Pasta lutownicza - Solder paste

Pasta lutownicza czasami odnosi się do topnika lutowniczego , który nie zawiera lutu.

Pasta lutownicza jest stosowana w produkcji płytek drukowanych do łączenia elementów do montażu powierzchniowego z padami na płytce. Możliwe jest również wlutowanie trzpienia przelotowego w komponentach pasty poprzez drukowanie pasty lutowniczej w otworach i nad nimi. Lepka pasta tymczasowo utrzymuje elementy na miejscu; płyta jest następnie podgrzewana, topiąc pastę i tworząc wiązanie mechaniczne, a także połączenie elektryczne. Pastę nakłada się na płytce za pomocą drukowania natryskowego , drukowania wzornik lub strzykawki ; następnie elementy są umieszczane na miejscu za pomocą maszyny typu pick-and-place lub ręcznie.

Posługiwać się

Większość wad w montażu płytek drukowanych jest spowodowana problemami w procesie drukowania pasty lutowniczej lub wadami pasty lutowniczej. Możliwych jest wiele różnych rodzajów defektów, np. za dużo lutowia lub lut topi się i łączy za dużo przewodów (mostkowanie), co skutkuje zwarciem. Niewystarczająca ilość pasty powoduje niekompletne obwody. Defekty typu „głowa w poduszce” lub niepełna koalescencja kuli z siatką kulkową (BGA) i osadu pasty lutowniczej to tryb awarii, który odnotował zwiększoną częstotliwość od czasu przejścia na lutowanie bezołowiowe. Często pomijany podczas kontroli, wada head-in-pillow (HIP) wygląda jak głowa spoczywająca na poduszce z widoczną separacją w złączu lutowanym na styku kuli BGA i ponownie rozlanym osadzie pasty. Producent elektroniki potrzebuje doświadczenia w procesie drukowania, w szczególności właściwości pasty, aby uniknąć kosztownych przeróbek zespołów. Właściwości fizyczne pasty, takie jak lepkość i poziomy strumienia, muszą być okresowo monitorowane poprzez przeprowadzanie testów wewnętrznych.

Podczas produkcji płytek drukowanych producenci często testują osady pasty lutowniczej za pomocą SPI (kontrola pasty lutowniczej). Systemy SPI mierzą objętość pól lutowniczych przed nałożeniem komponentów i stopieniem lutowia. Systemy SPI mogą zredukować występowanie defektów związanych z lutowaniem do nieistotnych statystycznie ilości. Systemy Inline są produkowane przez różne firmy, takie jak Delvitech (Szwajcaria), Sinic-Tek (Chiny), Koh Young (Korea), GOEPEL electronic (Niemcy), CyberOptics (USA), Parmi (Korea) i Test Research, Inc. (Tajwan) ). Systemy offline są produkowane przez różne firmy, takie jak VisionMaster, Inc. (USA) i Sinic-Tek (Chiny).

Kompozycja

Pasta lutownicza oglądana pod mikroskopem.

Pasta lutownicza to zasadniczo sproszkowany lut zawieszony w paście topnikowej . Kleistość topnika utrzymuje elementy na miejscu, dopóki proces lutowania rozpływowego nie stopi lutowia. W wyniku przepisów dotyczących ochrony środowiska większość lutów, w tym pasty lutownicze, jest wykonana ze stopów bezołowiowych .

Klasyfikacja

Według rozmiaru

Rozmiar i kształt cząstek metalu w paście lutowniczej określa, jak dobrze pasta będzie „drukować”. Kulka lutownicza ma kształt kulisty; pomaga to w zmniejszeniu utleniania powierzchni i zapewnia dobre tworzenie połączeń z sąsiednimi cząstkami. Nie stosuje się cząstek o nieregularnych rozmiarach, ponieważ mają one tendencję do zapychania szablonu, powodując wady druku. Aby uzyskać wysokiej jakości połączenie lutowane, bardzo ważne jest, aby kulki metalowe miały bardzo regularny rozmiar i niski poziom utlenienia.

Pasty lutownicze są klasyfikowane na podstawie wielkości cząstek zgodnie z normą IPC J-STD 005. Poniższa tabela przedstawia typ klasyfikacji pasty w porównaniu z rozmiarem oczek i rozmiarem cząstek. Niektórzy dostawcy stosują właściwe opisy wielkości cząstek, dla porównania podano opisy Henkla/Loctite.

Oznaczenie typu [IPC] Rozmiar oczek w liniach na cal Maks. rozmiar w μm
(nie większy niż) 		Maks. rozmiar w μm
(mniej niż 1% większy niż) 		Wielkość cząstek w μm
(80% min.) 		Śr. rozmiar w μm
 Min. rozmiar w μm
(maks. 10% mniej niż) 		Opis proszku Henkla
Typ 1 150 150-75 20
Wpisz 2 -200/+325 75 75–45 60 20
Wpisz 3 -325/+500 45 45–25 36 20 AGS
Wpisz 4 -400/+635 38 38–20 31 20 DAP
Wpisz 5 -500/+635 30 25 25–10 10 KBP
Wpisz 6 -635 20 15 15–5 5
Wpisz 7 15 11 11–2
Wpisz 8 11 10 8–2

Według strumienia

Zgodnie z normą IPC J-STD-004 „Wymagania dotyczące topników lutowniczych”, pasty lutownicze dzielą się na trzy typy w zależności od typów topników:

Topniki na bazie kalafonii wykonane są z kalafonii , naturalnego ekstraktu z drzewa sosnowego. Te topniki można czyścić w razie potrzeby po procesie lutowania za pomocą rozpuszczalnika (potencjalnie zawierającego chlorofluorowęglowodory ) lub zmydlającego zmywacza topnika.

Topniki rozpuszczalne w wodzie składają się z materiałów organicznych i baz glikolowych. Do tych topników dostępna jest szeroka gama środków czyszczących.

Bez czysty strumień jest przeznaczony, aby pozostawić tylko niewielką ilość obojętnych resztek topnika. Pasty no-clean pozwalają zaoszczędzić nie tylko koszty czyszczenia, ale także nakłady inwestycyjne i powierzchnię podłogi. Jednak te pasty wymagają bardzo czystego środowiska montażu i mogą wymagać obojętnego środowiska ponownego rozpływu.

Właściwości pasty lutowniczej

Używając pasty lutowniczej do zespołów obwodów, należy przetestować i zrozumieć różne właściwości reologiczne pasty lutowniczej.

Lepkość
Stopień, w jakim materiał opiera się tendencji do płynięcia. Lepkość dla konkretnej pasty jest dostępna w katalogu producenta; Czasami potrzebne są wewnętrzne testy, aby ocenić pozostałą przydatność pasty lutowniczej po okresie użytkowania.
Indeks tiksotropowy
Pasta lutownicza jest tiksotropowa , co oznacza, że ​​jej lepkość zmienia się pod wpływem przyłożonej siły ścinającej (takiej jak mieszanie lub rozprowadzanie). Wskaźnik tiksotropowy jest miarą lepkości pasty lutowniczej w spoczynku w porównaniu z lepkością pasty „przetworzonej”. W zależności od składu pasty, bardzo ważne może być wymieszanie pasty przed użyciem, aby zapewnić odpowiednią lepkość do prawidłowego stosowania. Kiedy pasta lutownicza jest przesuwana przez rakiel na szablonie, fizyczne naprężenie wywierane na pastę powoduje spadek lepkości, umożliwiając łatwe przepływ pasty przez otwory w szablonie. Po usunięciu naprężenia pasta odzyskuje swoją lepkość, zapobiegając jej spływaniu po płytce drukowanej.
Kryzys
Charakterystyczna tendencja materiału do rozsmarowywania się po nałożeniu. Teoretycznie ścianki boczne pasty są idealnie proste po nałożeniu pasty na płytkę drukowaną i tak pozostanie do momentu umieszczenia części. Jeśli pasta ma wysoką wartość opadania, może odbiegać od oczekiwanego zachowania, ponieważ teraz ściany boczne pasty nie są idealnie proste. Opadanie pasty powinno być zminimalizowane, ponieważ opadanie stwarza ryzyko tworzenia mostków lutowniczych między dwoma sąsiednimi obszarami, tworząc zwarcie.
Żywotność
Czas, przez jaki pasta lutownicza może pozostać na szablonie bez wpływu na jego właściwości drukowania. Producent pasty podaje tę wartość.
Hals
Tack jest właściwością pasty lutowniczej, która utrzymuje element po umieszczeniu go przez maszynę do osadzania. Dlatego trwałość klejenia jest krytyczną właściwością past lutowniczych. Definiuje się go jako czas, przez który pasta lutownicza może pozostawać wystawiona na działanie atmosfery bez znaczącej zmiany właściwości przyczepności. Pasta lutownicza o długiej trwałości przylepności z większym prawdopodobieństwem zapewni użytkownikowi spójny i solidny proces drukowania.
Odpowiedź na pauzę
Reakcja na pauzę (RTP) jest mierzona różnicą objętości nałożonej pasty lutowniczej w funkcji liczby wydruków i czasu pauzy. Niedopuszczalne jest duże zróżnicowanie objętości wydruku po przerwie, ponieważ powoduje to wady końca linii, takie jak zwarcie lub rozwarcie. Dobra pasta lutownicza wykazuje mniejsze wahania objętości wydruków po przerwie. Jednak inny może wykazywać duże różnice, a także ogólną tendencję spadkową w ilości.

Posługiwać się

Pasta lutownicza drukowana na płytce drukowanej

Pasta lutownicza jest zwykle używana w procesie drukowania szablonowego przez drukarkę pasty lutowniczej, w której pasta jest nakładana na maskę ze stali nierdzewnej lub poliestru w celu utworzenia pożądanego wzoru na płytce drukowanej . Pasta może być dozowana pneumatycznie , metodą pin transfer (gdzie siatka pinów jest zanurzana w paście lutowniczej, a następnie nakładana na płytkę) lub poprzez druk strumieniowy (gdzie pasta jest wyrzucana na pady przez dysze, jak w drukarce atramentowej ) .

Poza tworzeniem samego połączenia lutowniczego, nośnik pasty/topnik musi mieć wystarczającą kleistość, aby utrzymać elementy, podczas gdy zespół przechodzi przez różne procesy produkcyjne, być może przemieszczany po fabryce.

Po druku następuje pełny proces lutowania rozpływowego .

Producent pasty zaproponuje odpowiedni profil temperatury rozpływu, który będzie pasował do jego indywidualnej pasty. Głównym wymaganiem jest łagodny wzrost temperatury, aby zapobiec wybuchowemu rozszerzaniu się (co może powodować „kulenie się lutowia”), a jednocześnie aktywować topnik. Następnie lut topi się. Czas na tym obszarze znany jest jako Czas Nad Liquidusem . Po tym czasie wymagany jest dość szybki okres schładzania.

Aby uzyskać dobre połączenie lutowane, należy użyć odpowiedniej ilości pasty lutowniczej. Zbyt duża ilość pasty może spowodować zwarcie; zbyt mała może spowodować słabe połączenie elektryczne lub siłę fizyczną. Chociaż pasta lutownicza zazwyczaj zawiera wagowo około 90% metalu w ciałach stałych, objętość lutowanego złącza wynosi tylko około połowę objętości zastosowanej pasty lutowniczej. Wynika to z obecności topnika i innych niemetalicznych środków w paście oraz mniejszej gęstości cząstek metalu zawieszonych w paście w porównaniu z końcowym, stałym stopem.

Podobnie jak w przypadku wszystkich topników stosowanych w elektronice, pozostawione pozostałości mogą być szkodliwe dla obwodu, a standardy (np. J-std, JIS, IPC) istnieją do pomiaru bezpieczeństwa pozostawionych pozostałości.

W większości krajów najczęściej stosowane są pasty lutownicze „no-clean”; w Stanach Zjednoczonych powszechne są pasty rozpuszczalne w wodzie (które mają obowiązkowe wymagania dotyczące czyszczenia).

Przechowywanie

Pasta lutownicza musi być przechowywana w lodówce podczas transportu i przechowywania w hermetycznym pojemniku w temperaturze od 0 do 10 °C. Przed użyciem należy go ogrzać do temperatury pokojowej.

Ostatnio wprowadzono nowe pasty lutownicze, które pozostają stabilne w temperaturze 26,5°C przez rok i w temperaturze 40°C przez miesiąc.

Wystawienie cząstek lutowia w postaci surowego proszku na działanie powietrza powoduje ich utlenienie , dlatego należy je zminimalizować.

Ocena

Głównym powodem, dla którego konieczna jest ocena pasty lutowniczej, jest fakt, że 50-90% wszystkich defektów wynika z problemów z drukowaniem. Dlatego ocena pasty ma kluczowe znaczenie.

Ta procedura jest dość dokładna, ale minimalizuje liczbę testów wymaganych do rozróżnienia między doskonałymi a słabymi pastami lutowniczymi. W przypadku oceny wielu past lutowniczych można zastosować procedurę w celu wyeliminowania słabych past z ich słabej jakości druku. Następnie na finalistach pasty lutowniczej można przeprowadzić dalsze testy, takie jak wydajność ponownego rozpływu lutu, jakość połączenia lutowanego i testy niezawodności.

Obawy

Główne obawy dotyczące pasty lutowniczej to:

  1. Może wyschnąć na szablonie, jeśli jest trzymany zbyt długo.
  2. Może być toksyczny.
  3. Jest drogi, a marnotrawstwo musi być zminimalizowane.

Te trzy problemy pomogły w stworzeniu trzech zamkniętych systemów do drukowania.

  1. DEK ProFlow
  2. Głowica pompy reometrycznej MPM
  3. Przepływ krzyżowy Fuji

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura