Материалы для пайки печатных плат в SMT-технологии

В технологии поверхностного монтажа электронных компонентов используется несколько типов материалов, обеспечивающих высокое качество пайки и отсутствие дефектов. Правильный выбор этих материалов имеет важное значение для организации эффективного производства и снижения количества брака.

Паяльные пасты

Это многокомпонентные составы, включающие металлический припой (в виде порошка) и флюса. Паяльные пасты наносятся на контактные площадки печатной платы и затем оплавляются под действием высокой температуры в печи.

Паяльные пасты делят:

По типу припоя:

• Свинцовые: это традиционные сплавы на основе свинца и олова с добавлением легирующих присадок (цинка, серебра и т. д.). Такой сплав характеризуются: хорошей смачиваемостью и растекаемостью; прочностью паяных соединений, сравнительно невысокой температурой плавления. Но при оплавлении паяльная паста выделяет токсичные пары свинца и его соединений. Поэтому сегодня использование таких паст в электронике ограничено.
• Бессвинцовые: это сплавы на основе олова с добавлением других редких металлов. Бессвинцовые припои уступают по своим техническим характеристикам (прочности и смачиваемости) свинцовым, но введение в сплав припоя бессвинцовых паяльных паст серебра, висмута, меди, никеля и других компонентов позволяет значительно повышать прочность и смачиваемость. Бессвинцовые пасты требуют более длительного и интенсивного нагрева, но не выделяют при этом вредные пары, поэтому безопасны для человека и окружающей среды.

По размеру шариков припоя:

По составу флюса:

• Галогенсодержащие. Флюсы таких паст содержат соединения на основе галогенов фтора, йода, хлора и брома, которые выполняют роль активаторов, удаляющих оксидные пленки, улучшающих смачиваемость контактных площадок припоем и в целом повышающие качество пайки. Однако, такие вещества являются токсичными, наносящими вред человеку и окружающей среде. Кроме того, флюсы с галогенами отличаются высокой химической активностью, которая может вызвать коррозию платы и контактных площадок.
• Безгалогенные. В таких пастах роль активатора играют различные кислоты, в состав которых не входят галогены. Помимо их меньшей токсичности, важным преимуществом является меньшее химическое воздействие на материал платы и контактных площадок.

По необходимости отмывки:

• Требующими отмывки. Флюсы таких паст, как правило, содержат химически активные компоненты, которые могут вызвать коррозию платы или паяных соединений. Поэтому после пайки плату нужно отмывать – в зависимости от состава флюса это делается различными специальными растворителями, с дистиллированной и дионизированной водой. Галогеносодержащие пасты требуют отмывки.
• Не требующими отмывки. Пасты этого типа содержат низко активные флюсы, которые не оказывают химического воздействия на платы и паяные соединения. Напротив, они покрывают их тонкой защитной пленкой, предотвращающей окисление. Остатки таких паст не требуют отмывки, поэтому они наиболее технологичны.

Нанесение паяльной пасты осуществляется двумя способами:

• Дозаторами – поршневыми, винтовыми или пневматическими устройствами, выпускающими строго определенное количество пасты на контактную площадку печатной платы через полую иглу;
• Трафаретная печать – в этом случае паяльная паста наносится через специальные пластины с апертурами (отверстиями), совмещаемые контактными площадками печатной платы.

В зависимости от выбранного метода нанесения нужно строго контролировать вязкость паяльной пасты– от этого зависит качество паяного соединения. На эту характеристику влияет в том числе соблюдение правил хранения.

Клеи

Клеевые составы на основе эпоксидных смол и силиконов используются для закрепления и удержания электронных компонентов на печатной плате при пайке. Они применяются в следующих случаях:

• при смешанном монтаже методов пайки волной припоя для удержания поверхностно монтируемых компонентов;
• при поверхностном монтаже на двухсторонних платах для удержания крупных компонентов при переворачивании, так как силы поверхностного натяжения припоя для этого недостаточно;
• для удержания крупных компонентов, испытывающих повышенные вибрационные и ударные нагрузки – например, при обслуживании или эксплуатации в экстремальных условиях.

Клеи, используемые в пайке, должны выдерживать высокие температурные нагрузки и химическую активность флюса. Такие составы подразделяются на следующие основные группы:

• Термореактивные. Затвердевают под воздействием высокой температуры, при этом не размягчаются при последующем нагреве и отличаются повышенной прочностью, низким газообразованием. Однако, их трудно потом счищать с поверхности платы во время ремонта оборудования.
• Термопластичные. Такие клеи отвердевают при меньшей температуре и способны размягчаться при повторном нагревании, но отличаются меньшей прочностью и химической устойчивостью. Зато они более удобны в плане очистки печатных плат, а также при монтаже теплочувствительных элементов (некоторые термопластики отвердевают при комнатной температуре).
• Эластомерные. Это подтип термопластичных клеев, отличающийся высокой упругостью и вязкостью. В твердом состоянии они выглядят как силиконовый герметик или резина. Недостаточная жесткость несколько ограничивает их применение. Еще одним недостатком таких составов является высокая дегазация и выделение веществ, вызывающих коррозию печатных плат.
• Многокомпонентные термоотверждаемые. По сути, это смесь эпоксидных смол и эластомеров, которые сочетают в себе как высокую конструктивную прочность, так и достаточную жесткость для защиты паяных соединений от механических и вибрационных нагрузок.

Состав материалов, используемых в технологии поверхностного монтажа, постоянно совершенствуются для достижения оптимального сочетания технологичности и эффективности производственного процесса, а также его безопасности и экологичности.