Припойные пасты

Флюсы

Припои

Материалы, используемые в процессах пайки электронных узлов

Технологии создания электрических соединений пайкой

Среди методов выполнения монтажных соединений в РЭА пайка занимает доминирующее положение. В зависимости от типа производства она выполняется индивидуально с помощью нагретого паяльника или различными групповыми методами. Индивидуальная пайка эффективна при монтаже ПП в условиях единичного и мелкосерийного производства, для проводного монтажа, при запаивании элементов со штыревыми выводами на одной стороне ПП после выполнения пайки групповым способом на второй стороне, при макетных, ремонтных и регулировочных работах. К основным преимуществам групповой пайки относятся: строгое поддержание технологического режима, повышение производительности, увеличение надежности соединений, легкость автоматизации. Но с их применением повышаются требования к однородности и качеству подготовки поверхностей, возникает необходимость в разработке мер по предотвращению перегрева термочувствительных элементов и подбора конструктивно-технологических решений по устранению характерных дефектов (сосулек, перемычек, наплывов и др.), усложняется процесс отмывки более активного, чем при индивидуальной пайке, флюса, который наносится в больших количествах. Выбор метода пайки зависит от программы выпуска изделий, особенностей конструкции, требований к качеству.

Технологический процесс пайки состоит из следующих операций: 1) фиксации соединительных элементов с предварительно подготовленными к пайке поверхностями; 2) нанесение дозированного количества флюса и припоя; 3) нагрев деталей до заданной температуры и выдержка в течение ограниченного времени; 4) охлаждение соединения без перемещения паяемых поверхностей; 5) очистка соединений; 6) контроль качества. В современных автоматизированных групповых способах пайки первая и вторая операции меняются местами, т.е. сначала наносится припойный материал, а затем устанавливаются контактируемые компоненты.

На качество паяных соединений оказывают существенное влияние не только технологические условия проведения процесса пайки, но и правильный выбор материалов: флюсов, припоев, очистных жидкостей.

В качестве припоев используются различные цветные металлы и их сплавы, имеющие более низкую температуру плавления, чем соединяемые металлы. Исходя из температуры плавления припои разделяются на низко-, средне- и высокотемпературные. Для пайки монтажных соединений РЭА применяют преимущественно низко- и среднетемпературные припои (Т_пл. £450°С). Основными компонентами, низко- и среднетемпературных припоев являются олово и свинец, к которым для придания специальных свойств могут добавляться присадки сурьмы, серебра, висмута, кадмия. Так, серебро и сурьма повышают, а висмут и кадмий понижают температуру плавления и затвердевания припоя. Серебро задерживает снижение прочности при старении, уменьшает окисление олова. Сурьма также увеличивает прочность соединения, но делает его хрупким и ухудшает растекание по меди. Механическая прочность припоев повышается с увеличением содержания олова, при этом одновременно увеличивается и его стоимость, так как свинец приблизительно в 20 раз дешевле олова. Наиболее распространенными припоями на сегодняшний день являются сплавы Sn62/Pb36/Ag2, Sn63/Pb36 и Sn61/Pb39.

Выбор марки припоя определяется назначением и конструкцией изделий, маркой основного металла и технологического покрытия, максимально допустимой температурой при пайке, а также технико-экономическими и технологическими требованиями, предъявляемыми к паяным соединениям. К техническим требованиям относятся достаточная механическая прочность и пластичность, заданные теплопроводность и электрические характеристики, коэффициент термического расширения (КТР), который должен быть близким к КТР паяемого металла, коррозионная стойкость как в процессе пайки, так и при эксплуатации соединений. Припой должен быть экономичным и не содержать дефицитных компонентов. Технологические требования к припою предусматривают хорошую смачиваемость соединяемых им металлов, высокие капиллярные свойства, малый температурный интервал кристаллизации для исключения появления пор и трещин в паяных соединениях, возможность дозирования его в виде проволоки, трубок с наполнением их флюсом, шариков, таблеток и т. п.

Флюсы при пайке образуют жидкую и газообразную защитные зоны, предохраняют поверхность металла и расплавленного припоя от окисления, растворяют и удаляют уже имеющиеся пленки оксидов и загрязнений с поверхностей, улучшают смачивание металла припоем и растекание припоя за счет уменьшения сил поверхностного натяжения (см. разд. 2.2.2). Выбор флюса производится исходя из требуемой химической активности, которая должна быть наибольшей в интервале температур, определяемом температурами плавления припоя и пайки. Он должен быстро и равномерно растекаться по паяемым материалам, хорошо проникать в зазоры и удаляться из них, легко вытесняться расплавленным припоем, быть термически стабильным, не выделять вредных для здоровья газов, не вызывать коррозии паяемых металлов и припоев, быть экономичным. Правильно выбранный флюс ускоряет процесс пайки при минимально возможных температурах, что важно при сборке термически чувствительных элементов РЭА.

В зависимости от температурного интервала активности флюсы разделяются на низко- и высокотемпературные. Для электромонтажных соединений в основном применяются низкотемпературные флюсы, которые по коррозионному действию разбиты на пять групп: 1) некоррозионные неактивированные; 2) некоррозионные слабоактивированные; 3) слабокоррозионные активированные; 4) коррозионные активные; 5) коррозионные высокоактивные. По своему составу флюсы разделяются на три группы:

· смолосодержащие;

· активированные смолосодержащие;

· смолонесодержащие.

К первой относятся смолосодержащие флюсы на основе канифоли или полиэфирные флюсующих смол (ПН-9, ПН-56). Они обладают широкой универсальностью, не снижают электрическое сопротивление подложек ПП, не вызывают коррозии соединяемых металлов. Однако флюсы этих групп обладают слабой химической активностью и предназначены для пайки легкопаяемых металлов.

Во второй группе наиболее широкое применение находят флюсы с канифолью, однако флюсующая активность её невысока. В связи с этим вводят различные активирующие добавки. Роль таких добавок в процессе оплавления сводится к устранению путём химического взаимодействия окислов металлов, образующихся на поверхности паяемого изделия. Часто в качестве активирующих добавок вводят органические и неорганические кислоты, различные соли. Канифольные флюсы, активированные 2...3,5% органических кислот (бензойной, салициловой и др.), обладают повышенной активностью и используются при групповой и ручной пайке многослойных ПП. Сильное влияние этих флюсов на сопротивление изоляции диэлектриков и коррозию проводников требует тщательной отмывки остатков флюса после пайки.

Третью группу составляют коррозионные активные флюсы, не содержащие смол. Для повышения активности флюсов в их состав вводят активирующие добавки: анилин, гидразин, триэтаноламин, диэтиламин соляно-кислый. При введении активаторов стремятся, чтобы при пайке добавки со щелочными свойствами нейтрализовали остатки кислотных компонентов. С целью уменьшения коррозионных свойств флюса-активатора предложено использовать продукты нейтрализации органических кислот аминами. В качестве кислотных составляющих солей применяют как неорганические, так и слабые органические кислоты – оксибензойную, лимонную, олеиновую. Основное применение данные флюсы нашли в процессах лужения и восстановления паяемости монтажных элементов после хранения в цехе и на складе.

Реализовать полностью все преимущества технологии поверхностного монтажа позволяет использование в качестве припойного материала паяльных (припойных) паст, так называемые Reflow soldering processes. Пайка с использованием паяльных паст не только облегчает условия создания автоматизированного процесса, но и повышает качество и надёжность паяных соединений, обеспечивает экономию припойных материалов.

Припойные пасты представляют собой однородную суспензию порошка легкоплавкого припоя во флюсующей связке, которая выполняет функции активатора, растворителя, дефлокулянта, антиоксиданта и др.

При использовании для монтажа пайкой ЭРЭ и ИМ паяльные пасты обеспечивают выполнение в полном объёме следующих технологических требований:

· использование всего диапазона низкотемпературных припоев, применяемых для пайки;

· синхронизацию подачи припоя и флюса в оптимальных соотношениях;

· точное дозирование припоя и флюса по количеству и месту размещения, простоту дозирования;

· фиксацию, удержание элементов при сборке;

· существенное снижение расходов дефицитных материалов;

· реализацию групповых методов обработки изделий различной серийности;

· обеспечение технических решений, принципиально невозможных при ручной сборке;

· существенное повышение качества и надёжности изделий;

· полное исключение ручного труда, создание автоматизированных комплексов и полностью автоматизированных производств.

За рубежом целый ряд ведущих фирм, занятых разработками в области электроники и электротехники, изготавливает пасты различного назначения, в том числе припойные. Самые известные из них: Du Pont, Kester, Alpha Metals, Electron Fusion Devices Inc. (EFD), ERA Inc, Multicore.

Качество припойной пасты определяется размерами частиц припоя, их формой, чистотой, степенью однородности гранулометрического состава и химическим составом флюсующей связки.

Дата добавления: 2014-10-31