Содержание металла

Содержание металла в пасте определяет толщину оплавленного припоя, осадку и растекание пасты и указывается в % по массе. Более высокое содержание металла ведет к увеличению толщины соединения после оплавления. Следует иметь в виду, что высота оплавленного припоя отличается от толщины нанесенного слоя пасты и может колебаться от 50% начальной толщины при 90% содержании металла до 25% при 75% [6], что необходимо учитывать при обеспечении требуемого объема паяного соединения. Типичное значение содержания металла для паяльных паст – от 80 до 90%. Значения у верхнего предела указанного диапазона характерны для паст, предназначенных для трафаретной печати, у нижнего – для нанесения дозированием.

Типы флюсующих составляющих по степени активности

Тип флюса в составе пасты определяет ее активность, необходимость отмывки и применяемые при этом способы. Флюсам, требованиям к ним и методам их испытаний посвящен стандарт IPC/EIA J-STD-004 [9]. В целом, выделяют три категории флюсов по методу удаления их остатков:

1. Группа канифольных флюсов. Изготавливаются на основе очищенной натуральной смолы, добываемой из древесины сосны (55-65%). Внутри группы по степени активности делятся на:

а) неактивированные (Rosin, R);

б) среднеактивированные (Rosin mildly activated, RMA);

в) активированные слабокоррозионные (Rosinactivated, RA).

Флюсы группы R имеют наименьшую активность среди вышеперечисленных. Наибольшее распространение получили RMA-флюсы, имеющие достаточную очищающую способность, обеспечивающие хорошее смачивание и растекаемость припоя. Такие флюсы явились предшественниками материалов, не требующих отмывки. Тем не менее, они могут быть коррозионными, поэтому рекомендуется проводить отмывку изделий после пайки (растворителями либо водными мыльными растворами).

RA-флюсы используются достаточно редко вследствие своей высокой активности, преимущественно для пайки подвергшихся сильному окислению поверхностей. Такие флюсы требуют обязательной отмывки органическими растворителями на основе спирта.

Тип отмывки от паяльных остатков.

1. Водосмываемые флюсы (Watersoluble), изготовленные на основе органических кислот (иначе называемые organicacid, OA). Обеспечивают хорошие результаты пайки благодаря своей высокой активности, однако требуют обязательной отмывки горячей деионизированной водой (55–65°С).

2. Безотмывные флюсы, флюсы, не требующие отмывки (No-clean, NC), изготавливаемые на основе натуральных и синтетических смол. Имеют в составе меньше смол, чем RMA-флюсы (35-45%), являются среднеактивированными, их остатки после пайки являются некоррозионными и непроводящими. Процент твердых остатков No-clean флюсов сведен к минимуму и составляет менее 2 %. Отмывка при использовании таких флюсов не является обязательной. Если отмывка все же необходима, то проводится с применением тех же материалов, что и для RMA-флюсов.

3. Органосмываемые флюсы ( спиртосмываемые флюсы)

Реологические характеристики

Данные свойства пасты определяют ее поведение на трафарете, геометрические характеристики отпечатка и характер изменения их во времени. Для процесса нанесения пасты имеют значение такие характеристики, как вязкость, осадка, время сохранения свойств, клейкость. Эти параметры контролируются путем введения в состав пасты при ее производстве модификаторов – загустителей либо вторичных растворителей. Они имеют высокую температуру кипения, так как должны работать вплоть до температуры оплавления припоя. Их остатки, не полностью удаленные при оплавлении, могут стать причиной образования пустот в паяном соединении.

1. Вязкость (viscosity) определяет густоту паяльной пасты. Пасты – тиксотропные материалы, меняющие вязкость при действии механической нагрузки. Такое свойство очень важно для процесса нанесения – паста располагается поверх окон трафарета в вязком состоянии, и приобретает текучесть при продавливании ее ракелем, заполняя окна. При снятии нагрузки, паста снова переходит в вязкое состояние, что заставляет ее находиться в пределах площади КП и предотвращает растекание по неметаллизированной поверхности ПП. Помимо нагрузки, на вязкость пасты оказывает влияние температура окружающей среды и размер частиц пасты (вязкость будет ниже в случае крупных частиц и повышения температуры).

Для измерения вязкости пасты служат два распространенных прибора: вискозиметры Брукфилда и Малкома.

Метод Брукфилда (стандарт IPC-TM-650 [7], методы 2.4.34 и 2.4.34.1 в зависимости от ожидаемой вязкости пасти) использует стандартный принцип ротационной вискозиметрии: измерение вязкости осуществляется посредством пересчета крутящего момента, необходимого для вращения шпинделя прибора (стандартный вискозиметр Brookfield RVTD или аналогичный, шпиндели TC и TF) с постоянной скоростью (5 об/мин) при погружении его в исследуемую пасту на глубину в 2,8 см от поверхности при температуре окружающей среды 25±0,25°С.

Метод Малкома (стандарт IPC-TM-650 [7], метод 2.4.34.2 и 2.4.34.3 в зависимости от ожидаемой вязкости пасти) также основан на ротационном принципе и использует прибор со спиральным адаптером, состоящий из внутреннего нарезного и внешнего вращающегося (со скоростью 10 об/мин) цилиндров, благодаря совместному действию которых паста продавливается вверх, и измеряется крутящий момент на штоке внутреннего цилиндра. Методики измерений вязкости подробно описаны в стандарте IPC-TM-650 [7].

Производителями паяльной пасты указываются значения по одной либо обоим методикам, выраженные обычно в системе единиц СГС в пуазах, пз [poise, ps] (преимущественно – для метода Малколма) или сотых долях пуаза·1000, кспз [kilocentipoise, kcps] (для метода Брукфилда), а также в паскаль-секундах [Па·сек] в системе СИ. 1[пз] = 0,1 [Н·сек/м² = Па·сек]. Взаимосвязи между значениями, полученными этими двумя методами, не существует.

Рабочая вязкость паст указывается производителем. Рекомендуется, чтобы она находилась в следующих пределах (кспз, метод Брукфилда) [6]:

• 200 – 450 для дозирования;

• 450 – 800 для трафаретной печати (сетчатый трафарет);

• 750 – 950 для трафаретной печати (фольговый трафарет дляЭК с шагом выводов 1,27 мм);

• 900 – 1200 для трафаретной печати (фольговый трафарет дляЭК с малым шагом выводов).

Следует помнить, что повышение температуры уменьшает вязкость пасты. По мере обработки большого количества ПП происходит увеличение ее вязкости. Таким образом, для минимизации изменений вязкости необходимо добавлять свежую пасту в процессе печати, а также обеспечивать контроль температуры в зоне нанесения, что обеспечивается рядом моделей автоматов трафаретной печати.

2. Осадка – свойство пасты увеличивать размеры отпечатка после нанесения на КП. Для обеспечения хороших результатов пайки, осадка должна быть минимальной, так как чрезмерное увеличение отпечатков пасты ведет к образованию перемычек, в особенности дляЭК с малым шагом выводов.

Существует тест на осадку (стандарты IPC/EIA J-STD-005 [8], IPC-TM-650 [7], метод 2.4.35), заключающийся в нанесении пасты через трафарет заданной толщины (определяющей высоту нанесении пасты, в данном тесте 0,1 и 0,2 мм) на тестовую ПП с различным шагом выводов. Паста считается прошедшей тест на осадку для данной высоты нанесения и шага выводов, если после определенной выдержки (10-20 мин при 25±5°С и относительной влажности 50±10%; 10-15 мин при 150±10°С) эффекта осадки не наблюдается и между соседними КП не образуется перемычек.

3. Время сохранения свойств («время жизни»). Обычно данный термин означает максимальное время пребывания пасты на трафарете до нанесения, либо на ПП после нанесения, без деградации реологических свойств. Первое из них носит обозначение «stencillife» либо «printlife» и составляет для различных паст обычно от 8 до 48 часов. Второе значение представляется более важным, так как оно определяет, через какой промежуток времени ПП должна быть передана на участок установки ЭК и далее на участок пайки (в настоящее время существуют пасты со значением данного показателя, равным 72 часам). Под данным параметром часто подразумевается время удержания ЭК на пасте («tacktime», см. ниже в разделе «Клейкость»). Производителями паст обычно указывается один из этих параметров либо оба.

В целом, наиболее информативным является определение, обозначаемое обычно как «workinglife» («время жизни») [6]: максимальное время, прошедшее после открытия банки с пастой до ее оплавления без деградации реологических свойств. Он включает в себя время, требуемое на нанесение пасты, установку ЭК, предварительный нагрев при пайке и все промежуточные технологические операции.

4. Клейкость определяет способность пасты удерживать SMD-компоненты на своих местах после установки их на ПП и до пайки. Это свойство является индикатором того, подошло ли к концу время жизни пасты.

Тест клейкости (стандарты IPC/EIA J-STD-005 [8], IPC-TM-650 [7], метод 2.4.44) предусматривает применение стандартного тестера, измеряющего силу, необходимую для сдвига компонента определенного веса с площадки пасты определенного размера ( 6,3 мм и высоты 0,25 мм). Тестовый пробник двигается со скоростью 2,5±0,5 мм/мин и приводится в соприкосновение с компонентом, при этом в течение 5 секунд к компоненту прикладывается сила в 300±30 г. Далее производится сдвиг компонента с площадки с указанной скоростью и измеряется потребная для этого сила. Производится несколько измерений через определенные промежутки времени после нанесения пасты. Данные представляются в виде графика зависимости усилия сдвига от времени. По графику определяется время, обозначаемое как время удержания («tacklife» либо «tacktime»), по истечении которого сила сдвига уменьшается на 20%. Пиковая сила определяет собой удерживающую способность в граммах и обозначается в характеристиках пасты как «tackiness» либо «tackforce» (типичное значение: 35 – 50 г). Обычно это значение относится к начальной клейкости, измеренной непосредственно после нанесения пасты («initialtackiness»).

Для различных паст время удержания может различаться и составлять до 24 и более часов (для паст с увеличенным временем удержания). Минимально приемлемый диапазон – от 4 до 8 часов. В целом (но не обязательно), канифольные и безотмывочные пасты обеспечивают большее время удержания, чем пасты, не требующие отмывки.

Способ нанесения

Способ нанесения пасты определяет вариант упаковки: шприцы (для ручного и автоматического дозирования), банки (для трафаретной печати при ручном нанесении), картриджи (при полуавтоматическом и автоматическом нанесении). Как в каплеструйке?

Типичные емкости упаковок: шприцы (обычно 10 и 30 см³), пластмассовые банки (500 г), картриджи (0,5 – 1,5 кг). ….?

Тип припоя, температура плавления паяльной пасты.