Выбор паяльной пасты при производстве радиоэлектронной аппаратуры.
(Или не вся пайка одинаково хороша).
Автор:
Карпов Дмитрий Витальевич
solder@gradiant.ru
В настоящее время, в связи с международной геополитической ситуацией, сложилась очень интересная ситуация в отрасли радиоэлектроники. И если к новостям о дефиците ЭКБ / ЭРИ (компонентной базы и радиодеталей) импортных («не дружественных» стран) мы уже привыкли, то о расходных материалах для пайки, сборочно-монтажного производства, информации звучит гораздо меньше.
С российского рынка ушла продукция известных марок (компаний), чьими паяльными материалами (пастами, припоями, клеями, флюсами, отмывочными жидкостями и пр.), мы привыкли пользоваться- Alpha, Koki, AIM, Indium, Multicore и т.д. Конечно, спасибо некоторым компаниям которые могут поставлять указанные материалы по «параллельному» импорту (учитывая всё новые сложности как в оплате поставщикам, так и «логистическому плечу — «путешествию груза»»), но их конечная стоимость, срок поставки, «остаточный» гарантированный срок применения и вероятность полного неполучения заказа, заставляет призадуматься об их применении на производстве. Для сборки особенно важных/критичных, сложных с технологической точки зрения печатных узлов, мы вынуждены их использовать, но в большинстве случаев мы наблюдаем «импортозамещение» наших партнёров из КНР или появление паяльных материалов российского производства. Наши, отечественные, производственные компании, которые занимаются выпуском расходных материалов для пайки, конечно, стараются выпустить собственную продукцию, но в настоящее время её стоимость (в первую очередь), минимальный объем заказа/производства (на нестандартные позиции) и стабильность качества иногда вызывает вопросы (гораздо реже в последнее время, что не может не радовать). Хотелось бы заметить также, что нашим «партнёрам» — производителям и поставщикам из КНР безусловно интересен российский рынок электронной промышленности (что очень хорошо видно по тематическим выставкам и отраслевым конференциям), появляется много продукции и компаний, которые предлагают паяльные материалы, название которых никто ранее и не слышал.
Проанализировав текущую ситуацию, наша компания, имея значительный практический опыт в производстве и поставке изделий для электротехнической отрасли и имея обширный опыт общения с производителями в Китае, разработала и начала производить паяльные пасты по ТУ 20.59.59-001-30242108-2021 и трубчатые припои по ТУ 24.43.24-001-30242108-2024 ( Все указанные технические условия разработаны и базируются на базе ГОСТ, ОСТ, IPC стандартах). Производственная площадка располагается в КНР, продукция производится по схеме ODM (Original Design Manufacturer).
В дальнейшем, в этой статье, мы будем рассматривать только паяльные пасты. Хотелось бы напомнить, что паяльная паста является основным конструкционным материалом, так как она отвечает за качество паянного соединения на весь срок жизни электронного блока — изделия, она функционирует и обеспечивает электрический и механический контакт между контактной площадкой печатной платы и «ножкой» (поверхностью) компонента. От ее качества и технологии нанесения, оплавления, отмывки (при необходимости)напрямую зависит надёжность и работоспособность изделия. Более того, кроме контроля качества внешнего вида, возможно появление (наличие) скрытых дефектов пайки, которые также отразятся на времени жизни изделия в целом.
В инициативном порядке, нашей компанией, совместно с одним из ведущих предприятий радиоэлектроники России, была проделана работа в части подбора, отработки технологии применения и контроля качества паянного соединения при применении паяльной пасты разных фирм изготовителей и поставщиков. Для тестирования, по общим критериям, мы выбрали самую распространённую и востребованную на производстве пасту. Состав сплава металла Sn62Pb36Ag2, тип пасты 4 (дисперсность) — размер шарика металла от 20 до 38 мкм, флюс «No—Clean» низкоактивный, не требующей отмывки (здесь не будем глубоко вникать в его состав и классификацию «канифольный», «синтетический» или «органический»), дополнительно в техническом задании для производства, указали «Без галогенов» (или с их минимальным/незначительным содержанием). Данный запрос был реализован нашей службой снабжения и мы получили 14 банок паяльной пасты с характеристиками указанными выше (не будем точно указывать от каких поставщиков и какие именно пасты принимали участие в данной работе). Тестирование происходило при одинаковых условиях и режимах работы, мы старались не отклоняться от технологического цикла и маршрута, который установлен на предприятии. Для однозначности восприятия результатов, работы производились на серийно изготавливаемом изделии (печатная плата четвёртого класса точности, имеющая в своем составе монтируемые компоненты с корпусом «BGA»).
В ходе работы было задействовано следующее технологическое оборудование:
— Нанесение паяльной пасты, автоматический принтер DEK Horizon. Трафарет из нержавеющей стали, толщиной 0,127 мм. Ракель сталь, угол 45 градусов (двойной проход), со следующими основными режимами: скорость печати 50 мм/сек, давление 6 кг (полностью не будем приводить значения).
— Установка элементов — автоматические установщики компонентов Hanwha SM421/SM482.
— Пайка — многозонная печь конвекционного типа Hotflow (термопрофиль типа «нагрев-выдержка-пик», настроенный под оловянно-свинцовый сплав).
— Отмывка плат осуществлялась на автоматической установке струйной отмывки с применением специализированной жидкости в соответствии требований ГОСТ Р 70798-2023.
— Межоперационный/промежуточный контроль и контроль качества готового изделия осуществлялся на оптических микроскопах, линзах с подсветкой, установке автоматической визуальной инспекцией и установке рентген контроля.
В итоге была осуществлена пайка тестовых изделий и произведена оценка характеристик паяльных паст до и после оплавления. Основными критериями по которым происходил анализ до оплавления, при нанесении (печати): — Излишек или недостаток паяльной пасты на контактной площадке.
— Нарушение формы печати (растекание, деформации, перемычки и планарность).
Стоит отметить, что все образцы пасты хранились в холодильнике при температуре +5°С, 2 часа конденсировались при комнатной температуре и перед непосредственным использованием перемешивались на планетарном миксере.
Затем был осуществлен контроль качества паянного соединения (оплавления) на следующие виды присутствия дефектов:
— Паяные соединения с трещинами.
— Разрушенные паяные соединения.
— «Холодная» пайка (признаки неполного оплавления — зернистый вид поверхности).
— Качество галтели припоя.
— Отсутствие смачивания или плохая смачиваемость контакта или контактной площадки.
— Наличие перемычек припоя.
Произведена и также качественно оценена отмывка печатного узла и рентген контроль качества пайки.
По всем озвученным выше критериям, экспертами (сотрудник ОТК, инженер технолог участка поверхностного монтажа, оператор линии и монтажник РЭА 6разр.) каждому образцу (наименованию) были проставлены баллы.
Хотелось бы отдельно отметить, что в данной работе присутствовали и субъективные оценки, так как в целом было сложно сделать выбор и многие образцы показали хорошие результаты. Технологическое оборудование было настроено и работало по одним и тем же режимам, то есть не подбирались режимы печати (нанесения) под каждую пасту и не перенастраивался термопрофиль (хотя настоятельно рекомендую это производить и корректировать при запуске в монтаж нового изделия, смене трафарета, смене партии и наименования пасты).
После испытания каждого наименования паяльной пасты трафарет протирался или отмывался в специальном оборудовании.
Содержание полного подробного отчёта с результатами тестирования, является конфиденциальным и разместить его не представляется возможным. Приведём выдержку и общий вид таблицы, которую мы получили в ходе выполнения работы.
Таблица полученных результатов (выдержка).
| №
п/п |
Наименование |
Контроль качества нанесения | Контроль качества оплавления |
Отмывка |
Рентген |
Общий
балл (макс. 40) |
| 1 | Sn62Pb36Ag2
тип 4 (пр-во Япония) |
10 |
10
|
9 |
9
|
38 |
| 2 | Sn62Pb36Ag2
тип 4 Радиант ПП 62,1/36/1,9-4 |
9 |
10 |
9 |
9 |
37
|
| 3 | Sn62Pb36Ag2
тип 4 (пр-во Европа) |
9 |
9 |
8 |
9 |
35 |
| 4 | Sn62Pb36Ag2
тип 4 (пр-во Россия) |
9 |
9 |
8
|
9
|
35 |
| 5 | Sn62Pb36Ag2
тип 4 (пр-во КНР) |
8 |
8
|
8
|
9
|
33 |
| . | ———- | ———- | ———- | ———- | ———- | ———- |
| . | ———- | ———- | ———- | ———- | ———- | ———- |
| 14 | Sn62Pb36Ag2
тип 4 (пр-во КНР) |
6 |
6
|
5
|
5
|
22 |
Ниже приведены некоторые рентген снимки, так как они наиболее объективно и наглядно демонстрируют качество пайки.
Фото 1 (Виднеются значительные количества крупных «пустот»)
Фото2. (Качество пайки нормальное)
Фото3. («Пустоты» присутствуют, незначительно)
Фото4. (Качество пайки нормальное)
Фото5. (Качество пайки нормальное)
Получив оценку образцов паяльной пасты по качеству, добавив к ней стоимость и срок поставки, предприятие на котором производилось тестирование остановило свой выбор на паяльной пасте «Радиант ПП 62,1/36/1,9-4». Стоимость паяльной пасты на среднем уровне (некоторые «китайские» пасты были дешевле, «брендовые» пасты значительно дороже). Указанная паста набрала высокий балл по качеству и показала хороший стабильный результат по применению. Без значительных проблем и сложностей печатные узлы прошли «отмывку» и при ее использовании не было зафиксировано сложных, критически значимых дефектов и отклонений. В планах развития данного направления компанией ООО «Радиант» рассматривается вариант изготовления паяльных паст марки «Радиант» на территории России, но более подробно комментировать пока не будем.
Дополнительно хотелось бы отметить, что данный материал является субъективной оценкой и результатом работы одного предприятия. Так же повторим, что технологическое оборудование было настроено и работало по одним и тем же режимам, если производить подбор параметров под каждое наименование паяльной пасты, то результаты могли бы выглядеть иначе.
