Бессвинцовые паяльные материалы AIM

Проблемы бессвинцовой пайки сохраняют свою актуальность среди изготовителей радиоэлектронной техники. Бессвинцовые технологии, еще совсем недавно казавшиеся слишком далекими, чтобы о них беспокоиться, стали реальностью. Запрет на применение свинца в отдельной стране или группе стран неминуемо создаст экономические барьеры между этой и любой другой страной, неспособной обеспечить бессвинцовое производство. Это не может не вызывать беспокойства изготовителей радиоэлектроники, ориентированных на импорт своей продукции. К тому же, подобные барьеры могут возникать и между отдельными компаниями или отраслями промышленности. Эти факторы стимулируют конкуренцию между изготовителями, одни из которых оказываются готовыми к переходу на новые материалы раньше других.
11 октября 2002 г. европейское сообщество одобрило WEEE («Положение об отходах радиоэлектронного и электрооборудования») и RoHS («Положение о применении некоторых опасных веществ в радиоэлектронном и электрооборудовании»), которые касаются применения таких тяжелых металлов как свинец, кадмий, ртуть и шестивалентный хром, а также бромированных огнезащитных составов. С 1 июля 2006 г. эти вещества запрещены к использованию в производстве радиоэлектронной аппаратуры в Евросоюзе.
Компания AIM занимается производством бессвинцовых сплавов и разработкой свободных от свинца технологий с 80-х гг. прошлого столетия, она накопила богатый опыт и обширные знания в этой области. В настоящее время AIM производит широкий ассортимент материалов для пайки без содержания свинца, подходящих  для любых процессов полной технологической линии и отвечающих особенностям конкретных производств. Еще в 1993 г. компания AIM запатентовала семейство сплавов SAC и предложила использовать их в качестве основной замены при переходе на бессвинцовую пайку.
Преимущества бессвинцовых материалов: рентабельность, экологичность, механическая прочность, устойчивость к термической усталости, совместимость с различными бессвинцовыми и содержащими свинец покрытиями.
Припой SAC305 (Sn96,5/Ag3,0/Cu0,5) характеризуется низкой температурой плавления (217–218°С), высокой надежностью паяных соединений, прекрасным смачиванием, совместимостью с любыми флюсами. SAC305 является бессвинцовым припоем, содержащим 95% олова, 3% серебра и 0,25% меди (см. рис.1)

Рис. 1. Бессвинцовый припой с флюсом SAC305

SAC305 может быть рекомендован взамен оловянно-свинцовых припоев Sn63/Pb37 и Sn60/Pb40, припоев для пайки волной, для ручной пайки и трафаретной печати. При пайке волной припоя SAC305 продуцирует незначительное количество шлаков и обеспечивает прекрасное смачивание и прочность паяных соединений. В процессе поверхностного монтажа SAC305 обеспечивает прочные паяные соединения и повышенную механическую усталостную прочность. SAC305 совместим с существующим оборудованием, технологиями, покрытиями и флюсами. Этот припой соответствует требованиям IPC, а также совместим практически со всеми видами флюсов, применяющихся в современной электронике. SAC305 производится в виде безотмывочных, водосмываемых и канифольных паяльных паст и трубчатых припоев. Температурный профиль SAC305 — «нагрев-выдержка-пик» представлен в таблице 1, а его кривая — на рисунке 2, температурный профиль «нагрев-пик» представлен в таблице 2, (кривая — на рисунке 3). Температурные требования отражены в таблице 3.

Рис. 2. Кривая температурного профиля для поверхностного монтажа SAC305 «нагрев-выдержка-пик»

Рис. 3. Кривая температурного профиля для поверхностного монтажа «нагрев-пик»

Преимущества пасты SAC305NC257-2 (Sn42/Bi58): широкий диапазон процесса печати, возможность проведения контактного тестирования без отмывки, снижение полостей под микро BGA, пониженное проявление эффекта «надгробного камня», время жизни на трафарете 24 ч, сохранение клеящих свойств 12–14 ч, отсутствие дефекта типа «голова на подушке», прекрасное смачивание, пониженное проявление эффекта образования бусин припоя, общее содержание металла 88,5%, возможность оплавления в парогазовой печи, флюс REL 0 по IPC классификации флюсов согласно стандарту J-STD-004 (см. рис. 4).

Рис. 4. Бессвинцовая паяльная паста SAC305NC257-2

Паяльная паста SAC305NC257-2 (Sn42/Bi58) разработана для обеспечения максимально широкого диапазона процесса печати, хорошего смачивания и возможности проведения контактного тестирования. Отличная смачивающая способность этой паяльной пасты (см. табл. 4, рис. 5) позволяет получить яркие, гладкие, блестящие паяные соединения и обеспечивает пониженное проявление эффекта образования бусин припоя. Физические свойства пасты представлены в таблице 5.

Рис. 5. Кривая оплавления пасты Sn42/Bi58 для плат с малой плотностью

Паста обеспечивает очень низкий уровень остатков после пайки, что позволяет обеспечить высокую чистоту паяной поверхности и легкое контактное тестирование. Данная паяльная паста содержит химические компоненты для применения в воздушной среде, в условиях избыточной влажности и обеспечивает возможность ее применения в условиях неоптимального состояния окружающей среды. На рисунке 6а, б показана улучшенная смачиваемость пасты SAC305NC257-2. Пример пониженного эффекта образования перемычек припоя показан на рисунке 7а, б. На рисунке 8а, б показано отсутствие дефекта типа «голова на подушке». Обобщенные результаты проведения испытаний пасты SAC 305 NC257-2 по стандарту IPC представлены в таблице 6.

а)	б)
Рис. 6. Пример улучшенной смачивающей способности пасты SAC305: а) – конкурент А; б) – AIM NC257-2

а)	б)
Рис. 7. Пример пониженного эффекта образования перемычек припоя: а) – конкурент А; б) – AIM NC257-2

а)	б)
Рис. 8. Пример отсутствия дефекта типа «голова на подушке»: а) – конкурент А; б) – AIM NC257-2

Рассмотрим два различных профиля оплавления пасты SAC305 (см. табл. 3). Оба они могут использоваться для профилей типа «нагрев-пик» или «нагрев-выдержка-пик», оба имеют равные температуры оплавления. Различие двух профилей заключается в том, когда они достигают пиков  температуры оплавления относительно точки плавления. Менее продолжительный по времени профиль оплавления следует применять для мелкого монтажа, в то время как более продолжительный профиль следует использовать для крупных печатных плат (таких как объединительная плата) или плат с высокой плотностью размещения. Затененные области определяют диапазон процессов. Эффективности печи, размер/масса платы, тип компонентов и плотность их размещения — все эти параметры влияют на окончательный профиль, задаваемый для определенного типа печатных плат. Данные профили являются отправными точками, а для оптимизации процесса рекомендуется оснащение контрольными блоками с термодатчиками.
Паяльные материалы, совместимые с паяльной пастой SAC305 NC257-2:
– бессвинцовый припой в слитках AIM Electropure;
– NC270 VOC Free, не требующий отмывки флюс;
– NC264-5, не требующий отмывки флюс;
– GlowСore, не требующий отмывки трубчатый припой;
– однокомпонентный эпоксидный клей Epoxy 4044;
– однокомпонентный эпоксидный клей Underfill FF35;
– 200AX — очиститель печатного монтажа.
Рассмотрим еще одну бессвинцовую пасту — SAC305NC254 (Sn96,5/Ag3/Cu0,5). Преимущества SAC305NC254: отличное смачивание, время жизни на трафарете 24 ч, в течении 12–14 ч паста сохраняет свои свойства после нанесения, характеризуется расширенными параметрами печати, рекомендуется для установки BGA-элементов. SAC305NC254 обеспечивает расширенные возможности процесса в отношении печати, смачивания и проведения контактных проб. Благодаря улучшенным смачивающим свойствам SAC305NC254 продуцирует блестящие, с гладкой поверхностью паяные соединения, а также имеет очень низкий уровень остатков, которые сохраняются прозрачными и пригодными для контактных проб даже при повышенных температурах, необходимых для бессвинцовых припоев. Паста SACNC254 сокращает образование непропаев под BGA-элементы, устойчива к воздействию влажности и подходит для оплавления в воздушной и газовой средах. Срок годности пасты при хранении в холодильнике при температуре, равной 4°С, составляет 1 год. Профиль оплавления пасты представлен в таблице 7, а кривая оплавления — на рисунке 9.

Рис. 9. Кривая оплавления пасты SAC305NC254

Следует отметить, что из анализа проведенного фирмой AIM, следует, что в настоящее время бессвинцовые сплавы SAC 305 применяют 67% японских компаний по производству радио­электроники.
При использовании бессвинцовых паяльных материалов существенной является проблема особо точной центровки и позиционирования компонентов на плате, тогда как при работе со свинецсодержащими паяльными материалами допустимая ошибка в центровке при установке компонентов может достигать 50%. При оплавлении паяльной пасты происходит их самопозиционирование.
Интерес к бессвинцовой пайке резко возрос. Толчком к этому послужило изменение нормативно-закодательной базы и маркетинговой политики производителей. В ближайшем будущем потребуются дополнительные исследования бессвинцовых припоев и выработка соответствующих нормативно-технических документов, для чего безусловно пригодится наработанный опыт и результаты исследований и испытаний ведущих предприятий приборостроения.