Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Четверг, 14 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Нагрев и охлаждение печатного узла при конвекционной пайке

Среди факторов, влияющих на надежность паяных соединений (время пайки, паяемость соединяемых поверхностей, используемый флюс, состав припоя, зазор между деталями), решающее влияние имеет температура пайки [1–2]. В статье подробно рассмотрен именно этот фактор.

Дистрибуция в период кризиса

Что происходит на рынке электронных компонентов (ЭК) в настоящее время? Каково его состояние? С какими проблемами столкнулись западные и российские дистрибьюторы в период глобальной рецессии? В статье рассматривается текущее состояние мирового и российского рынков дистрибуции.

Тенденции развития электронных технологий. Ближайшие перспективы

В статье рассказывается о перспективных инновационных технологиях, которые смогут обеспечить прорыв в электронной отрасли в ближайшие годы и обеспечить конкурентные преимущества в пос­лекризисное время.

 

29 апреля

Паяльные пасты: все о главном. Часть 4*

В заключительной, четвертой части статьи мы рассмотрим основные дефекты пайки компонентов и способы их предотвращения. Рекомендации, приведенные в статье, основаны на результатах исследований фирмы «Коки», Япония.



Печать

Типичные проблемы, возникающие при работе с паяльными пастами, их причины и методы устранения, следующие.
Соскабливание — давление ракеля слишком высоко, и он соскабливает верхнюю часть нанесенной пасты (см. рис. 47). Отрегулируйте давление до минимально допустимого уровня.

Рис. 47. Дефекты печати — соскабливание, избыток пасты, «хвосты»

Излишнее количество пасты — давление ракеля слишком мало, в результате на контактную площадку наносится излишнее количество пасты. Постепенно увеличивайте давление ракеля до получения оптимальных результатов.
«Хвосты» и приподнятые кромки — слишком высока скорость отделения трафарета. Уменьшите скорость отделения трафарета до минимально необходимой.
Затекание пасты под трафарет — при непрерывной печати наблюдается затекание пасты под трафарет (см. рис. 48).

Рис. 48. Дефекты печати — затекание пасты под трафарет

Хотя степень затекания в основном определяется реологией паяльной пасты, корректируя следующие параметры, можно несколько улучшить ситуацию:
– уменьшите давление ракеля до минимально необходимого;
– проверьте точность совмещения апертур трафарета со всеми площадками;
– проверьте натяжение трафарета и равномерность прилегания к плате;
– откорректируйте апертуры в трафарете в сторону уменьшения (меньше размера контактной площадки);
– снизьте температуру в помещении печати — это повысит вязкость пасты;
– очищайте нижнюю сторону шаблона чаще;
– снизьте скорость ракеля, если она без надобности слишком высока, поскольку это нарушает тиксотропность пасты и делает её менее вязкой.
На подложку наносится недостаточное количество пасты (см. рис.  49).

Рис. 49. Дефекты печати — недостаточное количество пасты

Возможные причины и способы устранения дефекта:
– апертура трафарета чем-то забита, и на контактную площадку не подается нужное количество пасты;
– снизьте скорость отделения шаблона;
– снизьте давление ракеля. Если давление установлено неправильно, то в отверстие трафарета набивается излишнее количество частиц, внутреннее давление и трение возрастают, что затрудняет качественное отделение пасты от трафарета.
Плохое отделение трафарета. Когда температура при печати превышает 30°С, испарение растворителей ускоряется, и паста становится очень липкой.
– поддерживайте температуру на уровне ниже 25°С;
– если возможно, отрегулируйте работу принтера так, чтобы паста хотя бы в течение нескольких секунд могла смачивать трафарет прежде, чем он будет поднят;
– проверьте, работаете ли вы со свежей пастой или со вчерашней.
Высыхание паяльной пасты. Если паста очень быстро высыхает на трафарете, проверьте ее свежесть и температуру окружающей среды.

Дефекты пайки

Перемычки припоя

Возможны следующие причины образования перемычек.
– На площадки подается слишком много пасты (см. рис. 50). Желательно уменьшить размер апертуры с учетом растяжения трафарета, степени осадки пасты, точности совмещения при печати.

Рис. 50. Дефекты пайки — перемычки

Примеры: если шаг элементов — 0,5 мм, ширина площадки 0,25 мм, ширина апертуры должна быть равна 0,235 мм. Если шаг элементов — 0,4 мм, ширина площадки 0,2 мм, то ширина апертуры — 0,185 мм.
– Несовпадение местоположения компонентов и пасты (см. рис. 51).

Рис. 51. Несовпадение компонентов и площадок с пастой


– Слишком глубокая посадка компонентов (см. рис. 52). Когда ход вниз при посадке компонентов слишком велик, то паста может выдавливаться с площадки и приходить в соприкосновение с припоем соседних площадок.

Рис. 52. Слишком глубокая посадка компонентов

– Осадка паяльной пасты. Слишком большое напряжение сдвига из-за высокой скорости ракеля может нарушить тиксотропные свойства пасты, и она потеряет стойкость к осадке. С другой стороны, если температура в помещении слишком высока (более 30°С), то вязкость пасты падает, и она также будет давать осадку. Снизьте скорость ракеля; температура в помещении печати должна быть ниже 25°С.
– Капиллярный подсос. При оплавлении в конвекционной печи корпус и выводы компонента быстрее достигают температуры точки плавления припоя, чем площадки, поэтому большая часть припоя притягивается к выводу, собирается у его кончика и соприкасается с припоем соседнего вывода, образуя перемычку (см. рис. 53). Чтобы избежать преждевременного прогрева провода вывода, следует уменьшить нагрев сверху и одновременно увеличить нагрев снизу. При этом также уменьшится вероятность перегрева элемента.

Рис. 53. Капиллярный подсос

Образование бусинок припоя

Бусинки припоя возникают, когда паяльная паста при оплавлении изделия начинает размягчаться и затягивается капиллярными силами под компонент, а затем, когда температура повышается до точки плавления припоя, он выскакивает сбоку компонента в виде бусинки (см .рис. 54).

Рис. 54. Образование бусинок припоя

Наиболее эффективная и радикальная мера для предотвращения образования бусинок припоя — уменьшение объема пасты, наносимой на площадку. Этого можно добиться уменьшением толщины трафарета или уменьшением размера апертуры либо одновременно уменьшив и то, и другое.
Весьма действенной мерой будет и изменение формы апертуры, как это показано на рисунке 55. В этом случае её площадь может составлять порядка 60—70% от площади площадки. Идея заключается в том, чтобы минимизировать общий объем и объем пасты, вытесняемой из-под площадки.

Рис. 55. Уменьшение размеров апертур трафарета для сокращения количества пасты

Образование микросфер припоя

К возможным причинам образования микросфер (см. рис. 56) относятся:
– первоначальное окисление порошка припоя;
– окисление порошка припоя в процессе оплавления;
– осадка пасты после печати, во время установки компонентов и во время пайки;
– перенос частиц припоя с шаблона.

Рис. 56. Микросферы припоя

В основном проблема микросфер связана с природой паяльной пасты и исходным качеством порошка припоя.
Если порошок припоя сильно окислился на стадии производства (при производстве порошка, его сортировке или перемешивании с компонентами флюса), будет наблюдаться дефект пайки в виде возникновения микросфер припоя. Поскольку для удаления окисленных частиц нужны очень сильные активаторы, и эти частицы не расплавляются во время оплавления изделия, то при растекании флюса их выносит с площадок на соседние поверхности.
Поскольку причины явления могут возникать на любой стадии производства, т.е. при печати, монтаже компонентов, оплавлении — необходимо самым тщательным образом установить, откуда проистекает проблема. Если ее причиной является паяльная паста, то микросферы должны наблюдаться на всех местах пайки платы и постоянно возникать на каждой плате, пока используется одна и та же паста.
Внимательно наблюдая за этим, вы сможете определить, обусловлена ли эта проблема паяльной пастой или технологическим процессом.

Выворачивание компонентов — эффект «надгробного камня»

Хотя в этом явлении задействовано много разных факторов, в т.ч. свойства паяльной пасты, точность монтажа компонентов, форма апертур в трафарете, профиль кривой нагрева и т.д., в конечном счете можно сказать, что выворачивание компонента (см. рис. 57, 58) происходит, когда момент сил Т3 превзойдет все остальные моменты, т. е. Т1 + Т2 < Т3 .

Рис. 57. Выворачивание, поднятие компонентов

Рис. 58. Силы, действующие на компонент при выворачивании: Т1 — момент силы веса компонента; Т2 — момент сил натяжения расплавленного припоя под компонентом; Т3 — момент сил натяжения расплавленного припоя на боковой стенке компонента. Условие, при котором происходит выворачивание: Т1 + Т2 < Т3

У компонентов маленьких размеров, например в корпусах 0201, 0402, явление выворачивания происходит гораздо чаще, поскольку у них расстояние от центра тяжести до точки опоры (d) довольно мало.
Возникновению этой проблемы способствует целый ряд факторов, в т.ч.:
– несообразный размер сторон площадки;
– неаккуратное размещение компонентов при монтаже;
– несоответствие объема наносимой пасты размеру площадки;
– слишком большое количество паяльной пасты на площадке;
– разная смачиваемость у разных выводов одного компонента.
Немаловажная причина, действующая в одиночку или совместно с указанными выше факторами — неодновременное начало смачивания и притягивания припоем выводов на разных сторонах компонента, что вызывает неуравновешенный момент Т1 + Т2 < Т3.
Полагают, что разница в 0,2 с при смачивании клемм на разных сторонах компонента уже может вызвать выворачивание компонента.
Чтобы разрешить проблему, необходимо создать условия моментов: Т1 + Т2 ≥ Т3.
Поскольку выворачивание происходит в силу разницы во времени начала смачивания или разницы силы натяжения при смачивании отдельных клемм компонента, представляется, что уменьшение количества наносимой пасты может быть вполне эффективной мерой, позволяющей поправить положение (см. рис. 59).

Рис. 59. Уменьшение количества пасты позволяет решить проблему выворачивания компонента

Регулировка времени смачивания компонента припоем

Как только эвтектический сплав (Sn63/Pb37) переходит в расплавленное состояние, он сразу же начинает смачивать выводы компонента. Поэтому, если выводы по разные стороны компонента начинают смачиватся неодновременно, возникает опрокидывающий момент Т3, который и выворачивает компонент.
Если ввести в припой немного серебра (0,4—2%), он будет переходить из твердого состояния в жидкое через промежуточное пластическое состояние, что поможет предотвратить появление дефекта. В таком пластическом состоянии, даже если оно возникнет на одной стороне компонента, смачивание начинается не сразу, а спустя некоторое время, которого достаточно для того, чтобы на другой стороне тоже наступило пластические состояние — это и синхронизирует момент начала смачивания.

Снижение силы натяжения при смачивании припоем

Желательно также уменьшить силу натяжения при смачивании, действующую на клеммы компонента. Это можно сделать добавкой висмута или сурьмы (см. рис. 60). Но висмут отрицательно воздействует на прочность паяных соединений, поэтому сурьма считается более подходящим материалом, увеличивющим прочность сцепления в пайке и уменьшающим силы натяжения при смачивании.

Рис. 60. Снижение поверхностного натяжения добавкой висмута

Новый сплав SSA, разработанный фирмой Koki и состоящий из 62,6 Sn; 36,8 Pb; 0,4 Ag и 0,2 Sb, выполняет обе регулировки: и корректировку времени начала смачивания, и уменьшение силы поверхностного натяжения, что позволяет эффективно предотвращать выворачивание компонентов.

Плохая смачиваемость

Как уже говорилось, плохая смачиваемость обычно связана с плохим качеством компонентов (окислением), применением трудно паяемых сплавов в качестве основных металлов (Fe, Ni, и т. д.) и в покрытиях (Ni/Pd, Ni/Au и т. д.).
Единственная мера, которую можно порекомендовать — немного повысить (в допустимых пределах) пиковую температуру пайки — так, чтобы не повредить компоненты.
Можно также предложить использовать пасты, содержащие более активные флюсы, например, галогеносодержащие, если это будет приемлемо, или пасты безгалогенные с повышенным содержанием флюса (например, SE(S)48-M1000). Эти продукты реально улучшают смачиваемость.

Пустоты

Причины образования пустот (см. рис. 61) и меры их предотвращения.
– Наличие летучих веществ. Удалите из компонентов пасты (растворителей и твердых веществ) влагу. Скорректируйте температурный профиль в части увеличения времени воздействия температуры, превышающей температуру плавления припоя (А→В на рис. 62).
– Блокирование летучих веществ. Недостаточная текучесть припоя из-за низкой температуры. Увеличьте максимальную (пиковую) температуру пайки.
– Плохая смачиваемость. Окисленные или загрязненные контакты компонентов или контактные площадки. Уменьшите время между расконсервацией платы и пайкой. Очистите выводы компонентов и контактные площадки.

Рис. 61. Пустоты в пайке

Рис. 62. Устранение пустот коррекцией термопрофиля

Основные дефекты на технологических операциях

На рисунке 63 показано, какие дефекты могут возникать на разных стадиях технологического процесса.

Рис. 63. Основные дефекты, возникающие на технологических операциях

При подготовке 3-й статьи цикла по техническим причинам в текст не был внесен ряд исправлений. С правильным вариантом статьи можно ознакомиться по адре­су: http://ko-ki.ru/content/blogcategory/1/26/.

 

-------

* Окончание. Начало в «ПЭ» №5. 



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Михаил Нижник, генеральный директор, ООО «Группа Меттатрон»; Александр Черный, технолог, ООО «Группа Меттатрон»



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты