Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 68 из 102)
В последние годы большое внимание уделяется разработке и применению, бессвинцовых припоев. Наряду с приведенными в табл. 3.2 припоями Sn/Ag, Sn/Bi применяются также сплавы системы 99,3Sn/0,7Cu (температура эвтектики ТЕ= 227 °С), 99 Sn/9Zn (ТЕ = 198 °С), 65Sn/25Ag/10Sb (TE = 233 °С), 99,5Sn/3,5Ag/l,OZn(Г/, = 217 °С), 0,5Sn/7,5Bi/2,OAg (ТЕ = 207—212 °С), 95,5Sn/4,OCu/ 0,5Ag (Тпл = 216—222 °С).
Флюс в составе припойных паст предназначен для повышения смачиваемосги, растворения оксидных пленок на поверхности выводов и контактных площадок, а также для предотвращения их окисления в процессе пайки. Он также уменьшает тиксотропность паст со временем.
Следует иметь ввиду, что для эффективного действия флюса необходимо правильно выбрать температурно-временной режим пайки, так как, например если температура разогрева платы повышается слишком быстро, то это приводит к испарению растворителя, входящего в состав флюса и к потере его активности, разложению и выгоранию других компонентов, что ухудшает качество пайки. Если процесс нагрева завершен, то могут не успеть раствориться все оксиды.
В зарубежной электронной технике в настоящее время используются следующие виды флюсов:
R — слабоактивные флюсы на основе канифноли;
RA — канифольные активные флюсы, и состав которых входят галогены, минеральные кислоты и соли аминов; применяются для пайки металлов, имеющих плохую смачиваемость;
RMA — канифольные флюсы средней активности, активированные органическими кислотами, аминами, хлористыми аминами;
О А — органические активные флюсы
Важные требования к флюсам — отсутствие коррозии и возможность их легкого удаления после пайки.
Следует отметить, что для приготовления паст на основе припоя олово— свинец (Sn—РЬ) чаще всего используют слабоактивные канифольные флюсы (RMA), которые не образуют коррозионно-активных остатков. Содержание флюса в пасте порядка 2% при толщине наносимой пасты 0,05—0,25 мм.
Фирма «Heraeus» (Германия) имеет большой опыт в технологии приготовления припойных паст. Этой фирмой разработаны и выпускаются припойные пасты, которые условно можно разделить на три группы: серебросодержащие, золотосодержащие и пасты без благородных металлов.
Отечественные припойные пасты ПП-111, ПП-112, ПП-113 и ПП-114 (табл. 4.5) предназначены для сборочно-монтажных работ, изготавливаются на основе припоя ПОС-61. Самой распространенной (доступной) является слабоактивная канифольная паста ПП-112 АУК 0.029.009 ТУ, но главный ее недостаток заключается в применении хлористого метила при отмывке ПП после пайки.
Паста ПЛ-114 предназначена для водорастворимой очистки. В технологии толстопленочной ГИС используется широкая гамма припойных паст, применение которых допустимо и в технологии поверхностного монтажа (табл. 3.3).
Важной операцией при изготовлении припойных паст является диспергирование расплава припоя, которое может осуществляться в струе газа и ультразвуковым методом. При распылении припоя в струе газа частицы металла обладают высокой кинетической энергией, их фильтрация для отделения из металлогазовой смеси затруднена. Выход такой смеси за пределы рабочего объема опасен и недопустим.
Более приемлемым и безопасным служит ультразвуковой метод диспергирования припоя в мелкий порошок. Для этого метода характерна компактная зона распыления и малая кинетическая энергия частиц. Ультразвуковой метод обеспечивает сферическую форму частиц и малый разброс значений диаметра. Для этих целей применяется отечественная установка ультразвукового диспергирования УД-ЮМ, с помощью которой возможно диспергирование любого низкотемпературного (170—270 °С) припоя в количестве 2—10 кг в смену с размером частиц 0,08 мм. Питание диспергатора осуществляется от ультразвукового генератора УЗПЗ-1,6.
Таблица 3.3. - Отечественные припойные пасты
| Марка пасты | ПП1-180 АУЭО.ОЗЗ 01 2 ТУ | ПП1180Ср АУЭО.ОЗЗ . 012 ТУ | ПП-140 АУЭО.ОЗЗ . 013 ТУ | ПП-250 АУЭО.ОЗЗ. 021 ТУ | ПП-115 АУЭО.ОЗЗ |
| Марка исполь зуемого припоя | ПОС-61 | ПСрОСЗ- 58 | ПСОВИ139 | ПСОВиСУ250 | ПСОВи119 |
| Дискретность частиц припоя, мкм | 20—40 | 20-40 | 20—40 | 20—40 | 40—60 |
| Вязкость по пре- делу растекаемо- сти, мм | 13—23 | 13—23 | 13—23 | 13—23 | 13—23 |
| Температура плавления, °С | 190—230 | 190—230 | 140—155 | 260—290 | 120—130 |
| Гарантийный срок хранения, мес | 3 | 3 | 3 | 4 | 4 |
| Время оплавле- ния, с | 3—5 | 3—5 | 3—5 | 3—5 | 3—5 |
В состав припойных паст вводятся органические наполнители, предназначенные для улучшения распределения порошка по объему композита, обеспечения тиксотропности и связки припоя и флюса в единую массу. Состав органических наполнителей во многих случаях является «know how» фирм. Они имеют сложную структуру, в основе которой лежат синтетические смолы или их комбинации, отличающиеся низкими растворяющими свойствами и невысокой температурой плавления. В состав паст входят также пластификаторы и соединения, вызывающие их тиксотропность. Эти органические наполнители обеспечивают гомогенность паст, замедляют оседание порошка и образование конгломератов.
Длительное хранение паст представляет определенные технические трудности, так как со временем происходит разделение компонентов пасты: отделение флюса, порошка припоя, наполнителей, что приводит к резкому ухудшению свойств паст. Для замедления протекания этих процессов рекомендуется хранение осуществлять при пониженных температурах (2—5 °С) или производить тщательное периодическое перемешивание пасты. Для предотвращения впитывания влаги при охлаждении пасты необходимо хранить в герметичной посуде и лучше в атмосфере аргона, что позволяет предотвратить образование на ее поверхности корки. Пасты могут храниться в таких условиях до 6 мес с сохранением вязкости в пределах+5%.
3.5.2. МЕТОДЫ НАНЕСЕНИЯ ПРИПОЙНОЙ ПАСТЫ
Для нанесения припойной пасты на печатную плату применяются те же методы, что и для нанесения адгезива: метод трафаретной печати и с помощью специальных дозаторов. Наиболее широко используется метод трафаретной печати (рис. 3.12). Его достоинства и недостатки уже рассматривались выше. Для
крупносерийного производства наиболее важным достоинством, определяющим широкое применѐние этого метода, является сочетание высокой производительности с хорошей повторяемостью наносимых сложных рисунков расположения контактных площадок.
Рассмотрим особенности применения метода трафаретной печати для нанесения припойных паст. Метод реализуетcя с помощью металлических или сетчатых трафаретов и металлических шаблонов. Сетчатый трафарет представляет собой жѐсткую рамку, на которой натянута металлическая или неметалличесая сетка (рис. 3.13).
Рис. 3.12. Основные стадии трафаретной печати
Сетка в трафарете является несущей конструкцией для нанесения рисунка топологии контактных площадок с помощью фоточувствительной эмульсии, имеющей заданную толщину, которая совместно с сеткой определяет толщину наносимого слоя припойной пасты. Эту толщину можно рассчитать с помощью следующего выражения :
tпс=tсk + tэ,
где tnc — толщина нанесенного слоя пасты (рис. 3.13); tс — толщина сетки; tэ
— толщина эмульсии; k — коэффициент прозрачности сетки (табл. 3.4).
Рис. 3.13. Расчетная схема толщины слоя припойной пасты, наносимой через сетчатый трафарет
Таблица 3.4 - Параметры сеток для трафаретов
| Материал сетки | Число ячеек на 25 мм | Диаметр провода, мкм4 | Размер окна, мкм | Прозрачн ость, % | Толщина пленки, мкм |
| Полиэстер Нержавеющая сталь | 45 80 | 50 45 | 210 265 | 68 71 | 74 110 |
Как видно из таблицы, сетки трафаретов изготавливаются из полиэстера и нержавеющей стали. Более дешѐвым материалом является полиэстер. Он имеет высокую температуру плавления, хорошую химическую стойкость, стабильность размеров, высокую твердость поверхности, малую величину текучести под нагрузкой, а также низкое влагопоглощение. Однако по сравнению с нержавеющей сталью полиэстер обладает меньшей прочностью,что не позволяет применять для сеток проводники малых диаметров. Поэтому трафареты с сетками из нержавеющей стали выдерживают значительно большие значения растягивающих усилий при натяжении сетки на рамку, что обеспечивает большую точность при нанесении паст на большие рабочие поверхности. Кроме того, за счет меньшего диаметра нитей такие трафареты позволяют получать ячейки большей площади при одном и том же их количестве на единицу поверхности, что обеспечивает их большую прозрачность.