Регистрация Вспомнить пароль
Задать вопрос специалисту
CAPTCHA

Инновационная технология пайки или что такое NanoFoil?

13 Октября 2010

Перед выставкой электронТехэкспо 2010 ЗАО Предприятие Остек представило в России новую технологию пайки NanoBond®, и после этого у российских производителей и разработчиков электроники появилось много вопросов:

что это за технология?

что за материал?

что спаивает?

Какое оборудование необходимо?

И так далее… много, много вопросов…

Данная статья посвящена ответам на большинство из этих вопросов. Итак, давайте начнем с ответа, наверное, на самый актуальный вопрос: что такое NanoFoil?

NanoFoil – фольга, состоящая из тысяч нанослоев алюминия (Al) и никеля (Ni), которые реагируют экзотермально, когда подается импульс энергии. Активируясь, фольга создает и поддерживает реакцию, она действует как быстрый и управляемый, ограниченный по области воздействия источник высокой температуры (реакция сопровождается выделением большого количества тепла), который расплавляет прилегающие слои припоя, соединяя компоненты вместе. Этот процесс называют NanoBond®. При этом не возникает необходимости нагревать всю сборку для осуществления процесса пайки, что позволяет соединять компоненты с различными КТР без возникновения существенных термомеханических напряжений. Процесс NanoBond® может применяться в любых задачах, где соединение осуществляется с помощью припоев. Компанией Indium проведены успешные испытания для пайки отдельных компонентов, сборки печатных плат, монтажа теплоотводов и крепления больших разъёмов. Технология NanoBond® обладает следующими преимуществами:

Процесс NANOBOND®

Шаг 1: Вырезанная под нужную форму фольга NanoFoil (как и чем вырезать фольгу под необходимый размер и технологию этой операции мы рассмотрим позже) аккуратно помещается между двумя поверхностями, которые нужно соединить при помощи пайки.

A. Если спаиваемые по технологии NanoBond® поверхности не покрыты припоем, то необходимо использовать припой для пайки в виде преформы или фольги

B. Пайку с использованием фольги NanoFoil можно реализовать без дополнительного припоя, если соединяемые поверхности покрыты припоем (облужены).

Для технологии NanoBond® используются припои с температурой плавления до 350оС. Максимальная площадь пайки – 1м2, установлена в лаборатории корпорации Indium в ходе последних экспериментальных работ.

Шаг 2: Подготовка поверхностей. Спаиваемые поверхности должны быть плоскими, ровными, паралельными и чистыми. Когда спаиваемые поверхности предварительно покрыты припоем, желательно удалить с поверхностей оксидную пленку механически или химически. Для удаления оксидной пленки, как правило, достаточно 10% раствора соляной кислоты.

Шаг 3: Точное совмещение спаиваемых поверхностей и приложение давления в течение технологического процесса обеспечивают хорошее качество пайки.

Для обеспечения полного и качественного смачивания спаивае- мых поверхностей важно точно совместить преформы из припоя, NanoFoil и спаиваемые поверхности. Также необходимо приложить давление на компоненты – это позволит расплавленному припою равномерно распределиться и полностью смочить спаиваемые поверхности. Например, при использовании компонентов, предварительно покрытых индием, при пайке необходимо приложить давление 3,52 кгс/см2. Не рекомендуется снимать давление до окончания процесса пайки.

Рис. 1 Паяное соединение, выполненное с использованием фольги NanoFoil
Рис. 2 Активация фольги NanoFoil


NanoFoil – фольга, состоящая из тысяч нанослоев алюминия (Al) и никеля (Ni), которые реагируют экзотермально, когда подается импульс энергии

Шаг 4: Активация NanoFoil

Фольга NanoFoil активируется локальным небольшим импульсом энергии, который может быть создан практически любым источником энергии: оптическим, электрическим или термальным. Воздействие энергетического импульса на NanoFoil порождает химическую реакцию, сопровождающуюся выделением необходимого количества тепловой энергии для расплавления припоя и пайки. После прохождения химической реакции в месте пайки остается соединение Al/Ni, перемешанное с припоем.

Теперь, зная, как происходит процесс NanoBond® по шагам, мы можем разобраться, какое оборудование необходимо для его реализации.

Рис. 3 Цифровой калибровочный пресс со столиком-подставкой, регулируемым по высоте
Рис. 4 Инструмент для активации

Рекомендуемое оборудование

Ниже приведен список оборудования, которое может использоваться для процесса NanoBond®. Оборудование может быть заменено эквивалентным, например, активация NanoFoil может быть произведена с помощью лазера, а не электрическим источником энергии. Оборудование:

Так выглядит набор оборудования, необходимый для процесса NanoBond®, конечно, жестких требований к нему нет. Но помните, что для правильного протекания процесса пайки по данной технологии необходимы давление и энергия, активирующие NanoFoil, а главное – сама фольга NanoFoil, вырезанная по строго определенной форме и размеру. Поэтому самое время описать технологию резки фольги NanoFoil и инструмент.

Резка NanoFoil®

Для резки фольги NanoFoil нам пригодятся средства индивидуальной защиты, а именно: кожаные перчатки и защитные очки.

Также для резки нам потребуется следующее оборудование:

А теперь, когда есть все необходимые инструменты и рекомендуемые средства индивидуальной защиты, мы также по шагам рассмотрим порядок действий при резке NanoFoil.

Рис. 5 Разметка фольги NanoFoil для резки
  1. Отмерить и разметить лист фольги NanoFoil по необходимому размеру и форме. При разметке рекомендуется добавлять небольшой допуск – это гарантирует, что NanoFoil перекроет место пайки и компенсирует потери при резке. Необходимо обязательно предусмотреть открытую (выступающую или легкодоступную) часть фольги, через которую удобно провести активацию.
  2. Теперь найдем место, где будем резать NanoFoil - выберем правильную поверхность или подложку. Место для резки – это, конечно, устойчивый стол, а вот в качестве поверхности рекомендуется использовать пластиковый антистатический коврик. Вот тут пригодятся пластиковый уголок или линейка, их очень удобно использовать, чтобы стеклорез двигался точно по линии.
  3. Стеклорез помещается в начало линии разметки и ведется вдоль неё.
  4. Уголок или линейку нужно плотно прижимать к NanoFoil, для того чтобы при резке не возникало смещения, но не слишком сильно, иначе можно повредить фольгу.
  5. Иногда может понадобиться больше, чем один проход стеклореза до полного разреза фольги NanoFoil.
Рис. 6 Процесс резки фольги NanoFoil


Для правильного протекания процесса пайки по данной технологии необходимы давление и энергия, активирующие NanoFoil, а главное – сама фольга NanoFoil

Теперь, когда фольга NanoFoil вырезана и имеет необходимый размер, спаиваемые поверхности подготовлены, и мы знаем, какое оборудования для процесса NanoBond® нам понадобиться, давайте рассмотрим все возможные варианты активации фольги NanoFoil и, возможно, выберем более подходящий вариант под свой технологический процесс или убедимся, подходит ли в данном случае имеющееся оборудование.

Активация NanoFoil

Активация фольги NanoFoil – это самая важная и ответственная часть процесса NanoBond® и, конечно, она вызывает больше всего вопросов. Поэтому мы рассмотрим все виды активации, начав с активации электричеством:

Активация лазером

Ниже приведена таблица условий для различных типов лазеров, которые подходят для активации NanoFoil.

Таблица 1 Условия для различных типов лазеров, подходящих для активации NanoFoil

Тип лазера

Длитель- ность импульса (сек)

Диаметр све- тового пятна (мкм)

Действую- щее [эф- фективное] значение мощности импульса (мДж)

YAG – лазер длина волны 1064нм, импульсный

8x10-9

100

>300

YAG – лазер длина волны 1064нм, импульсный

8x10-9

50

>50

YAG – лазер длина волны 1064нм, импульсный

8x10-9

10

>10

Лазер на углекис- лом газе: 200W, длина волны 1060 нм, непрерывный

3x10-4

100

-

IPG: 100W, длина волны 1085 нм, непрерывный

1x10-4

50

-

IPG: 50W, длина волны 1085 нм, непрерывный

5x10-4

100

-

NanoFoil может активироваться от многих других источников энергии, выделяющих большое количество тепла, таких как ИК-лампы или открытое пламя.

Примечание: При меньшем градиенте роста температуры нагрева энергии будет недостаточно для начала стабильной реакции в NanoFoil и паяное соединение будет некачественным.

Рис. 7 Состав испытательного набора NanoFoil

Теперь, наверно, остался только один вопрос, практический: «Как опробовать процесс NanoBond® на практике для решения своей технологической задачи?» Именно для решения этого вопроса корпорация Indium разработала специальный испытательный набор NanoFoil для опробования и отработки технологии.

Испытательный набор состоит из:

Немного об использовании Испытательного набора NanoFoil.

  1. Аккуратно пинцетом возьмите один из кусочков фольги и поместите его между двумя медными покрытыми оловом пластинами. Поместить фольгу надо так, чтобы остался небольшой кусочек, доступный для начала активации. Медные пластины кладите аккуратно, не бросайте – это может вызвать активацию.
  2. Используйте зажимы из набора для фиксации пластин между собой и для создания необходимого давления.
  3. Поместите подготовленный пакет на устойчивую поверхность, желательно из неподдерживающего горения материала, и активируйте фольгу NanoFoil, коснувшись ее открытой поверхности одновременно двумя проводниками, присоединенными к батарейке 9 В. Проведя опытную работу с этим набором, вы получите практический опыт работы с технологией NanoBond® и оставшиеся образцы фольги NanoFoil направите на решение Вашей конкретной задачи.

Дополнительную информацию по NanoFoil, а также по всем материалам, производимым корпорацией Indium, можно получить по телефону: (495) 788-44-44 (отдел технологических материалов) или по электронной почте materials@ostec-group.ru. При желании Вы можете приобрести Испытательный набор NanoFoil или саму фольгу NanoFoil NF40-A1.

Автор, должность:
Станислав Баев, начальник группы технической поддержки
Отдел:
Направление технологических материалов
Email:
materials@ostec-group.ru
Издание:
Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж», октябрь 2010, №5