Технологии в электронной промышленности №5'2006

Паяльная паста Multicore MP218 - решение проблемы пайки бессвинцовых выводов компонентов свинцовыми припоями

Антон Большаков


Директива, запрещающая применение свинца, пока не распространяется на территорию России. Значит ли это, что можно расслабиться и наблюдать происходящее со стороны? Не всегда. «Переход на бессвинцовую технологию вызывает неопределенность среди производителей электроники по всему миру. Даже если возможно отложить переход на новую технологию, то это не снимает проблему, а только усугубляет ситуацию. Компании сталкиваются с тем, что приходится покупать компоненты как со свинцовой, так и бессвинцовой металлизацией выводов. Как быть в это смутное время перемен?» - комментирует Стив Довс, менеджер Multicore - подразделения материалов для пайки электронной аппаратуры корпорации Henkel.


Одни компании, выпускающие компоненты, переключились на изготовление элементной базы с бессвинцовым покрытием выводов, зачастую даже без изменения маркировки в их обозначении. Другие — оставили свое производство без изменений. А складские запасы свинцовосодержа-щих компонентов не поддаются оценке.

Присутствие и тех, и других компонентов на печатном узле в едином процессе пайки обычными паяльными пастами ставит вопрос о совместимости процессов. Приведет ли такое разнообразие типов металлизации выводов к успешному конечному результату?

Взаимодействие свинцового припоя в составе паяльной пасты и бессвинцового покрытия вызывает изменения в механизме образования паяного соединения. Причина — в уменьшении скорости образования интерметаллического соединения.

Неполное смачивание выводов компонентов и пустоты — часто встречающийся результат пайки такого рода. Поэтому стандартный температурный профиль не подходит для образования качественного паяного соединения — в данном случае требуются более высокие пиковые температуры пайки и более длительный температурный профиль.

Конечно, можно увеличить пиковую температуру пайки на плате до 250-260 °С. Но при этом увеличивается риск выйти за рамки технологических возможностей большинства известных свинцовосодержащих паяльных паст.

Технологическое подразделение по разработке материалов для пайки Multicore предлагает для решения этой проблемы паяльную пасту Multicore MP218 со сплавом Sn62 (62%Sn, 36%Pb, 2%Ag). При разработке пасты использовали компоненты флюса и активаторы, которые применялись для создания новейших бессвинцовых паяльных паст. Активность

флюса и широкое технологическое окно оплавления делают процесс пайки контролируемым. В результате успешно решается задача пайки компонентов с бессвинцовой металлизацией выводов паяльной пастой с содержанием свинца.

Высокая устойчивость к влажности Multicore МР218 препятствует преждевременному высыханию или чрезмерной абсорбции влаги, а значит, позволяет добиться успешного результата пайки независимо от условий окружающей среды в цехе.

Паяльная паста устойчива к возникновению эффекта «надгробного камня», так как расплавленный припой находится более продолжительное время в точке ликвидуса. Благодаря такому решению припой на разных выводах чип-компонента имеет одинаковое физическое состояние с равным поверхностным натяжением.

Особенности трафаретной печати

Multicore MP218 была подвергнута лабораторным испытаниям для определения технологического окна нанесения паяльной пасты. Условия проведения испытаний показаны в таблице 1.

Таблица 1. Условия испытаний на технологическое окно трафаретной печати

Испытания проводились при температуре окружающей среды 24 °С и относительной влажности 28%.

Валик паяльной пасты массой около 250 г был помещен на трафарет. Ракель перемещался при скоростях от 20 до 200 мм/с, давление ракеля варьировалось от 2 до 8 кг. Ход ракеля составлял 230 мм без задержек между проходами.

В процессе печати контролировалась форма катящегося валика, наличие остатков пасты на трафарете и изменение реологических свойств.

Отпечатки паяльной пасты контролировались с помощью стереомикроскопа на наличие дефектов трафаретной печати. Результаты тестирования приведены в таблице 2.

Таблица 2. Результаты контроля качества трафаретной печати

По результатам тестирования была составлена карта «окна процесса» — допустимых технологических режимов нанесения паяльной пасты, которая представлена на рис. 1.

Цель следующего опыта заключалась в проверке способности паяльной пасты сохранять свои свойства при длительном нахождении на трафарете. Паяльная паста выкладывалась на трафарет, и осуществлялись проходы ракеля через 15, 30, 60 и 120 минут. В качестве кон-

трольных использовались площадки под компоненты 0201 с расстоянием между ними 150 мкм, так как по опыту лаборатории именно на них выше всего риск блокировки окон трафарета (рис. 2).

Визуальный контроль не выявил каких-либо дефектов.

Тест на осадку (растекание отпечатков паяльной пасты) проводился в соответствии с тестовым методом IPC-TM-650-2.4.35 с использованием трафарета толщиной 0,2 мм и IPC-A-20 контактными площадками. Результаты тестирования, которые представлены в таблице 3, соответствуют критериям тестового метода.

Рис. 1. Технологическое окно нанесения паяльной пасты. Зеленый цвет — оптимальные режимы, желтый — допустимые режимы, красный — недопустимые режимы

Рис.2. Пример тестовой печатной платы с нанесенной паяльной пастой Multicore MP218 на контактные площадки 0201

Рис. 3. Конструкция тестовых площадок для испытания на осадку IPC-TM-650-2.4.35

Таблица 3. Тест на осадку

Оплавление паяльной пасты

Далее проводилось оплавление паяльной пасты температурными профилями различной длительности с разными пиковыми температурами.

Скорость конвейера устанавливалась от 30 до 200 см/мин. Пиковые температуры изменялись в диапазоне от 184 до 270 °С. Использовался как «традиционный», так и «новый» профили. После этого осуществлялся контроль по форме галтели паяного соединения, количеству остатков флюса, их цвету, внешнему виду, наличию шариков припоя, поверхностному сопротивлению и наличию пустот в паяном соединении.

Рис. 4. Технологическое окно оплавления.

Зеленый цвет— рекомендуемые режимы, красный цвет— недопустимые режимы

Таблица 4. Промывочные жидкости компании ZESTRON, рекомендуемые для удаления остатков флюса Multicore MP218
Рис. 5. Результат тестирования на наличие шариков припоя после 24-часовой выдержки при температуре 25 °С и относительной влажности 75%
Рис. 6. Остатки флюса Multicore MP218 не налипают на электрические щупы при контроле
Рис. 7. Рентгеновский снимок паяного соединения компонента CSP с шагом 0,75 мм

Были получены успешные результаты пайки при времени нарастания температурного профиля до пиковой температуры пайки от 2 мин 12 с до 9 мин 24 с и пиковыми температурами пайки от 190 до 260 °С.

Для подтверждения устойчивости паяльной пасты к условиям окружающей среды проводился тест на шарики припоя по стандарту IPC ANSI/J-STD-005, тестовый метод 2.4.43 описан в стандарте IPC-TM-650. После нанесения паяльной пасты на керамические пластины она выдерживалась в климатической камере в контролируемых условиях при температуре 25 °С и относительной влажности 75%. Паста на одной из пластин оплавлялась сразу после нанесения, остальные — через 1, 2 и 24 часа, после чего контролировалось наличие сопутствующих шариков припоя. В результате испытаний были получены успешные результаты на всех тестовых пластинах.

Тесты на поверхностное сопротивление по J-STD-004 (метод IPC-TM-650 2.6.3.3.), электромиграцию и коррозию медного зеркала показали полное соответствие требованиям стандарта и подтвердили коррозионную безопасность остатков флюса.

В случае применения паяльной пасты при производстве изделий, эксплуатирующихся в жестких условиях, проводились испытания на способность промывочных жидкостей удалять остатки флюса. Результаты представлены в таблице 4.

Другой важной особенностью остатков флюса является то, что они легко прокалываются электрическими щупами при электрическом контроле (рис. 6). Это позволяет эффективно осуществлять электрический контроль даже без отмывки остатков флюса. Для подтверждения этого паяльная паста Multicore MP218 оплавлялась однократно и двукратно тремя различными температурными профилями. Затем проводился электрический контроль электрическими щупами и учитывалось количество успешно «прозвоненных» соединений. Результаты представлены в таблице 5.

В завершение проводился рентгеновский контроль качества паяных соединений компонентов со свинцовой и бессвинцовой металлизацией выводов. Для испытаний использовались компоненты CSP и BGA. Результат пайки соответствовал требованию стандарта IPC-7095.

По результатам испытания были выделены следующие ключевые особенности паяльной пасты Multicore MP218:

  • Широкое технологическое окно оплавления — большой набор режимов оплавления, эффективная пайка компонентов со свинцовой и бессвинцовой металлизацией выводов как в воздухе, так и азоте.
  • Широкое технологическое окно трафаретной печати — возможность наносить пасту как вручную, так и на автоматическом устройстве трафаретной печати.
  • Высокая стабильность свойств вне зависимости от условий окружающей среды. Это делает результат пайки слабо зависящим от изменения влажности и температуры окружающей среды при применении паяльной пасты.
  • Длительное время жизни на трафарете и сохранение клеящих свойств — уменьшение расхода на технологический отход.
  • Высокая сферичность шариков припоя и оптимальная вязкость пасты — стабильность отпечатков под компоненты с малым шагом и скоростью нанесения до 150 мм/с.
  • Высокие клеящие свойства — уменьшается вероятность смещения компонента при установке и оплавлении.
  • Превосходная флюсующая способность — пригодна для пайки по большому количеству типов металлизации: HASL, Ni/Au, иммерсионное олово, иммерсионное серебро, медь с органическим защитным покрытием.
  • Бесцветные остатки флюса обеспечивают эффективный оптический контроль и аккуратный внешний вид паяных соединений.
  • Мягкие и неналипающие остатки флюса обеспечивают электрический контроль без их удаления и с меньшим числом очистки электрических щупов.
  • не содержит галогенов и имеет классификацию ROL0 — высокая климатическая надежность остатков флюса. «Паяльная паста Multicore MP218, разработанная специально для преодоления проблем, связанных с плохим смачиванием, позволяет производителям электроники свободнее изменять температурный профиль. Результат пайки слабо зависит от условий окружающей среды. Применение Multicore MP218 гарантирует, что производители готовы к любым случайностям в смутный период неопределенности при переходе на бессвинцовые технологии», — подытожил Д. Дикстон, менеджер по маркетингу подразделения материалов для пайки электронной аппаратуры Multicore корпорации Henkel.

Таким образом, для компаний, которые пока не планируют переходить на бессвинцовые технологии, но вынуждены применять компоненты с бессвинцовыми покрытиями или не могут исключить риск закупки таких компонентов, паяльная паста Multicore MP218 является идеальным решением (табл. 6), позволяющим обеспечить высокое качество пайки в новых условиях.

Таблица 5. Результат электрического контроля щупами
Таблица 6. Характеристики паяльной пасты Multicore MP218

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо

Ультразвуковые преобразователи пэп
Продажа ультразвуковых дефектоскопов. Ультразвуковые расходомеры-счетчики
fela-nk.ru
Купить al fakher
купить al fakher
tabak-pochtoy.com
Интернет магазин женских часов наручных
Современные часы с оригинальным дизайном
1039.alltrades.ru