В апреле текущего года ЗАО Предприятие Остек представило российским потребителям новую технологию пайки NanoBond и после этого у отечественных производителей и разработчиков электроники появилось много вопросов: Что это за технология? Что за материал? Что спаивает? Какое оборудование необходимо? И так далее… Много, много вопросов… Автор статьи отвечает на большинство из них.
Итак, давайте начнем с ответа, наверное, на самый актуальный вопрос: что такое NanoFoil?
NanoFoil – фольга, состоящая из тысяч нанослоев алюминия и никеля, которые реагируют экзотермально при подаче импульса энергии (рис.1). Активируясь, фольга создает и поддерживает реакцию, она действует, как быстрый и управляемый, ограниченный по области воздействия источник высокой температуры (реакция сопровождается выделением большого количества тепла), который расплавляет прилегающие слои припоя, соединяя компоненты вместе. Этот процесс называют NanoBond. При этом не возникает необходимости нагревать всю сборку для осуществления процесса пайки, что позволяет соединять компоненты с различными КТР без возникновения существенных термомеханических напряжений.
Процесс NanoBond может применяться во всех случаях, когда соединение осуществляется с помощью припоев. Компания Indium провела успешные испытания для пайки отдельных компонентов, сборки печатных плат, монтажа теплоотводов и крепления больших разъемов. Технология NanoBond имеет следующие преимущества: процесс пайки протекает при комнатной температуре;
процесс не требует нагрева всего изделия;
длительность процесса – доли секунд;
нет необходимости создания специальной атмосферы.
Рассмотрим процесс пайки с использованием технологии NanoBond последовательно.
Шаг 1. Вырезанная под определенную форму фольга NanoFoil (как и чем вырезать фольгу требуемого размера и технологию этой операции мы рассмотрим ниже) аккуратно помещается между двумя поверхностями, которые нужно соединить с помощью пайки.
Если спаиваемые по технологии NanoBond поверхности не покрыты припоем, то необходимо использовать припой для пайки в виде преформы или фольги (рис.2).
Пайку с использованием фольги NanoFoil можно реализовать без дополнительного припоя, если соединяемые поверхности покрыты припоем, т.е. облужены (рис.3).
Для технологии NanoBond используются припои с температурой плавления до 350оС, максимальная площадь пайки – 1 м2 (установлена в лаборатории корпорации Indium в результате экспериментальных исследований).
Шаг 2. Подготовка поверхностей. Спаиваемые поверхности должны быть плоскими, ровными, параллельными и чистыми. Когда спаиваемые поверхности предварительно покрыты припоем, желательно удалить с поверхностей оксидную пленку механически или химически. Для удаления оксидной пленки, как правило, достаточно 10%-ного раствора соляной кислоты.
Шаг 3. Точное совмещение спаиваемых поверхностей и приложение давления в течение технологического процесса обеспечивают качество пайки.
Для обеспечения полного и качественного смачивания спаиваемых поверхностей важно точно совместить преформы из припоя, NanoFoil и спаиваемые поверхности. Также необходимо приложить давление на компоненты (рис.4) – это позволит расплавленному припою равномерно распределиться и полностью смочить спаиваемые поверхности. Например, при использовании компонентов, предварительно покрытых индием, при пайке необходимо приложить давление 3,52 кгс/см2. Не рекомендуется снимать давление до окончания процесса пайки.
Структура паяного соединения, полученного с использованием фольги NanoFoil, показана на рис.5.
Шаг 4. Активация NanoFoil. Фольга NanoFoil активируется локальным небольшим импульсом энергии, который может быть создан практически любым источником энергии: оптическим, электрическим (рис.6) или термическим.
Воздействие энергетического импульса на NanoFoil инициирует химическую реакцию, сопровождающуюся выделением тепловой энергии в количестве, необходимом для расплавления припоя и осуществления пайки.
После химической реакции в месте пайки остается соединение Al-Ni, перемешанное с припоем.
Ниже приведен список оборудования, которое может использоваться для процесса NanoBond. Оборудование может быть заменено эквивалентным, например, активация NanoFoil может быть произведена с помощью лазера, а не электрическим источником энергии.
Оборудование: цифровой калибровочный пресс со столиком-подставкой, регулируемым по высоте (рис.7); инструмент для активации (рис.8); пластиковый или металлический пинцет.
Жестких требований к набору оборудования, необходимого для процесса NanoBond, нет, но для правильного протекания процесса пайки по данной технологии необходимы давление и энергия, активирующие NanoFoil, а главное – сама фольга NanoFoil, вырезанная по строго определенной форме и размеру.
Резка. При выполнении операции резки фольги NanoFoil необходимо применять средства индивидуальной защиты (перчатки и защитные очки). Также для резки требуется стеклорез с алмазным резаком; уголок; линейка; антистатическая защита.
Рассмотрим порядок действий при резке NanoFoil (рис.9).
Сначала необходимо отмерить и разметить лист фольги NanoFoil по заданным размеру и форме. При разметке рекомендуется давать небольшой допуск – это гарантирует перекрытие фольгой места пайки и компенсирует потери при резке. Необходимо обязательно предусмотреть открытую (выступающую или легкодоступную) часть фольги, через которую будет удобно проводить ее активацию.
Теперь найдем место, где будем резать NanoFoil – выберем правильную поверхность или подложку. Место для резки – это, конечно, устойчивый стол, а вот в качестве поверхности рекомендуется использовать пластиковый антистатический коврик. Тут пригодится пластиковый уголок или линейка, ее очень удобно использовать, чтобы стеклорез двигался точно по линии. Стеклорез помещается в начало линии разметки и ведется вдоль нее. Уголок или линейку нужно плотно прижимать к NanoFoil, для того чтобы при резке не возникало смещения, но не слишком сильно, иначе можно повредить фольгу.
Иногда может понадобиться несколько проходов стеклореза до полного разреза фольги.
После того как фольга NanoFoil вырезана и имеет необходимый размер, спаиваемые поверхности подготовлены можно проводить дальнейшие операции.
Активация NanoFoil. Активация фольги NanoFoil – это самая важная и ответственная часть процесса NanoBond. Рассмотрим все виды активации.
Активация электричеством. Фольга активируется кратковременным точечным контактом с источником тока (5 В, 10 А), при этом ток короткого замыкания для активации фольги должен быть 100–120 А для контактов диаметром 15 мкм и 250–300 А для контактов диаметром 300 мкм.
Активация лазером. В таблице приведены типы лазеров, которые можно использовать для активации NanoFoil.
NanoFoil может активироваться и от многих других источников энергии, выделяющих большое количество тепла, таких как ИК-лампы или открытое пламя.
Иными словами, NanoFoil активируется при нагревании до 200°C или с помощью любого способа нагрева, обеспечивающего увеличение температуры фольги с градиентом 200°C/мин. При меньшем градиенте энергии будет недостаточно для начала стабильной реакции в NanoFoil и паяное соединение будет некачественным.
Теперь, наверно, остался только один вопрос “как опробовать процесс NanoBond на практике для решения конкретной технологической задачи?”. Для решения этого вопроса корпорация Indium разработала специальный испытательный набор NanoFoil для опробования и отработки технологии.
Состав испытательного набора (рис.10): батарея (9 В) с выводами для активирования NanoFoil; металлический пинцет; стеклорез с алмазным резаком; четыре покрытых оловом медных пластины; зажимы для обеспечения давления и надежной фиксации пластин; шесть кусочков фольги NanoFoil NF40 размером 2,5x2,5 мм (толщина 40 мкм); руководство пользователя NanoFoil и видеодемонстрация.
Правила использования испытательного набора NanoFoil. Аккуратно пинцетом берется один из кусочков фольги и помещается между двумя медными покрытыми оловом пластинами. Поместить фольгу надо так, чтобы осталась небольшая область, доступная для активации. Медные пластины надо класть аккуратно, не бросать, иначе можно вызвать активацию.
Для создания давления необходимо использовать зажимы из набора для фиксации пластин между собой.
Подготовленный пакет помещается на устойчивую поверхность, желательно из неподдерживающего горения материала, фольга NanoFoil активируется прикосновением к ее открытой поверхности одновременно двумя проводниками, присоединенными к батарее 9 В.
Дополнительную информацию по NanoFoil, а также по всем материалам, производимым корпорацией Indium, можно получить по телефону: (495) 788-44-44 (отдел технологических материалов) или по электронной почте materials@ostec-group.ru. При желании Вы можете приобрести испытательный набор NanoFoil или саму фольгу NanoFoil NF40-A1.
NanoFoil – фольга, состоящая из тысяч нанослоев алюминия и никеля, которые реагируют экзотермально при подаче импульса энергии (рис.1). Активируясь, фольга создает и поддерживает реакцию, она действует, как быстрый и управляемый, ограниченный по области воздействия источник высокой температуры (реакция сопровождается выделением большого количества тепла), который расплавляет прилегающие слои припоя, соединяя компоненты вместе. Этот процесс называют NanoBond. При этом не возникает необходимости нагревать всю сборку для осуществления процесса пайки, что позволяет соединять компоненты с различными КТР без возникновения существенных термомеханических напряжений.
Процесс NanoBond может применяться во всех случаях, когда соединение осуществляется с помощью припоев. Компания Indium провела успешные испытания для пайки отдельных компонентов, сборки печатных плат, монтажа теплоотводов и крепления больших разъемов. Технология NanoBond имеет следующие преимущества: процесс пайки протекает при комнатной температуре;
процесс не требует нагрева всего изделия;
длительность процесса – доли секунд;
нет необходимости создания специальной атмосферы.
Рассмотрим процесс пайки с использованием технологии NanoBond последовательно.
Шаг 1. Вырезанная под определенную форму фольга NanoFoil (как и чем вырезать фольгу требуемого размера и технологию этой операции мы рассмотрим ниже) аккуратно помещается между двумя поверхностями, которые нужно соединить с помощью пайки.
Если спаиваемые по технологии NanoBond поверхности не покрыты припоем, то необходимо использовать припой для пайки в виде преформы или фольги (рис.2).
Пайку с использованием фольги NanoFoil можно реализовать без дополнительного припоя, если соединяемые поверхности покрыты припоем, т.е. облужены (рис.3).
Для технологии NanoBond используются припои с температурой плавления до 350оС, максимальная площадь пайки – 1 м2 (установлена в лаборатории корпорации Indium в результате экспериментальных исследований).
Шаг 2. Подготовка поверхностей. Спаиваемые поверхности должны быть плоскими, ровными, параллельными и чистыми. Когда спаиваемые поверхности предварительно покрыты припоем, желательно удалить с поверхностей оксидную пленку механически или химически. Для удаления оксидной пленки, как правило, достаточно 10%-ного раствора соляной кислоты.
Шаг 3. Точное совмещение спаиваемых поверхностей и приложение давления в течение технологического процесса обеспечивают качество пайки.
Для обеспечения полного и качественного смачивания спаиваемых поверхностей важно точно совместить преформы из припоя, NanoFoil и спаиваемые поверхности. Также необходимо приложить давление на компоненты (рис.4) – это позволит расплавленному припою равномерно распределиться и полностью смочить спаиваемые поверхности. Например, при использовании компонентов, предварительно покрытых индием, при пайке необходимо приложить давление 3,52 кгс/см2. Не рекомендуется снимать давление до окончания процесса пайки.
Структура паяного соединения, полученного с использованием фольги NanoFoil, показана на рис.5.
Шаг 4. Активация NanoFoil. Фольга NanoFoil активируется локальным небольшим импульсом энергии, который может быть создан практически любым источником энергии: оптическим, электрическим (рис.6) или термическим.
Воздействие энергетического импульса на NanoFoil инициирует химическую реакцию, сопровождающуюся выделением тепловой энергии в количестве, необходимом для расплавления припоя и осуществления пайки.
После химической реакции в месте пайки остается соединение Al-Ni, перемешанное с припоем.
Ниже приведен список оборудования, которое может использоваться для процесса NanoBond. Оборудование может быть заменено эквивалентным, например, активация NanoFoil может быть произведена с помощью лазера, а не электрическим источником энергии.
Оборудование: цифровой калибровочный пресс со столиком-подставкой, регулируемым по высоте (рис.7); инструмент для активации (рис.8); пластиковый или металлический пинцет.
Жестких требований к набору оборудования, необходимого для процесса NanoBond, нет, но для правильного протекания процесса пайки по данной технологии необходимы давление и энергия, активирующие NanoFoil, а главное – сама фольга NanoFoil, вырезанная по строго определенной форме и размеру.
Резка. При выполнении операции резки фольги NanoFoil необходимо применять средства индивидуальной защиты (перчатки и защитные очки). Также для резки требуется стеклорез с алмазным резаком; уголок; линейка; антистатическая защита.
Рассмотрим порядок действий при резке NanoFoil (рис.9).
Сначала необходимо отмерить и разметить лист фольги NanoFoil по заданным размеру и форме. При разметке рекомендуется давать небольшой допуск – это гарантирует перекрытие фольгой места пайки и компенсирует потери при резке. Необходимо обязательно предусмотреть открытую (выступающую или легкодоступную) часть фольги, через которую будет удобно проводить ее активацию.
Теперь найдем место, где будем резать NanoFoil – выберем правильную поверхность или подложку. Место для резки – это, конечно, устойчивый стол, а вот в качестве поверхности рекомендуется использовать пластиковый антистатический коврик. Тут пригодится пластиковый уголок или линейка, ее очень удобно использовать, чтобы стеклорез двигался точно по линии. Стеклорез помещается в начало линии разметки и ведется вдоль нее. Уголок или линейку нужно плотно прижимать к NanoFoil, для того чтобы при резке не возникало смещения, но не слишком сильно, иначе можно повредить фольгу.
Иногда может понадобиться несколько проходов стеклореза до полного разреза фольги.
После того как фольга NanoFoil вырезана и имеет необходимый размер, спаиваемые поверхности подготовлены можно проводить дальнейшие операции.
Активация NanoFoil. Активация фольги NanoFoil – это самая важная и ответственная часть процесса NanoBond. Рассмотрим все виды активации.
Активация электричеством. Фольга активируется кратковременным точечным контактом с источником тока (5 В, 10 А), при этом ток короткого замыкания для активации фольги должен быть 100–120 А для контактов диаметром 15 мкм и 250–300 А для контактов диаметром 300 мкм.
Активация лазером. В таблице приведены типы лазеров, которые можно использовать для активации NanoFoil.
NanoFoil может активироваться и от многих других источников энергии, выделяющих большое количество тепла, таких как ИК-лампы или открытое пламя.
Иными словами, NanoFoil активируется при нагревании до 200°C или с помощью любого способа нагрева, обеспечивающего увеличение температуры фольги с градиентом 200°C/мин. При меньшем градиенте энергии будет недостаточно для начала стабильной реакции в NanoFoil и паяное соединение будет некачественным.
Теперь, наверно, остался только один вопрос “как опробовать процесс NanoBond на практике для решения конкретной технологической задачи?”. Для решения этого вопроса корпорация Indium разработала специальный испытательный набор NanoFoil для опробования и отработки технологии.
Состав испытательного набора (рис.10): батарея (9 В) с выводами для активирования NanoFoil; металлический пинцет; стеклорез с алмазным резаком; четыре покрытых оловом медных пластины; зажимы для обеспечения давления и надежной фиксации пластин; шесть кусочков фольги NanoFoil NF40 размером 2,5x2,5 мм (толщина 40 мкм); руководство пользователя NanoFoil и видеодемонстрация.
Правила использования испытательного набора NanoFoil. Аккуратно пинцетом берется один из кусочков фольги и помещается между двумя медными покрытыми оловом пластинами. Поместить фольгу надо так, чтобы осталась небольшая область, доступная для активации. Медные пластины надо класть аккуратно, не бросать, иначе можно вызвать активацию.
Для создания давления необходимо использовать зажимы из набора для фиксации пластин между собой.
Подготовленный пакет помещается на устойчивую поверхность, желательно из неподдерживающего горения материала, фольга NanoFoil активируется прикосновением к ее открытой поверхности одновременно двумя проводниками, присоединенными к батарее 9 В.
Дополнительную информацию по NanoFoil, а также по всем материалам, производимым корпорацией Indium, можно получить по телефону: (495) 788-44-44 (отдел технологических материалов) или по электронной почте materials@ostec-group.ru. При желании Вы можете приобрести испытательный набор NanoFoil или саму фольгу NanoFoil NF40-A1.
Отзывы читателей
