Как предотвратить дефекты, связанные с бессвинцовой пайкой оплавлением

Бессвинцовая пайка оплавлением – метод создания паяных соединений в инфракрасных и конвекционных печах с использованием припоев без содержания свинца. Наиболее популярным припоем является олово-серебро-медь (SAC), которыми пользуются около 65% производителей электронного оборудования. В этой статье рассмотрим типичные дефекты, связанные с их использованием во время пайки, а также методы их профилактики.

Перемычки. Перемычки (мосты, спайки) представляют собой припой, соединяющий близкорасположенные соседние выводы компонентов. При бессвинцовой пайке они возникают по следующим причинам:

• Избыточное количество паяльной пасты - в этом случае мерой профилактики будет более точная дозировка припоя при нанесении на печатную плату или использование трафаретов со специально подобранным размером и формой апертур.
• Недостаточное спекание паяльной пасты – необходимо подобрать припой с термостабильным наполнителем и хорошими показателями спекания при повышенной (185ᵒС) температуре.

Шарики припоя. Данный дефект представляет собой небольшие сферические образования из припоя, напоминающие бусинки, которые появляются возле паяного соединения. Как и перемычки, они создают нежелательные замыкания между близко расположенными друг к другу выводами элементов. Причины образования данного дефекта:

• Смещение отпечатков паяльной пасты при нанесении – необходимо уменьшить размер апертур на трафарете и/или точно совместить их с рисунком печатной платы;
• Избыток припоя – уменьшить толщину трафарета и улучшить его прилегание к поверхности печатной платы;
• Низкое качество или истекший срок годности припоя – подобрать паяльную пасту с подходящими характеристиками;
• Долгое нахождение пасты на плате – сократить время между нанесением припоя и оплавлением до 1-2 часов;
• Истощение флюса во время пайки и окисление припоя – сократить этап стабилизации до 1-2 минут и подобрать паяльную пасту, подходящую для более длительного нагрева;
• Быстрое испарение растворителя с разбрызгиванием припоя – скорректировать температурный режим на стадии предварительного нагрева в пользу более медленного нагревания.

Недостаточное смачивание контактов. Бессвинцовым припоям в принципе свойственна более медленное смачивание, чем свинцовым. Сплавы SAС

Контактные площадки платы из чистой меди, уже подвергавшиеся ранее нагреву, отличаются худшей смачиваемостью. Этот показатель значительно лучше у плат с покрытиями из олова, иммерсионного серебра или никеля. Другой причиной плохой смачиваемости выводов и контактных площадок может быть некорректный температурный профиль. У бессвинцовых припоев существенно уже диапазон пиковой температуры по сравнению со свинцовыми. Например, сплавы олово-серебро-медь плавятся уже при 217°C, тогда как пиковая температура должна находиться в интервале 235-245°C. Припои олово-серебро-медь обладают еще более медленным смачиванием, для их хорошего впитывания и растекания нужно 60-90 секунд при температуре 235-245°C.

Также при пайке BGA-компонентов следует помнить, что распределение тепла по плате происходит неравномерно из-за его поглощения массивными корпусами микросхем. Поэтому перед установкой таких компонентов необходимо измерить распределение температуры и качество пайки с помощью испытательной платы.

Пустоты. Этот дефект образуется чаще всего из-за пузырьков газа, выходящих из припоя при оплавлении. Он снижает прочность, электро- и теплопроводность паяного соединения. Мелкие пустоты в некоторых случаях могут позитивно повлиять на надежность соединения за счет того, что изменяют его структуру и уменьшают риск возникновения трещин.

На появление пустот при пайке бессвинцовыми припоями влияют:

• Состав паяльной пасты;
• Окисление контактных поверхностей;
• Тип покрытия печатной платы;
• Температурный профиль и другие причины.

Сплавы SAC отличаются повышенным поверхностным натяжением по сравнению с припоем 63/37. Чтобы в процессе пайки не образовывались пустоты, следует использовать паяльные пасты, рассчитанные на более продолжительный предварительный нагрев и большие пиковые температуры.

Также следует учитывать геометрию контактных поверхностей. У SMD-компонентов они часто вертикальные, поэтому выход пузырьков газа из припоя происходит по более длинной траектории, что повышает вероятность образования пустот.

Эффект «надгробного камня». Он заключается в распаивании одного из соединений компонента, из-за чего он приподнимается свободным концом над поверхностью платы. Такое происходит из-за более низкого смачивания, свойственного бессвинцовым припоям, а также обильного выделения газов на этапе плавления. Сократить вероятность появления этого дефекта можно путем более точного центрирования компонентов на плате и использованием припоев с меньшим выделением газа. 

На сайте компании «СМТ Технологии» вы можете заказать оборудование и материалы для пайки оплавлением бессвинцовыми припоями. Мы поставляем продукцию проверенных поставщиков, имеющих хорошую репутацию среди производителей электронных изделий. Для консультации и оформления заказа оставьте заявку на нашем сайте или позвоните по телефону 8 499 322 20 25.