АВТОРЫ: КАРЛ СИЛИГ, ВИЦЕ-ПРЕЗИДЕНТ ОТДЕЛА РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИЙ, И ТИМ О’НИЛЛ, РУКОВОДИТЕЛЬ ОТДЕЛА ТЕХНИЧЕСКОГО МАРКЕТИНГА

Паяльная паста представляет собой сложную смесь металлического порошка, кислот, тиксотропных веществ, растворителей и других химикатов. При смешении всех компонентов реакции и взаимодействия компонентов могут быть разными и сложными. При разработке состава паяльной пасты необходимо принимать в расчет не столько поведение пасты в процессе пайки или печати, сколько факторы стабилизации поведения пасты с учетом времени, температурных колебаний и способа применения.

Трафаретная печать является, пожалуй, самым важным этапом технологического процесса сборки компонентов, поскольку при такой печати закладывается сама основа для дальнейшей сборки. Качественная печать не обязательно устраняет саму возможность ремонта, при этом низкое качество печати гарантированно обещает последующий ремонт. Кроме того, сам процесс монтажа печатной платы плохо защищен от воздействия внешних факторов, таких как, например, рабочие условия, изменение настроек и человеческий фактор в виде посменно работающих операторов. Главное требование к паяльной пасте – минимальная нестабильность в ходе производственных процессов. Любые отклонения производительности пасты могут привести к нежелательным последствиям на линии сборки.

В время разработки паяльной пасты, чтобы обеспечить стабильность результатов, в расчет принимаются такие эксплуатационные условия, как стандартное время, температура и способ применения паяльной пасты. Однако на результативность паяльной пасты могут оказать негативное воздействие любые факторы, не учтенные при разработке в лабораторных условиях. Стабильные показатели производительности паяльной пасты на технологической линии обеспечиваются строгими правилами обращения и хранения пасты: от стадии поставки сырья до стадии трафаретной печати. Любое нарушение этих правил может оказать негативное воздействие на свойства пасты.

Первый этап в цепи правильного обращения и хранения – процесс производства паяльной пасты и ее компонентов. Производство и хранение порошка проходит в строгих условиях и под строжайшим контролем (см. «Выбор сбалансированного решения», издание «CIRCUITSASSEMBL», август 2015 г.). Сырье для флюса требует хранения в контролируемых условиях, при этом сам флюс производится под строжайшим контролем при соблюдении целого ряда мер обеспечения контроля качества. Незначительные отклонения в технологии производства флюса могут привести к целому ряду неудовлетворительных результатов на линии сборки заказчика. Порошок и флюс смешиваются в строгих пропорциях, после этого этапа ответственность за любые отклонения в свойствах пасты переходит от производителя дальше по цепочке к цеху упаковки, доставки, продажи и конечному пользователю.

Процесс упаковки паяльной пасты – трудоемкий и материалоемкий процесс. Паяльная паста хранится охлажденной с минимальным – в несколько секунд – воздействием окружающей среды: это время между подачей пасты в банку до подачи плунжера в банку или до закупорки банки крышкой в картридже. После этого пасту упаковывают в технологичную упаковку, которая сохраняет пасту охлажденной до 30 часов – стандартное время доставки.

Паяльная паста не должна подвергаться воздействию температур; в противном случае может ухудшиться качество, и производительность пасты будет отличаться от расчетной. При повышении температуры увеличивается скорость химических реакций, которые имеют негативное влияние на каждое из свойств паяльной пасты. Если первое время такие изменения могут быть вполне приемлемы, со временем свойства пасты ухудшатся, качество пасты станет еще хуже, чем если бы ее сразу доставили с несоблюдением условий хранения. Незначительные отклонения могут привести к увеличению количества порообразования, ухудшить смачиваемость, паста может засорять апертуры, могут случиться другие нежелательные изменения в технологическом процессе, при этом потребуется вмешательство инженеров, которые будут вынуждены внести определенные корректировки, чтобы улучшить качество печати или конечный результат.

С большой вероятностью паяльная паста подвергается температурным перепадам во время транспортировки. По данным компании «Federal Express», температура в контейнере грузового транспорта в летнее время может быть на 30 °F выше температуры окружающей среды. Например, в г. Феникс, одном из самых жарких городов США, температура зачастую превышает 100 °F (38 °C), при пиковых значениях 116 °F (47 °C). С учетом данных компании «FedEx» о превышении температуры на +30°, реальные температурные показатели могут доходить вплоть до 146 °F (47 °C). Такой температурный режим приводит к активизации компонентов, особенно некоторых оксидорастворяющих веществ паяльной пасты, под действием которых компоненты пасты начинают взаимодействовать друг с другом. Даже в одном из самых холодных городов, Интернашенал-Фолс в штате Миннесота, нынешним летом температура свыше 90° держалась в течение нескольких дней. Это значит, что без надлежащей упаковки паста может подвергаться воздействию температуры свыше 120 °F (49 °C) и инженерам зачастую приходится «подправлять» качество печати золотых SPI-плат.

В процессе транспортировки груз может не только перегреваться, но еще и замораживаться. По данным компании «Fedex», температура на борту широкофюзеляжного авиатранспортного средства варьируется между 65 °F (18 °С) и 90 °F (32 °С). При этом упаковка в грузовом отсеке, в зависимости от наружной конструкции авиатранспортного средства, может находиться при температуре ниже 0 °F (-18 °С).

Подобные условия требуют комплексных мер, которые позволят удостовериться в том, что тщательно разработанная и произведенная по строгих технологическим стандартам паяльная паста поступит к своему заказчику с минимальным воздействием внешней среды при транспортировке, при этом будет соответствовать заявленным свойствам. На РИСУНКЕ 1 показана динамика изменения температуры внутри транспортной тары при помещении ее в термокамеру на пять дней при температуре 104 °F (40 °С).

РИСУНОК 1. Пятидневное испытание. Поведение паяльной пасты при транспортировке (на срок испытания контейнер помещается в термокамеру с температурой 40 °C)

РИСУНОК 2. Время нагревания безотмывочной паяльной пасты SAC305

Итоговое звено нашей цепи – конечный пользователь. Мы может с уверенность сказать, что подавляющее большинство (три четвертых) проблем с паяльной пастой возникает при работе и хранении пасты после ее доставки покупателю. Предлагаем вам ознакомиться с ключевыми правилами работы и хранения паяльной пасты.

  1. Пасту необходимо передать на хранение в соответствии с рекомендациями производителя (как правило, в холодильной установке) немедленно по ее получении. Несмотря на соответствующие наклейки на контейнерах, которые призывают немедленно поместить пасту в холодильную установку, работники склада должны быть готовы принять и передать на хранение соответствующие упаковки в кратчайшие сроки. Большинство транспортных компаний осуществляет автоматическое уведомление технических специалистов или рабочих заказчика о доставке пасты на склад.
  2. Маркируйте каждый контейнер и записывайте в журнал время передачи контейнера на хранение, а также время передачи пасты со склада в работу. Строго соблюдайте правило очередности «первым поступил – первым выдан».
  3. Паста должна нагреться до комнатной температуры естественным образом. Не старайтесь разогреть пасту, не ставьте пасту рядом или непосредственно на нагретые поверхности оборудования, не открывайте крышку банки для этих целей. Если температура пасты ниже температуры конденсации рабочего помещения, на поверхности пасты образуется конденсат. При вступлении металлов и химических веществ в реакцию с влагой, ухудшаются свойства паяльной пасты. На РИСУНКЕ 2 изображено время нагревания замороженной пасты до комнатной температуры.
  4. Перемешайте пасту в банке, строго следуя указаниям производителя. Если паста хранится в картриджах, ее не нужно перемешивать, паста истончается при дисперсионном распределении. Паяльная паста представляет собой тиксотропный материал; под действием сил механической энергии снижается ее вязкость. Если силы не действуют, паста восстанавливает собственную плотность. Перемешивание является этапом подготовки пасты к печати; это действие помогает вам убедиться в том, что при нанесении пасты на трафарет материал распределится по поверхности правильно.
  5. Никогда не смешивайте использованную и новую паяльную пасту. Загрязняющие частицы использованной пасты могут ухудшить качество свежей пасты, что может привести к образованию разных дефектов. Глядя на попытки оценить вложения (порядка 500 000 долларов), необходимые для запуска и эксплуатации линии поверхностного монтажа, с ужасом наблюдаешь способы, за счет которых некоторые специалисты стараются сэкономить несколько граммов паяльной пасты стоимостью в 50 долларов за банку. В некоторых случаях искаженно понимается соотношение между расходами и прибылью.
  6. Производственные условия тоже являются краеугольным камнем с точки зрения стабильности результатов. Идеальные производственные условия: температура 72–80 °F, относительная влажность от 40 до 50 %. При этом инженерам зачастую сложно контролировать условия в силу географического расположения производства, сезонных климатических изменений, а также в силу производственной мощности. Выбор паяльной пасты, которая сможет давать хорошие результаты в определенных производственных условиях – это ключ к высоким производственным показателям, как было сказано в вышеупомянутой августовский статье (август 2015 г.).

И хотя сама паяльная паста представляет собой небольшой серый шарик, ее значение для производственного процесса обратно пропорционально ее размерам. Паста представляет собой фундаментальную основу для более сложных процессов, которые должны протекать «без сучка и задоринки» в любых климатических условиях, на любых поверхностях и при любом типе оборудования. Производителям приходится прилагать огромнейшие усилия, чтобы разработать, произвести и доставить паяльную пасту, характеристики и свойства которой отвечают потребностям их покупателей. Один из наших заказчиков дал очень точное описание паяльной пасты, которое позволяет понять ее подлинную ценность. «Я не печатаю платы. Я печатаю деньги…а паяльная паста – моя краска. Если краска плохая, я не могу печатать деньги, таким образом, необходимость этого материала налицо».