Паяльная паста используется при производстве печатных плат для соединения компонентов поверхностного монтажа с контактными площадками на плате. Также можно припаять штифт со сквозным отверстием в компонентах пасты, нанеся паяльную пасту на отверстия и поверх них. Липкая паста временно удерживает компоненты на месте; Затем плата нагревается, расплавляя пасту и образуя механическую связь, а также электрическое соединение. Паста наносится на плату методом струйной печати , трафаретной печати или шприца ; затем компоненты устанавливаются на место с помощью подъемно-транспортного станка или вручную.
Большинство дефектов при сборке печатных плат возникают из-за проблем в процессе печати паяльной пасты или из-за дефектов паяльной пасты. Возможны различные типы дефектов, например, слишком много припоя или припой плавится и соединяет слишком много проводов (перемычка), что приводит к короткому замыканию. Недостаточное количество пасты приводит к неполным контурам. Дефекты «голова в подушке» или неполное слияние сферы шариковой решетки (BGA) и отложений паяльной пасты — это тип отказа, частота которого увеличилась после перехода на бессвинцовую пайку. Дефект «голова в подушке» (HIP), который часто не замечают при проверке, проявляется в виде положения головы на подушке с видимым расслоением в паяном соединении на границе сферы BGA и отложениями оплавленной пасты. [1] Производителю электроники необходим опыт работы с процессом печати, особенно с характеристиками пасты, чтобы избежать дорогостоящей повторной обработки узлов. Физические характеристики пасты, такие как вязкость и уровень текучести, необходимо периодически контролировать, проводя собственные испытания.
При изготовлении печатных плат производители часто проверяют отложения паяльной пасты с помощью SPI (проверка паяльной пасты). Системы SPI измеряют объем паяльной площадки перед нанесением компонентов и расплавлением припоя. Системы SPI могут снизить количество дефектов, связанных с пайкой, до статистически незначительного уровня. Линейные системы производятся различными компаниями, такими как Delvitech (Швейцария), Sinic-Tek (Китай), Koh Young (Корея), GOEPEL Electronic (Германия), CyberOptics (США), Parmi (Корея) и Test Research, Inc. (Тайвань). ). [2] Автономные системы производятся различными компаниями, такими как VisionMaster, Inc. (США) и Sinic-Tek (Китай).
Паяльная паста по существу представляет собой порошкообразный припой, суспендированный во флюсовой пасте. Липкость флюса удерживает компоненты на месте до тех пор, пока в процессе пайки оплавлением припой не расплавится. В соответствии с экологическим законодательством большинство припоев сегодня, включая паяльные пасты, изготавливаются из сплавов , не содержащих свинца .
Размер и форма металлических частиц в паяльной пасте определяют, насколько хорошо паста будет «печатать». Шарик припоя имеет сферическую форму; это помогает уменьшить окисление поверхности и обеспечивает хорошее образование соединений с прилегающими частицами. Частицы нестандартного размера не используются, так как они имеют тенденцию засорять трафарет, вызывая дефекты печати. Для получения качественного паяного соединения очень важно, чтобы металлические сферы были одинакового размера и имели низкий уровень окисления .
Паяльные пасты классифицируются по размеру частиц в соответствии со стандартом IPC J-STD 005. [3] В таблице ниже показан тип классификации пасты в сравнении с размером ячеек и размером частиц. [4] Некоторые поставщики используют соответствующие описания размеров частиц. Описания Henkel/Loctite приведены для сравнения. [5]
Согласно стандарту IPC J-STD-004 «Требования к паяльным флюсам» паяльные пасты подразделяются на три типа в зависимости от типа флюса:
Флюсы на основе канифоли изготавливаются из канифоли , натурального экстракта сосен. При необходимости эти флюсы можно очистить после процесса пайки с помощью растворителя (возможно, включая хлорфторуглероды ) или омыляющего средства для удаления флюса.
Водорастворимые флюсы состоят из органических материалов и гликолевых основ. Для этих флюсов существует широкий выбор чистящих средств.
Флюс , не требующий очистки, предназначен для того, чтобы оставлять лишь небольшое количество инертных остатков флюса. Пасты No-clean экономят не только затраты на уборку, но также капитальные затраты и площадь помещения. Однако для этих паст требуется очень чистая среда сборки, а также может потребоваться инертная среда оплавления.
При использовании паяльной пасты для сборок схем необходимо протестировать и понять различные реологические свойства паяльной пасты.
Паяльная паста обычно используется в процессе трафаретной печати принтером для паяльной пасты, [6] при котором паста наносится на маску из нержавеющей стали или полиэстера для создания желаемого рисунка на печатной плате . Пасту можно наносить пневматически , путем переноса контактов (когда сетка контактов погружается в паяльную пасту, а затем наносится на плату) или методом струйной печати (когда паста выбрасывается на площадки через сопла, как в струйном принтере ). .
Помимо формирования самого паяного соединения, носитель пасты/флюс должен обладать достаточной липкостью, чтобы удерживать компоненты, пока сборка проходит через различные производственные процессы, возможно, при перемещении по заводу.
За печатью следует полный процесс пайки оплавлением .
Производитель пасты предложит подходящий профиль температуры оплавления, соответствующий индивидуальной пасте. Основное требование — плавное повышение температуры, чтобы предотвратить взрывное расширение (которое может вызвать «слипание припоя») и при этом активировать флюс. После этого припой плавится. Время в этой области известно как Время Над Ликвидусом . По истечении этого времени требуется достаточно быстрый период охлаждения.
Для хорошей пайки необходимо использовать необходимое количество паяльной пасты. Слишком много пасты может привести к короткому замыканию; слишком малое количество может привести к ухудшению электрического соединения или физической прочности. Хотя паяльная паста обычно содержит около 90% металла в твердом виде, объем паяного соединения составляет лишь около половины объема нанесенной паяльной пасты. [7] Это связано с наличием флюса и других неметаллических веществ в пасте, а также с более низкой плотностью металлических частиц во взвешенном состоянии в пасте по сравнению с конечным твердым сплавом.
Как и в случае со всеми флюсами, используемыми в электронике, оставшиеся остатки могут быть вредными для схемы, и существуют стандарты (например, J-std, JIS, IPC) для измерения безопасности оставшихся остатков.
В большинстве стран наиболее распространены паяльные пасты, не требующие очистки; в США распространены водорастворимые пасты (которые требуют обязательной очистки).
Паяльную пасту при транспортировке следует хранить в холодильнике и хранить в герметичном контейнере при температуре 0–10 °C. Для использования его следует нагреть до комнатной температуры.
Недавно были представлены новые паяльные пасты, которые остаются стабильными при температуре 26,5 °C в течение одного года и при 40 °C в течение одного месяца. [8]
Воздействие воздуха на частицы припоя в виде сырого порошка приводит к их окислению , поэтому воздействие следует свести к минимуму.
Основная причина, по которой необходима оценка паяльной пасты, заключается в том, что 50-90% всех дефектов возникают из-за проблем с печатью. Следовательно, оценка пасты имеет решающее значение.
Эта процедура довольно тщательная, но сводит к минимуму объем испытаний, необходимых для различения хороших и плохих паяльных паст. Если оцениваются несколько паяльных паст, эту процедуру можно использовать для исключения плохих паст из-за плохого качества печати. Затем над финалистами паяльной пасты можно провести дальнейшие испытания, такие как характеристики оплавления припоя, качество паяных соединений и испытания на надежность.
Основные проблемы, связанные с паяльной пастой:
Эти три проблемы помогли создать три закрытые системы для печати.