Как предотвратить дефекты при пайке бессвинцовыми припоями

Бессвинцовые припои используются в микроэлектронной промышленности как более безопасная и экологичная альтернатива свинцовым. Вместе с тем они уступают последним по некоторым характеристикам, таким как смачивание, механическая прочность. Из-за этого им свойственно образование различных дефектов пайки. В этой статье рассмотрим способы, которыми можно предотвратить их появление.

Отличия между свинцовыми и бессвинцовыми припоями

Сегодня в микроэлектронной промышленности применяются припои как с содержанием свинца, так и без него. Из последних наиболее распространенными являются сплавы на основе олова, серебра и меди (SAC), но также возможны варианты с добавлением висмута, индия, никеля и т. д.

Оловянно-свинцовые и бессвинцовые припои отличаются некоторыми параметрами:

• температурой плавления – у припоев SAC она равна 217-220°С, что на 30°С превышает аналогичный показатель оловянно-свинцовых сплавов.
• поверхностным натяжением – у бессвинцовых составов оно выше, что обуславливает их меньшую степень смачивания и растекания.

При пайке бессвинцовыми припоями рекомендуется нагревать их до 235-245 °С, чтобы обеспечить полное расплавление. Если монтируемые компоненты имеют примерно одну и ту же теплоемкость, температуру нагрева можно снизить до 229 °С. Также при использовании бессвинцовых припоев необходимо использовать специальные флюсы, улучшающие растекаемость и смачивание контактных площадок.

Распространенные дефекты пайки и способы их профилактики

Мостики и шарики припоя. Такие дефекты ведут к замыканиям между близко расположенными выводами компонентов и нарушению электрической схемы. Они образуются, если некорректно подобраны характеристики пайки. Если в зоне предварительного нагрева температура высокая, необходимо использовать паяльные составы с малой осадкой. Особое значение это имеет при пайке компонентов с небольшим шагом выводов.

Недостаточное смачивание. Бессвинцовые припои обладают большим поверхностным натяжением и поэтому хуже смачивают контактные площадки и выводы компонентов. Соответственно, они образуют менее качественное и прочное соединение. Чтобы улучшить смачивание, можно использовать следующие способы:

• применять вместе с бессвинцовыми припоями водосмываемые флюсы, содержащие больше активирующих компонентов и галоидов;
• предварительно покрывать медные контактные поверхности иммерсионным серебром, оловом или сплавом никель-серебро;
• обеспечить равномерное распределение нагрева по всей поверхности печатной платы, особенно если на ней установлены BGA-компоненты, корпуса которых играют роль теплоотводов, уменьшающих температуру припоя под ними.

Рекомендуется поддерживать температуру, превышающую точку плавления припоя в течение достаточного времени. Обычно это 60-90 секунд при температуре пайки 235-245 °С.

Пустоты. Они представляют собой небольшие полости, образующиеся в толще паяного соединения. Чаще всего они образуются из-за сложной формы выводов, а также выделения газов из корпусов компонентов, покрытия печатной платы, загрязнений и т. д. Пустоты снижают механическую прочность, электро- и теплопроводность соединения, хотя при небольшом их количестве могут амортизировать ударные нагузки. Уменьшить количество пустот можно следующими способами:

• Улучшить растекаемость припоя, используя флюс, сохраняющий активность при повышенном нагреве;
• Использовать флюсы, состав которых не включает канифоль и активаторы, подверженные разложению при высокой температуре;
• Оптимизировать профиль пайки, увеличив время предварительного прогрева платы;
• Предварительно очистить поверхность платы от воды и загрязнений (остатков старого покрытия, флюса, а также пыли, жира и т. д.);
• Оптимизировать форму паяного соединения, тем самым упростив выход газа из него при пайке.

Эффект надгробия. Этот дефект заключается в отрыве одного из выводов компонента от ПП, из-за чего приподнимает весь корпус над ее поверхностью. При использовании припоев без содержания свинца данный эффект возникает чаще, так как способность выравнивать положение компонента при застывании у таких составов меньше, чем у свинцово-оловянных. По этой причине рекомендуется более точно располагать компоненты на плате. Также следует использовать припой SAC305, состоящий из 96.5% олова, 3% серебра, 0.5% меди и плавящийся при температуре 217-220°С. Когда начинается плавление, данный состав как бы «приклеивает» компоненты к поверхности ПП, уменьшая вероятность появления «надгробия».

Применение бессвинцовых припоев – общемировой тренд в электронной промышленности, направленный на повышение ее безопасности и экологичности. Однако, переход на их использование требует определенного времени, чтобы научиться обращаться с ними. В компании «АссемРус» вы можете найти на сайте различные бессвинцовые паяльные пасты и специальные флюсы, обеспечивающие максимальную эффективность и надежность пайки.