КОМПРОМИСС. В ПОИСКАХ ИДЕАЛЬНОЙ ПАЯЛЬНОЙ ПАСТЫ

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

Паяльная паста – этот широко распространенный, вязкий, липкий комочек, который применяется на первом этапе любого процесса поверхностного монтажа, представляет собой удивительный сложный материал. Любая паяльная паста состоит из двух основных компонентов: паяльного порошка (85–90 % веса или 50 % объема) и флюса, который занимает весь оставшийся вес и объем. По сравнению с непростым процессом разработки и производства порошка, флюс и его производство представляет собой гораздо более сложный процесс в силу бесконечных требований к его качеству и ограничений при производстве.

Представьте, что вы занимаетесь организацией праздника и решаете испечь торт с очень точным названием «Терпение» (РИСУНОК 1), который представляет собой один из самых сложных из всех вообразимых рецептов. Вам нужно сначала смешать разные сорта масла, потом отправить смесь на ночь в холодильник, потом из этой смеси испечь отдельные коржи. Потом все коржи нужно тонко разрезать, равномерно покрыть слоями глазури разные части коржей, и все это, чтобы получилось то самое узнаваемое оформление. Процесс, конечно, очень утомительный, но не невозможный. А теперь давайте повысим градус сложности и представим, что нужно приготовить дюжину таких тортов по такой же технологии. Задачка посложней, но по-прежнему осуществима…но только до тех пор, пока вы не узнаете о том, что у вашей новой тещи аллергия на глютин и орехи, а еще она веган, который не ест яйца!

РИСУНОК 1. Торт «Терпение»

Разработка и производство паяльной пасты очень похожа на выпечку торта «Терпение». Подобно отдельным коржам торта, в процессе производства необходимо найти баланс и правильное сочетание различных характеристик и свойств паяльной пасты, при этом так же, как в случае с тещей, у каждого инженера могут быть свои уникальные требования. С точки зрения характеристик, паяльная паста должна отличаться надежностью, пригодностью к печати, способностью к оплавлению, должна соответствовать требованиям инициатив, направленных на защиту окружающей среды, а также производственным требованиям. Любые единичные отклонения в свойствах пасты могут либо улучшить, либо ухудшить ее качество, при этом взаимодействие всех компонентов должно представлять собой постоянный компромисс.

Чтобы вы могли представить сложную систему взаимодействия, посмотрите на лепестковую диаграмму РИСУНКА 2, которая представляет собой перечисление основных свойств флюса в каждой категории характеристик. С учетом 45 основных свойств, а также дополнительных индивидуальных требований заказчика идеальный баланс при разработке формулы флюса требует умения думать на несколько шагов вперед, поскольку идеальная формула должна обеспечить надежность не только процесса сборки, но также процесса эксплуатации готового продукта. Лепестковая диаграмма помогает увидеть компромисс, который был достигнут при разработке формулы флюса, и позволяет провести простое сравнение производительности многообразия продуктов.

РИСУНОК 2. Лепестковая диаграмма свойств флюса

Найти компромисс для 45+ свойств – задача очень непростая: необходимо помнить о том, что одни свойства флюса могут противоречить другим. Активность и свойства флюсового остатка представляют собой пример компромиссных уступок производителей и конечных потребителей. Предпочтение всегда отдается флюсу с высокой активностью, поскольку такой флюс значительно сокращает количество оксидов на сложных для пайки поверхностях, в результате получаются более прочные с механической точки зрения паяные соединения. Флюсы с высокой активностью получают зачастую за счет повышенного содержания ионов, что, в свою очередь, ухудшает электромеханическую надежность. Активность и надежность почти всегда противостоят друг другу.

Еще один источник постоянного компромисса – активность и стабильность пасты. Если слишком увеличить активность флюса, он начнет взаимодействие с оксидами порошковых частиц на поверхности сразу при смешении двух компонентов, что может привести к ухудшению свойств флюса при хранении, а также к потенциальным проблемам и низкому качеству при печати и оплавлении. В среднем паяльная паста состоит из 15–25 компонентов, которые должны не только находиться в гармонии друг с другом, но и не вызывать побочных эффектов при взаимодействии с металлическим порошком и компонентами поверхности вплоть до оплавления в печи, где наше внимание переключается с активности флюса на электромеханическую надежность.

Идеальная паяльная паста обладает высокой активностью и высокими значениями сопротивления изоляции поверхности, она должна быть безопасной для окружающей среды, обеспечивать лучшее с учетом класса пасты качество печати, хороший отлип, невысокий процент порообразования, устранение дефекта типа «подушка», быть пригодной для проведения испытаний игольчатыми зондами, обладать стабильностью во время хранения при комнатной температуре и быть безотмывочной с возможностью легкого удаления остатка. С точки зрения химии и физики это – недостижимый идеал. Достижимый идеал – оптимизированная паяльная паста; и рынок, собственно, предлагает широкий выбор. Цели использования определяют выбор свойств пасты, по этой причине на первом месте стоит выбор флюса, по этой же причине покупателю необходимо помнить о компромиссе при выборе нужного паяльного состава.

Выбирая паяльную пасту, инженеры-технологи зачастую проводят испытания, изучают критерии и на основе полученных данных сравнивают оценочные листы производительности разных паяльных материалов. Правильно оценить свойства пасты помогут три простых совета.

1. Обратите внимание на наиболее важные свойства. Не тратьте время и деньги на проверку основных характеристик. Большая часть современных паяльных паст обладает хорошей производительностью по основным характеристикам; ни один поставщик не захочет тратить время и деньги, чтобы рекламировать материалы с хорошо известными основными недостатками. Вместо этого они идут по пути оптимизации ключевых свойств таким образом, чтобы остальные свойства сохранить на приемлемом уровне.

2. Принимайте в расчет условия эксплуатации, но подойдите к процессу разумно. Испытания в критических условиях, которые не являются репрезентативными с точки зрения ваших условий эксплуатации, могут «затенить» более важные факторы. Лучше проводить испытания в условиях разумного и стандартного технологического окна.

3. Перед выбором образцов пасты обсудите с поставщиком потребности своего производства и стандартные условия эксплуатации. Никто, кроме производителя не знает паяльную пасту лучше, чем ее производитель, и никто, кроме специалистов технической поддержки, не знает всю полноту и ширину ее применения. Как ни странно, все производители выдвигают одинаковые требования, ограничения и условия эксплуатации и способны дать профессиональный совет, который будет полезен на конкретно вашем производстве.

Лучшая паяльная паста – та, которая лучше других способна справиться с задачами процесса монтажа и требованиями технического специалиста, даже если требования со временем изменятся. Производители паяльной пасты ведут непрерывную работу, чтобы соответствовать всем требованиям рынка. И так же, как с тортом «Терпение», пристальное внимание к деталям и глубокое понимание собственных потребностей в настоящем и будущем поможет с легкостью найти компромисс даже в условиях сложного выбора.