выше нормативам международной стандартизации, в соответствии со своим химическим составом флюсы подлежат классификации на три группы. К каждой из них относится по 6 видов флюса, отличием между которыми является их уровень активности. Для маркировки флюса используют обозначения с 4-значным кодом, состоящим из букв и цифр. Определить вещество, взятое за основу флюса, можно по первой паре букв кода. Так RO означает канифоль, RE — синтетическую смолу, а OR — органическую кислоту. Третья буква кода указывает на уровень химической активности. Соответственно L (англ. — Low) означает низкий уровень, M — средний, а H — высокий.

Уровень активности флюса указывает на способность вызывать коррозию. Исходя из данного показателя определяется необходимость удаления его остатков после пайки. К примеру, остатки слабоактивных флюсов и флюса, основанного на чистой канифоли, обычно не требуется удалять. При средней активности химиката (RA, ROH0, ROY1, REY0, REH1) его остатки нужно удалять, используя специальный растворитель. Оставшийся органический флюс (OA, OR) нужно обязательно смыть водой.

Подобным образом принято классифицировать и паяльные пасты. Зависимо от разновидности флюса в составе это могут быть не требующие отмывки или водосмываемые пасты. Такое деление позволяет выбрать наиболее подходящую разновидность паяльных компонентов для используемой производственной технологии.

Как подобрать флюс

Флюс в пасте для пайки подбирают зависимо от следующих условий:

• необходимая активность флюса;
  
• желаемая основа (канифоль или другая);
• совместимость основы флюса с основами других химикатов, использующихся при сборке изделия;
• необходима активность и реология флюса;
• наличие или отсутствие галогенов в его составе;
• необходимый объём флюса в пасте;
• предпочитаемая технология (остатки смываются водой или не требуют отмывания).

Способы нанесения

В современном производстве электроники наиболее распространены такие способы нанесения паяльной пасты как дозирование и использование трафаретов. В трафаретной печати паста наносится формовочным способом. При этом отпечатки пасты равномерно формируются на всех контактных площадках платы в один заход.

Для мелкосерийного производства электроники изготовление трафарета может быть экономически нецелесообразным. В этом случае более подходящей окажется технология дозирования, паяльные пасты для которой обычно представлены в специальных шприцах. Способ трафаретной печати экономически более оправдан для производства электроники крупными партиями. При повторяющемся процессе достигается более высокая производительность.

При использовании паяльных паст следует соблюдать рекомендации производителя, подробно изложенные в TDS.

Рекомендации по применению

Транспортировка и хранение

Если материал для пайки не предполагается использовать в ближайшее время, то его желательно хранить в холодильнике. Рекомендованный температурный режим для хранения пасты находится в диапазоне от 0 до 10C (для некоторых разновидностей — до 5C). Срок хранения в обязательном порядке указан на каждой упаковке в виде дат производства и окончания срока годности. Хранение выше рекомендованной производителем температуры приведет к значительному сокращению срока годности.

Вскрытые банки необходимо плотно закрывать для ограничения контакта с воздушной средой. Шприцы и SEMCO картриджи нужно хранить вертикально носиком к низу. Во время перевозки важно соблюдать рекомендованный режим хранения, в том числе избегать заморозки упаковок и не подвергать воздействию источников тепла.

Подготовка к использованию

Перед началом работы с паяльной пастой рекомендуется маркировать тару этикеткой для фиксации рабочих этапов.

Поскольку материал рекомендуется хранить при температуре не выше 10C, то для этих целей можно использовать рекомендуется использовать промышленные холодильники. Также подойдут и бытовые модели, но в этом случае хранить можно только отдельно от пищевых продуктов. Не позже, чем за 2 часа до начала применения пасту нужно извлечь из холодильника для выдерживания в комнатной температуре. Для стабилизации эксплуатационных параметров не разрешается дополнительно подогревать материал нагревательной аппаратурой. Холодную банку нельзя открывать сразу из-за вероятности появления конденсата, что ухудшит характеристики состава.

Выдержав пасту при комнатной температуре, следует перемешать её в банке с помощью шпателя на протяжении нескольких минут до достижения равномерности в консистенции. Если есть возможность использовать автоматические устройства перемешивания, то нет необходимости предварительного прогрева. Перемешивание в подобной системе в течении 15 минут полностью подготавливает состав к применению.

Состав можно использовать дополнительно без специальных разбавителей. Для начала нужно извлечь требуемый объём материала, затем плотно закрыть вставку и крышку банки. Паяльная паста в SEMCO картриджах для применения в автоматах трафаретной технологии и в шприцах для дозирования не требует дополнительного перемешивания перед началом использования.

Если оставшийся в банке материал не будет использован в течение 12 часов, его следует снова поместить в холодильник. Неиспользованную во время рабочей смены паяльную пасту для трафаретной печати нельзя смешивать со свежим составом для пайки. Отходы можно хранить в отдельной емкости для использования с начала следующей смены. Для этого в них следует добавить более 50% свежего материала (не больше, чем через 12 часов). Нежелательно применять пасту, находившуюся на трафарете в течение всей рабочей смены без работы. Её можно тщательно смешать со свежей и воспользоваться в начале следующей смены. В том случае, если печатный трафарет не был использован в течение 4 часов, желательно очистить его от остатков пасты перед продолжением работы.

Нанесение

Нанесение состава трафаретом позволяет получить повторяемые регулируемые по дозе (толщина трафарета) отпечатки паяльной пасты. Этот метод наиболее пригоден для автоматизации поверхностного монтажа при серийном и массовом производстве электроники. Реология паст довольно сложна. Пасты паяльные неньютоновские жидкости с высокой тиксотропностью, вязкость которых зависит от коэффициента сдвига.

Вязкость пасты выше при меньшем коэффициенте сдвига и ниже при большем. Чем меньше вязкость, тем больше паста напоминает жидкость. Материал должен беспрепятственно проникать сквозь отверстия трафарета и перемещаться по трафаретной поверхности, но отпечатки на печатной плате должны сохранять форму.

Паяльные пасты должны использоваться при температуре окружающей среды в пределах от +20° до +30°С и относительной влажности 20 90%. Повышенная температура и влажность приводят к уменьшению срока жизни на трафарете и уменьшению вязкости, что влечет увеличение количества дефектов. Средний срок жизни состава на трафарете 8-12 часов при относительной влажности 20 70% и температуре в помещении 22-28°C.

Срок жизни на трафарете характерен свой для каждой пасты и приводится в TDS вместе с рекомендованными условиями окружающей среды при которых реализуется максимальный срок жизни.

Отмывка

Эффективную отмывку остатков паяльного материала после работы могут обеспечить только промывочные жидкости, специально разработанные для этих целей.

Универсальные промывочные жидкости обеспечивают быструю и качественную отмывку всех типов загрязнений, возникающих в процессе производства и сборки печатных плат.