Паяльна паста з зернами меншого розміру може вирішити одну проблему, створивши іншу

Зі статті ви дізнаєтеся, як насправді виготовляється паяльна паста і які небезпеки несе використання паст із зернами дрібніше Т4.

Вся електроніка зменшується: компоненти стають меншими, їхні корпуси та з’єднання між ними зменшуються, а разом з цим зменшується розмір зерна паяльної пасти. Наддрібні частинки металу, які містяться в паяльній пасті, які часто ігноруються в описах тенденцій мініатюризації, відіграють ключову роль у формуванні паяних з’єднань і повинні бути оптимізовані для друку та процесу оплавлення субмініатюрних паяних з’єднань.

Процес виробництва порошку припою дуже складний: він включає розпилення розплавленого сплаву та затвердіння його дрібних частинок, диспергованих у газі. Існує багато різних способів розпилення металевих порошків, але більшість методів вважаються запатентованими та рідко обговорюються на публічних форумах. Також велика увага приділяється флюсу, що міститься в паяльній пасті, і його властивостям. Проте порошок металевого сплаву все ще становить до 90% маси паяльної пасти, тому очевидно, що він має значний вплив на всі аспекти ефективності пасти.

Дуже секретна операція розпилення вважається ключовим етапом у виробництві порошку припою, але процеси до та після розпилення також є критичними факторами, які визначають загальну якість продукту. Процеси попереднього розпилення включають такі етапи, як легування, відбір проб і заливка металу, який буде подаватися до розпилювача. Сплав отримують в суворо контрольованих умовах партіями до 10 тонн. Перед змішуванням сировина ретельно відбирається за чистотою металу та рівнем оксиду, а отриманий сплав потім повторно перевіряється. Особлива увага приділяється сплавам, що містять більше трьох елементів, сплавам з добавками або мікроелементам сполук, а також запобіганню перехресного забруднення між сплавами.

Після того, як розплавлений матеріал був схвалений контролем якості, його відливають у бруски. Злитки подають у процес розпилення, у якому вони нагріваються в тиглі та передають розплавлений метал у меншу ємність. Контрольований потік рідкого припою виливається з меншої ємності на диск, що обертається. Коли рідина потрапляє на диск, вона розбризкується на краплі, які утворюють окремі кульки через поверхневий натяг, перш ніж затвердіти (див. мал. 1). Параметри розпилення включають температуру плавлення, швидкість диска, середовище камери та інші змінні, які впливають на ключові характеристики частинок, такі як розмір, форма та рівні оксиду. Зв’язки між вхідними та вихідними змінними є галузевими секретами, які дуже добре охороняються.

Малюнок 1: Процес розпилення порошку припою.

Розмір порошку класифікується за діаметром кульки (табл. 1). Як правило, параметри етапу розпилення встановлюються для отримання конкретного розміру порошку (кульки за межами бажаного діапазону вважаються побічними продуктами процесу). Сферичні форми є ідеальними, але іноді утворюються неправильні форми (мал. 2) або кілька кульок злипаються. Ці небажані аномалії можуть вплинути на реологію паяльної пасти та якість друку та усуваються під час подальшої обробки.

Таблиця 1. Позначення типів порошку припою згідно з JEDEC.

* Спрощена таблиця. Дивись стандарт JEDEC для отримання додаткової інформації щодо максимальних та мінімальних прийнятних розмірів, а також середніх розмірів.

Малюнок 2. Порошок припою типу 4 із несферичною формою, яка називається «хвіст».

Окислення контролюється шляхом маніпулювання рівнями інертних газів, таких як аргон і азот, у середовищі розпилення. Рівень оксидів у пасті істотно впливає на її подальшу роботу на лінії SMT. Оскільки оксидне покриття захищає базовий сплав від подальшого окислення та реакції з флюсом, на поверхні кульок потрібна його мінімальна кількість. Однак, оскільки оксиди можуть перешкоджати процесу змочування, що дозволяє утворювати паяний шов, їх надто велика кількість може сприяти дефектам у процесі паяння оплавленням, таким як злипання кульок у характерні скупчення або поява вільних кульок припою. Коли діаметр кульок зменшується, співвідношення площі поверхні до об’єму збільшується, що підвищує важливість оксидного покриття.

Етапи після розпилення включають класифікацію повітря та просіювання. Процес сортування по повітрю поділяє порошок припою на різні класи на основі маси частинок. Порошок продувається струменем повітря або азоту, розділяючи частинки на фракції заданого розміру: більш дрібні частинки забираються потоком газу, а більш важкі залишаються на своєму місці. Цей процес дозволяє швидко просіяти порошок у місцях, де зосереджені частинки найбільш бажаного розміру. Сортування по повітрю робить подальшу операцію просіювання набагато ефективнішою та результативною.

Малюнок 3: Частинки порошку припою діаметром 35 мкм.

Просіювання сортує повітряно-сортований порошок за допомогою великих вібраційних сит із дедалі дрібнішими сітками. Розміри сітки співвідносяться з розміром отвору сита, який визначає «тип» порошку, як визначено в стандартах JEDEC і J-STD-005. У таблиці 1 наведено класифікацію як за розміром отвору сита, так і за кінцевим розміром частинок.

Кульки, класифіковані як тип 3 або T3, проходитимуть через отвори сита 325, але не через отвори сита 500, тому діапазон -325 + 500. Це відповідає розміру частинок від 25 до 45 мкм; 80% частинок повинні потрапляти в цей діапазон. Аналогічно, паста типу 4 проходитиме через отвори сита 400, але не через отвори сита 635, що відповідає розміру частинок від 20 до 38 мкм. Класи T3 і T4 значною мірою збігаються за розміром; отже, паяльна паста T4 зазвичай може запропонувати деякі переваги при друку невеликих об’ємів пасти, не створюючи значних проблем оплавлення. Розмір частинок зменшується швидше з типом 5, який має зерна від 10 до 25 мкм. Хоча здатність T5 друкувати невеликі об’єми паяльної пасти значно покращилася, вплив поверхневих оксидів стає важливим; це може вплинути на термін придатності та збільшити ймовірність проблем коалесценції під час процесу оплавлення.

Протягом десятиліть паяльна паста типу 3 домінувала в процесах монтажу SMT. Оскільки більшість операцій із порошковим припоєм було оптимізовано для виробництва типу 3, пасти типу 4 мали вищу ціну. Зараз ця ситуація змінилася: попит на Т4 зріс, а технологія розпилення стала більш гнучкою, що зблизило вартість виробництва обох типів порошку. Сучасні пасти типу 3 і 4 здатні легко друкувати компоненти розміром до 0,5 мм BGA і 0201.

Коли потреба у створенні невеликих об’ємів пасти викликає проблеми з друком, паста з меншими зернами здається природним вибором, який може негайно покращити якість. На жаль, це не завжди найкраще рішення, оскільки вирішення однієї проблеми може породити іншу. Перехід із T3 або T4 на T5 забезпечить кращі результати друку, але потенційно збільшить ризик виникнення зернистості та кульок припою. Якщо у вас виникли проблеми з друком компонентів діаметром 10 міл (0,25 мм) або більше, найефективнішим підходом до вирішення проблеми є перевірка самого процесу, щоб забезпечити його стабільність і оптимізацію. Перед зміною пасти перевірте налаштування інструменту та спробуйте якісні трафарети з нанопокриттями.

Пристрої на основі компонентів розміром 0,4 мм або менше або компонентів 01005 вимагають використання паст з більш дрібними зернами (і іноді використання спеціальних флюсів), але для більшості застосувань SMT найкращим рішенням є стандартні типи паст 3 або 4. T4 швидко стає стандартом, і обидва типи паяльної пасти є легкодоступними, міцними та надійними, і вони будуть і надалі найпоширенішими типами паяльної пасти на ринку протягом багатьох років.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl