Каталог
Галерея
О нас
Контакты
Доставка
Оплата
Статьи
Корзина
Отзывы
Миссия
Статья | Аквен - технологии

При перепечатке ссылка на источник обязательна!



Материалы для монтажа. Как выбирать.

Т. Кузнецова, к.х.н, инженер-технолог

На рынке существует огромное количество в основном импортных материалов для монтажа – многообразие паст, различающихся как составом припоя, так и флюсом, флюс-гелей, жидких флюсов, припоев, не говоря уж о всевозможных вспомогательных материалах, таких как временные резисты, клеи и герметики. В этой статье я попробую рассказать самые важные моменты, на которые надо опираться при выборе флюссодержащих материалов и расскажу, что же надо «выудить» из технического описания на продукт.

Начнем с описания общих для всех флюссодержащих материалов важных параметров.

Тип флюса (ROL0, ORM1, REH0 и пр) согласно IPC J-STD-004A [1]

Во-первых, тип флюса говорит о том, что используется в качестве основы этого флюса. Во-вторых, он показывает уровень активности, а в-третьих, о содержание галогенов. Коротко и емко это проиллюстрировано в таблице 1 [1].

Это одно из самого важного в описании, так как от типа флюса зависит и паяемость, и возможность применения в безотмывочном процессе, и возможность отмывки.

Безусловно, конкретные компоненты флюсы являются «know how» производителя, но много чего можно сказать и по описанию.

Основа флюса отвечает за равномерное покрытие флюсом контактной площадки, теплопередачу (особенно важно для флюсов, использующихся для ручной пайки), растворимость флюса и его остатков. В качестве основы для флюса используются:

  • Канифоль RO (от английского слова rosin, что в переводе и означает канифоль). Флюсы, основанные на канифоли, для российского потребителя самые привычные. Они имеют характерный запах, растворимы в привычной спиртобензиновой смеси и большинстве других отмывочных жидкостей, присутствующих на рынке. Канифоль обладает слабыми флюсующими свойствами (т.е. способна паять сама даже в отсутствие активатора). Она растворима в большинстве полярных органических растворителей и смесях полярных и неполярных растворителей, не растворима в воде и неполярных растворителях.

  • Синтетические смолы RE (от английского слова resin, что в переводе и означает смола). В этот класс объединены совершенно разные смолы, часть из которых не претерпевает никаких изменений в процессе пайки (термопластичные смолы), некоторые из них необратимо полимеризуются или сополимеризуются с другими компонентами флюса и вследствие этого теряют способность к отмывке (реактопласты), а некоторые являются продуктами реакции этерификации канифоли со спиртами или гликолями. В свою очередь все вышеперечисленные типы смол тоже могут делиться на разные классы, так среди термопластичных смол можно выделить, например, полиэфирные или полиакрилатные, а также ряд других менее распространенных смол. Каждая смола имеет свои свойства, такие как температура плавления, способность к растворению в различных растворителях (например, некоторые смолы прекрасно растворяются в омыляющих отмывочных жидкостях, но совершенно не растворимы в спиртобензине или растворителях с нейтральным pH), термическое поведение и пр. Поэтому ничего конкретного про флюсы, основанные на синтетических смолах, сказать нельзя. Чтобы точно знать, подходят ли они для Вашего техпроцесса, необходимо внимательно изучить документацию на них, посмотреть рекомендованный термопрофиль, возможность отмывки или безотмывочного процесса, а также провести испытания, и только после этого принимать решение о применимости такого вида материалов.

От себя добавлю, что, на мой взгляд, именно такие материалы является лучшим выбором, так как они дают стабильность техпроцесса, повторяемость и очень технологичны. Но не стоит забывать, что из огромного разнообразия таких материалов необходимо выбрать те, что подходят именно под Ваш техпроцесс.

  • Органические вещества (OR) – сюда входят все вещества органического происхождения, не подходящие под определение смол. Смолы – органические полимеры, растворимые в органических растворителях, но не растворимые в воде. Все смолы являются твердыми веществами при комнатной температуре и размягчаются или расплавляются при нагревании. Другим важным свойством смол является способность их растворов образовывать при испарении растворителя пленки. Как правило, все OR флюсы основаны на растворимых в воде веществах. Хочется отметить, что не все OR флюсы являются кислотными, более того, многие органические флюсы не содержат кислоты вообще – ни слабой, ни сильной. Чтобы оценить количество и силу кислоты, содержащейся во флюсе, необходимо посмотреть еще на один важный параметр, о котором речь пойдет чуть позже, – на кислотное число или на pH водной вытяжки флюса.

Разобравшись с типом флюса, обратим внимание на следующую букву в классификации – L, M или H. Она говорит об активности флюса, а для того, чтобы ее выбрать, надо будет вспомнить о том, где Ваш флюс будет применяться. Для того, чтобы классифицировать флюс, проводят тест «медное зеркало» по стандарту IPC-TM-650 2.3.32 и тест на коррозию медной пластины IPC-TM-650 2.6.15 [2]. Обращаю внимание, что активность измеряется не по способности очистить поверхность от оксилов, а по степени воздействия на чистую медь!!! Из этого следует, что могут существовать флюсы, активно удаляющие окислы, но не взаимодействующие с металлом. Т.е. они будут прекрасно паять по окисленной поверхности, но не оказывать вредного воздействия на металл.

L – от английского слова low – низкий. Коррозионная активность такого флюса невысока. Его остатки не вызывают изменений на поверхности медного зеркала.

М - от английского слова middle – средний. Т.е. его коррозионная активность – средняя. Он оставляет незначительные изменения на поверхности зеркала

H - от английского слова high – высокий. Такой флюс разъедает медное зеркало до стекла. Таким образом, выбирая такой флюс, надо понимать, что очень высока вероятность повреждения изделия этим флюсом в том случае, если отмывка его произведена не полностью. И все-таки попытаться поискать материалы, которые обладают высокой активностью при пайки, но более слабым коррозионным воздействием.

Ну и последнее, что мы можем увидеть в типе флюса – это цифра. 0 или 1. Она говорит о присутствии или отсутствии галогенов. 0 – нет, 1 – да. Очень просто и понятно, но, наверно, у многих возникает вопрос – а почему именно галогены? Со школьной скамьи мы все знаем множество разных ионов – ионы металла, сульфаты, гидроксильные ионы. Список можно продолжать, так почему же в классификацию введены именно галогениды. Ответ довольно прост – дело в том, что наиболее агрессивное коррозионное воздействие на металлы оказывает именно хлоридный и бромидный ион. Отмыть его с поверхности печатной платы довольно сложно, так как связать его в растворе отмывочной жидкости нечем. По этой причине для аппаратуры ответственного применения я бы не рекомендовала использовать содержащие хлорид флюсы. Хотя для бытовой электроники ничего страшного в них нет.

Таблица 1. Классификация флюса согласно IPC J-STD-004A [1].

Входящие в состав флюса вещества

Уровень активности флюса (% галогенидов) / тип флюса

Обозначение флюса

Канифоль

(RO)


Низкий (0%) L0

ROL0

Низкий (<0.5%) L1

ROL1

Средний (0%) М0

ROM0

Средний (0.5-2.0%) М1

ROM1

Высокий (0%) H0

ROH0

Высокий (>2.0%) H1

ROH1

Синтетическая смола

(RE)

Низкий (0%) L0

REL0

Низкий (<0.5%) L1

REL1

Средний (0%) М0

REM0

Средний (0.5-2.0%) М1

REM1

Высокий (0%) H0

REH0

Высокий (>2.0%) H1

REH1

Органические

(OR)

Низкий (0%) L0

ORL0

Низкий (<0.5%) L1

ORL1

Средний (0%) М0

ORM0

Средний (0.5-2.0%) М1

ORM1

Высокий (0%) H0

ORH0

Высокий (>2.0%) H1

ORH1

Неорганические

(IN)*

Низкий (0%) L0

INL0

Низкий (<0.5%) L1

INL1

Средний (0%) М0

INM0

Средний (0.5-2.0%) М1

INM1

Высокий (0%) H0

INH0

Высокий (>2.0%) H1

INH1

*- неорганичесике флюсы для электроники практически не используются, поэтому их рассмотрение считаю нецелесообразным.

Тест «Медное зеркало» на коррозионную активность флюса обычно производители пишут просто проходит или проходит с буквой L или M. Это обозначает, что за 24 часа при комнатной температуре и влажности 50% медь на поверхности стекла не окисляется или окисляется не более половины поверхности [2].

Сопротивление изоляции поверхности (SIR) показывает свойства изоляции поверхности флюса на готовом продукте. Таким образом, этот тест определяет надежность осадка, если его оставлять на модуле без отмывки. Для того, чтобы флюс можно было оставить на модуле без отмывки, значение должно превышать 108 Ω. Если флюс предполагается отмывать, то необходимо удостоверится, что сопротивление поверхностной изоляции превышает 108 Ω для отмытых образцов [2]. Эти данные должен предоставить Вам производитель – они являются обязательными для всех поставщиков материалов, причем в случае применения очистки должен быть указан метод очистки образцов [1, 2].

Определение кислотного числа. Этот метод показывает количество кислоты во флюсе и является обязательным тестом [2]. Хочу обратить внимание на тот факт, что этот метод ничего не говорит о том насколько сильная и коррозионно опасная кислота использована во флюсе, он говорит лишь о том, содержит ли данный флюс кислоту и сколько. Не надо удивляться если флюс не содержит кислоты совсем. Более того, ряд флюсов являются щелочными или нейтральными (для них приводится значение pH водной вытяжки) это связано с тем, что в них используются не кислотные активаторы – амины или комплексообразователи.

Тест на наличие хлоридов и бромидов с помощью метода хромата серебра. Данный тест определяет содержание галогендов, присутствующее в флюсе и также является обязательным для всех производителей материалов [2]. Как уже обсуждалось выше, галогениды, особенно хлориды – самые опасные ионные загрязнения, поэтому при высоких требованиях по надежности к выпускаемым изделиям желательно выбирать материалы, не содержащие галогенид-ионов.

Все вышеперечисленные тесты и тип флюса должны обязательно быть в описаниях любого флюссодержащего материала (жидкого флюса, пасты, флюс-геля и проволочного припоя), а теперь остановимся на специфических свойствах материалов

  1. жидкий флюс

для жидкого флюса очень важным параметром является содержание твердых веществ

Тут надо отметить, что для флюса, используемого для селективной пайки оно должно быть минимально 2-5%, чтобы не засорялся флюсователь, а для флюса, используемого для ручного монтажа минимально возможное содержание твердых веществ – 15%. Это связано с тем, что при ручной пайке тепло от паяльника к паяемому выводу передается с помощью флюса, точнее расплава полимера, содержащегося во флюсе, напимер, канифоли. Также этот расплав выполняет еще одну важную функцию – он защищает разогретый металл от повторного окисления.

Также для жидких флюсов, используемых в ноу клин процессах важна нелипкость (сухость) остатков. Этот параметр не является обязательным для производителей, но является важным для потребителей, использующих no clean процессы.

Также очень важно изучить рекомендации производителя по использованию флюса так как флюсы для диспенсерного нанесения сильно отличаются от флюсов, наносимых с помощью пенного флюсования и данных требований необходимо строго придерживаться.

  1. паяльная паста

для пасты важна вязкость, так как для диспенсерного и трафаретного нанесения она должна быть разной. Как правило, вязкость заменена на более понятный потребителю параметр – содержание металла. Если для трафарета предпочтительно использовать пасту с содержанием металлической составляющей 89-91%, то для диспенсера надо – 86-88%.

Также для пасты часто указывают клейкость (указывают в г/мм2), которая показывает способность удерживать компоненты, не сдвигая их.

Состав припоя. Очень не хочется повторяться, так как про состав припоя написано очень и очень много. Подробно припои и их состав разобраны в [3,4].

Тип припоя. Используется 4 типа припоя, отличающихся размером шариков припоя, содержащихся в пасте согласно стандарту IPC J-STD-005 [5]. Тип 2 - 75-45 мкм, тип 3 – 45-25 мкм, тип 4 – 38-20 мкм, тип 5 – 25-15 мкм и тип 6 – 15-5 мкм. Хочется обратить внимание, что чем меньше размер шариков тем сильнее окисление пасты (больше поверхность металла) и тем сильнее разбрызгивание ее при пайке (шарики легче и подвижнее).

Тиксотропность. Это способность пасты сохранять в течение времени свою форму. Это настолько важно для пасты, что об этом даже и не пишут, но пару слов сказать хочу. Пасты создаются так, чтобы они не растекались, так как иначе надеяться на качественное соединение, а не сплошное замыкание, не приходится.

Термопрофиль. Очень важный параметр, изучением которого не стоит пренебрегать. Дело в том, что пофиль может отличаться в зависимости от активности и химической природы используемых материалов. Довольно активные материалы не нуждаются в площадке активации флюса, а некоторые, наоборот, начинают работать только после предварительной активации, есть полимеры, которые при перегреве перестают отмываться (в основном это касается водосмываемых материалов) [6]. Могут быть и другие нюансы, поэтому к приведенному производителем термопрофилю стоит отнестись с вниманием и почтением.

Для проволочного припоя и флюс-геля каких то особенных требований нет, поэтому останавливаться на них подробно я не стану.

В заключение хочу еще раз отметить, что выбирая материал надо:

  1. Уточнить пригодность его использования в вашем техпроцессе (отмывочный и безотмывочный). Если отмывка есть то какая водная, полуводная, отмывка растворителем или омыление [6] и уточнить у производителя или поставщика возможность применения в Вашем процессе.
  2. выяснить тип флюса и его коррозионную активность
  3. посмотреть другие важные параметры и только после этого принимать решение о испытаниях, это сэкономит массу времени и денег, которые тратятся на испытание заведомо «не ваших» материалов.
  4. Ну и самое важное. Прежде чем запускать партию изделий необходимо убедится в том, что материал действительно Вам подходит. Для этого вполне достаточно 5-10 изделий.

Литература

  1. Joint Industry Standard IPC J-STD-004A. Требования, применяемые к используемым для пайки флюсам, 1995.

  2. IPC-TM-650. Руководство по методам тестирования.

  3. А. Медведев. Материалы для монтажной пайки. Часть 1.// Производство электроники. 2006 №5 С. 35

  4. А. Медведев. Сборка и монтаж электронных устройств. М. Техносфера, 2007.

  5. Joint Industry Standard IPC J-STD-005. Требования, применяемые к используемым паяльным пастам, 1995.

  6. IPC-CH-65A Указания по отмывке печатных плат и готовых сборок, 1999.


Ваше имя:

Комментарий:

Все поля обязательны!
Не трогайте это!

Нет комментариев