Ми завершуємо серію статей про паяльних та сервісних матеріалах, що поставляються фірмою AIM, оглядом матеріалів для безсвинцевим технологій пайки.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Лебедєва Наталія, Переятенец Олександр


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2005
    Журнал
    Компоненти і Технології
    Наукова стаття на тему 'Aim означає «Мета»: паяльні і сервісні матеріали компанії aim'

    Текст наукової роботи на тему «Aim означає« Мета »: паяльні і сервісні матеріали компанії aim»

    ?Компоненти і технології, № 1'2005

    Закінчення. Початок о № 6-82004

    «AIM» означає «мета»

    Ми завершуємо серію статей про паяльних та сервісних матеріалах, що поставляються фірмою AIM, оглядом матеріалів для безсвинцевим технологій пайки.

    Наталія Лебедєва

    Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Олександр Переятенец, к. Т. Н.

    Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    Останнім часом проблеми безсвинцевої пайки викликають підвищений інтерес виробників радіоелектронної техніки. Питання безсвинцевим технологій, що здавалися зовсім недавно надто віддаленими, щоб про них турбуватися, стають реальністю. Заборона на застосування свинцю в окремій країні або групі країн неминуче створить економічний бар'єр між цією країною і будь-який інший, нездатною забезпечити бессвін-цовое виробництво, що не може не викликати занепокоєння тих виробників радіоелектроніки, які орієнтовані на імпорт своєї продукції. Крім того, такий бар'єр може мати місце і між окремими компаніями або галузями промисловості. Ці чинники стимулюють конкуренцію між виробниками, одні з яких готові до переходу на нові матеріали раніше інших.

    Таким чином, перехід на безсвинцевої пайку є тільки питанням часу, і виробники РЕА починають свої дослідження з пошуку оптимальних матеріалів і технологій без застосування свинцю.

    11 жовтня 2002 року Європейське Співтовариство схвалило WEEE (Положення про відходи радіоелектронного і електроустаткування) і RoHS (Положення про застосування деяких небезпечних речовин в радіоелектронному і електрообладнанні). Ці положення стосуються застосування таких важких металів, як свинець, кадмій, ртуть і шестивалентний хром, а також бромованих вогнезахисних складів. З 1 липня 2006 року це речовини будуть заборонені до використання у виробництві РЕА в Європейському Співтоваристві.

    Компанія AIM займається виробництвом безсвинцевим сплавів і розробкою вільних від свинцю технологій з 80-х років минулого століття і накопичила багатий досвід і знання в цій галузі. На даний момент AIM виробляє цілий ряд

    матеріалів для пайки без вмісту свинцю, складових повну технологічну лінію для будь-яких процесів і відповідають особливостям кожного конкретного виробництва:

    1. безсвинцевої припої для групової пайки.

    2. Сумісні з безсвинцевої матеріалами флюси.

    3. безсвинцевої дротові припої:

    -з сердечником з флюсу;

    - суцільнометалеві.

    4. безсвинцевої паяльні пасти:

    -безотмивние, на основі флюсу, що не потребує

    подальшої відмивання;

    -водосмивние, на основі флюсу, який передбачає подальшу водну відмивання;

    -з флюсом на основі каніфолі.

    безсвинцеві припої

    Компанія AIM виробляє широкий ряд бессвін-цових сплавів для будь-яких технологій монтажу друкованих плат, включаючи пайку хвилею, ручну пайку, трафаретний друк та ін. Перелік сплавів AIM, їх склад і температура плавлення, а також види продукції AIM на основі цих сплавів наведено в таблиці 1.

    З перерахованих вище припоев можна виділити групу Sn / Ag / Cu, що викликає останнім часом підвищену увагу західних виробників радіоелектроніки, як життєздатної заміни олов'яно-свинцевим сплавів. Найбільш загальними вимогами до безсвинцевим сплавів можна вважати наступні:

    • рентабельність;

    • екологічність;

    • механічна міцність;

    • стійкість до термічної втоми;

    • досить низькі температури процесу;

    • сумісність з різними безсвинцевої і містять свинець покриттями.

    Відповідаючи цим вимогам, сплави групи

    Sn / Ag / Cu успішно застосовуються в багатьох галузях промисловості, і більшість радіоелектронних компаній, плануючи свій перехід на безсвинцеві технології, зупиняють свій вибір на одному з припоев цієї групи. Припої Sn / Ag / Cu сумісні з різними покриттями компонентів і друкованих плат, включаючи Sn / Pb / Ag, Ni / Pd, Ni / Pd / Au, органічні покриття (рис. 1).

    Компоненти і технології, № 1'2005

    Таблиця 1

    Таблиця 3

    № Сплав Т плавлення Коментарі Види продукції - i'i! про _ Е = IP's 5 ° «is o? §8 o | § = so, 2 oc

    1 In52 / Sn48 118 Низькотемпературний сплав. Великий вміст In обумовлює дорожнечу цього сплаву. Слід звернути увагу на проблеми корозії, втоми, міцність з'єднання. + + -

    2 Sn42 / Bi58 138 Низькотемпературний сплав. Слід звернути увагу на проблеми охрупчівості і термічної втоми з'єднань. + + -

    3 Sn42 / Bi57 / Ag1 138 Схожі з Sn42 / Bi58 властивості з поліпшеними втомним характеристиками. + + -

    4 In97 / Ag3 143 Низькотемпературний сплав. Великий вміст In і Ag зумовлює дорожнечу цього сплаву. Слід звернути увагу на проблеми корозії, втоми, міцність з'єднання. + + -

    5 Sn91 / Zn9 199 Слід звернути увагу на схильність до корозії і оксидації припоев Sn / Zn. Вимагає спеціальних флюсів. Короткий термін зберігання. - + -

    6 CASTIN Sn / Ag2.5 / Cu0.8 / Sb0.5 217 Найнижча температура плавлення і вартість в групі припоев Sn / Ag / Cu. Надійність з'єднань і сумісність зі стандартними компонентами, матеріалами та процесами. + + +

    7 SAC 305 Sn / Ag3 / Cu0.5 217-218 Відповідає рекомендаціям JEIDA. Найбільш дешевий з припоїв Sn / Ag / Cu без добавок. + + +

    8 Sn / Ag3.5 / Cu0.5 217-218 Припій групи Sn / Ag / Cu. Схожі з SAC 305 характеристики, трохи дорожче. + + +

    9 TSC-4 Sn / Ag3.8-4 / Cu0.5-0.7 217-218 Припій групи Sn / Ag / Cu з більш високим вмістом срібла. Схожі з SAC 305 і CASTIN характеристики; вартість вище. + + +

    10 Sn96.5 / Ag3.5 221 Вимагає більш високої температури пайки, ніж припої Sn / Ag / Cu. Слід звернути увагу на термічну надійність і змочування. + + +

    11 Sn95 / Ag5 221-240 Високотемпературний припій. Висока вартість через насиченість сріблом. + + +

    12 Sn99.3 / Cu0.7 227 Рентабельна альтернатива для пайки хвилею і ручної пайки. Слід звернути увагу на змочування. + + +

    13 Sn97 / Sb3 232-238 Властивості, подібні до Sn95 / Ag5 + + +

    14 Sn95 / Sb5 232-240 Високотемпературний припій. Слід звернути увагу на змочування. Дешевше, ніж припої Sn / Sb. + + +

    15 Au80 / Sn20 281 Застосовується переважно для пайки золота по золоту. Висока вартість. + + -

    16 Sn97 / Cu3 227-300 Високотемпературний припій. + + +

    17 Sn / Ag25 / Sb10 260-300 Високотемпературний припій для приєднання кристалів. Висока вартість сплаву через насиченість сріблом. + + +

    1? Au88 / Ge12 356 Припій для евтектичного приєднання кристалів. + + -

    Відзначимо, що з аналізу, проведеного фірмою AIM, слід, що сплав SAC 305 застосовують 67% японських радіоелектронних компаній. Сплав CASTIN, запатентований компанією AIM, забезпечує підвищену теплостійкість завдяки додаванню Sb і утворення інтерметалевих структур сурми з сріблом і міддю. Застосування цього припою з температурою плавлення 217 ° С не тягне за собою утворення токсичних оксидів сурми, що утворюються при температурах вище 600 ° С.

    При використанні безсвинцевим паяльних матеріалів суттєвою є проблема

    особливо точного центрування і позиціонування компонентів на платі, тоді як при роботі з містять свинець паяльними матеріалами допустима помилка в центрівці при установці компонентів може досягати 50%. При оплавленні паяльної пасти відбувається їх самопозиціювання.

    Діагностика якості пайки, що здійснюється за безсвинцевим технологіям, дещо ускладнюється, тому що не може бути використаний рентгенівський метод контролю.

    Треба визнати, що зовнішній вигляд бессвін-цових паяних з'єднань відрізняється від сполук, отриманих із застосуванням при-

    Найменування припою Совместі- мість

    Glow Core безотмивние матеріали

    Fast Core

    WS 482 водосмивние матеріали

    Стандартні діаметри, мм Форма випуску

    2,34

    1,57

    1,02 0,64 котушки

    500 г

    0,51

    0,38 котушки

    0,25 250 г

    поївши Sn / Pb. Безсвинцеві з'єднання виглядають більш тьмяним, але це не означає, що вони менш міцні - скоріше навпаки. У таблиці 2 наведені деякі порівняльні характеристики фізичних властивостей паяних з'єднань Sn / Pb і Sn / Ag / Cu.

    Дротові припои компанії AIM на основі перерахованих в таблиці безсвинцевим сплавів випускаються як суцільнометалеві, так і з сердечниками з флюсу. Стандартний вміст флюсу становить 2,5%. Залежно від типу флюсу вони можуть бути сумісні з безотмивнимі або водосмивнимі матеріалами. Основні види безсвинцевим дротяних припоев з сердечником з флюсу наведені в таблиці 3.

    Сумісні з безсвинцевої матеріалами флюси

    Компанія AIM виробляє рідкі флюси, сумісні з безсвинцевої матеріалами (таблиця 4). Крім того, випускаються також флюс-гелі, призначені для допайкі і ремонтних робіт. Властивості таких флюс-гелів наведені в таблиці 5.

    Безсвинцеві паяльні пасти

    Як видно з таблиці 1, компанія AIM виготовляє паяльні пасти на основі більшості з перерахованих в цій таблиці сплавів. Як правило, виробляються безот-мивние і водосмиваемие пасти; безсвинцеві пасти на основі каніфолі застосовуються значно рідше. У таблиці 6 наводяться характеристики деяких паяльних паст компанії AIM, призначених для бессвінцо-вих технологій.

    Перехід до застосування безсвинцевим матеріалів тягне за собою деякі зміни в виробничому процесі. При цьому параметри друку, як правило, не вимагають значних змін, крім можливої

    Таблиця 2

    Таблиця 4

    Характеристики Sn63 / Pb37 Sn / Ag / Cu

    розтягування

    Межа міцності при розтягуванні, кПа 33922,2 39506,9

    2 Межа плинності, кПа 30199 33508,5

    3 Модуль Юнга, Па 33,58 51,16

    Відносне подовження,% * 52,87 50,00

    стиснення

    Модуль еластичності, Па 27,51 29,37

    Межа плинності, кПа 31164,3 29854,3

    Твердість ** 10,08 13,5

    'Допустимими вважаються результати від 30% до 70% ** по15-бальною шкалою Rockwell Test

    Найменування NC 264-5 NC 270 WR WS 735

    Класифікація Не вимагає відмивання Не вимагає відмивання Водосмиваемий

    Відмивання Спеціальними отмивочного засобами (рекомендується А1МТегде 520А) Водою Водою

    Зміст галогенів Ні Ні Відповідає MIL-F-14256

    Вміст летких органічних сполук (УТОС) Містить в допустимих кількостях Не містить Містить в допустимих кількостях

    Питома вага до води 0,79-0,81 1,01 0,945-0,95

    Зміст твердих частинок,% 3,5 3,76 23,1

    Кислотне число, мг КОН на 1 г флюсу 19,4 34,2 63,6

    Таблиця 5

    Найменування Класифікація Змочування Активність Примітки

    NC 254 безотмивний покращене середня Низький рівень залишків, рекомендується для ВОА

    WS 353 водосмиваемий покращене висока Розширений предотмивочний період, рекомендується для ВОА

    Компоненти і технології, № 1'2005

    Таблиця 6

    Найменування NC 254 NC 368 WS 353

    Класифікація безотмивная безотмивная водосмивная

    Зміст металу,% для стандартної трафаретного друку 88,5

    Розмір металевих частинок для стандартної трафаретного друку до 45 мікрон

    Термін зберігання при 4 ± 2 ° С 12 міс. 6 міс. 6 міс.

    Термін зберігання при кімнатній температурі 6 міс. 3 міс. 3 міс.

    Стандартна упаковка банку 500 г шприц 10 мл банку 500 г банку 500 г шприц 10 мл

    Особливості Покращена змочування, рекомендується для ВОА Підвищена активність Рекомендується для друку з дрібним кроком і ВОА

    модифікації трафарету. Причиною для такої модифікації може бути трохи більш низька змочуються здатність бессвін-цових паяльних паст. Необхідність модифікації можна з'ясувати, тестуючи пасту на трафареті на розтікання і змочування.

    Найбільш значимі зміни повинні бути внесені на стадії оплавлення - як результат відмінності в температурі плавлення бессвін-

    цових припоев і припоїв ряду Sn / Pb. На відміну від сплавів групи Sb / Pb, що мають температуру піку 210-220 ° С, пікова температура більшості безсвинцевим припоев становить 235-260 ° С. У зв'язку з цим особливо важливо мінімізувати ДТ при максимальному змочуванні протягом всього температурного профілю, включаючи стадію охолодження. Вибір оптимального температурного режиму залежить

    від щільності друку, розмірів компонентів і характеристик печі оплавлення. Режим типу «Нагрівання-Пік», графік якого зображений на рис. 1, є кращим в більшості випадків, забезпечуючи оптимальне змочування і менш тривалий термальне вплив, ніж традиційний режим "Нагрів-Витримка-Пік» (рис. 2). Параметри цих процесів наведені в таблицях 7 і 8.

    Необхідні більш високі температури пайки можуть привести до проблем непропаев, в цілому більш характерною для безсвинцевим паст, ніж для традиційних паст Sn / Pb. Для вирішення цих проблем може бути використана паста, розроблена для досягнення ефекту «анти-непропаев». Крім того, температурний режим, що включає тривалу витримку при низькій температурі і зображений на рис. 3, ефективно скорочує кількість непропаев. Цей режим описаний в таблиці 9.

    Що стосується умов зберігання безсвинцевим паяльних паст і підготовки їх до роботи, то у фірми AIM вони практично не мають відмінностей від аналогічних умов для паст з вмістом свинцю і можуть бути зведені до наступних пунктів:

    • дотримання оптимальних умов зберігання і транспортування;

    • запобігання впливу тепла і вологості;

    • зігрівання і перемішування пасти перед застосуванням.

    Таблиця 7

    Нагрівання-пік

    Нагрівання 0,8-0,9 ° С / с

    т Графік Прямий або увігнутий

    т 2/3 графіка нижче 150 ° С

    т Температура піку 240 ° С ± 5 ° С

    5 При температурі вище температури плавлення 60 ± 15 с

    6 Тривалість профілю від кімнатної температури до піку 3,5-4 хв

    t Охолодження 4 ° С / с

    Таблиця 8

    Нагрівання-витримка-пік

    Швидкість нагріву до 150 ° С 1,6 ° С / с

    т Температура витримки 150-170 ° С

    т Час витримки 60-90 с

    т Температура піку 240 ° С ± 5 ° С

    5 При температурі вище температури плавлення 60 ± 15 с

    6 Тривалість профілю від кімнатної температури до піку 3,5-4 хв

    т Охолодження 4 ° С / с

    'Температури вказані для сплавів групи

    Sn / Ag / Cu

    Таблиця 9

    Режим з тривалої низькотемпературної витримкою

    1 Швидкість нагріву до 120 ° С 1,25 ° С / с

    т Температура витримки 120-180 ° С

    т Час витримки 60-90 с

    т Температура піку 240 ° С ± 5 ° С

    5 При температурі вище температури плавлення 60 ± 15 с

    6 Тривалість профілю від кімнатної температури до піку 4,5-5 хв

    У Охолодження 4 ° С / с

    'Температури вказані для сплавів групи Sn / Ag / Cu

    Компоненти і технології, № 1'2005

    Таблиця 10

    LOCTITE (MULTICORE) AIM

    припій Crystal 511, Ecosol TSC96SC AIM bar solder

    Паяльна паста Crystal 96SCLF, R39 NC254

    Відмивання залишків флюсу після пайки із застосуванням безсвинцевим матеріалів в цілому вимагає більшої інтенсивності: збільшення концентрації отмивочного коштів, часу впливу, температури та ін. Підвищена інтенсивність відмивання необхідна внаслідок збільшення кількості залишків флюсів після пайки і їх стійкості-

    вості до впливу отмивочного засобів. Це пов'язано з тим, що пайка об'єктивно здійснюється при більшій температурі, ніж з припоями і пастами, що містять свинець. Ефективність відмивання залежить від якості отмивочного кошти, точки плавлення припою, властивостей флюсу.

    У таблиці 10 дано відповідність паяльних матеріалів рекомендованих для безсвинцевим технологій пайки і поставляються під торговими марками LOCTITE (Multicore solders) і AIM.

    Таким чином, рішення проблеми переходу на безсвинцеві технології багато в чому

    обумовлено вибором оптимальних паяльних матеріалів, що відповідають ряду критеріїв. Заміщення традиційних припоїв групи Sn / Pb на припої Sn / Ag / Cu представляється найбільш доцільним для більшості процесів, беручи до уваги їх фізичні характеристики, сумісність з поточними процесами, можливість безперебійного постачання і вартість. Адаптація виробничого процесу з урахуванням властивостей цих матеріалів дозволяє ефективно здійснювати облуживание компонентів, поверхневий монтаж, групову та ручну пайку та ін.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити