Выбор паяльной пасты

Выбор паяльной пасты: определение, область применения и для кого предназначено это руководство

Выбор паяльной пасты — это критически важный процесс сопоставления химических и физических свойств припойного материала с вашими конкретными требованиями к сборке печатных плат, плотности компонентов и условиям эксплуатации. Это не просто выбор артикула; это включает в себя балансировку состава сплава, активности флюса и размера частиц для обеспечения надежных электрических и механических соединений. Для руководителей отдела закупок и инженеров это решение напрямую влияет на показатели выхода годных изделий, затраты на доработку и долгосрочную надежность продукции.

Это руководство предлагает структурированный подход к выбору правильной пасты, выходя за рамки базовых технических паспортов и переходя к действенным критериям закупок. Оно предназначено для специалистов, которым необходимо проверять поставщиков и определять надежные спецификации для массового производства. Независимо от того, имеете ли вы дело с компонентами с малым шагом или суровыми условиями эксплуатации, правильный выбор пасты предотвращает дорогостоящие отказы в полевых условиях.

В APTPCB (Завод печатных плат APTPCB) мы на собственном опыте видим, как спецификации пасты влияют на успех производства. Это руководство описывает точные параметры, риски и этапы валидации, необходимые для обеспечения стабильного процесса SMT.

Когда использовать выбор паяльной пасты (и когда стандартный подход лучше)

Как только вы поймете область применения выбора паяльной пасты, следующим шагом будет определение того, требует ли ваш проект специализированного индивидуального выбора или достаточно стандартной заводской пасты. Используйте специализированный процесс выбора, когда:

Компоненты с малым шагом: Вы используете пассивные компоненты 0201, uBGA или CSP, требующие порошка Типа 4 или Типа 5 для обеспечения надлежащего высвобождения из трафарета.
Требования к высокой надежности: Продукт предназначен для автомобильного, аэрокосмического или медицинского секторов, где термоциклирование и виброустойчивость являются обязательными.
Сложные тепловые профили: Плата имеет высокую тепловую массу или чувствительные компоненты, которые ограничивают окно оплавления, требуя пасту с широким технологическим окном.
Чувствительность к пустотам: У вас есть большие контактные площадки заземления (QFNs/LGAs), где образование пустот должно быть минимизировано для рассеивания тепла.
Ограничения по безотмывочной технологии: Применение не допускает остатков флюса, или остаток должен быть химически инертным для предотвращения электромиграции.

Придерживайтесь стандартной пасты производителя, когда:

Стандартная бытовая электроника: В конструкции используются стандартные компоненты 0603+ и корпуса SOIC с умеренной плотностью.
Чувствительность к стоимости: Использование стандартной пасты контрактного производителя (обычно SAC305 Тип 4) позволяет использовать их оптовые цены и отработанные профили.
Быстрое прототипирование: Скорость является приоритетом, и стандартный обзор процесса SMT, предоставленный сборщиком, достаточен для функционального тестирования.

Спецификации по выбору паяльной пасты (материалы, стекап, допуски)

После того как вы определили, что ваш проект требует конкретного выбора паяльной пасты, вы должны четко определить технические характеристики в вашей документации, чтобы избежать двусмысленности во время закупки.

Ключевые спецификации для определения:

Состав сплава:
- Стандартный бессвинцовый: SAC305 (Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5) для общего использования.
- Высокая надежность: SnPb (63/37) для оборонной/аэрокосмической промышленности (применяются исключения).
- Низкотемпературный: SnBiAg для термочувствительных компонентов (переплавка < 170°C).
Тип флюса (IPC J-STD-004):
- ROL0/ROL1: На основе канифоли, низкая активность. Безопасен для безотмывочной пайки.
- ORL0: На органической основе. часто водорастворимый.
- Классификация: Необходимо указать "Безотмывочный" (NC) или "Водорастворимый" (WS).
Размер порошка (IPC J-STD-005):
- Тип 3 (25-45µm): Стандартный шаг (>0.5мм).
- Тип 4 (20-38µm): Мелкий шаг (0.4мм - 0.5мм).
- Тип 5 (15-25µm): Ультрамелкий шаг (<0.4мм, чипы 01005).
Металлическая нагрузка:
- Обычно 88% - 90% по весу. Более высокая металлическая нагрузка уменьшает растекание, но увеличивает вязкость.
Вязкость:
- Диапазон: 1300–2000 пуаз (Malcom). Критически важна для скорости и четкости печати.
Тиксотропный индекс (ТИ):
- Цель: 0.5–0.6. Определяет, как паста разжижается под действием сдвигового напряжения (ракель) и восстанавливает структуру после печати.
Содержание галогенов:
- Безгалогенный: <900ppm Cl/Br, если требуется соответствие экологическим нормам.
Время жизни клейкости:
8 часов. Гарантирует, что компоненты остаются на месте при задержке между установкой и оплавлением.
Срок службы на трафарете:
- 8 часов. Паста не должна высыхать на трафарете в течение непрерывной смены.
Производительность по пустотам:
- Требование класса 3: <25% площади пустот на тепловых площадках BGA/QFN.
Характеристики остатков:
- Должны быть тестируемыми щупом (мягкий остаток) или твердыми/инертными в зависимости от требований ICT.

Производственные риски при выборе паяльной пасты (основные причины и предотвращение)

Определение спецификаций — это только первый шаг; вы также должны предвидеть производственные риски, связанные с выбором паяльной пасты, чтобы внедрить эффективные меры контроля процесса.

Общие риски и стратегии предотвращения:

Образование шариков припоя (Solder Balling):
- Основная причина: Чрезмерное количество оксидов в порошке, проседание пасты, образующее мостики между площадками, или взрывное выделение газов.
- Обнаружение: AOI или визуальный осмотр после оплавления.
- Предотвращение: Выбирайте пасту с высокой стойкостью к окислению; обеспечьте правильную скорость нарастания температуры профиля оплавления.
Эффект "винограда" (Graping) (неоплавленный порошок):
- Основная причина: Флюс исчерпывается до того, как припой расплавится; часто встречается в длинных/горячих профилях.
- Обнаружение: Шероховатая, бугристая поверхность на соединениях (выглядит как виноград).
- Предотвращение: Используйте пасту с флюсом высокой термической стабильности; оптимизируйте настройки профиля оплавления для начинающих, чтобы сократить время выдержки.
Эффект "голова-в-подушке" (Head-in-Pillow, HiP):
- Основная причина: Деформация компонента поднимает шарик BGA; флюс пасты высыхает до того, как шарик опустится обратно.

Обнаружение: Рентгеновский контроль (часто трудно заметить) или функциональный отказ.
Предотвращение: Использовать пасту с отличной смачивающей активностью и технологией барьерного флюса.

Образование пустот (Voiding):
- Основная причина: Летучие вещества, запертые в соединении; дегазация флюса не выходит наружу.
- Обнаружение: Рентгеновский контроль.
- Предотвращение: Оптимизировать зону выдержки для выхода летучих веществ; выбирать специальные составы паст с низким образованием пустот.
Оседание (Slumping):
- Основная причина: Низкая вязкость или низкое содержание металла; слишком высокая температура в принтере.
- Обнаружение: Мостики, наблюдаемые при инспекции паяльной пасты (SPI) или короткие замыкания после оплавления.
- Предотвращение: Поддерживать условия окружающей среды принтера (23-25°C); выбирать пасту с более высокой устойчивостью к холодному оседанию.
Эффект надгробия (Tombstoning):
- Основная причина: Неравномерные силы смачивания; одна сторона плавится/смачивается быстрее другой.
- Обнаружение: Визуальный/АОИ.
- Предотвращение: Использовать эвтектические сплавы или пасты с определенными диапазонами плавления; обеспечить симметрию конструкции контактной площадки.
Коррозия от остатков флюса:
- Основная причина: Активные остатки флюса не полностью инкапсулированы или не очищены.
- Обнаружение: Отказ при тестировании SIR (сопротивление изоляции поверхности).
- Предотвращение: Проверить классификацию ROL0/ROL1; убедиться, что оплавление полностью активирует/инкапсулирует активаторы.
Плохое отделение от трафарета:
- Основная причина: Паста высыхает в апертурах; размер частиц слишком велик для соотношения апертуры.
- Обнаружение: Недостаточный объем в данных SPI.

Предотвращение: Сопоставить тип порошка (Тип 4/5) с размером апертуры; использовать трафареты с нанопокрытием.

Валидация и приемка выбора паяльной пасты (тесты и критерии прохождения)

Для обеспечения снижения вышеуказанных рисков требуется надежный план валидации перед утверждением нового выбора паяльной пасты для массового производства.

Шаги и критерии валидации:

Тест на печатаемость:
- Цель: Проверить выход и четкость пасты.
- Метод: Печать на тестовом образце с изменяющимися соотношениями площади апертуры (от 0,5 до 0,7). Измерение с помощью SPI.
- Приемка: Повторяемость объема CpK > 1,66; отсутствие образования перемычек; эффективность переноса > 80%.
Тест на оседание (IPC-TM-650 2.4.35):
- Цель: Проверить структурную целостность перед оплавлением.
- Метод: Печать специфических шаблонов, нагрев до 150°C в течение 10 минут.
- Приемка: Отсутствие образования перемычек между контактными площадками с зазором 0,2 мм.
Тест на образование шариков припоя (IPC-TM-650 2.4.43):
- Цель: Оценить уровни оксидов и коалесценцию при оплавлении.
- Метод: Оплавить напечатанную точку на керамическом купоне.
- Приемка: Один большой шарик и не более 3 шариков-спутников (предпочтительно).
Тест на баланс смачивания:
- Цель: Проверить активность флюса на конкретных покрытиях (ENIG, OSP, HASL).
- Метод: Измерить силу и время смачивания.
- Приемка: Время смачивания < 2 секунд; отсутствие десмачивания.
Анализ пустот (рентген):
- Цель: Количественно определить процент пустот в тепловых площадках.

Метод: Рентгеновский контроль QFN и BGA на 10 образцах плат.
Приемка: Среднее количество пустот < 15%; наибольшая одиночная пустота < 5%.

Тестирование SIR (Сопротивление изоляции поверхности):
- Цель: Обеспечение электрохимической надежности (отсутствие дендритов).
- Метод: Тест с подачей смещения при 85°C / 85% относительной влажности в течение 168+ часов.
- Приемка: Сопротивление > 100 МОм; отсутствие дендритного роста.
Тест на липкость:
- Цель: Проверка удержания компонентов.
- Метод: Измерение силы липкости в течение 8 часов.
- Приемка: Сила > 100 г через 8 часов.
Окно профиля оплавления:
- Цель: Определение устойчивости процесса.
- Метод: Запуск профилей на низких (холодных) и высоких (горячих) пределах спецификации.
- Приемка: Хорошее смачивание и отсутствие обугливания на обоих крайних значениях.

Контрольный список квалификации поставщика паяльной пасты (запрос коммерческого предложения, аудит, отслеживаемость)

Как только валидация докажет, что материал работает, используйте этот контрольный список для квалификации поставщика и конкретного выбора паяльной пасты для текущих закупок.

Группа 1: Входные данные для запроса коммерческого предложения (Что вы запрашиваете)

Технический паспорт (TDS), подтверждающий сплав, флюс и размер порошка.
Паспорт безопасности (SDS) для соответствия (REACH/RoHS).
Гарантия срока годности (например, 6 месяцев при 0-10°C).
Минимальный объем заказа (MOQ) и размер банки (банка 500 г против картриджа).
Срок поставки для свежих партий (паста не должна быть старше 1 месяца при получении).
Возможность доставки с соблюдением холодовой цепи (включены ли регистраторы данных?).
Ценовые уровни для объема (кг/месяц).
Доступность технической поддержки для оптимизации профиля.

Группа 2: Подтверждение Возможностей

Внутренние лабораторные отчеты о стабильности от партии к партии (вязкость, содержание металла).
Сертификация без галогенов (если применимо).
Доказательства успешного использования с вашей специфической поверхностной обработкой (например, совместимость с OSP).
Референсные клиенты в вашей отрасли (Авто/Мед/Аэро).
Доступность образцов для квалификационного запуска 500 г.
Отчеты о совместимости с выбранными вами чистящими средствами (при промывке).

Группа 3: Система Качества и Прослеживаемость

Сертификация ISO 9001 / IATF 16949.
Система прослеживаемости партий (могут ли они отследить партию порошка и партию флюса?).
Сертификат анализа (CoA) предоставляется с каждой отгрузкой.
CoA включает фактические данные испытаний, а не просто "Прошел".
Политика хранения образцов (как долго они хранят образцы партий?).
Процедура обработки температурных отклонений во время отгрузки.

Группа 4: Контроль Изменений и Доставка

Политика PCN (Уведомление об изменении продукта): минимум 6 месяцев уведомления об изменениях в рецептуре.
Надежность упаковки (изолированные коробки, пакеты со льдом, температурные индикаторы).
Варианты местного складирования для сокращения времени транзита.
Наличие аварийного запаса.
Процедура утилизации/переработки просроченной пасты.
Четкая маркировка даты изготовления и срока годности.

Как выбрать паяльную пасту (компромиссы и правила принятия решений)

При наличии квалифицированного поставщика окончательное решение часто включает компромиссы. Используйте эти правила для завершения выбора паяльной пасты.

Сценарии компромиссов:

Безотмывочная (No-Clean) vs. водорастворимая:
- Правило: Если у вас есть компоненты с низким зазором (QFNs/LGAs), где вода не может вымыть остатки, выберите безотмывочную. Если вам нужны блестящие соединения для визуального осмотра и у вас есть высоконапорная очистка, выберите водорастворимую.
Порошок Тип 4 vs. Тип 5:
- Правило: Если у вас есть компоненты 01005 или BGA с шагом 0,3 мм, выберите Тип 5. В противном случае, выберите Тип 4, чтобы сэкономить затраты и снизить риски окисления (более мелкий порошок окисляется быстрее).
Безгалогенная vs. стандартная:
- Правило: Если конечный клиент требует соответствия "зеленым" стандартам, выберите безгалогенную. Имейте в виду, что безгалогенные пасты часто имеют более узкое технологическое окно и менее эффективно смачивают окисленные контактные площадки.
Высокотемпературный vs. низкотемпературный сплав:
- Правило: Если компоненты не выдерживают 245°C, выберите SnBiAg (низкотемпературный). Обратите внимание, что низкотемпературные соединения хрупкие и имеют более низкую ударопрочность при падении.
Высокая липкость vs. низкая липкость:
- Правило: Если у вас высокоскоростная линия с быстрым движением, выберите высокую липкость, чтобы предотвратить смещение компонентов. Если у вас медленная линия, стандартной липкости достаточно.
Прозрачный остаток vs. тестируемый щупом:

Правило: Если вы используете внутрисхемный тест (ICT), выбирайте тестируемый щупом остаток (мягкий, нелипкий) для предотвращения загрязнения щупов. Если эстетика важнее всего, выбирайте прозрачный остаток.

Часто задаваемые вопросы по выбору паяльной пасты (стоимость, сроки поставки, DFM-файлы, материалы, тестирование)

Уточнение последних деталей помогает оптимизировать процесс закупки паяльной пасты.

В: Как выбор паяльной пасты влияет на общую стоимость сборки печатных плат?

Хотя сама паста дешева, неправильный выбор увеличивает затраты за счет доработок и брака.
Использование порошка Типа 5 вместо Типа 4 увеличивает стоимость материала примерно на 20-30%, но необходимо для обеспечения выхода годных изделий при ультратонком шаге.

В: Каков типичный срок поставки для индивидуальных заказов паяльной пасты?

Стандартные сплавы (SAC305) обычно есть на складе (2-3 дня).
Специальные сплавы (низкотемпературные, высокосвинцовые) или специфические флюсовые составы могут потребовать 2-4 недели срока поставки.

В: Как указать требования к паяльной пасте в моих DFM-файлах?

Включите примечание в производственный чертеж: "Паяльная паста: IPC J-STD-004 ROL0, SAC305, Тип 4".
Убедитесь, что слой трафарета для печатных плат в ваших файлах Gerber соответствует рекомендованным уменьшениям апертур для выбранного типа пасты.

В: Могу ли я использовать старую паяльную пасту, если она хранилась в холодильнике?

Строго соблюдайте срок годности. Даже охлажденная паста может расслоиться или впитать влагу.
Выполните тест на шарики припоя и проверку вязкости, если вам необходимо использовать просроченную пасту для некритических прототипов.

В: Какие испытания требуются для критериев приемки новой марки пасты?

Минимум: Тест на печатаемость (SPI), Баланс смачивания и Анализ пустот.
Для высокой надежности добавьте SIR-тестирование и температурные циклы.

В: Как выбор паяльной пасты влияет на обзор процесса SMT?

Паста определяет профиль оплавления (пиковая температура, время выдержки).
См. наш обзор процесса SMT, чтобы понять, как свойства пасты диктуют скорость линии и настройки печи.

В: Почему "холодное оседание" является критически важной характеристикой для мелкого шага?

Холодное оседание происходит после печати, но до оплавления.
Если паста слишком сильно оседает, она образует мостики между контактными площадками мелкого шага, вызывая короткие замыкания.

В: Проводит ли APTPCB входной контроль качества паяльной пасты?

Да. Мы проверяем температуру хранения, срок годности и проводим визуальные тесты смешивания.
Наша система качества гарантирует, что только соответствующие материалы поступают на производственную линию.

Монтаж SMT и THT: Поймите, как выбор пасты вписывается в общий рабочий процесс сборки.
Услуги по изготовлению трафаретов для печатных плат: Дизайн трафарета должен быть согласован с выбором вашей пасты для оптимального высвобождения.
SPI-инспекция: Узнайте, как мы проверяем объем и выравнивание пасты в реальном времени.
Рекомендации DFM: Правила проектирования, обеспечивающие совместимость ваших контактных площадок со стандартными применениями пасты.
Селективная пайка: Альтернативы оплавлению пасты для плат со смешанными технологиями.

Запросить коммерческое предложение по выбору паяльной пасты (анализ DFM + ценообразование)

Готовы перейти к производству? APTPCB предоставляет комплексный анализ DFM, чтобы убедиться, что ваш выбор паяльной пасты соответствует дизайну вашей платы и требованиям к объему.

Для получения точного коммерческого предложения и анализа DFM, пожалуйста, предоставьте:

Файлы Gerber: Включая слои пасты и сборочные чертежи.
BOM (Перечень материалов): Для идентификации компонентов с малым шагом.
Особые требования: Укажите любые специфические потребности в сплаве (напр., SnPb) или флюсе (напр., водорастворимый).
Объем: Ориентировочное годовое потребление помогает нам планировать закупку материалов.

Заключение: следующие шаги по выбору паяльной пасты

Эффективный выбор паяльной пасты — это баланс химии, физики и контроля процессов. Определяя четкие спецификации для сплава и флюса, понимая риски образования пустот (войдинга) и оплывания (слампа), а также подтверждая производительность посредством тщательного тестирования, вы обеспечиваете высокопроизводительный процесс сборки. Используйте предоставленный контрольный список для квалификации ваших поставщиков и материалов, гарантируя, что каждая печать приводит к надежному паяному соединению.