Несколько лет назад Motorola провела испытания паяльных паст, чтобы определить поставщика паяльных материалов соответствующего всем требованиям компании. На западном рынке существует огромное количество бессвинцовых паяльных паст с температурой пайки около 240°C , большинство из которых, казалось бы, подходит для производства основного продукта Motorola – мобильных телефонов. Однако, было необходимо найти паяльную пасту, обеспечивающую наиболее широкое технологическое окно и при этом имеющую минимальную пиковую температуру пайки для производства всего спектра продукции компании: от автоматических телефонных станций, систем автоматики, компьютеров до, конечно, мобильных телефонов.
Для проведения испытаний было отобрано 19 различных паяльных паст шести производителей. Их заявляемые технические данные соответствовали всем требованиям компании. Оставалось только проверить эти характеристики и соотнести результаты испытаний с заявленными.
В сотрудничестве с выбранными поставщиками паяльных паст были разработаны стандарты компании Motorola, касающиеся требований качества и надежности. Тесты выполнялись в несколько этапов: сначала в зависимости от состава паяльной пасты проверялось ее соответствие заявленным характеристикам, далее каждый образец подвергался глубоким исследованиям на соответствие требованиям компании Motorola:
* Характеристики трафаретной печати: срок жизни на трафарете, способность заполнять контактные площадки на мелком шаге, сохранение клеящих свойств.
* Широкое технологическое окно пайки паяльной пасты: возможность пайки не менее чем девятью различными термопрофилями с минимальной температурой пайки.
* Качество паяных соединений на различных печатных платах. * Тест на поверхностное сопротивление остатков флюса после пайки (SIR-тест).
Компания Multicore Solders для испытаний предоставила паяльную пасту LF320 со следующими заявленными свойствами.
* Минимальная пиковая температура пайки 229°C.
* Широкое технологическое окно пайки.
* Устойчивость к осадке отпечатков пасты.
* Широкое технологическое окно трафаретной печати.
* Длительный срок жизни на трафарете.
* Устойчивость к образованию шариков припоя.
* Бесцветные остатки флюса.
АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ
Контролируемая характеристика: cтабильность отпечатков во времени при трафаретной печати и блокирование окон трафарета < 0,3 мм.
Процесс испытаний
Паяльная паста находилась на трафарете от 0,1 до 4 часов и наносилась через трафарет с окнами различной формы и размеров
* круглые окна от 0,25 до 0,45 мм;
* квадратные окна от 0,3 до 0,625 мм;
* прямоугольные окна от 0,22х1,25 до 4,5х1,25 мм.
Скорость печати паяльной пасты, давление и скорость разделения трафарета с печатной платой устанавливались исходя из рекомендаций каждого производителя на свой продукт.
По требованиям стандартов Motorola процентное соотношение теоретически рассчитанного и нанесенного на контактную площадку объема паяльной пасты должно быть постоянным после печати через 1,3 и 4 часа нахождения паяльной пасты на трафарете.
Оборудование контроля
Результаты трафаретной печати контролировались системой автоматической оптической инспекции. Смазанные отпечатки и заблокированные апертуры трафарета исследовались с использованьем систем визуального контроля.
Блокирование окон трафарета с апертурами < 0,3 мм контролировалось визуально для каждого отрезка времени нахождения паяльной пасты на трафарете. Для этого трафарет подсвечивался с задней стороны.
Результат испытания
Многие паяльные пасты оказались чувствительными к воздействиям окружающей среды (температуры и влажности) из-за нестабильности их флюсующей составляющей. Исследования показали, что характеристики некоторых паст стали ухудшатся сразу же после начала работы. В отличие от них, наилучшие показатели характеристик трафаретной печати были достигнуты на паяльной пасте Multicore LF320. (Рисунок 1.)
Пример теста при котором одна из паяльных паст не прошла испытания при шаге 0,25 мм приведена на Рисунке 2. На фотографии видны полностью и частично заблокированные апертуры, в результате чего наблюдалась нестабильность отпечатков паяльной пасты.
Контролируемая характеристика: cохранение клеящих свойств паяльной пасты после трафаретной печати.
Процесс испытаний
Для определения способности удерживать компоненты, паяльные пасты оценивались на сохранение клеящих свойств, которые проводились в соответствии с тестовыми методами стандарта IPC-TM-650 путем измерения усилия на отрыв щупа диаметром 5 мм с поверхности паяльной пасты. Для проведения испытаний паяльная паста наносилась на керамическую подложку через трафарет толщиной 250 мкм с круглыми окнами диаметром 6,3 мм.
Результат испытания
Клеящие свойства флюса Multicore LF320 сохранялись неизменными непосредственно после трафаретной печати и через 1, 2, 4 и 8 часов.
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙ ПАЙКИ
Так как компания Motorola выпускает широкий спектр продукции, то одно из важнейших направлений исследований было посвящено поиску паяльной пасты с максимально широким технологическим окном пайки. Причем одним из основных требований было относительно невысокая температура пайки для обеспечения пайки чувствительных компонентов. По требованиям Motorola только материал обеспечивающий наиболее широкое окно имел шанс на победу.
Контролируемая характеристика. Максимальное число температурных профилей пайки. (Технологическое окно пайки).
Процесс испытаний
Каждая паяльная паста подвергалась пайке с применением девяти различных температурных профилей, отличающихся разницей температуры между точкой ликвидуса припоя и пиковой температурой пайки. Этот тест проводился с целью отсечь пасты, флюс которых не обеспечивает качественное удаление оксида с поверхности частиц припоя в воздушной атмосфере в процессе пайки.
Результат испытания.
Визуально оценивалось качество оплавления частиц припоя на тестовых площадках диаметром 0,3 мм с медной металлизацией Рисунки 3,4.
Контролируемая характеристика: cмачивание припоем контактных площадок.
Процесс испытаний
Характеристики смачивания исследовались на трех различных типах печатных плат. Были подготовлены три платы с хорошей паяемостью (рисунок 5); три платы предварительно окислены однократным прохождением через печь конвекционного оплавления; три платы окислены трехкратным прохождением через печь конвекционного оплавления. Далее следовали операции трафаретной печати и пайки тестируемых паяльных паст, после чего контролировалась смачиваемость (рисунок 6).
Контролируемая характеристика: пайка паст со смещенными относительно контактных площадок отпечатками.
Испытания проводились для исследования качества пайки неправильно нанесенной паяльной пасты.
Процесс испытаний
Mатериал наносился на 12 тестовых печатных плат с заданным смещением отпечатков относительно контактных площадок: 6 плат c хорошей паяемостью и 6 плат предварительно окисленных разовым прохождением через печь конвекционного оплавления. По две печатных платы паялись непосредственно после трафаретной печати пасты, по две после выдержи в течение 2-х часов после печати паяльной пасты и после выдержи в течение 2-х часов после печати паяльной при относительной влажности 90%, при температуре 30°C. Качество и надежность паяных соединений проверялись ускоренными климатическими испытаниями.
Результат испытания
Качество паяных соединений и наличие шариков припоя на паяльной маске контролировалось визуально рисунок 7.
Контролируемая характеристика: поверхностное сопротивление остатков флюса (SIR тест).
Процесс испытаний
Были изготовлены тестовые печатные платы IPC-B-25 в соответствии стандартом IPC-TM-650. Сопротивление измерялось через равные промежутки времени в интервале от 24 до 168 часов с требованием по допустимому сопротивлению изоляции не менее 100 МОм.
Результат испытания.
Измерения показали, что паяльная паста Multicore LF320 cсоответствует требованиям тестовых методов IPC-TM-650.
Паяльная паста Multicore LF320 прошла (Таблица 1), все испытания и рекомендована к применению на всех заводах компании Motorola.
Испытания, поведенные компанией Motorola показали широкое технологическое окно паяльной пасты Multicore LF320. Как сказал руководитель команды разработчиков Multicore Solders: "Любой производитель может получить прекрасные результаты благодаря большому потенциалу и универсальности паяльной пасты Multicore LF320 заложенной при ее разработке".
В сотрудничестве с выбранными поставщиками паяльных паст были разработаны стандарты компании Motorola, касающиеся требований качества и надежности. Тесты выполнялись в несколько этапов: сначала в зависимости от состава паяльной пасты проверялось ее соответствие заявленным характеристикам, далее каждый образец подвергался глубоким исследованиям на соответствие требованиям компании Motorola:
* Характеристики трафаретной печати: срок жизни на трафарете, способность заполнять контактные площадки на мелком шаге, сохранение клеящих свойств.
* Широкое технологическое окно пайки паяльной пасты: возможность пайки не менее чем девятью различными термопрофилями с минимальной температурой пайки.
* Качество паяных соединений на различных печатных платах. * Тест на поверхностное сопротивление остатков флюса после пайки (SIR-тест).
Компания Multicore Solders для испытаний предоставила паяльную пасту LF320 со следующими заявленными свойствами.
* Минимальная пиковая температура пайки 229°C.
* Широкое технологическое окно пайки.
* Устойчивость к осадке отпечатков пасты.
* Широкое технологическое окно трафаретной печати.
* Длительный срок жизни на трафарете.
* Устойчивость к образованию шариков припоя.
* Бесцветные остатки флюса.
АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ТРАФАРЕТНОЙ ПЕЧАТИ
Контролируемая характеристика: cтабильность отпечатков во времени при трафаретной печати и блокирование окон трафарета < 0,3 мм.
Процесс испытаний
Паяльная паста находилась на трафарете от 0,1 до 4 часов и наносилась через трафарет с окнами различной формы и размеров
* круглые окна от 0,25 до 0,45 мм;
* квадратные окна от 0,3 до 0,625 мм;
* прямоугольные окна от 0,22х1,25 до 4,5х1,25 мм.
Скорость печати паяльной пасты, давление и скорость разделения трафарета с печатной платой устанавливались исходя из рекомендаций каждого производителя на свой продукт.
По требованиям стандартов Motorola процентное соотношение теоретически рассчитанного и нанесенного на контактную площадку объема паяльной пасты должно быть постоянным после печати через 1,3 и 4 часа нахождения паяльной пасты на трафарете.
Оборудование контроля
Результаты трафаретной печати контролировались системой автоматической оптической инспекции. Смазанные отпечатки и заблокированные апертуры трафарета исследовались с использованьем систем визуального контроля.
Блокирование окон трафарета с апертурами < 0,3 мм контролировалось визуально для каждого отрезка времени нахождения паяльной пасты на трафарете. Для этого трафарет подсвечивался с задней стороны.
Результат испытания
Многие паяльные пасты оказались чувствительными к воздействиям окружающей среды (температуры и влажности) из-за нестабильности их флюсующей составляющей. Исследования показали, что характеристики некоторых паст стали ухудшатся сразу же после начала работы. В отличие от них, наилучшие показатели характеристик трафаретной печати были достигнуты на паяльной пасте Multicore LF320. (Рисунок 1.)
Пример теста при котором одна из паяльных паст не прошла испытания при шаге 0,25 мм приведена на Рисунке 2. На фотографии видны полностью и частично заблокированные апертуры, в результате чего наблюдалась нестабильность отпечатков паяльной пасты.
Контролируемая характеристика: cохранение клеящих свойств паяльной пасты после трафаретной печати.
Процесс испытаний
Для определения способности удерживать компоненты, паяльные пасты оценивались на сохранение клеящих свойств, которые проводились в соответствии с тестовыми методами стандарта IPC-TM-650 путем измерения усилия на отрыв щупа диаметром 5 мм с поверхности паяльной пасты. Для проведения испытаний паяльная паста наносилась на керамическую подложку через трафарет толщиной 250 мкм с круглыми окнами диаметром 6,3 мм.
Результат испытания
Клеящие свойства флюса Multicore LF320 сохранялись неизменными непосредственно после трафаретной печати и через 1, 2, 4 и 8 часов.
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОФИЛЕЙ ПАЙКИ
Так как компания Motorola выпускает широкий спектр продукции, то одно из важнейших направлений исследований было посвящено поиску паяльной пасты с максимально широким технологическим окном пайки. Причем одним из основных требований было относительно невысокая температура пайки для обеспечения пайки чувствительных компонентов. По требованиям Motorola только материал обеспечивающий наиболее широкое окно имел шанс на победу.
Контролируемая характеристика. Максимальное число температурных профилей пайки. (Технологическое окно пайки).
Процесс испытаний
Каждая паяльная паста подвергалась пайке с применением девяти различных температурных профилей, отличающихся разницей температуры между точкой ликвидуса припоя и пиковой температурой пайки. Этот тест проводился с целью отсечь пасты, флюс которых не обеспечивает качественное удаление оксида с поверхности частиц припоя в воздушной атмосфере в процессе пайки.
Результат испытания.
Визуально оценивалось качество оплавления частиц припоя на тестовых площадках диаметром 0,3 мм с медной металлизацией Рисунки 3,4.
Контролируемая характеристика: cмачивание припоем контактных площадок.
Процесс испытаний
Характеристики смачивания исследовались на трех различных типах печатных плат. Были подготовлены три платы с хорошей паяемостью (рисунок 5); три платы предварительно окислены однократным прохождением через печь конвекционного оплавления; три платы окислены трехкратным прохождением через печь конвекционного оплавления. Далее следовали операции трафаретной печати и пайки тестируемых паяльных паст, после чего контролировалась смачиваемость (рисунок 6).
Контролируемая характеристика: пайка паст со смещенными относительно контактных площадок отпечатками.
Испытания проводились для исследования качества пайки неправильно нанесенной паяльной пасты.
Процесс испытаний
Mатериал наносился на 12 тестовых печатных плат с заданным смещением отпечатков относительно контактных площадок: 6 плат c хорошей паяемостью и 6 плат предварительно окисленных разовым прохождением через печь конвекционного оплавления. По две печатных платы паялись непосредственно после трафаретной печати пасты, по две после выдержи в течение 2-х часов после печати паяльной пасты и после выдержи в течение 2-х часов после печати паяльной при относительной влажности 90%, при температуре 30°C. Качество и надежность паяных соединений проверялись ускоренными климатическими испытаниями.
Результат испытания
Качество паяных соединений и наличие шариков припоя на паяльной маске контролировалось визуально рисунок 7.
Контролируемая характеристика: поверхностное сопротивление остатков флюса (SIR тест).
Процесс испытаний
Были изготовлены тестовые печатные платы IPC-B-25 в соответствии стандартом IPC-TM-650. Сопротивление измерялось через равные промежутки времени в интервале от 24 до 168 часов с требованием по допустимому сопротивлению изоляции не менее 100 МОм.
Результат испытания.
Измерения показали, что паяльная паста Multicore LF320 cсоответствует требованиям тестовых методов IPC-TM-650.
Паяльная паста Multicore LF320 прошла (Таблица 1), все испытания и рекомендована к применению на всех заводах компании Motorola.
Испытания, поведенные компанией Motorola показали широкое технологическое окно паяльной пасты Multicore LF320. Как сказал руководитель команды разработчиков Multicore Solders: "Любой производитель может получить прекрасные результаты благодаря большому потенциалу и универсальности паяльной пасты Multicore LF320 заложенной при ее разработке".
Отзывы читателей
