Pájecí pasta - Solder paste

Pájecí pasta někdy označuje pájecí tavidlo, které neobsahuje pájku.

Pájecí pasta se používá při výrobě desek s plošnými spoji k připojení komponent pro povrchovou montáž k podložkám na desce. Je také možné pájet kolík s průchozím otvorem v komponentech pasty tiskem pájecí pasty do a přes otvory. Lepkavá pasta dočasně drží komponenty na místě; deska se poté zahřeje, roztaví pastu a vytvoří mechanické spojení i elektrické připojení. Pasta se nanáší na desku tryskovým tiskem , šablonovým tiskem nebo stříkačkou ; pak se komponenty umístí pomocí stroje typu pick-and-place nebo ručně.

Použití

Většina vad v sestavě obvodových desek je způsobena problémy v procesu tisku pájecí pastou nebo vadami pájecí pasty. Existuje mnoho různých typů závad, například příliš mnoho pájky, nebo se pájka taví a spojuje příliš mnoho vodičů (přemostění), což vede ke zkratu. Nedostatečné množství pasty má za následek neúplné obvody. Poruchy hlavy v polštáři nebo neúplná koalescence koule s kulovou mřížkou (BGA) a depozice pájecí pasty je režim selhání, který od přechodu na bezolovnaté pájení zaznamenal zvýšenou frekvenci. Během kontroly se často chyba typu hlava v polštáři (HIP) jeví jako hlava spočívající na polštáři s viditelným oddělením v pájeném spoji na rozhraní sféry BGA a přetavenou pastou. Výrobce elektroniky potřebuje zkušenosti s procesem tisku, konkrétně s vlastnostmi pasty, aby se vyhnuli nákladnému přepracování sestav. Fyzikální vlastnosti pasty, jako je viskozita a úrovně toku, je třeba pravidelně sledovat prováděním interních testů.

Při výrobě desek plošných spojů (desky s plošnými spoji) výrobci často testují usazeniny pájecí pasty pomocí SPI (inspekce pájecí pasty). Systémy SPI měří objem pájecích destiček před nanesením komponent a roztavením pájky. Systémy SPI mohou snížit výskyt vad souvisejících s pájením na statisticky nevýznamná množství. Inline systémy vyrábějí různé společnosti, jako jsou Delvitech (Švýcarsko), Sinic-Tek (Čína), Koh Young (Korea), GOEPEL electronic (Německo), CyberOptics (USA), Parmi (Korea) a Test Research, Inc. (Tchaj-wan) ). Offline systémy vyrábějí různé společnosti, například VisionMaster, Inc. (USA) a Sinic-Tek (Čína).

Složení

Pájecí pasta zobrazená pod mikroskopem.

Pájecí pasta je v podstatě prášková pájka suspendovaná v tavné pastě. Lepivost tavidla udržuje komponenty na místě, dokud proces pájení přetavením pájku neroztaví. V důsledku environmentální legislativy je dnes většina pájek, včetně pájecích past, vyrobena z bezolovnatých slitin.

Klasifikace

Podle velikosti

Velikost a tvar kovových částic v pájecí pastě určuje, jak dobře bude pasta „tisknout“. Pájecí koule má sférický tvar; to pomáhá při snižování povrchové oxidace a zajišťuje dobrou tvorbu spojů s sousedními částicemi. Nepravidelné velikosti částic se nepoužívají, protože mají tendenci ucpat šablonu a způsobit vady tisku. Pro výrobu kvalitního pájeného spoje je velmi důležité, aby kovové koule měly velmi pravidelnou velikost a nízkou hladinu oxidace.

Pájecí pasty jsou klasifikovány na základě velikosti částic podle standardu IPC J-STD 005. Níže uvedená tabulka ukazuje typ klasifikace pasty ve srovnání s velikostí ok a velikostí částic. Někteří dodavatelé používají vlastní popis velikosti částic, pro srovnání jsou uvedeny popisy Henkel / Loctite.

Typové označení [IPC] Velikost oka v řádcích na palec Max. velikost v μm
(ne větší než) 		Max. velikost v μm
(o méně než 1% větší než) 		Velikost částic v μm
(min. 80%) 		Prům. velikost v μm
 Min. velikost v μm
(10% max. menší než) 		Popis prášku Henkel
Typ 1 150 150-75 20
Typ 2 -200 / + 325 75 75–45 60 20
Typ 3 -325 / + 500 45 45–25 36 20 AGS
Typ 4 -400 / + 635 38 38–20 31 20 DAP
Typ 5 -500 / + 635 30 25 25–10 10 KBP
Typ 6 -635 20 15 15–5 5
Typ 7 15 11 11–2
Typ 8 11 10 8–2

Tokem

Podle standardu IPC J-STD-004 „Požadavky na pájecí tavidla“ jsou pájecí pasty rozděleny do tří typů na základě typů tavidel:

Tavidla na bázi kalafuny jsou vyrobena z kalafuny , přírodního extraktu z borovic. Tyto tavidla lze v případě potřeby po procesu pájení vyčistit pomocí rozpouštědla (potenciálně včetně chlorfluoruhlovodíků ) nebo saponizačního odstraňovače tavidla.

Tavidla rozpustná ve vodě jsou tvořena organickými materiály a glykolovými bázemi. Pro tyto tavidla existuje široká škála čisticích prostředků.

Bezoplachové tok je navržen tak, aby opustit pouze malá množství inertních zbytků tavidla. Pasty bez čištění šetří nejen náklady na čištění, ale také investiční výdaje a podlahovou plochu. Tyto pasty však vyžadují velmi čisté montážní prostředí a mohou potřebovat inertní prostředí pro přetavování.

Vlastnosti pájecí pasty

Při použití pájecí pasty pro obvodové sestavy je třeba otestovat a pochopit různé reologické vlastnosti pájecí pasty.

Viskozita
Míra, do jaké materiál odolává tendenci proudit. Viskozita pro konkrétní pastu je k dispozici v katalogu výrobce; k posouzení zbývající použitelnosti pájecí pasty po určité době používání je někdy nutné vlastní testování.
Tixotropní index
Pájecí pasta je tixotropní , což znamená, že její viskozita se mění s aplikovanou smykovou silou (jako je míchání nebo roztírání). Tixotropní index je měřítkem viskozity pájecí pasty v klidu, ve srovnání s viskozitou „pracuje“ vložit. V závislosti na složení pasty může být velmi důležité pastu před použitím promíchat, aby byla zajištěna vhodná viskozita pro správné použití. Když se pájecí pasta pohybuje stírací lištou na šabloně, fyzické napětí aplikované na pastu způsobí pokles viskozity, což umožní pastě snadno protékat otvory na šabloně. Když se odstraní napětí na pastě, získá zpět svoji viskozitu a zabrání jejímu toku na desce s obvody.
Propad
Charakteristika tendence materiálu k šíření po aplikaci. Teoreticky jsou boční stěny pasty dokonale rovné po nanesení pasty na desku plošných spojů a zůstane tak až do umístění součásti. Pokud má pasta vysokou hodnotu propadu, může se odchýlit od očekávaného chování, protože nyní nejsou boční stěny pasty dokonale rovné. Propad pasty by měl být minimalizován, protože propad vytváří riziko tvorby pájecích mostů mezi dvěma sousedními zeměmi a vytváří zkrat.
Životnost
Množství časové pájecí pasty může zůstat na šabloně, aniž by to ovlivnilo její vlastnosti tisku. Tuto hodnotu poskytuje výrobce pasty.
Připínáček
Tack je vlastnost pájecí pasty k držení komponenty poté, co byla komponenta umístěna umisťovacím strojem. Životnost lepení je tedy kritickou vlastností pájecích past. Je definována jako doba, po kterou může pájecí pasta zůstat vystavena atmosféře bez významné změny vlastností lepivosti. Pájecí pasta s dlouhou životností lepivosti pravděpodobně poskytne uživateli konzistentní a robustní tiskový proces.
Reakce na pauzu
Reakce na pauzu (RTP) se měří rozdílem v objemu depozice pájecí pasty jako funkce počtu výtisků a doby pauzy. Velká změna objemu tisku po pauze je nepřijatelná, protože to způsobí chyby na konci řádku, jako jsou zkraty nebo otevření. Dobrá pájecí pasta vykazuje menší rozdíly v objemu výtisků po pauze. Jiný však může vykazovat velké odchylky a také celkový klesající trend v objemu.

Použití

Pájecí pasta vytištěná na PCB

Pájecí pasta se obvykle používá v procesu tisku šablony pomocí tiskárny pro pájení pasty, ve které se pasta nanáší přes masku z nerezové oceli nebo polyesteru, aby se vytvořil požadovaný vzor na desce s plošnými spoji . Pasta může být dávkována pneumaticky , přenosem kolíků (kde je mřížka kolíků namočena v pájecí pastě a poté nanesena na desku), nebo tryskovým tiskem (kde je pasta vysunuta na podložky tryskami, jako inkoustová tiskárna ) .

Kromě formování samotného pájeného spoje musí mít nosič / tavidlo pasty dostatečnou lepivost, aby držel komponenty, zatímco sestava prochází různými výrobními procesy, možná se pohybuje kolem továrny.

Po tisku následuje kompletní proces pájení přetavením .

Výrobce pasty navrhne vhodný profil teploty přetavení, který vyhovuje jejich individuální pastě. Hlavním požadavkem je mírné zvýšení teploty, aby se zabránilo explozivní expanzi (která může způsobit „pájení kuličky“), přesto aktivujte tok. Poté se pájka roztaví. Čas v této oblasti je známý jako Čas nad Liquidem . Po uplynutí této doby je zapotřebí přiměřeně rychlé období ochlazování.

Pro dobrý pájený spoj je nutné použít správné množství pájecí pasty. Příliš mnoho pasty může vést ke zkratu; příliš málo může mít za následek špatné elektrické připojení nebo fyzickou sílu. Přestože pájecí pasta typicky obsahuje kolem 90% hmotnostních kovu v pevné látce, objem pájeného spoje je pouze asi poloviční než aplikovaná pájecí pasta. To je způsobeno přítomností tavidla a jiných nekovových činidel v pastě a nižší hustotou kovových částic při suspendování v pastě ve srovnání s konečnou pevnou slitinou.

Stejně jako u všech toků používaných v elektronice mohou zbytky po sobě zanechat škodlivé pro obvod a existují normy (např. J-std, JIS, IPC) pro měření bezpečnosti zbytků po sobě.

Ve většině zemí jsou nejběžnější pájecí pasty „no-clean“; ve Spojených státech jsou běžné pasty rozpustné ve vodě (které mají povinné požadavky na čištění).

Úložný prostor

Pájecí pasta musí být při přepravě skladována ve vzduchotěsné nádobě při teplotě 0-10 ° C. Pro použití by měl být ohřát na pokojovou teplotu.

Nedávno byly zavedeny nové pájecí pasty, které zůstávají stabilní při 26,5 ° C po dobu jednoho roku a při 40 ° C po dobu jednoho měsíce.

Vystavení částic pájky ve formě surového prášku vzduchu vede k jejich oxidaci , proto by expozice měla být minimalizována.

Hodnocení

Hlavním důvodem, proč je hodnocení pájecí pasty nutné, je to, že 50-90% všech vad je výsledkem problémů s tiskem. Hodnocení pasty je tedy zásadní.

Tento postup je poměrně důkladný, přesto minimalizuje rozsah testování potřebného k rozlišení mezi vynikajícími a špatnými pastami pro pájení. Pokud je vyhodnoceno více pájecích past, lze postup použít k eliminaci špatných past z jejich špatné kvality tisku. U finalistů pájecí pasty lze poté provést další testování, jako je výkon přetavení pájky, kvalita pájeného spoje a testování spolehlivosti.

Obavy

Hlavní obavy ohledně pájecí pasty jsou:

  1. Při příliš dlouhém používání může na šabloně vyschnout.
  2. Může to být toxické.
  3. Je to drahé a je třeba minimalizovat odpad.

Tyto tři obavy pomohly vytvořit tři uzavřené systémy pro tisk.

  1. DEK ProFlow
  2. Hlava reometrické pumpy MPM
  3. Fuji Cross Flow

Viz také

Reference

Další čtení