AIM означает «цель»: паяльные и сервисные материалы компании AIM. Часть 3

Мы завершаем серию статей о паяльных и сервисных материалах,
поставляемых фирмой AIM, обзором материалов
для бессвинцовых технологий пайки.

Все статьи цикла:

• AIM означает «цель»: паяльные и сервисные материалы компании AIM. Часть 1
• AIM означает «цель»: паяльные и сервисные материалы компании AIM. Часть 2
• AIM означает «цель»: паяльные и сервисные материалы компании AIM. Часть 3

Впоследнее время проблемы бессвинцовой пайки вызывают повышенный интерес изготовителей радиоэлектронной техники. Вопросы бессвинцовых технологий, казавшиеся совсем недавно
слишком отдаленными, чтобы о них беспокоиться, становятся реальностью. Запрет на применение свинца в отдельной стране или группе стран неминуемо
создаст экономический барьер между этой страной и любой другой, неспособной обеспечить бессвинцовое производство, что не может не вызывать беспокойство тех изготовителей радиоэлектроники, которые ориентированы на импорт своей продукции.
Кроме того, такой барьер может иметь место и между отдельными компаниями или отраслями промышленности. Эти факторы стимулируют конкуренцию между изготовителями, одни из которых готовы к переходу на новые материалы раньше других.

Таким образом, переход на бессвинцовую пайку является только вопросом времени, и изготовители РЭА начинают свои исследования по поиску оптимальны материалов и технологий без применения свинца.

11 октября 2002 года Европейское Сообщество одобрило WEEE (Положение об отходах радиоэлектронного и электрооборудования) и RoHS (Положение о применении некоторых опасных веществ в радиоэлектронном и электрооборудовании). Эти положения касаются применения таких тяжелых металлов,
как свинец, кадмий, ртуть и шестивалентный хром, а также бромированных огнезащитных составов. С 1 июля 2006 года эти вещества будут запрещены к использованию в производстве РЭА в Европейском Сообществе.

Компания AIM занимается производством бессвинцовых сплавов и разработкой свободных от свинца
технологий с 80-х годов прошлого столетия и накопила богатый опыт и обширные знания в этой области. В настоящий момент AIM производит целый ряд материалов для пайки без содержания свинца, состав-
ляющих полную технологическую линию для любых процессов и отвечающих особенностям каждого конкретного производства:

1. Бессвинцовые припои для групповой пайки.
2. Совместимые с бессвинцовыми материалами флюсы.
3. Бессвинцовые проволочные припои:
   – с сердечником из флюса;
   – цельнометаллические.
4. Бессвинцовые паяльные пасты:
   – безотмывные, на основе флюса, не требующего последующей отмывки;
   – водосмывные, на основе флюса, предполагающего последующую водную отмывку;
   – с флюсом на основе канифоли.

Бессвинцовые припои

Компания AIM производит широкий ряд бессвинцовых сплавов для любых технологий монтажа печатных плат, включая пайку волной, ручную пайку,
трафаретную печать и др. Перечень сплавов AIM, их состав и температура плавления, а также виды продукции AIM на основе этих сплавов приведены в таблице 1.

Из перечисленных выше припоев можно выделить
группу Sn/Ag/Cu, вызывающую в последнее время повышенное внимание западных изготовителей радиоэлектроники, в качестве жизнеспособной замены оловянно-свинцовым сплавам. Наиболее общими требованиями к бессвинцовым сплавам можно считать следующие:

• рентабельность;
• экологичность;
• механическая прочность;
• устойчивость к термической усталости;
• достаточно низкие температуры процесса;
• совместимость с различными бессвинцовыми и содержащими свинец покрытиями.

Соответствуя этим требованиям, сплавы группы
Sn/Ag/Cu успешно применяются во многих отраслях индустрии, и большинство радиоэлектронных компаний, планируя свой переход на бессвинцовые технологии, останавливают свой выбор на одном из припоев этой группы. Припои Sn/Ag/Cu совместимы
с различными покрытиями компонентов и печатных плат, включая Sn/Pb/Ag, Ni/Pd, Ni/Pd/Au, органические покрытия (рис. 1).

Отметим, что из анализа, проведенного
фирмой AIM, следует, что сплав SAC 305 применяют 67% японских радиоэлектронных
компаний. Сплав CASTIN, запатентованный
компанией AIM, обеспечивает повышенную
теплостойкость благодаря добавлению Sb
и образованию интерметаллических структур
сурьмы с серебром и медью. Применение этого припоя с температурой плавления 217 °С
не влечет за собой образование токсичных оксидов сурьмы, образующихся при температурах выше 600 °С.

При использовании бессвинцовых паяльных
материалов существенной является проблема особо точной центровки и позиционирования
компонентов на плате, тогда как при работе
с содержащими свинец паяльными материалами допустимая ошибка в центровке при установке компонентов может достигать 50%.
При оплавлении паяльной пасты происходит
их самопозиционирование.

Диагностика качества пайки, осуществляющейся по бессвинцовым технологиям, несколько усложняется, так как не может быть
использован рентгеновский метод контроля.

Надо признать, что внешний вид бессвинцовых паяных соединений отличается от соединений, полученных с применением припоев Sn /Pb. Бессвинцовые соединения выглядят более тусклыми, но это не означает, что
они менее прочные — скорее наоборот.
В таблице 2 приведены некоторые сравнительные характеристики физических свойств паяных соединений Sn/Pb и Sn/Ag/Cu.

Проволочные припои компании AIM на основе перечисленных в таблице бессвинцовых сплавов выпускаются как цельнометаллические, так и с сердечниками из флюса. Стандартное содержание флюса составляет 2,5%. В зависимости от типа флюса они могут быть совместимы с безотмывными или водосмывными
материалами. Основные виды бессвинцовых проволочных припоев с сердечником из флюса приведены в таблице 3.

Совместимые с бессвинцовыми материалами флюсы

Компания AIM производит жидкие флюсы,
совместимые с бессвинцовыми материалами
(таблица 4). Кроме того, выпускаются также
флюс-гели, предназначенные для допайки
и ремонтных работ. Свойства таких флюс-гелей приведены в таблице 5.

Бессвинцовые паяльные пасты

Как видно из таблицы 1, компания AIM изготавливает паяльные пасты на основе большинства из перечисленных в этой таблице
сплавов. Как правило, производятся безотмывные и водосмываемые пасты; бессвинцовые пасты на основе канифоли применяются
значительно реже. В таблице 6 приводятся характеристики некоторых паяльных паст компании AIM, предназначенных для бессвинцовых технологий.

Переход к применению бессвинцовых материалов влечет за собой некоторые изменения в производственном процессе. При этом
параметры печати, как правило, не требуют значительных изменений, кроме возможной модификации трафарета. Причиной для такой модификации может быть несколько более низкая смачивающая способность бессвинцовых паяльных паст. Необходимость модификации можно выяснить, тестируя пасту
на трафарете на растекаемость и смачивание.

Наиболее значимые изменения должны быть
внесены на стадии оплавления — как результат различия в температуре плавления бессвинцовых припоев и припоев ряда Sn/Pb. В отличие от сплавов группы Sb/Pb, имеющих температуру пика 210–220 °С, пиковая температу-ра большинства бессвинцовых припоев составляет 235–260 °С. В связи с этим особенно важно
минимизировать ΔT при максимальном смачивании в течение всего температурного профиля, включая стадию охлаждения. Выбор оптимального температурного режима зависит от плотности печати, размеров компонентов
и характеристик печи оплавления. Режим типа «Нагрев-Пик», график которого изображен на рис. 1, является предпочтительным в большинстве случаев, обеспечивая оптимальное смачивание и менее продолжительное термальное воздействие, чем традиционный режим «Нагрев-Выдержка-Пик» (рис. 2). Параметры этих процессов приведены в таблицах 7 и 8.

Требуемые более высокие температуры пайки могут привести к проблемам непропаев, в целом более характерной для бессвинцовых паст,
чем для традиционных паст Sn/Pb. Для решения этих проблем может быть использована паста,
разработанная для достижения эффекта «антинепропаев». Кроме того, температурный режим, включающий продолжительную выдержку при низкой температуре и изображенный на рис. 3,
эффективно сокращает количество непропаев. Этот режим описан в таблице 9.

Что касается условий хранения бессвинцовых паяльных паст и подготовки их к работе,
то у фирмы AIM они практически не имеют отличий от аналогичных условий для паст с содержанием свинца и могут быть сведены к следующим пунктам:

• соблюдение оптимальных условий хранения и транспортировки;
• предотвращение воздействия тепла и влажности;
• согревание и перемешивание пасты перед применением.

Отмывка остатков флюса после пайки
с применением бессвинцовых материалов
в целом требует большей интенсивности: увеличения концентрации отмывочных средств,
времени воздействия, температуры и пр.
Повышенная интенсивность отмывки необходима вследствие увеличения количества
остатков флюсов после пайки и их устойчивости к воздействию отмывочных средств.
Это связано с тем, что пайка объективно осуществляется при большей температуре, чем с припоями и пастами, содержащими свинец.
Эффективность отмывки зависит от качества отмывочного средства, точки плавления припоя, свойств флюса.

В таблице 10 дано соответствие паяльных материалов рекомендуемых для бессвинцовых
технологий пайки и поставляемых под торговыми марками LOCTITE(Multicore solders) и AIM.

Таким образом, решение проблемы перехода на бессвинцовые технологии во многом обусловлено выбором оптимальных паяльных материалов, соответствующих ряду критериев. Замещение традиционных припоев
группы Sn/Pb на припои Sn/Ag/Cu представляется наиболее целесообразным для большинства процессов, принимая во внимание
их физические характеристики, совместимость с текущими процессами, возможность бесперебойных поставок и стоимость. Адаптация производственного процесса с учетом свойств этих материалов позволяет эффективно осуществлять облуживание компонентов, поверхностный монтаж, групповую и ручную пайку и пр.

Статьи в журнале «Технологии в Электронной промышленности» по теме печатные платы