Размер имеет значение: влияние размера припоя на эффективность паяльной пасты

Jul 02, 2023

Время чтения (слов)

Абстрактный

Размер припоя является популярной темой в электронной промышленности из-за продолжающейся тенденции миниатюризации электроники. Обычно задают вопрос: «Когда нам следует перейти от припоя типа 3 к припою меньшего размера?» Размер припоя обычно выбирается в зависимости от требований к печати паяльной пасты. Обычной практикой является использование припоев IPC типа 4 или 5 для трафаретов, соотношение площадей которых ниже рекомендуемого предела IPC 0,66. Влияние размера припоя на качество печати паяльной пасты хорошо документировано.

Размер припоя влияет на эффективность паяльной пасты и другими способами. Срок годности, срок службы трафарета, характеристики оплавления, поведение при пустотах, а также реакционная способность/стабильность зависят от размера порошка припоя. Были проведены испытания для измерения каждого из этих показателей эффективности паяльной пасты для припоев SAC305 типов 3, 4, 5 и 6 IPC как в водорастворимых, так и в не подлежащих очистке паяльных пастах. Данные о производительности для каждого размера припоя в каждом флюсе паяльной пасты были количественно определены и обобщены. По результатам данного исследования даны рекомендации по выбору оптимального размера припоя.

Введение

Размер имеет значение. Это простое утверждение верно для многих вещей в жизни. Маленькие руки лучше подходят для быстрого набора текстовых сообщений. Крупные люди лучше играют на линии нападения или защиты в национальной футбольной лиге. Антитела микроскопически малы, но они играют ключевую роль в нашем здоровье и благополучии. Кому не хочется выпить большую чашку кофе (рис. 1)?

Рисунок 1:Размер имеет значение.

Размер также имеет значение в мире паяльной пасты. Размер припоя, используемого в паяльной пасте, влияет на ее характеристики. Размеры порошков припоя классифицируются по типам в стандарте IPC J-STD-005 (требования к паяльным пастам) [1]. В Таблице 3-2 подробно описаны диапазоны размеров припоя для каждого типа, а отрывок из них показан в Таблице 1.

Основной диапазон размеров частиц обычно связан с типом. Например, размер припоя типа 3 в основном находится в диапазоне размеров 25–45 мкм; поэтому паяльная паста типа 3 может обозначаться как «Тип 3 (25–45 мкм)». На рис. 2 показаны размеры припоя типа 3, 4, 5 и 6.

Таблица 1:Размер порошка припоя (взято из таблицы 3-2 документа IPC J-STD-005A).

Зачем использовать припой типа 4, 5 или 6, а не типа 3? Основная причина использования порошков припоя меньшего размера в паяльной пасте — улучшение качества печати миниатюрных компонентов. По мере уменьшения размера припоя паяльные пасты можно печатать через меньшие отверстия трафарета. Если следовать правилу «5 шариков» из стандарта IPC-7525 по проектированию трафаретов [2], то минимальный размер отверстия, через которое может осуществляться печать, можно рассчитать для каждого размера припоя [3]. Эти расчеты минимального размера отверстия были выполнены с использованием пятикратного максимального размера порошка припоя основного диапазона (Таблица 2).

Фигура 2:Порошки для припоя IPC типов 3, 4, 5 и 6.

Вообще говоря, паяльную пасту типа 3 можно использовать для компонентов размером вплоть до британского размера 0402. Большинство пользователей паяльной пасты предпочитают паяльную пасту типа 4 для 0201 дюймовых размеров, микро BGA и подобных компонентов. Паяльная паста типа 5 используется даже для небольших задач по пайке, таких как компоненты британского стандарта 01005 [4] или когда паста типа 4 не печатает должным образом. Паяльные пасты типов 5 и 6 используются для дозирования, например, при струйной печати. Паяльная паста типа 6 также используется для других задач, требующих сверхтонких элементов [5 и 6].

Таблица 2:Размер припоя и минимальный размер отверстия трафарета для печати по правилу пяти шариков.

Помимо возможностей печати, обеспечиваемых меньшими порошками припоя [7], при использовании порошков припоя меньшего размера происходят и другие изменения в производительности. Трафарет и срок годности паяльной пасты могут сократиться при использовании более мелкого припоя. Порошки припоя меньшего размера имеют более высокую вероятность случайного комкования и скатывания припоя. На поведение пустот также может повлиять изменение размера порошка припоя. Целью данного исследования является количественная оценка характеристик припоев IPC Type 3, 4, 5 и 6 SAC305 (Sn/Ag 3,0%/Cu 0,5%) как в водорастворимых, так и в не подлежащих очистке паяльных пастах. Проведено сравнение и сопоставление экспериментальных данных для каждой паяльной пасты и даны рекомендации по оптимальному использованию каждой паяльной пасты.