Сварочная паста как основное вещество должна иметь хорошую консистенцию, т.е. сварочная паста не должна быть ни слишком мокрой, ни слишком густой, а находиться где-то посередине. Лучшим выбором является хорошо известная субстанция «сметана». Процесс смачивания должен поддерживаться на протяжении всего процесса сварки.
Как пользоваться паяльной пастой
Нанесение сварочной пасты во время наращивания является одним из самых ответственных этапов процесса сборки. Этот процесс ответственен за 65-70% всех дефектов. Очень важно выбрать метод нанесения сварочной пасты таким образом, чтобы повысить точность пайки, сократить время сборки печатной платы и повысить производительность всего сборочного участка.
В настоящее время сварочная паста наносится в основном двумя методами. Использование каждого из этих методов зависит как от компании, так и от типа производимых электронных изделий.
№ 1. Метод дозирования . Этот метод также называют методом дозирования. Паяльная паста наносится вручную или с помощью автоматических дозаторов. Эта техника рекомендуется для монтажа компонентов типа flip-chip, CSP и BGA на печатные платы при изготовлении прототипов и небольших партий продукции. Техника дозирования также используется для работы с полупроводниковыми кристаллами, например, для фиксации или герметизации. Для дозирования используется паяльная паста с пониженной вязкостью, что значительно облегчает работу.
№ 2. метод трафаретной печати. Сварочная паста наносится давлением через отверстия (отверстия в шаблоне) с помощью специального инструмента — сквиджа. Оборудование для нанесения может быть автоматическим, полуавтоматическим или ручным. Первые два типа обеспечивают высокую повторяемость и точность, поэтому их используют на заводах с массовым и серийным производством.
Трафаретная печать более производительна и точна, чем дозаторная, но возникают проблемы с зазорами менее 0,4 мм между полями. Поэтому все чаще разрабатываются другие методы нанесения паяльной пасты.
Нанесение паяльной пасты вручную
Иногда возникает необходимость пайки печатных плат и микросхем в домашних условиях. При использовании этого метода необходимо соблюдать следующее:
- паяльная паста может наноситься на платы с очень мелкими компонентами;
- можно пользоваться паяльным феном или паяльником средней мощности;
- паяльную пасту применяют, только если нет качественной альтернативы.
Как правильно паять вручную. Для того чтобы паяное соединение было качественным, необходимо соблюдать определенные правила:
- перед началом работы хорошо обезжирить и просушить микросхему/плату;
- для проведения технологической пайки плата должна быть в горизонтальном положении;
- на места соединения паста наносится максимально равномерно;
- при использовании фена для нижнего подогрева аккуратно просушиваем всю поверхность платы;
- после того как на обрабатываемой плате испарится весь флюс, увеличиваем температуру фена, чтобы обеспечить качественное соединение.
После завершения сварочных работ проводится дополнительная очистка с помощью специального средства.
Особенности использования ручной паяльной пасты Хотя на заводе все технологические процессы автоматизированы, для самостоятельного использования необходимы некоторые навыки. Помимо обязательного обезжиривания и просушки платы перед началом работы, необходимо соблюдать следующее:
- субстанция пасты. Она не должна быть ни жидкой, ни вязкой, оптимальный вариант – «сметанообразное» состояние;
- качество припоя. Уровень смачивания должен контролироваться на протяжении всей пайки;
- на плоскость платы наносится только тонкий слой паяльной пасты, более толстый – для SMD-компонентов;
- для уборки шламов и осадков, образующихся при пайке, можно использовать паяльник с насадкой в виде специального жала («микроволна»);
Паста должна храниться при температуре +2…10°C не более 6 месяцев.
Новые технологии
Ручная пайка очень непроизводительна и неточна при больших объемах и массовом производстве. Поэтому компании по производству электроники установили автоматическое оборудование, которое наносит паяльную пасту методом трафаретной печати. Из-за этих ограничений были разработаны новые методы, которые являются более точными и производительными. Хотя новое оборудование требует больших затрат на переоборудование, приобретение и установку, оно оказывает незначительное влияние на стоимость продукции, поскольку сокращается процесс сборки. К ключевым инновациям относятся следующие.
Optipad Эта технология нанесения сварочной пасты использует светочувствительную маску. Она позволяет работать по принципу трафаретной печати. Базовая маска является кислотостойкой. Трафаретная маска наносится поверх нее и является щелочестойкой. Возможен и обратный процесс. В этом случае базовая маска является щелочестойкой, а трафаретная — кислотостойкой. Отверстия формируются с помощью фотолитографии, поэтому точность технологии Optipad намного выше, чем при использовании обычных трафаретов. После нанесения трафаретной маски клейкая паста заполняет отверстия и после расплавления формирует контактные площадки. Толщина клея зависит от толщины трафарета. После охлаждения сварочная маска удаляется.
PPT (Precision Pad Technology). В этой технологии используется внешний тонкий трафарет, который помещается на готовую печатную плату. Паяльная паста наносится через отверстия в паяльной маске, а затем расплавляется. Отличие от традиционной технологии заключается в гораздо более высокой точности. Внешний трафарет используется только для нанесения нужного количества пасты на отверстия в маске. Поэтому нет необходимости в его точном размещении. Все неточности устраняются на этапе расплавления сварочной пасты.
Что это такое и для чего нужны?
Сварочная паста представляет собой вязкую структуру, содержащую припой, флюс, различные летучие растворители и специальные клеящие компоненты. В зависимости от химического состава флюса и клея температура плавления, технология обработки, а также возможности очистки платы могут быть различными.
Известно, что пайка допустима для соединения компонентов, если используется материал, температура плавления которого достаточно ниже, чем температура плавления тех же компонентов. По этой причине для простейших схем в быту чаще всего используется сварка с применением флюса или кислоты. Сварочные пасты содержат в своем составе 2 компонента, а также их различные примеси, благодаря чему процесс сварки многократно ускоряется. Кроме того, пасты часто используются при производстве электроприборов.
К основным сварочным материалам относятся сплавы со свинцом, а также оловом или серебром, но чаще всего используются бессвинцовые сварочные пасты.
Флюс действует как обезжиривающее вещество в структуре. Также можно использовать клей, который облегчает пайку SMD-компонентов к рабочим платам. Однако чем больше плата, тем выше плотность компонентов и тем актуальнее паяльная паста.
Паяльные пасты также широко применяются в производстве. Их используют для сварки кузовов автомобилей, поверхностного монтажа, ремонта кабелей и пайки светодиодов.
Сварочная паста является эффективной и выгодной заменой традиционной пайки, конечно, при условии правильного выбора ее качества и используемого флюса.
Основными преимуществами материала являются простота использования и чистота печатной платы, которая достигается за счет точного дозирования соединения. Единственным недостатком этих паст является их короткий срок службы, который в среднем составляет менее полугода. После этого консистенция пасты начинает распадаться на фазы, и продукт становится непригодным для использования.
Характеристики и требования
Качество сварочной пасты в основном определяется по данным испытаний в соответствии с признанным международным стандартом J-STD-005. Он включает в себя следующие виды испытаний:
- концентрация металла по доле;
- вязкость структуры, определяемая по способу Brookfield;
- тестирование на параметры растекания припоя;
- тестирование на формирование шариков припоя;
- тестирование на смачивание спаиваемых друг к другу деталей.
Обратите внимание, что при производстве электроники и светодиодной продукции лучше использовать дозирующие или трафаретные пасты, так как их можно равномерно распределить по поверхности с определенной точностью. Это приводит к значительной экономии паяльного материала.
Обзор видов
Сварочные маски можно классифицировать по-разному.
По флюсу
Среди сварочных паст существует три основных типа по характеру течения:
- водосмываемые;
- канифольные;
- безотмывочные.
Подгруппа флюсов Kanifol традиционно представлена неактивированными, умеренно активированными и активированными составами. Флюсы, не прошедшие процесс активации, являются наименее активными.
Флюсы средней активности являются наиболее востребованными — они быстро и эффективно очищают подложку, равномерно распределяясь и смачивая соединяемые детали. Однако нередко на таких соединениях появляется ржавчина. После завершения сварочных работ всю рабочую зону следует очистить горячей водой или специальными растворителями.
Сильноактивированные флюсы обычно используются для связывания сильно окисленных компонентов — в этом случае спирт следует разбавить органическими растворами и промыть этой смесью рабочую зону после сварки.
Флюсы на водной основе обычно производятся на основе органических кислот. Они отличаются наибольшей активностью, способствуют формированию качественного шва, но требуют особенно тщательной очистки — это можно сделать обычной горячей водой.
Если вы работаете с флюсами из натуральных и полимерных смол, их не нужно смывать, даже если на поверхности деталей после сварки появляются остатки — это никак не вредит изделию, остатки не проводят электричество, они устойчивы к процессам окисления. Если вы хотите его смыть, необходимо использовать растворитель.
По припою
Компоненты для сварки обычно представляют собой эвтектические сплавы свинца и олова с удельным весом около 62-63 %, которые могут производиться с серебром или без него. В редких случаях для сварки также используются полностью бессвинцовые сплавы олова с удельным весом 95-96 %. Как правило, добавляется серебро, которое может содержать или не содержать медь.
По температуре
Технические и функциональные параметры сварочной пасты основаны на ее химическом составе, который определяет такие ключевые параметры, как пластичность, прочность, температура плавления и другие. Одним из оснований для классификации пасты является степень нагрева, при которой начинается плавление
Большинство паст, используемых для склеивания панелей и крепежа, плавятся при температуре от 180 до 300 градусов — таким образом, это низкотемпературное склеивание. Кроме того, выпускаются пасты для высокотемпературной сварки — в этом случае степень нагрева превышает 550-600 градусов и даже может достигать 1000-1100 градусов. В качестве основы для таких паст используются серебро, фосфор и германий, кремний и цинк.
Низкотемпературные пасты обычно изготавливают из свинца или олова, к которым также добавляют небольшое количество сурьмы, способной понизить температуру плавления до 90 градусов.
Как пользоваться паяльной пастой?
В настоящее время сварочная паста признана эффективным средством склеивания поверхностных контактов микросхем и печатных плат. В то же время существуют определенные трудности в работе, которую можно охарактеризовать как сложный технологический процесс для домашнего использования, а способ применения паяльной жидкости должны советовать профессионалы. Основные преимущества технологии можно суммировать следующим образом:
- Нанесение паяльной пасты допустимо к печатным платам с очень мелкими деталями и компонентами.
Нанесение паяльной пасты на печатную плату
- Не требуется использование паяльника с высокой рабочей температурой, можно применять паяльный фен или паяльники со средними нагрузочными характеристиками.
- Паста применяется для тех случаев, когда нет других вариантов обеспечения качественного соединения поверхности.
Общая классификация паяльных паст для микросхем и печатных плат.
Согласно общепринятым правилам и нормам, для применения паяльной жидкости в быту и на производстве допускаются следующие компоненты.
- Припои с порошкообразными формами и вариантами дробления.
- Флюсовые компоненты.
- Связующие материалы.
- Общие добавки и специальные активаторы.
В качестве компонентов паяльных флюсов используются олово, серебро, а также обычный свинец. Однако в последнее время использование свинца сократилось, и паяльная паста наносится с использованием бессвинцовых компонентов через трафареты.
Кроме того, для каждого компонента перед нанесением паяльной пасты используется специальный флюс, который действует как своего рода обезжириватель. В большинстве групп сварочных паст в основном используются SMD-компоненты, а срок службы сварочной пасты составляет максимум 6 месяцев благодаря активным химическим компонентам. Однако в этот период важно помнить, что сварочная паста должна храниться только при определенной температуре, то есть от +2 С до +10 С.
Варианты приготовления паяльной пасты
Помимо основных ингредиентов, составляющих основу материала, в инструкциях по применению указаны различные виды и качества сварочной пасты.
- Безотмывочный.
- Отмывочный.
- Растворимый вариант, на основе водной жидкости.
- С содержанием галогенов.
- Без содержания галогенов.
Свойства сварочной пасты, используемой в определенных условиях, зависят от наличия основных и вспомогательных ингредиентов, но в любом случае в пастах на неводной основе всегда присутствует канифоль. В этом случае для промывки необходимо использовать слабый растворитель.
Как правильно промывать сварочную пасту?
Для достижения наилучшего результата при сварке рекомендуется придерживаться определенных правил:
- Проводим качественное обезжиривание поверхности платы при помощи специальных препаратов, затем обеспечиваем просушку микросхемы и платы.
- Платы фиксируем только в горизонтальном положении для проведения технологической пайки.
- В местах соединения равномерно наносим пасту.
- Наносим на ножки деталей SMD пасту, помимо основных компонентов рабочей платы микросхемы.
Условия хранения
Многокомпонентные смеси клеевых паст подвержены влиянию внешних факторов. Условия, необходимые для правильного хранения, указаны на упаковке. Их необходимо прочитать и строго соблюдать.
Всегда указывается не только соответствующая температура хранения, но и диапазон возможных отклонений.
Как правило, температура хранения более 30 ℃ приводит к необратимому ухудшению свойств смеси. Очень холодная среда может нарушить работу исполнительных механизмов, содержащихся в сварочной или теплопроводящей пасте.
Большое значение имеет время, необходимое для того, чтобы паста достигла комнатной температуры. Это важно знать:
- как долго ее нужно перемешивать;
- какая температура и влажность воздуха должны выдерживаться при использовании пасты;
- сколько ее можно хранить при указанных условиях.
Если воздух в сварочной пасте влажный, в сварочной пасте могут образоваться сварочные шарики из-за поглощения воды. Сроки и условия хранения сварочной пасты зависят от ее состава. При соблюдении инструкций производителя качество сварочной пасты соответствует ожиданиям.
Для водопроводных систем
Совершенно отдельную группу составляют составы паст, предназначенные для сварки фитингов из меди и ее сплавов в системах водоснабжения. К этим составам применяются специальные требования, строго регламентированные ГОСТом.
Ни один из компонентов пасты не должен быть токсичным. Расход должен полностью исключать окисление сварного шва и попадание продуктов коррозии в воду.
Пасты для воды абсолютно непригодны для работы с электронными схемами по многим причинам, прежде всего потому, что в них часто добавляют медь или серебро для увеличения прочности соединения. Такие составы не используются в электронике.
Изготовление в домашних условиях
Иногда готовые паяльные пасты недоступны, поэтому полезно знать, как сделать их самостоятельно. Для этого необходимо подготовить сварочную смазку и сварочный пруток из свинца и олова. Если первого материала нет в наличии, его можно заменить ЛТИ-120.
Клей необходимо уменьшить с помощью напильника или специального сверла. Готовая крошка должна состоять из мелких частиц. Ее помещают в емкость, в которую добавляют вазелин в соотношении 1:1 и небольшое количество флюса.
Все ингредиенты самодельной пасты хорошо перемешиваются и нагреваются на водяной бане. Готовый состав можно хранить в большом шприце. Используйте этот шприц для нанесения пасты на платы.
Для повышения эффективности паяльной пасты в нее можно добавить небольшое количество хлорида аммония. Концентрация этого компонента не должна превышать 5-10 % от готовой к использованию смеси. Аммоний может быть заменен гидрохлоридом анилина. Вещества следует хранить в герметичной таре и в недоступном для домашних животных и детей месте.
Приготовление паяльной пасты
Сварочный пруток должен быть измельчен в мелкий порошок. Для этого можно использовать длинный металлический напильник или дрель с деревянным диском.
В отличие от напильника, его зубья не будут забивать сварочный шов. Поскольку при пилении дрелью опилки разлетаются, их следует собирать в обрезанный одноразовый стаканчик. Сам клей следует хранить в пакете, чтобы собрать всю пыль.
Важно вставить стержень в край отрезного круга под острым углом, тогда он сотрется в более мелкий порошок. Следите за тем, чтобы держать руки подальше от диска.
Опилки высыпают в ступку. Вы добавляете крупную соль и энергично толчете ступку. По мере измельчения вы должны добавлять новую соль, так как старые кристаллы соли разрушаются.
Читайте также: Как отремонтировать циркулярную пилу своими руками
Измельченные опилки разбавляются водой. Соль растворяется, а остальное — измельченный клей. Для полной деминерализации его нужно промыть несколько раз. После выпадения осадка воду сливают.
Крахмал разводят в небольшом количестве холодной воды. После перемешивания, чтобы взвесить все частицы, раствор вливают в кипящую воду.
В суспензию влажных сварочных опилок добавляют немного воды. Смесь перемешивают до взвешивания частиц и выливают в горячее сито. После энергичного перемешивания стакану с объединенными растворами дают постоять до образования осадка.
В плотной кислотной массе только тяжелый клейкий материал оседает на дно. Более легкие и мелкие частицы всплывают наверх. Кисель переливают в другой сосуд, чтобы не потревожить осадок. Паста состоит только из мелких взвешенных частиц. Чтобы извлечь их, в кисель нужно добавить больше воды, чтобы уменьшить концентрацию крахмала и, соответственно, плотность. Это позволяет суспензии немного осесть. Затем необходимо слить верхний слой раствора без глютенового порошка. Процесс повторяется до тех пор, пока концентрация крахмала не станет незначительной и суспензия не начнет быстро оседать.
Преимущества применения
Сварочные пасты используются не только в быту, но и в промышленности. Широкое применение этого материала обусловлено следующими преимуществами:
- возможность применения в производстве плат, на которых находятся мельчайшие элементы;
- пользоваться паяльной пастой можно даже без паяльника, но в таком случае потребуется специальная станция или фен для нагрева изделия и равномерного распределения ингредиентов по поверхности платы;
- пользоваться пастой для пайки можно в таких ситуациях, когда отсутствует возможность воспользоваться классическими инструментами.
Если нет возможности или желания делать смесь самостоятельно, можно приобрести готовый вариант. Однако следует учитывать, что качественная сварочная паста стоит около 10 долларов США за 50 грамм. Более дешевые варианты имеют низкое качество и могут не только не обеспечить достаточную безопасность сварки, но и привести к дополнительным проблемам при последующем использовании электронного изделия. Чтобы избежать проблем, лучше покупать такие материалы в сертифицированных магазинах или непосредственно у производителей.
