ЗЕРНИСТІСТЬ ПРИПОЮ – ПРИЧИНИ І МЕТОДИ УСУНЕННЯ

17.02.2023 |

Приведено опис механізм утворення дефекту зернистості припою та методи мінімізації його виникнення.

«Зернистість» (Graping ) — це явище, при якому невеликі кількості припою не плавляться й утворюють скупчення затверділих кульок, схожих на грона винограду.

Основні причини появи зернистості         

Основною причиною дефекту зернистості є сильне окислення зовнішнього шару кульок припою в осаді пасти. Оксидний шар змушує припій (навіть у розплавленому стані) зберігати свою сферичну форму завдяки сильнішому поверхневому натягу оксиду припою. Припій всередині фактично плавиться і стає рідким, але зовнішня поверхня залишається сферичною.

Чому на зовнішньому шарі кульок припою у великій кількості утворюються оксиди?

Це залежить від активності флюсу і співвідношення площі поверхні і об’єму нанесеного припою. Крім того, оскільки оксиди утворюються експоненціально при підвищених температурах і займають більше часу для утворення в умовах більш тривалого профілю, довжина профілю та температура також важливі.

Ступінь активності флюсу визначається на етапі визначення формули його складу. З іншого боку, зі зменшенням розміру нанесеного припою відношення площі поверхні до об’єму нанесеного припою постійно збільшується. Чим більший коефіцієнт площі, тим більше оксидів може утворюватися пропорційно. Крім того, чим менше осад, тим менше флюсу доступно, а саме флюс відповідає за видалення оксидів. Слід також враховувати, що з маси нанесеного припою на паяльній масці виділяється деяка кількість флюсу.

Крім того, довгі профілі з високою температурою сприяють утворенню підвищеної кількості оксидів на зовнішньому шарі нанесеного припою. Коли всі ці фактори виникають в одному процесі, виникає ситуація, коли флюс більше не має достатньої сили для видалення оксидів і утримання їх від нанесеного припою. Так як зовнішній шар пасти найбільше піддається впливу повітря, то цей шар першим втрачає активність і покривається оксидами.

Як мінімізувати дефект зернистості

Фірма Kester у своєму дослідженні ‘Graping – What, Why and How to Eliminate?’ («Зернистість — що, чому і як усунути?») пише: «Найкращий спосіб звести до мінімуму виникнення дефекту зернистості — це зменшити кількість оксидів, що утворюються в процесі пайки оплавленням, тобто шляхом зниження температури або часу перебування мікросхеми в зоні нагріву. Іншими словами, скоротити профіль і/або знизити його температуру». Цей підхід також підтверджує Фріц Байл (Fritz Byle) з консалтингової компанії Astronautics: «Є два підходи. По-перше, ви можете працювати над скороченням впливу високої температури на друковану плату в процесі оплавлення. Це залежить від можливостей печі оплавлення та розташування найбільших і найважчих компонентів. Найкращим підходом є скорочення етапів попереднього нагріву або підвищення температури». Якщо описані зміни в профілі не можливі в даному процесі, на ринку можна знайти паяльну пасту, активну протягом тривалого часу та температур.

Майк Скімека (Mike Scimeca) з FCT Assembly також посилається на ці дві можливості, додаючи третій варіант:

  1. «Використовуйте паяльну пасту з більшою активністю. Зернистість викликана оксидами на поверхні порошку припою. Рівень активності паяльної пасти повинен бути достатньо високим, щоб впоратися з оксидом, присутнім у порошку припою.
  2. Високотемпературні профілі, особливо з тривалим попереднім нагріванням, можуть утворювати більше оксиду, ніж флюс для паяльної пасти. Вирішити проблему може допомогти паяльна паста з більш високим рівнем активності або модифікація профілю оплавлення та використання лінійного ступеня підвищення температури […].
  3. Інший варіант полягає в тому, щоб збільшити об’єм нанесеної паяльної пасти на контактних площадках, де відбувається зернистість. Дефект зернистості стає все більш поширеним, оскільки паяльна паста друкується через менші отвори, як правило, із коефіцієнтом площі нижче 0,6, і ефективність перенесення зменшується зі зменшенням коефіцієнта площі. Невелика кількість паяльної пасти може призвести до дефектів зернистості. Може допомогти як збільшення діафрагми, так і нанесення відповідного нанопокриття на шаблон».

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