Pasta per saldature - Solder paste

La pasta saldante a volte si riferisce al flusso di saldatura che non contiene saldatura.

La pasta saldante viene utilizzata nella produzione di circuiti stampati per collegare i componenti a montaggio superficiale ai pad sulla scheda. È anche possibile saldare pin con foro passante in componenti di pasta stampando pasta saldante dentro e sopra i fori. La pasta appiccicosa tiene temporaneamente in posizione i componenti; la scheda viene quindi riscaldata, fondendo la pasta e formando un legame meccanico oltre che un collegamento elettrico. La pasta viene applicata alla tavola mediante stampa a getto , stampa a stencil o siringa ; quindi i componenti vengono posizionati da una macchina pick-and-place oa mano.

Uso

La maggior parte dei difetti nell'assemblaggio del circuito stampato è causata da problemi nel processo di stampa della pasta saldante o da difetti nella pasta saldante. Ci sono molti diversi tipi di difetti possibili, ad es. troppa saldatura, o la saldatura si scioglie e collega troppi fili (ponte), provocando un cortocircuito. Quantità insufficienti di pasta danno luogo a circuiti incompleti. Difetti head-in-pillow o coalescenza incompleta della sfera del ball grid array (BGA) e del deposito di pasta saldante, è una modalità di guasto che ha visto una maggiore frequenza dal passaggio alla saldatura senza piombo. Spesso ignorato durante l'ispezione, un difetto della testa nel cuscino (HIP) appare come una testa appoggiata su un cuscino con una separazione visibile nel giunto di saldatura all'interfaccia della sfera BGA e un deposito di pasta rifluito. Un produttore di elettronica ha bisogno di esperienza con il processo di stampa, in particolare le caratteristiche della pasta, per evitare costose rilavorazioni sugli assiemi. Le caratteristiche fisiche della pasta, come viscosità e livelli di flusso, devono essere monitorate periodicamente eseguendo test interni.

Quando si realizzano PCB (circuiti stampati), i produttori spesso testano i depositi di pasta saldante utilizzando SPI (ispezione della pasta saldante). I sistemi SPI misurano il volume dei pad di saldatura prima che i componenti vengano applicati e la saldatura si sia fusa. I sistemi SPI possono ridurre l'incidenza dei difetti relativi alla saldatura a quantità statisticamente insignificanti. I sistemi in linea sono prodotti da varie aziende come Delvitech (Svizzera), Sinic-Tek (Cina), Koh Young (Corea), GOEPEL electronic (Germania), CyberOptics (US), Parmi (Corea) e Test Research, Inc. (Taiwan ). I sistemi offline sono prodotti da varie aziende come VisionMaster, Inc. (USA) e Sinic-Tek (Cina).

Composizione

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Pasta saldante vista al microscopio.

Una pasta saldante è essenzialmente una saldatura in polvere sospesa in pasta fondente . L'appiccicosità del flusso mantiene i componenti in posizione fino a quando il processo di rifusione della saldatura non fonde la saldatura. Come risultato della legislazione ambientale, la maggior parte delle saldature oggi, comprese le paste saldanti, sono realizzate con leghe prive di piombo.

Classificazione

Per taglia

La dimensione e la forma delle particelle metalliche nella pasta saldante determinano quanto bene la pasta si "stampa". Una sfera di saldatura è di forma sferica; questo aiuta a ridurre l'ossidazione superficiale e garantisce una buona formazione del giunto con le particelle adiacenti. Non vengono utilizzate granulometrie irregolari, in quanto tendono a intasare lo stencil, causando difetti di stampa. Per produrre un giunto di saldatura di qualità, è molto importante che le sfere di metallo siano di dimensioni molto regolari e abbiano un basso livello di ossidazione.

Le paste saldanti sono classificate in base alla dimensione delle particelle dallo standard IPC J-STD 005. La tabella seguente mostra il tipo di classificazione di una pasta confrontata con la dimensione della maglia e la dimensione delle particelle. Alcuni fornitori utilizzano descrizioni proprietarie delle dimensioni delle particelle, le descrizioni Henkel/Loctite sono fornite per il confronto.

Denominazione del tipo [IPC] Dimensione della maglia in linee per pollice massimo dimensione in μm
(non maggiore di) 		massimo dimensione in μm
(meno dell'1% più grande di) 		Dimensione delle particelle in μm
(80% min. tra) 		Media dimensione in μm
 min. dimensione in μm
(10% max. in meno di) 		Descrizione della polvere Henkel
Tipo 1 150 150-75 20
Tipo 2 -200/+325 75 75–45 60 20
Tipo 3 -325/+500 45 45–25 36 20 AGS
Tipo 4 -400/+635 38 38–20 31 20 DAP
Tipo 5 -500/+635 30 25 25–10 10 KBP
Tipo 6 -635 20 15 15–5 5
Tipo 7 15 11 11-2
Tipo 8 11 10 8–2

per flusso

Secondo lo standard IPC J-STD-004 "Requisiti per i flussi di saldatura", le paste saldanti sono classificate in tre tipi in base ai tipi di flusso:

I fondenti a base di colofonia sono realizzati con colofonia , un estratto naturale dei pini. Questi flussi possono essere puliti se necessario dopo il processo di saldatura utilizzando un solvente (che include potenzialmente clorofluorocarburi ) o un dispositivo di rimozione del flusso saponificante.

I flussi solubili in acqua sono costituiti da materiali organici e basi glicole. Esiste un'ampia varietà di detergenti per questi flussi.

Un flusso no-clean è progettato per lasciare solo piccole quantità di residui di flusso inerte. Le paste no-clean risparmiano non solo sui costi di pulizia, ma anche sulle spese in conto capitale e sullo spazio sul pavimento. Tuttavia, queste paste necessitano di un ambiente di assemblaggio molto pulito e potrebbero richiedere un ambiente di riflusso inerte.

Proprietà della pasta saldante

Nell'usare la pasta saldante per assemblaggi di circuiti, è necessario testare e comprendere le varie proprietà reologiche di una pasta saldante.

Viscosità
Il grado in cui il materiale resiste alla tendenza a scorrere. La viscosità per una particolare pasta è disponibile dal catalogo del produttore; a volte sono necessari test interni per giudicare l'utilizzabilità residua della pasta saldante dopo un periodo di utilizzo.
Indice tissotropico
La pasta saldante è tixotropica , il che significa che la sua viscosità cambia con la forza di taglio applicata (come l'agitazione o la diffusione). L' indice tissotropico è una misura della viscosità della pasta saldante a riposo, rispetto alla viscosità della pasta "lavorata". A seconda della formulazione della pasta, può essere molto importante mescolare la pasta prima dell'uso, per garantire che la viscosità sia appropriata per una corretta applicazione. Quando la pasta saldante viene spostata dal tergipavimento sullo stencil, lo stress fisico applicato alla pasta fa diminuire la viscosità, consentendo alla pasta di fluire facilmente attraverso le aperture sullo stencil. Quando lo stress sulla pasta viene rimosso, riacquista la sua viscosità, impedendole di scorrere sul circuito.
crollo
La caratteristica della tendenza di un materiale a diffondersi dopo l'applicazione. In teoria, le pareti laterali della pasta sono perfettamente dritte dopo che la pasta è stata depositata sul circuito e rimarrà tale fino al posizionamento del pezzo. Se la pasta ha un valore di slump elevato, potrebbe deviare dal comportamento previsto, poiché ora le pareti laterali della pasta non sono perfettamente dritte. Il crollo di una pasta dovrebbe essere ridotto al minimo, poiché il crollo crea il rischio di formare ponti di saldatura tra due terre adiacenti, creando un cortocircuito.
Vita lavorativa
La quantità di tempo in cui la pasta saldante può rimanere su uno stencil senza influire sulle sue proprietà di stampa. Il produttore della pasta fornisce questo valore.
virata
L'aderenza è la proprietà di una pasta saldante di trattenere un componente dopo che il componente è stato posizionato dalla macchina di posizionamento. Quindi, la tack life è la proprietà fondamentale delle paste saldanti. È definito come il periodo di tempo in cui la pasta saldante può rimanere esposta all'atmosfera senza un cambiamento significativo delle proprietà di adesività. È più probabile che una pasta saldante con una lunga durata del tack fornisca all'utente un processo di stampa coerente e robusto.
Risposta alla pausa
La risposta alla pausa (RTP) è misurata dalla differenza di volume della deposizione di pasta saldante in funzione del numero di stampe e del tempo di pausa. Una grande variazione nel volume di stampa dopo una pausa è inaccettabile poiché ciò causa difetti di fine linea come cortocircuiti o aperture. Una buona pasta saldante mostra una minore variazione nel volume delle stampe dopo la pausa. Tuttavia, un altro può mostrare grandi variazioni e anche una tendenza generale alla diminuzione del volume.

Uso

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Pasta saldante stampata su PCB

La pasta saldante viene in genere utilizzata in un processo di stampa a stencil da una stampante per pasta saldante, in cui la pasta viene depositata su una maschera in acciaio inossidabile o poliestere per creare il motivo desiderato su un circuito stampato . La pasta può essere erogata pneumaticamente , per trasferimento a spillo (dove una griglia di spilli viene immersa nella pasta saldante e poi applicata alla scheda), o per stampa a getto (dove la pasta viene espulsa sui pad tramite ugelli, come una stampante a getto d' inchiostro ) .

Oltre a formare il giunto di saldatura stesso, il supporto/flusso di pasta deve avere un'appiccicosità sufficiente a trattenere i componenti mentre l'assieme passa attraverso i vari processi di fabbricazione, magari spostato all'interno della fabbrica.

La stampa è seguita da un processo completo di saldatura a rifusione .

Il produttore della pasta suggerirà un profilo di temperatura di rifusione adatto per adattarsi alla propria pasta individuale. Il requisito principale è un leggero aumento della temperatura per prevenire l'espansione esplosiva (che può causare "saldatura a palla"), ma attivare il flusso. Successivamente, la saldatura si scioglie. Il tempo in quest'area è conosciuto come Time Above Liquidus . Dopo questo tempo è necessario un periodo di raffreddamento ragionevolmente rapido.

Per un buon giunto saldato, è necessario utilizzare la giusta quantità di pasta saldante. Troppa pasta può provocare un cortocircuito; troppo poco può causare un collegamento elettrico scadente o una forza fisica. Sebbene la pasta saldante contenga in genere circa il 90% di metallo in solidi in peso, il volume del giunto saldato è solo circa la metà di quello della pasta saldante applicata. Ciò è dovuto alla presenza di fondente e altri agenti non metallici nella pasta e alla minore densità delle particelle metalliche quando sospese nella pasta rispetto alla lega solida finale.

Come con tutti i flussi utilizzati nell'elettronica, i residui lasciati possono essere dannosi per il circuito ed esistono standard (ad esempio, J-std, JIS, IPC) per misurare la sicurezza dei residui lasciati.

Nella maggior parte dei paesi, le paste saldanti "non pulite" sono le più comuni; negli Stati Uniti sono comuni le paste idrosolubili (che hanno requisiti di pulizia obbligatori).

Conservazione

La pasta saldante deve essere refrigerata durante il trasporto e conservata in un contenitore ermetico a una temperatura compresa tra 0-10 °C. Dovrebbe essere riscaldato a temperatura ambiente per l'uso.

Recentemente sono state introdotte nuove paste saldanti che rimangono stabili a 26,5 °C per un anno ea 40 °C per un mese.

L'esposizione delle particelle di saldatura, nella loro forma di polvere grezza, all'aria ne provoca l' ossidazione , quindi l'esposizione dovrebbe essere ridotta al minimo.

Valutazione

Il motivo principale per cui è necessaria la valutazione della pasta saldante è perché il 50-90% di tutti i difetti deriva da problemi di stampa. Quindi, la valutazione della pasta è fondamentale.

Questa procedura è abbastanza accurata, ma riduce al minimo la quantità di test necessari per distinguere tra paste saldanti eccellenti e scadenti. Se vengono valutate più paste saldanti, la procedura può essere utilizzata per eliminare le paste scadenti dalla loro scarsa qualità di stampa. Ulteriori test, come le prestazioni di rifusione della saldatura, la qualità del giunto di saldatura e i test di affidabilità, possono quindi essere eseguiti sui finalisti della pasta saldante.

preoccupazioni

Le principali preoccupazioni sulla pasta saldante sono:

  1. Può asciugarsi sullo stencil se tenuto fuori troppo a lungo.
  2. Potrebbe essere tossico.
  3. È costoso e gli sprechi devono essere ridotti al minimo.

Queste tre preoccupazioni hanno contribuito a generare tre sistemi chiusi per la stampa.

  1. DEK ProFlow
  2. Testa della pompa reometrica MPM
  3. Fuji Cross Flow

Guarda anche

Riferimenti

Ulteriori letture