Пайка бессвинцовых компонентов оловянно-свинцовыми припоями

В статье автор делится сво­ими соображениями о возможности применения оловянно-свинцовых припо­ев для пайки компонентов с бессвинцовыми выводами.

Исключение с июля 2006 г. свинца из состава припо­ев, используемых электронной промышленностью, по­требует некоторого переходного периода, в течение ко­торого на одной печатной плате будут размещаться как содержащие, так и не содержащие свинец компоненты. В большинстве случаев пайка компонентов, не содер­жащих свинца, оловянно-свинцовыми припоями не свя­зана со значительными изменениями ни в технологии пайки, ни в надежности соединения. Исключение со­ставляют бессвинцовые компоненты в корпусах BGA. При их пайке с температурным профилем, характерным для оловянно-свинцовых припоев, не происходит до­статочного оплавления бессвинцовых выводов BGA.

Температура плавления бессвинцовых припоев на основе SAC-сплавов (SAC=Sn+Ag+Cu) не превышает 217 °C, в то время как пиковая температура профиля пайки SnPb-припоев в большинстве случаев не превы­шает 220 °C. В результате выводы BGA оплавляются лишь частично или не оплавляются вообще. При этом надежность паяного соединения может уменьшиться.

По вопросу пайки бессвинцовых компонентов в корпусах BGA оловянно-свинцовыми припоями спе­циалисты не пришли к единому мнению. На послед­ней международной конференции SMTA две трети из числа опрошенных автором специалистов сочли та­кое сочетание допустимым при условии соблюдения соответствующего температурного профиля. На це­ремонии открытия конференции д-р Paul Vianco кон­статировал: “Исследования показали, что, если при пайке происходит равномерное распределение свин­ца в SAC-припое в количестве не более 20% весовых частей, то это не приводит к возрастанию числа уста­лостных отказов паяных соединений по сравнению с их числом при использовании оловянно-свинцовых припоев. Однако, неравномерность распределения свинца в таком соединении может существенно сни­зить его надежность”.

Основываясь на собственном опыте, автор пола­гает, что бессвинцовые выводы BGA можно с успехом паять оловянно-свинцовыми припоями, поскольку

создание однородного паяного соединения возмож­но с применением профиля пайки, характерного для бессвинцового припоя. Однако, надежность такого соединения может оказаться ниже. Не следует без досконального понимания процесса пайки и методи­ческого анализа формы, размеров и структуры соеди­нений утверждать, что результаты пайки являются удовлетворительными. Для контроля этих парамет­ров необходимо использовать системы оптического или рентгеновского контроля. Применение последних позволяет к тому же обнаружить наличие пустот. Од­нородность соединений проверяется исследованием их разрезов.

Автор наблюдал некоторые из дефектов пайки, в частности, повышенное содержание пустот в паяных соединениях выводов BGA с шагом 1 мм и менее. При шаге 1.27 мм и более число пустот было гораздо меньше. Тот факт, что при уменьшении шага выводов BGA число пустот возрастает, для автора остается за­гадкой.

Возникновение пустот объясняется, как правило, выделением газов из расплавленного припоя в про­цессе пайки. Если профиль пайки имеет достаточно продолжительное (в пределах 60-120 с) время про­грева (soak time), то летучие компоненты флюса испа­рятся прежде, чем расплавится припой. Другими фак­торами, влияющими на образование пустот, являются поверхностное натяжение расплавленного припоя, окисление припоя и материалов спаиваемых поверх­ностей, избыточная толщина паяльной пасты, нали­чие незаполненных переходных отверстий и др.

Наихудшим вариантом, по мнению автора, являет­ся случай, когда бессвинцовые компоненты в корпусах BGA ошибочно принимают за оловянно-свинцовые и используют пасту и профиль пайки, соответствующие оловянно-свинцовым компонентам. Для уменьшения вероятности возникновения такой ситуации желатель­но выполнение следующих рекомендаций:

• внимательно отслеживать информацию, приходя­щую от поставщиков компонентов
• вести непрерывно обновляемую базу данных на компоненты, выделяя те из них, которые постав­ляются в бессвинцовом варианте
• присваивать бессвинцовым компонентам особые обозначения в перечнях применяемых материалов и руководствах по монтажу
• хранить бессвинцовые компоненты отдельно от остальных.

Необходимо также научиться выполнять пайку бессвинцовых выводов BGA оловянно-свинцовыми припоями. Желательно избегать возникновения таких ситуаций, но в случае необходимости этот навык мо­жет пригодиться. В противном случае, при неблаго­приятном стечении обстоятельств можно ожидать развития одного из следующих сценариев:

• остановка процесса монтажа компонентов
• замена (reball) бессвинцовых выводов корпуса

BGA оловянно-свинцовыми

• переговоры с поставщиками с целью убедить их согласиться на поставку оловянно-свинцовых компонентов
• пайка с профилем, соответствующим бессвинцовым припоям.

В заключение необходимо сделать два замечания относительно температурного профиля пайки бес- свинцовыми припоями. Во-первых, точность поддер­жания температуры должна быть гораздо выше, чем при использовании оловянно-свинцовых припоев. Во-вторых, компоненты, содержащие свинец, могут подвергаться действию температур, превышающих типовое максимальное значение 230 °C, что может привести к их отказу.

Пайка бессвинцовыми припоями отличается боль­шей сложностью и большей вероятностью возникно­вения брака. Однако, ее можно успешно освоить при глубоком понимании происходящих при этом процес­сов.