В процессе приготовления самодельной паяльной пасты все ингредиенты необходимо тщательно перемешать и прогревать на водяной бане. Готовую смесь удобно хранить в большом шприце, который можно использовать для аккуратного нанесения пасты на печатные платы.
Как пользоваться паяльной пастой. Как пользоваться паяльной пастой.
Сварочная паста, выступающая в качестве основного рабочего вещества, должна обладать оптимальной консистенцией: она не должна быть слишком влажной и не слишком густой, а находиться в промежуточном состоянии. Идеальным примером такой консистенции является густота известной сметаны. Кроме того, важно поддерживать этот уровень смачивания на протяжении всего процесса пайки.
Нанесение паяльной пасты в процессе сборки — это один из наиболее критических этапов, влияющий на качество конечного продукта. Оно отвечает за 65-70% всех возможных дефектов. По этой причине крайне важно выбрать метод нанесения паяльной пасты, который обеспечит высокую точность пайки и сократит время, затрачиваемое на сборку печатной платы, что в итоге принесет пользу всему производственному процессу.
На данный момент существует два основных метода для нанесения паяльной пасты, и выбор каждого из них зависит как от специфики компании, так и от типа производимых электронных устройств.
№ 1. Метод дозирования. Данный метод подразумевает, что паяльная паста может наноситься как вручную, так и с помощью автоматических дозаторов. Эта техника рекомендуется в процессе монтажа компонентов, таких как flip-chip, CSP и BGA, на печатные платы. Она особенно актуальна при изготовлении прототипов и малых партий электронных устройств. Кроме того, такая техника используется для работы с полупроводниковыми кристаллами, например, в процессе их закрепления или герметизации. Для дозирования обычно выбирается паяльная паста с пониженным уровнем вязкости, что значительно упрощает сам процесс работы.
№ 2. Метод трафаретной печати. При данном методе паяльная паста наносится под давлением через определенные отверстия (также известных как апертуры), с использованием специального инструмента — сквиджа. Оборудование может быть как автоматическим, так и полуавтоматическим или ручным. Первый и второй варианты предоставляют высокую повторяемость и точность, что делает их актуальными на заводах, занимающихся массовым и серийным производством.
Трафаретная печать предлагает более высокую производительность и точность, чем дозаторный метод. Однако возникновение проблем с зазорами менее 0,4 мм между полями спасает не всегда. Именно поэтому все чаще разрабатываются новейшие подходы к нанесению паяльной пасты.
Нанесение паяльной пасты вручную
В определенных ситуациях возникает необходимость пайки печатных плат и микросхем в домашних условиях. При выполнении этого процесса необходимо учитывать следующие моменты:
- Паяльная паста может быть успешно нанесена на платы с очень мелкими компонентами;
- В качестве инструмента можно пользоваться паяльным феном или паяльником средней мощности;
- Паяльную пасту целесообразно использовать в первую очередь, если не существует качественной альтернативы.
Как правильно произвести пайку вручную? Для того чтобы паяное соединение оказалось качественным, необходимо придерживаться определенных правил:
- Перед началом работы стоит тщательно обезжирить и просушить как микросхему, так и плату;
- Для технологической пайки плату следует держать в горизонтальном положении;
- Паяльную пасту нужно наносить на места соединения максимально равномерно;
- При использовании фена для нижнего подогрева необходимо осторожно просушить всю поверхность платы;
- После того как на обрабатываемой плате полностью испарится весь флюс, следует увеличить температуру фена для обеспечения качественного соединения.
По завершении всех сварочных работ рекомендуется провести дополнительную очистку при помощи специального средства.
Особенности использования ручной паяльной пасты. Несмотря на то, что на заводах многие производственные процессы автоматизированы, для домашнего использования необходимо наличие навыков. В дополнение к обязательным этапам — обезжириванию и просушке платы, важно помнить также следующие моменты:
- Консистенция пасты. Она не должна быть слишком жидкой или слишком вязкой; оптимальное состояние — как у сметаны;
- Качество припоя. Уровень смачивания должен контролироваться на протяжении всей пайки;
- На поверхность платы следует наносить только тонкий слой паяльной пасты; нормальный слой необходим для компонентов SMD;
- Для удаления шламов и осадков, образующихся в процессе пайки, можно применять паяльник с насадкой специальной формы (микроволной).
Паяльная паста должна храниться при температуре от +2 до +10°C не дольше шести месяцев.
Что такое паяльная паста и для чего она нужна?
Паяльная паста представляет собой вязкую смесь, в состав которой входят припой, флюс, различные летучие растворители, а также специально подобранные клейкие компоненты. Температура плавления, техника работы и способы очистки печатной платы могут варьироваться в зависимости от химического состава как флюса, так и припоя.
Известно, что пайка для соединения элементов возможна при использовании любых материалов, температура плавления которых ниже, чем температура самих деталей. Именно поэтому для простейших домашних схем чаще всего используются сплавы с флюсом или кислотой. Паяльные пасты содержат два основных компонента, а также разнообразные примеси, что значительно ускоряет процесс пайки. Эти пасты применяются в производстве электроники, охватывающем широкий спектр отраслей.
В качестве базовых материалов для припоя часто используют сплавы на основе свинца, олова и серебра, однако на сегодняшний день особым спросом пользуются бессвинцовые паяльные пасты.
Флюс в структуре выполняет функцию обезжиривателя. Он, помимо прочего, необходим для успешного выполнения работы, так как клейкий связывающий компонент облегчает процесс фиксации SMD-элементов на рабочих платах. При этом чем большими являются размеры платы, тем выше будет плотность упаковки, что подчеркивает актуальность применения пасты для пайки.
Паяльные пасты широко используются в различных областях, включая автомобильное производство, поверхностный монтаж, ремонт проводов и пайку светодиодов.
Таким образом, паяльная паста служит эффективной альтернативой традиционным припоем, при условии, что её марка и состав флюса были выбраны корректно.
К основным преимуществам данного материала можно отнести его удобство в нанесении и высокий уровень чистоты печатной платы, достигаемый благодаря аккуратному дозированному нанесению состава. Единственным недостатком таких паст является сравнительно короткий срок годности — в среднем, он составляет не более шести месяцев. После этого времени консистенция пасты начинает расслоиться, и материал становится непригодным для использования.
Характеристики и требования
Качество паяльной пасты в первую очередь определяется данными контроля согласно международному стандарту J-STD-005. В этот список входят следующие виды проверок:
- концентрация металла по доле;
- вязкость структуры, определяемая методом Brookfield;
- тестирование по измерению параметров растекания припоя;
- тестирование на формирование шариков припоя;
- тестирование на смачивание между спаиваемыми деталями.
При изготовлении электронных и светодиодных изделий лучше всего применять паяльные пасты с использованием дозаторов или трафаретов — это позволяет равномерно распределить состав по поверхности с высокой точностью. Это приводит к значительной экономии паяльных материалов.
Как пользоваться паяльной пастой?
На сегодняшний день пайка с использованием паяльной пасты считается одним из наиболее эффективных способов соединения контактов на поверхностях микросхем и печатных плат. Тем не менее, существуют определённые трудности в процессе, которые можно описать как сложность технологии работы в домашних условиях, а также дать советы по использованию флюса для пайки на основе рекомендаций специалистов. Основные преимущества данной технологии можно кратко подвести следующим образом:
- Нанесение паяльной пасты возможно на печатные платы с очень мелкими деталями и компонентами.
Нанесение паяльной пасты на плату
- Для работы не обязательно использовать паяльник с высокой температурой — можно воспользоваться паяльным феном или паяльником со средними значениями мощности;
- Пасту можно применять, когда не существует других соответствующих вариантов для получения качественного соединения.
Общая классификация паст для пайки микросхем и плат
Согласно принятой практике и установленным регламентам можно использовать такие компоненты, для того чтобы знать, как работать с паяльным флюсом как в домашних, так и в производственных условиях:
- Припои в порошковом формате или с различными дроблениями;
- Различные флюсовые компоненты;
- Связующие вещества;
- Общие добавки и специальные активаторы.
В качестве компонентов для припоя используются олова, серебро, а также свинец. Однако в последние годы спрос на свинец снижается, и на первый план выходит безсвинцовая паяльная паста.
Кроме того, необходимо учитывать, что для каждого компонента применяется специальный флюс, играющий роль обезжиривателя. Также стоит отметить, что SMD-компоненты находят широкое применение в большинстве групп печатных паст, а срок годности паяльной пасты из-за наличия активных химических веществ не превышает шести месяцев. В этот период хранения также имеет значение, что паста должна храниться при температуре от +2°C до +10°C.
Варианты изготовления паяльных паст
Среди базовых компонентов, составляющих основу материала, технологическая инструкция по применению паяльной пасты делит их на несколько категорий:
- Безотмывочные;
- Отмывочные;
- Растворимые в водной жидкости;
- С галогенами;
- Без содержания галогенов.
Следует иметь в виду, что характеристики паяльной пасты зависят от наличия основных и вспомогательных компонентов, однако в любом случае в тех пастах, где отсутствует водная основа, обязательным компонентом будет канифоль. Для промывки в таком случае используют слабые растворители.
Как правильно выполнить пайку паяльной пастой?
Чтобы добиться максимальной эффективности во время пайки, рекомендуется следовать нескольким правилам:
- Тщательно обезжирьте поверхность платы при помощи специальных химических препаратов, а затем обеспечьте просушку как микросхемы, так и платы;
- Платы должны быть зафиксированы только в горизонтальном положении во время технологической пайки;
- Нанесите пасту на места соединения равномерно;
- Наносите пасту на ножки SMD-компонентов, вдобавок к основным компонентам рабочей платы.
Какую пасту лучше приобрести
Наиболее популярным производителем является компания Mechanic. Продукция выпускается как в шприцах, так и в баночках. Температура плавления составляет 180 °C, а храниться паста должна при температуре от 0 до +10°C.
Также стоит отметить, что диаметр шариков паяльной пасты может быть меньше 20 микрон. Это подчеркивает, что домашние методы производства пасты значительно уступают заводским.
С каким флюсом лучше использовать?
Спирто-канифоль и паяльный жир не подходят для использования с паяльной пастой. Они обладают высоким уровнем дыма и плохо смачивают поверхность шариков, образуемых после нанесения пасты. Лучшим выбором будут пастообразные флюсы.
Из более бюджетных вариантов подойдет RMA 223 или его качественные аналоги.
Важно не покупать флюсы дешевле 4$. Они, как правило, обладают низкими характеристиками, из-за чего плохо выполняют свои функции и не подходят для пайки BGA.
Среди отечественных вариантов можно выделить флюс Interflux (интерфлюкс) IF 8300.
Из дорогих и проверенных можно рассмотреть Martin HT00.0017.
Применение паяльной пасты
Паяльная паста находит своё основное применение при пайке BGA, SMD, восстановлении контактов и соединении разъемов. 
Температура плавления пасты может варьироваться в зависимости от производителя, но обычно она не превышает 200 °C. 
Восстановление контактов осуществляется за счет использования микрошариков, которые создают обширную залуженную поверхность под воздействием температуры.
Кроме того, пастой возможно восстановление оторванных и слегка поврежденных выводов. 
Однако стоит отметить, что использование пасты для пайки проводов может быть нецелесообразным с точки зрения затрат по сравнению с использованием обычного припоя.
Технологические свойства паяльной пасты
Время простоя после нанесения пасты
Время простоя паяльной пасты — это период, в течение которого пасту можно оставить на трафарете, а затем без перемешивания продолжить работу, сохраняя при этом качество отпечатков. Реологические свойства паяльной пасты и ее способность переключаться от вязкости покоя к рабочей вязкости должны обеспечить достаточную реакцию на перерывы и паузы в работе, создавая приемлемые технологические окна.
С ростом популярности корпусов типа BGA и MBGA с уменьшением размеров выводов, становится все более важным обращать внимание на этот показатель.
Пасты с повышенной тиксотропностью могут демонстрировать короткое допустимое время простоя: если оставить пасту без движения всего на 30 минут, её тиксотропные свойства могут ухудшиться, а в результате чего, когда работа возобновится, качество первых 4-5 отпечатков окажется на низком уровне.
Время жизни паяльной пасты
Время жизни паяльной пасты определяет период, в течение которого она может применяться на трафарете в этом цикле без потери своих свойств.
На время жизни пасты влияют тиксотропные свойства и скорость испарения растворителей. Если тиксотропные характеристики пасты не являются оптимальными, вязкость может скачкообразно изменяться в процессе печати, что приводит к возникновению дефектов, таких как перемычки и шарики припоя на печатной схеме.
Рис. 23. Срок жизни паяльной пасты
При использовании растворителей с высокой скоростью испарения вязкость паяльной пасты возрастает, что может привести к забиванию ракеля и апертур.
Синяя линия на графике в документе соответствует идеальному поведению паяльной пасты за время её хранения на трафарете. В процессе непрерывной печати вязкость остается постоянной.
Хотя качественные пасты демонстрируют незначительное изменение вязкости в процессе непрерывной печати, все же рекомендуется поддерживать температуру и относительную влажность воздуха в пределах, рекомендованных производителем паяльной пасты, чтобы избежать избыточного испарения растворителей.
Клейкость
Паяльная паста также характеризуется временем сохранения клейкости и силой сцепления. Время клейкости — это промежуток времени, в течение которого паста после печати сохраняет достаточную клейкость для удержания компонентов на своём месте. Сила сцепления же определяет, с какой силой паста удерживает прилипший компонент. Определение времени сохранения клейкости возможно с использованием тестировщика липкости Malcom.
На время сохранения клейкости, как правило, влияют растворители. Клейкость напрямую коррелирует со сроком жизни пасты и устойчивостью к осадкам, поскольку именно скорость испарения растворителей оказывает основное влияние на все эти характеристики. Высокотемпературные растворители испаряются медленнее и дольше сохраняют клейкость пасты. Однако важно учесть, что выбор типа растворителя также значителен, поскольку такие растворители существенно снижают устойчивость пасты к осадкам. Для оптимизации составов флюса в соответствии с характеристиками, такими как клейкость, вязкость, запах и совместимость с другими компонентами, в состав обычно входит более 20 различных растворителей, у которых температура кипения варьируется от 230 до 300 °C.
Стойкость к осадкам (растеканию)
Выделяют три основных типа осадков:
— осадок, возникающий в процессе непрерывной печати под воздействием сдвиговых напряжений;
ПАЯЕМОСТЬ
Смачиваемость
При серийном производстве, если возникают дефекты на завершальных стадиях пайки, исправить их становится все более затруднительно и дорого, а порой даже невозможно. Часто встречающимся дефектом, связанным с низким уровнем смачиваемости или её отсутствием, является холодная пайка, которая может быть обнаружена только в процессе эксплуатации, либо при помощи рентгена.
Рис. 26. Виды смачиваемости
Изделия могут функционировать в условиях переменных температур и влажности, а также подвергаться повреждающим воздействиям, таким как удары и вибрации. Если паяное соединение не обладает достаточной прочностью, это делает его восприимчивым к образованию трещин в процессе эксплуатации, что приведет к разрушению паяного соединения. Именно поэтому при выборе пасты смачиваемость нередко оказывается более важным показателем, нежели время жизни пасты и уровень её липкости.
При смачивании расплавленный припой распространяется по поверхностям контактных площадок и выводов электронных компонентов. Когда эта жидкость попадает на твердое тело, она принимает форму, которая в значительной степени зависит от свойств как жидкости, так и твердого тела (см. рис. 26). Угол, образованный между поверхностью жидкости и твердого тела на точке своего контакта, называют углом контакта. Величина этого угла определяет уровень смачиваемости.
Наличие оксидной пленки на поверхности контактных площадок, а также на порошке припоя и выводах компонентов может существенно ухудшать смачиваемость. Основные задачи, которые выполняет флюс в паяльной пасте, заключаются в следующем:
— удаление оксидной пленки с поверхности подложки, припоя и выводов компонентов;
— снижение поверхностного натяжения припоя;
— предотвращение повторного окисления в процессе оплавления.
Флюс состоит из канифолей, активаторов, тиксотропных компонентов и растворителей. Ключевую роль в смачиваемости играют канифоли и активаторы. Тиксотропные же модули и растворители на уровень смачиваемости не влияют.
Различные гальванические покрытия на выводах компонентов, ставшие распространёнными в микроэлектронике, имеют один серьезный недостаток — оксидные пленки на них демонстрируют высокую устойчивость к химическим воздействиям, и большинство паяльных паст не способны полностью устранить эти пленки (см. рис. 27).
Рис. 27. Пример плохой смачиваемости выводов компонента
Поэтому активирующий потенциал паяльных паст оценивается по способности активирующих добавок флюса очищать оксидную пленку. Активаторы делятся на две категории:
— на основе галогенов;
— на основе органических кислот.
Как галогены, так и органические инструменты способны взаимодействовать с окисленными пленками и очищать их. Реакционная способность зависит от использоваться компонентов флюса. Соединения, содержащие галогены, обладают высокой химической активностью, однако способны вызвать коррозию в процессе пайки.
Пример реакции между галогеном и медью:
1) Хлорсодержащий активатор:
CuO + 2HCl → CuCl₂ + H₂O
2) Органическая кислота:
CuO + 2(Сн) → (Сн)₂Cu + H₂O
Эффективность смачивания часто зависит от скорости удаления оксидной пленки. Это видно при проведении измерений на менискографе. Принцип измерений отображен на рисунке 28. Скорость смачивания выражается расстоянием или временем между точками B и D. Пример графиков для хорошего и плохого смачивания показан на рисунке 29. Ориентировочная величина скорости смачивания для хлорсодержащих и органических флюсов составляет 0,5–1 секунду для первых и 1–1,5 секунды для вторых.
