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:
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.
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.
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.
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.
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 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:
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.
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.
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