Флюсовая паста ипаяльная пастапредставляют собой два принципиально разных материала при сборке электроники, хотя соглашение об именах вызывает постоянную путаницу во всей отрасли. Флюсовая паста содержит только флюсовые соединения,-как правило, на основе канифоли-или водо{3}}растворимые составы-, предназначенные исключительно для удаления оксидов и улучшения смачивания. Паяльная паста, напротив, представляет собой композиционный материал, содержащий частицы металлического сплава, взвешенные во флюсе, предназначенный для одноэтапной-металлургической сварки. Функциональное перекрытие их компонентов потока маскирует критическое расхождение в методологии применения.
Почему люди продолжают их путать
Я видел, как инженеры с пятнадцатилетним опытом брали не ту лампу. Это случается чаще, чем кто-либо признает.
Проблема начинается с того, как производители маркируют вещи. На обоих продуктах появляется надпись «Вставить». Некоторые компании даже используют почти идентичную упаковку,-шприцы одинакового размера и колпачки одинакового цвета. В 2 часа ночи вы работаете под увеличением, пытаясь переделать BGA, и внезапно вы нанесли флюсовую пасту там, где вам нужна была паяльная паста. Соединение выглядит влажным, кажется готовым, но в нем нет металла, который мог бы образовать настоящую связь.
Вот что вам никто не говорит на тренировках: флюсовая паста ощущается по-другому. Обычно он более прозрачный, иногда почти медовый-по консистенции. Паяльная паста имеет характерный серый зернистый вид из-за взвешенных металлических частиц. После того, как вы хорошо поработаете с обоими, вы сможете отличить их друг от друга только по текстуре. Но это требует времени.
Химическая сторона флюсовой пасты
Составы флюсовых паст подразделяются на несколько систем классификации, при этом стандарт IPC J-STD-004B является наиболее широко используемым в производстве в Северной Америке.
- На основе канифоли-(RO):Традиционная формула, полученная из смолы сосны. Канифоль активируется при температуре пайки, становясь слегка кислой и растворяя оксиды. Остатки после-пайки, как правило, безвредны, хотя во влажной среде они могут притягивать пыль. Некоторые старые военные спецификации по-прежнему требуют использования только канифольного флюса.
- Органическая кислота (ОР):Водорастворимые-препараты с использованием органических кислот, таких как адипиновая или янтарная кислота. Более сильная активация, чем канифоль. Абсолютно необходима после-очистка процесса-оставьте эти остатки на плате, и вы попросите рост дендритов и возможные сбои в работе. Я усвоил это на собственном горьком опыте, работая над датчиком влажности-.
- Неорганическая кислота (ИН):Редко используется в электронике. Это агрессивные составы, которые можно встретить при сантехнике или работе с листовым металлом. Коррозионная активность делает их непригодными для чувствительных компонентов.
- Синтетический активированный (SA):Современные рецептуры, имитирующие свойства канифоли с помощью синтетических химикатов. Часто продаются как варианты, не требующие-очистки.
Температура активации имеет огромное значение, и в технических характеристиках это не всегда четко указано. Флюс, предназначенный для обработки-без свинца при температуре 250 градусов, не будет работать так же при температуре эвтектики 183 градуса оловянно-свинцового припоя. Вы получите неполное удаление оксидов, плохое смачивание и соединения, которые выглядят приемлемо, но выходят из строя при термоциклировании.
Состав паяльной пасты
Паяльная паста — действительно сложная штука.
Содержание металла обычно колеблется от 88% до 92% по весу, хотя из-за разницы в плотности оно составляет примерно 50% по объему. Распределение частиц по размерам соответствует системе классификации типов.-Тип 3 (25-45 микрон) остается рабочей лошадкой для большинства применений SMT, а пасты типа 4 и 5 с более мелкими частицами соответствуют требованиям компонентов 0201 и корпусов micro-BGA.
Флюс в паяльной пасте выполняет множество функций, помимо простого удаления оксидов. Он обеспечивает реологические свойства, необходимые для трафаретной печати-паста должна катиться, а не скользить по поверхности трафарета. Он должен аккуратно отделяться от стенок проема. Ему необходима достаточная липкость, чтобы удерживать компоненты во время установки. И он должен полностью выделять газы во время оплавления, без разбрызгивания.
Это требует многого от того, что по сути является жертвенным средством.
Распространенные составы сплавов:
Оловянный-свинец (Sn63/Pb37) по-прежнему используется в некоторых аэрокосмических и военных целях, на которые не распространяются требования RoHS. Температура плавления 183 градуса и отличные смачивающие характеристики сделали его отраслевым стандартом на протяжении десятилетий.
SAC305 (96,5 % олова, 3 % серебра, 0,5 % меди) стал доминирующей альтернативой, не содержащей свинца. Более высокая температура плавления около 217-220 градусов. Содержание серебра увеличивает затраты на материалы, но повышает сопротивление термической усталости.
Низкотемпературные альтернативы, такие как Sn42/Bi58 (температура плавления 138 градусов), набирают популярность для термочувствительных-сборок. Висмут делает соединения несколько хрупкими, что ограничивает их применение.
Практические различия в применении
Флюсовая паста наносится до и во время доработок. Вы используете его для подготовки поверхностей, обеспечения смачивания или облегчения растекания припоя в сценариях ручной-пайки. Это вспомогательное средство, а не соединительный материал.
Типичная последовательность доработок: нанесите флюсовую пасту на место, установите заменяемый компонент, оплавьте горячим воздухом или сфокусированным ИК-излучением. Флюс очищает существующий припой, способствует слипанию, а исходный припой на контактных площадках образует соединение. Никакого дополнительного металла не требуется-при наличии достаточного объема припоя.
Паяльная паста выполняет как функцию флюса, так и металл для формирования соединения. Его наносят или печатают по трафарету-на голых контактных площадках перед размещением компонентов. Цикл оплавления активирует флюс, плавит частицы сплава и образует металлургические связи за один термический выброс.
Различие кажется очевидным, если записать его вот так. На практике путаница сохраняется, поскольку оба продукта при нагревании могут образовывать блестящие, влажные- поверхности. Разница становится очевидной только тогда, когда вы прощупываете сустав или подвергаете его механическому воздействию.
Особенности хранения и обращения
Паяльная паста требует охлаждения. Флюс разлагается при комнатной температуре, и частицы металла могут окисляться или оседать. Большинство производителей указывают условия хранения при температуре 0-10 градусов и срок годности 6 месяцев. Перед использованием необходимо дать контейнеру нагреться до комнатной температуры: холодная паста при открытии приводит к образованию конденсата, который ухудшает качество печати.
Период разминки-захватывает людей. Минимум четыре часа на банку весом 500 г. Откройте его раньше, и вы скомпрометируете весь контейнер.
Флюсовая паста более щадящая и обычно стабильна при комнатной температуре в течение 12-24 месяцев. Некоторые высокоактивные составы могут потребовать охлаждения, но это не универсально.
Ни один продукт не переносит замораживания. Фазовый переход нарушает гомогенную смесь таким образом, что его невозможно восстановить повторным-перемешиванием.
Когда флюсовая паста спасает положение
Удаление компонентов. Полная остановка. Именно здесь флюсовая паста занимает свое место на каждой паяльной станции.
Попытка удалить QFN или BGA без надлежащего флюса вызывает разочарование. Имеющийся припой плохо смачивается, деталь прилипает неравномерно, повреждение контактной площадки становится практически неизбежным. Обильное нанесение подходящей флюсовой пасты существенно меняет ход операции.
Процессы закрепления-в-пасте также выигрывают от дополнительного применения флюса, хотя это граничит с областью специализированного производства.
При пайке волновой пайкой-при устранении перемычек или недостаточной заливки сквозных соединений-отверстий-флюсовая паста, наносимая кистью или флюсовым карандашом, обеспечивает чистое растекание припоя без увеличения объема. Припоя уже достаточно; вам просто нужно, чтобы оно вел себя.
Когда работает только паяльная паста
Новая сборка компонентов для поверхностного-монтажа. Вы не можете -приклеить флюсом соединение, в котором отсутствует припой.
Поэтапная-пайка, где последовательные циклы оплавления требуют точных объемов сплава. Прототип запускается с использованием дозирующего оборудования. Трафаретная печать для производственных объемов. Альтернативой здесь являются преформы, но для стандартного SMT доминирует паста.
Выбор размера частиц становится критически важным для точной-работы с подачей. Попытка напечатать пасту типа 3 через отверстие трафарета диаметром 0,3 мм приводит к неравномерному отложению и дефектам перекрытия. Вам нужен тип 4 или выше, с соответствующей реологией флюса.
Некоторые истины о перекомпоновке, которые никто не афиширует
Профиль оплавления для паяльной пасты,-не содержащей свинца, требует большей точности, чем когда-либо требовалось оловянный-свинец. Окно обработки значительно сужается-вам необходимо достичь ликвидуса, поддерживать его достаточно долго для надлежащего смачивания, но избегайте длительного времени выше 250 градусов, когда интерметаллический рост ускоряется и компоненты достигают своего температурного предела.
Флюсовая паста, используемая в сочетании с существующим припоем, не сталкивается с одинаковыми ограничениями. Флюс активируется, выполняет свою работу и сгорает. Вы не пытаетесь расплавить распределение частиц; вы активируете поток уже-присутствующего сплава.
Это означает, что профили доработки могут существенно отличаться от производственных профилей оплавления даже для одной и той же сборки. Термическая масса другая, объем припоя другой, поведение флюса меняется.
Показатели качества
Допустимый остаток флюсовой пасты (для не-нечистых составов): минимальный, не-липкий, не-проводящий. Воздействие высокой влажности не должно вызывать видимых изменений.
Приемлемое соединение паяльной пастой: гладкая, вогнутая геометрия галтели, полное смачивание контактной площадки, отсутствие видимых пустот на рентгенограммах, соответствующая толщина интерметаллида.
Проблемные показатели флюсовой пасты: липкие остатки, притягивающие загрязнения, белые кристаллические отложения (непрореагировавшие активаторы), коррозия на близлежащих проводниках.
Проблемные индикаторы паяльной пасты: зернистый вид шва (холодный шов или недостаточное оплавание), шарики припоя на поверхности маски (чрезмерный объем пасты или проблемы с профилем), «надгробие» (неравномерная сила смачивания во время оплавления).
Вопрос стоимости
Флюсовая паста: 15–80 долларов США за килограмм в зависимости от рецептуры и производителя. Вы используете относительно небольшие количества даже в производственных средах.
Паяльная паста: $80-400+ за килограмм. Содержание металла определяет цену: SAC305 находится на более высоком уровне из-за серебра. Специализированные сплавы для приложений с высокой-надежностью могут стоить более 600 долларов США за кг.
С точки зрения потребления расход флюсовой пасты может составлять 50-100 граммов в месяц при умеренной доработке. Расход паяльной пасты зависит от объема производства: загруженная линия SMT может сжигать несколько килограммов в день.
Экономика предпочитает использовать каждый материал надлежащим образом, а не пытаться заменить его. Использование дорогой паяльной пасты там, где достаточно флюсовой пасты, является пустой тратой денег. Использование флюсовой пасты там, где требуется добавление металла, приводит к потере времени и компонентов.
Соображения совместимости
Не все флюсовые пасты работают со всеми припоями. Химия активации должна учитывать конкретные присутствующие виды оксидов. Оксиды,-не содержащие свинца, как правило, более стойкие, чем оксиды олова-свинца, поэтому требуют более агрессивных составов флюсов.
Смешение химических составов флюсов в одной сборке создает риски для надежности. Не-неочищаемый производственный флюс, за которым следует водорастворимый-флюс для доработки, оставляет комбинации остатков, которые полностью не устраняет ни один процесс очистки.
Самый безопасный подход: используйте флюсовую пасту того же производителя и той же химической группы, что и ваша паяльная паста. Если на вашем производстве используется паяльная паста Kester R562, для доработок используйте флюсовые продукты Kester. Комбинации разных-производителей могут работать, но требуют проверки.
Краткое слово о веществах, повышающих клейкость
Некоторые операторы используют флюсовую пасту в качестве клея для компонентов, используя ее липкость для удержания деталей во время обработки перед оплавлением. В крайнем случае это работает, но создает проблемы.-Распределение остатков флюса становится непредсказуемым, и вы можете применить гораздо больше флюса, чем необходимо для пайки.
Для этой цели существуют специальные клеи SMT. Их формула обеспечивает сохранение липкости, не мешая процессу пайки. Использование флюсовой пасты в качестве замены — одно из тех цеховых-уловок, которые в конечном итоге приводят к утечкам.
Заключительные практические заметки
Перед применением всегда проверяйте, что вы берете правильный материал. Двух-секундный взгляд на этикетку превосходит двух-часовой сеанс доработки.
Поддерживайте отдельное дозирующее оборудование для флюсовой пасты и паяльной пасты. Перекрестное-заражение приводит к нестабильному поведению, которое трудно диагностировать.
Дайте контейнерам дату при открытии. Оба материала разлагаются под воздействием атмосферы, хотя и с разной скоростью. «В прошлом месяце было хорошо» не означает, что сегодня все хорошо.
В случае сомнений проведите тестирование на металлоломе, прежде чем приступать к серийной сборке. Различия в поведении флюсовой пасты и паяльной пасты сразу становятся очевидными при увеличении после цикла оплавления,-если вы знаете, что ищете.
