Pasta lutownicza

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

Pasta lutownicza jest używana do produkcji płytek obwodów drukowanych do łączenia elementów do montażu powierzchniowego z podkładkami na płytce. Możliwe jest również lutowanie otworem przelotowym w składnikach pasty poprzez nadruk pasty lutowniczej w otworach i nad otworami. Lepka pasta tymczasowo utrzymuje elementy na miejscu; płyta jest następnie podgrzewana, co powoduje stopienie pasty i utworzenie wiązania mechanicznego oraz połączenia elektrycznego. Pasta jest nakładana na płytę za pomocą druku strumieniowego , druku szablonowego lub strzykawki ; następnie elementy są umieszczane na miejscu przez a maszyną pick-and-place lub ręcznie.

Używać

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 lutu lub lut topi się i łączy zbyt wiele przewodów (mostkowanie), co skutkuje zwarciem. Niewystarczające ilości pasty powodują niepełne obwody. Wady „głowa w poduszce” lub niepełna koalescencja siatki kulek (BGA) kula i osad pasty lutowniczej to tryb awarii, którego częstotliwość wzrosła od czasu przejścia na lutowanie bezołowiowe. Często pomijana podczas inspekcji, wada głowy w poduszce (HIP) wygląda jak głowa spoczywająca na poduszce z widoczną separacją w złączu lutowanym na styku sfery BGA i rozlanej osadu pasty. Producent elektroniki potrzebuje doświadczenia w procesie drukowania, w szczególności w zakresie właściwości pasty, aby uniknąć kosztownych przeróbek podzespołów. Należy okresowo monitorować właściwości fizyczne pasty, takie jak lepkość i topnik, przeprowadzając wewnętrzne testy.

Podczas wykonywania płytek PCB (obwodów drukowanych) producenci często testują osady pasty lutowniczej za pomocą SPI (kontrola pasty lutowniczej). Systemy SPI mierzą objętość pól lutowniczych przed nałożeniem komponentów i stopieniem lutu. Systemy SPI mogą zmniejszyć częstość występowania defektów związanych z lutowaniem do statystycznie nieistotnych 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 sproszkowane lutowie zawieszone w paście topnikowej . Lepkość topnika utrzymuje elementy na miejscu, dopóki proces lutowania rozpływowego nie stopi lutu. W wyniku przepisów dotyczących ochrony środowiska większość dzisiejszych lutów, w tym past lutowniczych, jest wykonana ze stopów bezołowiowych [ potrzebne źródło ] .

Klasyfikacja

Według rozmiaru

Rozmiar i kształt cząstek metalu w paście lutowniczej określa, jak dobrze pasta będzie „drukować”. Kula lutownicza ma kształt kulisty; pomaga to w zmniejszeniu utleniania powierzchni i zapewnia dobre tworzenie połączeń z przylegającymi cząstkami. Nieregularne rozmiary cząstek nie są używane, ponieważ mają tendencję do zatykania szablonu, powodując wady drukowania. Aby uzyskać wysokiej jakości złącze lutowane, bardzo ważne jest, aby metalowe kulki miały bardzo regularny rozmiar i niski poziom utlenienia [ potrzebne źródło ] .

Pasty lutownicze są klasyfikowane na podstawie wielkości cząstek zgodnie z normą IPC J-STD 005. Poniższa tabela przedstawia rodzaj klasyfikacji pasty w porównaniu z wielkością oczek i wielkością cząstek. Niektórzy dostawcy stosują odpowiednie opisy wielkości cząstek, dla porównania podano opisy Henkel/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 (min. 80% pomiędzy) 		Śr. rozmiar w μm
min. rozmiar w μm (10% maks. mniej niż) 		Opis proszku Henkla
Typ 1 150 150-75 20
typ 2 -200/+325 75 75–45 60 20
typ 3 -325/+500 45 45–25 36 20 AGS
typ 4 -400/+635 38 38–20 31 20 DAP
typ 5 -500/+635 30 25 25-10 10 KBP
typ 6 -635 20 15 15–5 5
typ 7 15 11 11–2
typ 8 11 10 8–2

Przez strumień

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

na bazie kalafonii są wytwarzane z kalafonii , naturalnego ekstraktu z drzew sosnowych. Topniki te można w razie potrzeby oczyścić po procesie lutowania przy użyciu rozpuszczalnika (potencjalnie zawierającego chlorofluorowęglowodory ) lub zmydlającego środka do usuwania topnika.

rozpuszczalne w wodzie składają się z materiałów organicznych i zasad glikolowych. Istnieje szeroka gama środków czyszczących do tych topników.

Topnik no-clean jest przeznaczony do pozostawiania jedynie niewielkich ilości pozostałości topnika obojętnego. Pasty No-Clean oszczędzają nie tylko koszty czyszczenia, ale także nakłady inwestycyjne i powierzchnię podłogi. Jednak te pasty wymagają bardzo czystego środowiska montażowego i mogą wymagać obojętnego środowiska rozpływowego.

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 testy wewnętrzne, aby ocenić pozostałą użyteczność pasty lutowniczej po okresie użytkowania.
Indeks tiksotropowy
Pasta lutownicza jest tiksotropowa , co oznacza, że ​​jej lepkość zmienia się wraz z przyłożoną siłą ścinającą (np. podczas mieszania lub rozprowadzania). Indeks tiksotropowy jest miarą lepkości spoczynkowej pasty lutowniczej w porównaniu z lepkością „przerobionej” pasty. W zależności od składu pasty, bardzo ważne może być wymieszanie pasty przed użyciem, aby upewnić się, że lepkość jest odpowiednia do prawidłowego zastosowania. Kiedy pasta lutownicza jest przesuwana przez ściągaczkę na szablonie, naprężenia fizyczne wywierane na pastę powodują spadek lepkości, umożliwiając łatwy przepływ pasty przez otwory na szablonie. Gdy nacisk na pastę zostanie usunięty, odzyskuje ona swoją lepkość, zapobiegając jej spływaniu po płytce drukowanej.
Kryzys
Charakterystyka tendencji materiału do rozprzestrzeniania się po aplikacji. 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 opadu, może odbiegać od oczekiwanego zachowania, ponieważ teraz ściany boczne pasty nie są idealnie proste. Opadanie pasty powinno być zminimalizowane, ponieważ osiadanie stwarza ryzyko tworzenia mostków lutowniczych między dwoma sąsiednimi polami, tworząc zwarcie.
Żywotność
Czas, przez jaki pasta lutownicza może pozostać na szablonie bez wpływu na jego właściwości drukowania. Producent pasty podaje tę wartość.
Przyczepność
to właściwość pasty lutowniczej, która utrzymuje element po umieszczeniu elementu przez maszynę do układania. Dlatego trwałość klejenia jest krytyczną właściwością past lutowniczych. Definiuje się go jako czas, przez jaki pasta lutownicza może pozostawać wystawiona na działanie atmosfery bez znaczącej zmiany właściwości przyczepności. Pasta lutownicza o długiej przyczepności z większym prawdopodobieństwem zapewni użytkownikowi spójny i solidny proces drukowania.
Reakcja na pauzę
Reakcja na pauzę (RTP) jest mierzona różnicą objętości osadzonej pasty lutowniczej w funkcji liczby wydruków i czasu pauzy. Duże zmiany objętości druku po przerwie są niedopuszczalne, ponieważ powodują defekty końca linii, takie jak zwarcia lub przerwy. Dobra pasta lutownicza wykazuje mniejsze różnice w objętości wydruków po przerwie. Jednak inny może wykazywać duże wahania, a także ogólny trend spadkowy wolumenu.

Używać

Pasta lutownicza wydrukowana na płytce drukowanej

Pasta lutownicza jest zwykle używana w procesie drukowania szablonów 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 , przez transfer pinów (gdzie siatka pinów jest zanurzana w paście lutowniczej, a następnie nakładana na płytkę) lub przez druk strumieniowy (gdzie pasta jest wyrzucana na pady przez dysze, jak w drukarce atramentowej ) .

Oprócz tworzenia samego złącza lutowniczego, nośnik/topnik pasty musi mieć wystarczającą kleistość, aby utrzymać komponenty, podczas gdy zespół przechodzi przez różne procesy produkcyjne, być może przemieszczane w fabryce.

Po wydrukowaniu następuje pełny proces lutowania rozpływowego .

Producent pasty zasugeruje odpowiedni profil temperatury rozpływu, aby pasował do jego indywidualnej pasty. Głównym wymaganiem jest delikatny wzrost temperatury, aby zapobiec wybuchowej ekspansji (która może powodować „zbijanie się lutu”), a jednocześnie aktywować topnik. Następnie lutowie topi się. Czas w tym obszarze jest znany jako czas nad likwidusem . 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 mało może skutkować słabym połączeniem elektrycznym lub wytrzymałością fizyczną. Chociaż pasta lutownicza zawiera zazwyczaj około 90% wagowych metalu w postaci stałej, objętość złącza lutowniczego jest tylko o połowę mniejsza niż w przypadku zastosowanej pasty lutowniczej. Wynika to z obecności topnika i innych środków niemetalicznych w paście oraz mniejszej gęstości cząstek metalu zawieszonych w paście w porównaniu z końcowym, stałym stopem.

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

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

Składowanie

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

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

Narażenie cząstek lutu, w postaci surowego proszku, na działanie powietrza powoduje ich utlenianie , dlatego narażenie należy zminimalizować.

Ocena

Głównym powodem konieczności oceny pasty lutowniczej jest to, że 50-90% wszystkich wad wynika z problemów z drukowaniem. Dlatego ocena pasty ma kluczowe znaczenie.

Ta procedura jest dość dokładna, ale minimalizuje liczbę testów wymaganych do odróżnienia doskonałych i słabych past lutowniczych. Jeśli ocenianych jest wiele past lutowniczych, procedurę można zastosować w celu wyeliminowania słabych past z powodu ich niskiej jakości druku. Dalsze testy, takie jak wydajność rozpływu lutu, jakość połączenia lutowanego i testy niezawodności, można następnie przeprowadzić na finalistach pasty lutowniczej.

Obawy

Główne obawy dotyczące pasty lutowniczej to:

  1. Może wyschnąć na szablonie, jeśli jest przechowywany zbyt długo.
  2. Może być toksyczny.
  3. Jest to kosztowne, a ilość odpadów musi być minimalizowana.

Te trzy obawy pomogły w stworzeniu trzech zamkniętych systemów drukowania.

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

Zobacz też

Dalsza lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Solder_paste&oldid=1137513015 ”