Какая паяльная паста лучше. Паста для пайки: какие бывают виды данного состава и их особенности. Какой должна быть

Паяльные пасты - это специфические вещества пастообразной консистенции, которые используются для закрепления деталей на Они обладают определенными достоинствами, недостатками и особенностями применения.

Достоинства и разновидности представленного материала

Рассмотрим преимущества, которыми обладают паяльные пасты:

Возможность их использования для изготовления плат с очень мелкими деталями;

Они не требуют наличия паяльника, однако для работы с данным материалом понадобится специальный фен или станция, благодаря которой изделие прогревается;

Применять такое вещество можно в тех случаях, когда нет возможности работать обычными инструментами.

Паяльные пасты бывают разных видов. Прежде всего, они классифицируются по способу удаления излишка вещества после работы: отмывочные и безотмывочные. Второй вариант является более безопасным, так как не приводит к коррозии платы. Первый тип паст можно смывать при помощи воды, поэтому в их составе содержатся компоненты, способные нанести вред радиоустройству.

Также следует отметить, что вещество может быть изготовлено на основе свинца или без него. Второй тип пасты является экологически безопасным.

Как правильно выбрать и хранить материал?

Для того чтобы работа была сделана эффективно и аккуратно, нужно приобрести "правильные" паяльные пасты. Прежде всего, следует обратить внимание на технические характеристики вещества: влажность и температура воздуха, особенности хранения.

Представленный материал может терять свои качества в зависимости от старения. Выбор зависит от типа пасты и сферы ее применения. Естественно, важным фактором является стоимость материала. Паяльная паста, цена которой составляет около 10 долларов за 50 грамм и выше, приобретается только в сертифицированных точках продаж.

Что касается хранения материала, то класть его необходимо в холодильник, температура в котором не поднимается выше 4 градусов. Во время ее использования в помещении должно быть тепло, но не жарко (не более 25 0 C). Влажность при этом не должна достигать 80%. Перед использованием вещества необходимо нагреть его до комнатной температуры и только тогда открывать банку. Иногда на это может уйти до 6 часов.

Особенности применения материала

Пастой имеет свои нюансы. Например, поверхность, на которую будет накладываться вещество, должна быть абсолютно чистой, сухой и обезжиренной. Плата на время проведения работ должна быть максимально прочно зафиксирована в горизонтальном положении.

То место, которое будет пропаиваться, должно быть полностью покрыто веществом. После этого постарайтесь очень точно разместить на плате все необходимые детали. Теперь можно приступить к прогреванию изделия при помощи фена. Струя при этом не должна быть слишком сильной. Ее температура должна быть около 150 градусов до тех пор, пока из пасты не испарится весь флюс. После этого струю можно сделать горячее (200-250 0 C).

После окончания всех работ плату нужно будет остудить и очистить от остатков вещества. Данная процедура зависит от типа пасты.

Пайка паяльной пастой - способ наиболее близкий к тому, как паяют платы на производстве. Все платы в ваших телефонах, ноутбуках, телевизорах и других приборах спаяны именно этим способом. Надо сказать, что процесс весьма завораживающий и выглядит как волшебство:)

Разумеется, дома в кустарных условиях, техпроцесс несколько отличается от того, что используют на заводах, но общий принцип тот же.

Для начала нам понадобится трафарет для пасты. В промышленности трафареты делают из тонкой нержавеющей стали, вырезая в них дырки лазером или химическим травлением. Изготовление такого можно заказать и себе, но стоит это довольно дорого. Я же заказал трафареты из каптона, которые весьма дешево делают вот эти ребята . Один такой трафарет обошелся примерно в 230 рублей. Вероятно в дальнейшем я буду использовать стальные, но пока для пробы я решил остановиться на этом варианте.

Для крепления трафарета я соорудил простейший "прибор". Печатные платы на этом фото нужны исключительно для того, чтобы точно позиционировать ту плату, которую мы будем паять. Я использовал их потому, что их толщина точно совпадает с толщиной целевой платы.

Ставим плату, которую мы собираемся паять в устройство. При этом все дырки в трафарете точно попадают напротив контактных площадок деталей.

А вот и сама паста, куплена с ебея. Паста представляет собой смесь маленьких шариков припоя и флюса. Паст этих миллион видов и говорят подобрать хорошую целая проблема. Эта паста свинцовая, бывают бессвинцовые - они хуже по многим характеристикам, но не такие вредные. Вероятно в дальнейшем я перейду на бессвинцовые.

Паста оказалась достаточно жидкая. После пары попыток удалось нанести ее так, чтобы она попала на все контактные площадки. Конечно тут нужна некоторая сноровка. Наносится паста с помощью пластиковой карточки, хотя может быть имеет смысл использовать что-то более мягкое.

Поднимаем трафарет и достаем плату. Картинка из разряда "как оно выглядит на самом деле", ибо в идеале оно должно выглядеть несколько аккуратнее:)

Дальше расставляем компоненты. Я не стал паять всю плату, а просто расставил несколько не самых ценных деталек для пробы. Расстановка оказалась весьма простой и после пары деталек процесс пошел весьма быстро и аккуратно. только потом уже заметил, что поставил конденсатор на размер больше чем надо, ну да ладно.

После этого плату нужно нагреть. На производстве это делают в специальных печах, где процесс нагрева и охлаждения очень точно контролируется по термопрофилю. Дело это не простое, тонкостей там море, для разных плат, паст, компонентов нужны разные термопрофили. Такие печки существуют и для "домашнего" пользования, а некоторые даже умудряются делать их из обычных печек для приготовления еды и тостеров. Я же за неимением всего этого грел паяльным феном.

Процесс преобразования пасты выглядит очень забавно, я даже не пожалел и запаял потом еще одну плату, засняв на видео (в конце поста).

Визуально качество пайки получается практически заводское. В любом случае выглядит оно в разы аккуратнее чем при пайке паяльником. При этом, конечно на пайку уходит в разы меньше времени, т.к. не надо вручную паять каждый контактик. Особенно порадовало качество пайки контактов с хорошим теплоотводом. Паяльником их практически не реально аккуратно запаять.

Поскольку паста довольно точно дозирована - все точки пайки получаются одинаковыми и аккуратными. За счет сил поверхностного натяжения компоненты сами занимают ровное положение, даже если изначально были поставлены немного криво.

А вот и обещанное небольшое видео!

Резюме: способ однозначно стоит использовать, если нужно спаять больше чем 1-2-3-10 плат. Затраты времени -10, аккуратность +20:)

П.С. Пасту можно наносить и без трафарета из шприца, но это не очень удобно. Есть специальные пневматические дозаторы, но это не очень дешево. Также для расстановки можно пользоваться не пинцетом а вакуумными манипуляторами. Мне вот как раз один едет с ебея, как приедет - протестирую и напишу.

П.С.2. Напоминяю, что свинец является вредным, а в виде такой пасты - особенно. Ни в коем случае нельзя есть, пить, курить во время работы с пастой. Любые загрязнения рабочего места - удалять. Пары - не вдыхать и вообще проверивать. Тоже самое касается работы с обычным припоем.

Когда в единственный нормальный магазин в городе, чуть ли не на заказ, привезли паяльную пасту, я был за ней первый в очереди:)
Давно уже хотел полностью перейти на SMD, как наиболее ленивую технологию — дырки сверлить лень и была паяльная станция LINKO 850, китайский клон незнаю чего (Ну, судя по стилю написания логотипа, косят они все под HAKKO =) Своего рода Adibas =) прим. DI HALT), пока использовавшаяся только для демонтажа. Мосфеты ей с материнок выковыривать — милое дело. Паста у меня была BAKU BK-30G (У меня такая же грязюка есть. Мерзкая вещь, но паять ей прикольно. прим. DI HALT)

Плату разрабатываем как обычно.

Советы по разводке для SMD монтажа

• Две площадки рядом — никогда их не сливайте! Наоборот, растяните, и соедините тонким проводником, так они не слипнутся вместе(что придает неаккуратность плате) и позволит визуально проконтролировать наличие дородки между ними(просто так два резистора рядом, или там проводник).
• Не гонитесь за размером! Делайте площадки чуть больше компонента, и оставляйте между ними достаточно места. Если ограничены в размере, возмите корпус больше, или сделайте двухстороннюю плату. Сам по началу страдал такой фигней. Пока хватает разрешающей способности — ставил как можно ближе к друг другу, теперь куча мелких плат с налепленными в шахматном порядке 1206 компонентами — плату и проводники за ними не видно.

После чего травим как обычно, а вот с лужением есть проблемы:
Я лужу сплавом розе, с последующим снятием горячим резиновым скребком(прям в той же кастрюле/банке где плата лудилась) лишнего слоя — получается плоские проводники практически с зеркальным блеском:)

Если у вас его нет, можно применить следующий хинт — на маломощный паяльник наматываем оплетку для снятий припоя, залуживаем ее, и проводим по дорожкам, предварительно покрытым флюсом. Если так делать не получается, а лудите жалом — оставляйте на контактных площадках как можно тонкий слой олова.
На плоские дорожки деталюхи практически «приклеиваются» на паяльную пасту, а выпуклый слой олова они устанавливаются хуже. Ладно если это еще резистор — его все равно поверхостным натяжением припоя на место утащит (главное напор воздуха на минимум, чтоб не сдуло).

А вот микруху (например, небезызвестная FT232RL) на выпуклую поверхность ой как сложно ровно установить, все норовит упасть в ямку между дорожками, а если и встанет, поток воздуха даже под малым градусом сдует ее в ту самую ямку, после чего припой загадит и ножки, и контакты, превратив выводы в монолит;-) , а флюс практически полностью испарится через минуту, после чего нормально сдвинуть ее будет практически невозможно, не угаживая выводы предварительно каким нибудь канифоль-гелем.

Короче, в результате мы должны получить плату с ПЛОСКИМИ контактными площадками (флюс там слабый, к розовой меди и сплаву розе цепляет на ура, а вот к загаженной меди уже не очень).

После чего, хорошенько размешав пасту, осторожно, не допуская пузырей воздуха, затягиваем полужидкую пасту (Паста эта, кстати, имеет обыкновение высыхать, даже будучи плотно закрытой. Можно ее размочить добавив в нее спирта прим. DI HALT) в обычный шприц-инсулинку, надеваем и обламываем (кому как удобно, я сначала обломал иглу, оставив сантиметр, потом плюнул и обломал под корень) иглу.

Теперь, хорошенько отмыв, и еще более хорошо высушив (: плату, ляпаем на каждую площадку по чуть-чуть пасты. Сколько именно, можете посмотреть на фото, но после двух-трех раз сами поймете, после чего пинцетом усаживаем рассыпуху.

Советы по установке

• Высокие и крупные компоненты устанавливаем последними. Сначала конденсаторы 0603, потом резисторы 1206, высокие светодиоды, а затем микрухи.
• Под каждый размер — свой пинцет. (или это уже буржуйство?) обычно хватает двух — мелоч и микруху. Ту же 2313 не возьмешь мелким пинцетом, а большим не получается уже так аккуратно резисторы садить, как маленьким — руки дрожат, чтоли. (А мне всегда одного хватало. Прим. DI HALT)

Из за того, что температура станции у меня немного плавает, пришлось научиться определять степень зажаренности по …запаху ^_^ Когда флюс нагревается до рабочей температуры, он начинает пахнуть чем то похожим на ваниль;-), а когда начнет пахнуть горелыми волосами — значит опять я локтем провернул ручку температуры и надо идти и покупать 5 светодиодов, взамен зажаренных. (Я предпочитаю жарить при температуре на выходе фена около 290 градусов. У платы будет градусов на 10 меньше, в самый раз. И поток воздуха на минимум. прим. DI HALT).

Михаил Нижник , генеральный директор, ООО «Группа МЕТТАТРОН»

Автор обобщает сведения о свойствах и поведении паст при пайке, опираясь на обширный опыт работы с паяльными пастами фирмы «KOKI» . Статья будет интересна технологу, работающему на линии поверхностного монтажа.

ВИДЫ ПАЯЛЬНЫХ ПАСТ

Пасты классифицируются по типу флюсов (см. рис. 1).

"Водорастворимую" паяльную пасту (остатки флюса после пайки растворяются водой), требующую обязательной отмывки из-за содержания активного флюса (см. таблицу 1), отмывают последовательно обычной, дистиллированной и деионизированной водой, причем на каждом этапе применяют струйную отмывку или ультразвук. Для "водорастворимых" паст, не требующих обязательной отмывки, процесс ограничивается дистиллированной водой.

Рис. 1. Классификация паяльных паст

С пастами, требующими отмывки специальными жидкостями, ситуация иная. Вне зависимости от наличия в составе галогенов, такие пасты основаны на канифольных флюсах, поэтому для их отмывки после пайки рекомендуется применять растворитель типа HCFC и омыляющий реагент. Потом отмывочные жидкости, в свою очередь, отмываются дистиллированной, а затем деионизированной водой.

Вместе с тем, многие паяльные пасты, не содержащие галогенов, отмываются трудно и оставляют на поверхности плат белесый остаток флюса. При этом стойкость к осадке считается важнее отмываемости.

Большинство паяльных паст, не требующих отмывки, освобождают производство от этого технологического процесса. Флюсы таких паст защищают паяное соединение от коррозии подобно лаку. Сосредоточимся на пастах, не требующих отмывки: они наиболее технологичны.

Рис. 2. Состав паяльных паст

Часто говорят: безотмывочные пасты не должны содержать галогенов. Надо четко уяснить, что если в документации на пасту указано «Требует отмывки», то мыть надо обязательно, а если такой маркировки нет, то вопрос решается исходя из дополнительных требований к изделию: внешний вид, нанесение лака.

В Японии, например, галогенсодержащие пасты (0,2%) в процессах без отмывки после пайки гораздо популярнее безгалогенных. Галогенсодержащие паяльные пасты сравнительно более технологичны, например, по паяемости, но часто уступают безгалогенным пастам по надежности, что проявляется в снижении сопротивления изоляции готового монтажа. Это объясняется более высокой химической активностью остатков флюса. Таким образом, паяемость и надежность, в большинстве случаев, - взаимоисключающие факторы.

Рис. 3. Основные характеристики, учитываемые при разработке или выборе паяльных паст

В идеале, для пайки без отмывки нужна паста без галогенов, но с паяемостью, как у галогенсодержащей пасты.

Трудность заключается в повышении химической активности безгалогенных безотмывочных паст. В большинстве таких паст в качестве активатора вместо галогенсодержащих соединений используются органические кислоты, причем чем меньше молекулярный вес кислоты, тем больше способность активации. Поскольку активирующее действие органических кислот гораздо слабее, чем у галогенсодержащих компонентов, стараются ввести в систему флюса пару десятков относительно активных органических кислот.

Вместе с тем такие высокоактивные органические кислоты поглощают влагу. Это чревато: оставшаяся в остатках флюса на поверхности подложки кислота при взаимодействии с водой ионизируется, что уменьшает поверхностное сопротивление изоляции и ведет к электромиграции.

В системах активации в паяльных пастах (здесь автор опирается на технические данные по пастам фирмы «KOKI») используются менее гигроскопичные органические кислоты и специально разработанный безионный активатор. Эта специальная система не диссоциирует на ионы, ее электрические свойства стабильны, а активирующая способность не уступает галогенам. Благодаря высокой температуре активации, безионный активатор в сочетании с тщательно подобранными органическими кислотами делает активацию на стадии оплавления более длительной. В результате паяемость улучшается не в ущерб надежности.

Вот примеры популярных типов паст:

• паяльная паста для высокоскоростной печати;
• паяльная паста с высокой смачивающей способностью;
• паяльная паста для автоматического внутрисхемного тестирования;
• универсальная паста с чрезвычайно длительным временем жизни на трафарете.

СОСТАВ ПАЯЛЬНЫХ ПАСТ

Паяльные пасты состоят из припоя и флюса (см. рис. 2). При выборе комплекса припой + флюс для паяльной пасты учитывают характеристики, приведенные на рис. 3.

Порошок припоя

Для производства порошка припоя используют методы газового и центробежного распыления. Особенности метода газового распыления:

Получение частиц малого размера;

Легкость управления процессом образования окисной пленки на поверхности частиц;

Низкий уровень окисления частиц припоя.

Полученные частицы порошка припоя имеют размеры 1–100 мкм. На распределение размеров частиц припоя и их диаметр влияет скорость подачи припоя, скорость вращения шпинделя и содержание кислорода.

Рис. 4. Получение порошка припоя газовым распылением

Порошок получают в емкости высотой около 5 м и диаметром 3 м, которая заполнена азотом и кислородом очень малой плотности (см. рис. 4). Слитки припоя плавят в тигле, расположенном в верхней части резервуара. Расплавленный припой капает вниз на шпиндель, вращающийся с большой скоростью. Когда капли припоя попадают на шпиндель, происходит разбрызгивание припоя в направлении стенок резервуара, при этом припой приобретает сферическую форму и затвердевает до того, как эти частицы достигнут стенки резервуара.

Рис. 5. Степень окисления частиц припоя в зависимости от их размера

Затем порошковый припой попадает на сортировочное сито, где лучше всего использовать метод двойной сортировки порошка припоя. На первой стадии порошок сортируют струей азота от воздуходувки. При этом отсеиваются частицы с размерами меньше нужного. Затем порошок идет на сито, где задерживаются частицы с размерами, превышающими заданные величины.

Паяльные пасты с размером частиц 20–38 мкм применяются при монтаже печатных плат с шагом апертур трафарета до 0,4 мм, а с размером 20–50 мкм - для шага от 0,5 мм.

На качество порошков влияют два фактора.

Распределение размера частиц влияет на реологию паяльных паст, печать, растекаемость, характер отделения от трафарета и показатели осадки паст. Минимальный размер апертур трафарета зависит от минимального размера контактных площадок на печатной плате, при этом максимальный размер апертуры меньше или равен размеру контактной площадки. Нужный размер частиц подбирайте из расчета, что в самую маленькую апертуру трафарета должно гарантированно уместиться не менее 5 частиц припоя, как показано на рис. 12.

Флюс

Второй компонент паяльной пасты - это флюс. Роль флюса в паяльных пастах та же, что и при пайке «волной припоя», или селективной пайке. Флюс должен:

Удалить оксидную пленку и предотвратить повторное окисление в процессе пайки. Металлические поверхности в условиях высоких температур при оплавлении быстро окисляются. Твердые компоненты флюса при этих температурах размягчаются и переходят в жидкое состояние, покрывая и защищая спаиваемые поверхности от повторного окисления. Флюс восстанавливает металл и удаляет оксидную пленку с поверхности контактов электронных компонентов, финишного покрытия печатной платы и поверхности порошка припоя;

Удалить загрязнения. Впрочем, флюс не справится с большим количеством пото-жировых отпечатков, поэтому лучше плату брать в руки в перчатках;

Обеспечить стабильность вязкости пасты, требующуюся при печати и оплавлении.

Основные флюсующие компоненты и их роль указаны в таблице 3.

Рассмотрим теперь факторы, влияющие на качество печати.

Рис. 6. Факторы, влияющие на качество печати

ПРИНТЕРЫ

Электронная промышленность развивается, и плотность монтажа компонентов на печатной плате растет, а размер компонентов уменьшается. Из-за этого требования к характеристикам и качеству паяльных паст ужесточаются.

Критичный фактор при монтаже печатных плат с высокой плотностью монтажа компонентов - выбор оборудования и параметров печати, а также качество и характеристики паяльных паст. Это означает, что даже если подобрана потенциально очень хорошая паяльная паста, результат может оказаться удручающим только из-за неправильной установки рабочих параметров принтера или неудачного подбора ракеля и способа изготовления трафарета.

Факторы, определяющие качество печати, перечислены на рисунке 6. Рассмотрим их подробнее.

Трафареты

Способы изготовления трафаретов (см. рис. 7):

Химическое травление;

Лазерная резка;

Гальванопластика.

Прежде использовались трафареты, полученные химическим травлением, в силу их относительной дешевизны. Однако форма апертур таких трафаретов не позволяет получать качественную печать при размере апертур менее 0,5 мм.

Трафареты, изготовленные лазерной резкой, имеют меньший размер апертур, но на стенках апертур остается окал, получившийся в результате плавления металла. Без дополнительной обработки такие трафареты невозможно использовать для апертур шириной менее 0,4 мм или под корпуса BGA c диаметрами площадок 0,25–0,3 мм. Эта проблема легко решается путем электрополировки трафаретов, которая убирает шероховатость со стенок апертур, что позволяет использовать такие трафареты при размере апертур до 0,2 мм.

Третий метод - гальванопластика - дает трафареты с размером апертур до 0,1 мм. Используется крайне редко, потому что такой размер апертур практически не используется, а стоимость производства высока.

Толщина трафарета определяется минимальными размерами и шагом между апертурами. Чем тоньше трафарет, тем лучше результаты при печати, поскольку тонкие трафареты вызывают меньшее напряжение сдвига в пасте при отделении от подложки (см. рис. 8).

Рис. 8. Чем тоньше шаблон, тем меньше сдвигается паста при отделении от подложки

Желательно, чтобы размер апертуры был несколько меньше площадки на печатной плате, чтобы скомпенсировать растяжение трафарета, допуски на совмещение и осадку паяльной пасты. Пример апертуры под контактную площадку вывода корпуса QFP (шаг 0,5 мм) приводится на рисунке 9.

Рис. 11. В отверстиях со скругленными углами адгезия между пастой и стенками отверстий меньше

Рис. 12. В самое маленькое отверстие трафарета должны вписываться от 4 до 5 самых больших шариков припоя

Геометрическая форма апертур сильно влияет на число дефектов пайки. Поэтому к изготовлению трафаретов нужно подходит очень ответственно, как на этапе конструирования, так и на этапе изготовления.

Правила расчета размеров апертур иллюстрирует рисунок 10. Рисунок 11 показывает, что при использовании апертур со скругленными углами уменьшается адгезия между пастой и стенками апертур при отделении трафарета от подложки, что уменьшает искажение отпечатка.

Что касается минимального размера апертур, то не менее 5 самых больших шариков припоя должны вписываться в самую маленькую апертуру по ее меньшей стороне (см. рис. 12).

Ракели

Ракели бывают резиновыми и металлическими. Резиновые ракели подразделяются по форме на квадратные, плоские и сабельные (см. рис. 13). Нельзя сказать, какой из ракелей лучше: от рабочего угла ракеля зависит растекаемость пасты, а хорошая растекаемость дает должное заполнение каждой апертуры паяльной пастой.

Рабочий угол сабельного ракеля составляет 70–80°. Поскольку сила, направленная вниз, относительно невелика, такой ракель больше подходит для паст с низкой вязкостью.

У квадратного ракеля рабочий угол составляет 45°. Он оказывает высокое давление на паяльную пасту, поэтому его лучше применять для высоковязких паст. Если работать этим ракелем с низковязкими пастами, то паста затечет под трафарет (см. рис. 14).

Рабочий угол плоского ракеля - 50–60°. Изменяя угол наклона, можно работать с пастами различной вязкости.

При работе с резиновыми ракелями надо постоянно следить, чтобы рабочая кромка всегда была острой. При износе кромки приходится увеличивать нажим, чтобы избежать размазывания пасты. При этом возрастает и давление, под которым происходит заполнение апертур пастой, что увеличивает трение между частицами припоя и неблагоприятно влияет на отделяемость пасты от стенок апертур.

В отличие от резиновых, жесткие металлические ракели не изнашиваются, работают долго и не захватывают пасту из отверстий.