3.4.3. Гранулированный припой в паяльных пастах

Припои — мягкий металл, и получение из него порошка возможно только при переходе его из жидкого состояния в твердое путем различных методов распыления. Предпочтительными методами являются газовое, центробежное и ультразвуковое распыление. Используя их, можно получить малоокисленный порошок с мелкими частицами сферической формы. На рис. 3.5 показано схематическое изображение конструкции газового распылителя. Расплавленный припой, вытекающий из сопла резервуара, бомбардируется струей инертного газа и распадается на множество капелек расплавленного припоя, которые быстро затвердевают, перед тем как коснуться стенок камеры. Собранный порошок направляется на циклонный уловитель для последующей сортировки по размеру частиц. На рис. 3.6 показана схематическая конструкция распылителя с вращающимся диском. Струя расплавленного припоя из плавильного тигля сталкивается с быстровращающимся диском и разделяется на миллионы капелек расплавленного припоя по периферии диска. Далее эти капельки быстро затвердевают в среде холодного инертного газа и собираются для дальнейшей сортировки [7].

Рис. 3.5. Схема процесса газотермического распыления: а - распыление газовым пламенем;

б – расплавление вэлектродуговом разряде

Главные задачи этих методов:

• получить мелкую дисперсию шариков припоя;

• предотвратить окисление диспергированного припоя.

В процессе газотермического распыления окисление предотвращают со-зданием нейтральной или восстановительной среды в газовом факеле. Однако большие объемы факела не позволяют полностью контролировать среду.

Для метода центробежного распыления (рис. 3.6) это сделать проще, если объем бака для распыления и охлаждения диспергированного расплава припоя наполнять контролируемой средой. Порошок припоя получают в емкости высотой около 5 м и диаметром 3 м, наполненной сухим азотом. 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 его разбрызгивание в направлении стенок резервуара, при этом припой приобретает сферическую форму и затвердевает до того, как эти частицы достигнут стенок резервуара. Полученные частицы порошка припоя имеют размеры порядка 1... 100 мкм.

Рис. 3.6. Схема процесса центробежного распыления

На распределение размеров частиц припоя и их диаметр влияют многие факторы, в том числе скорость разбрызгивания припоя. Затем порошковый припой сепарируют на сортировочном сите. Обычно применяют метод двойной сортировки порошка припоя. На первой стадии порошок сортируют струей азота от воздуходувки. При этом отсортировываются частицы с размерами меньше нужного. Затем порошок идет на сито, где задерживаются частицы с размерами, превышающими заданные величины.

Для паяльных паст в основном используют частицы двух размеров: 20...40 мкм или 20...50 мкм. Первый размер применяется для плат с шагомконтактных площадок 0,4 мм, а второй — для обычных плат с шагом выводов от 0,5 мм. Предстоящая перспектива пайки микрокорпусов может привести к необходимости использования более тонкого порошка припоя: 15...25 мкм.

Рис. 3.7. Окисляемость в зависимости от размера частиц

Распределение размера частиц прямо влияет на реологию паяльных паст, на печать, на их растекаемость, характер отделения от шаблона, на показате­ли осадки паст и т. д. Нужный размер частиц следует подбирать по минималь­ному шагу между контактными площадками и по плотности компоновки.

Содержание кислорода следует тщательно контролировать и под­держивать его на возможно более низком уровне. Чтобы уменьшить количе­ство окисленных частиц, необходимо, чтобы количество частиц с размерами менее 20 мкм было минимальным, поскольку по мере уменьшения разме­ра частиц относительная площадь поверхности возрастает. Из графика на рис. 3.7 видно, что у частиц размером менее 20 мкм уровень окисления зна­чительно выше. Если же в порошке припоя будет высокое содержание окис­ленных частиц, то при оплавлении они могут образовывать нерасплавленные микросферы припоя.

Сейчас рынок паяльных паст весьма разнообразен, поэтому пра­вильность выбора пасты для конк­ретного применения приобретает большое значение. При выборе пасты особое внимание следует обращать на распределение размеров частиц при­поя в пасте и тщательность сортировки этих частиц по размеру, поскольку эти факторы сильно влияют на показатели паяемости и на печать (рис. 3.8).

Повышение плотности печати приводит к необходимости использо­вания более мелких частиц припоя сферической формы. Однако при этом нужно учитывать, что пасты с мелким гранулятом припоя создают сложности при трафаретной печати.

Во время перерыва в печати паста может изменить свою вязкость и тиксотропность, стать более вязкой, в результате чего могут возникнуть проблемы с прилипанием к ракелю, временем его готовности и т.п.

Пока что никому не удалось создать какую-то одну паяльную пасту, которая удовлетворяла бы всем требованиям. Поэтому на рынке присутствует большое разнообразие паст, что позволяет технологам, если они правильно ориентируются, подобрать нужный тип под свои задачи.