Припои высокочистые для групповой и селективной пайки
Обзор
Припой является одним из основных материалов, используемых в процессе пайки. Высокочистые припои предназначены для применения при групповых методах пайки таких, как пайка волной или двойной волной припоя, протягиванием или погружением, селективная пайка. Так же припой в виде проволоки без флюса используется для ручной пайки с дополнительным флюсованием. Это дает возможность использовать высокочистые припои для ручной пайки, доработки, ремонта и прототипирования.
Рекомендации по выбору
Выбор сплава припоя осуществляется в зависимости от следующих условий:
- требования к производимому изделию – свинцовая или бессвинцовая технология;
- используемые сплавы в покрытиях выводов компонентов и печатной платы;
- эксплуатационные требования к изделию;
- наличие чувствительных к температуре пайки компонентов.
Выбирайте изначально более чистый припой, он будет содержать меньше примесей и дольше будет их набирать, работать более стабильно и обеспечивать качественную пайку с высокой повторяемостью.
Применение высокочистого припоя позволяет минимизировать образование шлама и количества дефектов в процессе пайки, а так же значительно увеличивает его срок службы. Для того чтобы альтернативный припой стал признанной заменой свинцовосодержащего, он должен удовлетворять следующим требованиям:
- доступность в достаточном количестве;
- совместимость с существующими техпроцессами;
- пригодная температура плавления; высокая прочность соединений;
- схожесть тепло- и электропроводности с припоем Sn/Pb;
- низкая стоимость.
Международный исследовательский институт олова основал технологический центр пайки бессвинцовыми припоями (SOLDERTEC) для распространения передовой информации и сужения выбора припоев. Им была проведена оценка некоторых бессвинцовых припоев по различным параметрам по десятибалльной шкале («1» – хорошо, «10» – плохо).
| Параметр | Припой | |||||
| Sn/Ag3,5 | Sn/Ag/Cu | Sn/Ag/Cu/Sb | Sn/Cu0,7 | Sn100C | Sn/Zn/Bi | |
| Температура пайки | 5 | 3,5 | 3,5 | 6 | 6 | 1 |
| Сопротивление отслоению галтели | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 3 | 5,5 |
| Паяемость | 4 | 2 | 3 | 5 | 5 | 10 |
| Технологичность | 3 | 1,5 | 1,5 | 5 | 4 | 10 |
| Надежность | 3 | 1,5 | 1,5 | 4 | 5 | 6 |
| Пригодность к переработке | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2 | 6 |
| Стоимость | 4,5 | 4,5 | 4,5 | 1,5 | 1 | 1,5 |
| Доступность | 1,5 | 3 | 4 | 1,5 | 1 | 6 |
| Общее число очков | 26 | 21 | 23 | 28 | 27 | 46 |
Выбор большинства производителями электроники сплава Sn/Cu0,7 для пайки волной во многом объясняется его невысокой стоимостью и доступностью.
Рекомендации по применению
В процессе пайки волной припоя состав припоя постоянно меняется, в основном снижается содержание олова. Кроме того, припой насыщается примесями. Увеличение количества дефектов, появление матовых и пористых паяных соединений свидетельствует о загрязнении припоя примесями. Примеси оказывают влияние на текучесть припоя, припой становится более вязким, появляются перемычки и сосульки припоя, что приводит к дорогостоящим и трудоемким ремонтным работам.
Для достижения высоких результатов пайки необходима организация эффективного контроля примесей в припое. Контроль примесей осуществляется путем химического анализа припоя. Проверка включает:
- выборочный анализ нового припоя загружаемого в ванну (при пополнении или замене), если используется высокочистый припой, анализ производится производителем и каждая партия сопровождается данными по количеству примесей;
- анализ в ванне установки пайки волной припоя проводится не реже 1 раза в месяц для установок с загрузкой ванны 100-110 кг и не реже 1 раза в 3 месяца для установок с загрузкой больше 300 кг.
Табл. 15. Влияние примесей в припое на образование дефектов
| _ | Рекомендованный уровень для пополнения или замены (%) |
Критический уровень примесей (%) | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Ag | --- | --- | Серебро не влияет на качество пайки приблизительно до 2 %. Выше этого уровня пайка визуально становится гранулированной и более грубой. |
| Cu | 0,5 | 1,1 | Выщелачивание меди из печатного узла и компонента ведет увеличению концентрации меди. Корректировать рекомендуется чистым оловом или Sn99.9 меди не более чем 0,9 %. Некоторые процессы могут проходить с более высокими концентрациями меди, однако при более высоких температурах. |
| Zn | 0,002 | 0,004 | Цинк является частой причиной формирования мостов и сосулек. Свыше 0,004 % гранулированный внешний вид паек в худшем случае - может привести к уменьшению механической прочности. |
| Cd | 0,003 | 0,005 | Кадмий вызывает формирование мостов и сосульки. |
| Sb | 0,1 | 0,2 | Возможен отрицательный эффект – уменьшение растекаемости припоя. |
| As | 0,03 | 0,06 | Мышьяк уменьшает смачиваемость при концентрации свыше 0,03 %. |
| Fe | 0,03 | 0,04 | При концентрации железа 0,03 % и больше этого уровня пайка визуально становится гранулированной. |
| Bi | 0,2 | 0,4 | В низкой концентрации висмут оказывает положительное влияние - на усталостные характеристики пайки. При переходе на бессвинцовую технологию следует быть внимательным, так как висмут даже в малой концентрации может привести к образованию фаз с низкими температурами плавления. |
| Al | 0,002 | 0,005 | Даже маленькие концентрации может увеличить шламообразование. |
| Ni | 0,03 | 0,05 | Высокие концентрации увеличивают шламообразование. |
| In | 0,002 | --- | Отрицательные эффекты не известны. |
| Au | 0,08 | 0,01 | При концентрации золота 0,1 % и выше увеличивается вязкость припоя. Спаянное соединение становилось тусклым. |