Паяльная паста

Паяльная паста — это технологическая смесь, состоящая из порошкообразного припоя и флюса, используемая для соединения электронных компонентов с контактными площадками печатных плат. Она представляет собой вязкую, тиксотропную массу, которая наносится на плату методом трафаретной печати или дозирования, а затем расплавляется в процессе оплавления (пайки), образуя прочное электрическое и механическое соединение. Паяльная паста является ключевым расходным материалом в технологии поверхностного монтажа (SMT — Surface Mount Technology), доминирующем методе сборки современной электроники.

Состав и компоненты

Паяльная паста состоит из двух основных компонентов: порошка припоя и флюсовой основы. Соотношение этих компонентов обычно составляет от 88% до 92% припоя по массе и от 8% до 12% флюса.

Порошок припоя

Порошок припоя представляет собой сферические частицы металла или сплава. Форма частиц должна быть близка к сферической для обеспечения равномерного нанесения и заполнения трафарета. Размер частиц классифицируется по стандарту IPC J-STD-005 (Institute for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits, США). Основные типы (классы) порошка:

Тип 3 (Type 3): Размер частиц 25–45 мкм. Используется для стандартного монтажа с шагом выводов 0,5 мм и более.
Тип 4 (Type 4): Размер частиц 20–38 мкм. Применяется для компонентов с шагом 0,4 мм и для безвыводных компонентов (QFN).
Тип 5 (Type 5): Размер частиц 10–25 мкм. Используется для микроэлектроники, компонентов с шагом менее 0,3 мм и для технологии PoP (Package on Package).
Тип 6 (Type 6) и мельче: Размер частиц 5–15 мкм и менее. Применяются в специализированных областях, таких как сборка светодиодов и микросхем с ультрамелким шагом.

Химический состав припоя определяется типом используемого сплава. Наиболее распространены:

Свинецсодержащие сплавы (Sn63Pb37): Эвтектический сплав олова (63%) и свинца (37%) с температурой плавления 183 °C. Благодаря низкой температуре плавления и хорошей смачиваемости, долгое время был стандартом в электронике. В настоящее время его использование в коммерческой электронике в большинстве стран мира (включая Российскую Федерацию) ограничено или запрещено директивами RoHS (Restriction of Hazardous Substances), за исключением некоторых специальных применений (например, военная и аэрокосмическая техника, где требуется высокая надежность).
Бессвинцовые сплавы (SAC): Наиболее распространен сплав SAC305 (Sn96.5Ag3.0Cu0.5) — олово (96,5%), серебро (3,0%) и медь (0,5%). Температура плавления около 217–220 °C. Другие варианты: SAC387, SAC105, а также сплавы с добавлением никеля, висмута или германия для улучшения свойств.
Специализированные сплавы: Для пайки при низких температурах (например, для термочувствительных компонентов) используются сплавы на основе олова, висмута и индия (SnBi, SnIn). Для высокотемпературной пайки (например, в силовой электронике) — сплавы на основе олова, свинца и серебра (SnPbAg) или высокотемпературные бессвинцовые сплавы.

Флюсовая основа

Флюс выполняет несколько критических функций: удаляет оксидные пленки с поверхности припоя и контактных площадок, предотвращает повторное окисление в процессе нагрева, улучшает смачиваемость и обеспечивает адгезию компонентов до оплавления. Флюсовая основа включает:

Активаторы: Химические вещества (например, канифоль, органические кислоты), которые вступают в реакцию с оксидами.
Растворители: Обеспечивают вязкость пасты и испаряются при нагреве.
Загустители и тиксотропные агенты: Придают пасте необходимую консистенцию и предотвращают растекание после нанесения.
Связующие вещества: Обеспечивают временную фиксацию компонентов.

По типу флюса паяльные пасты делятся на:

Канифольные (Rosin-based): Содержат натуральную или модифицированную канифоль. Остатки после пайки могут быть как неактивными, так и требующими отмывки.
Водорастворимые (Water-soluble): Остатки активно удаляются водой. Требуют обязательной отмывки, так как могут вызывать коррозию.
Безотмывочные (No-clean): Содержат минимальное количество активаторов. Остатки после пайки считаются безопасными и не требуют удаления для большинства применений, однако могут быть недопустимы в высоконадежной или медицинской электронике.

Классификация

Паяльные пасты классифицируются по нескольким параметрам:

По типу сплава: Свинецсодержащие, бессвинцовые, низкотемпературные, высокотемпературные.
По типу флюса: Канифольные, водорастворимые, безотмывочные.
По размеру частиц (тип порошка): Тип 3, Тип 4, Тип 5, Тип 6 и т.д.
По вязкости: Низкая, средняя, высокая. Вязкость подбирается под метод нанесения (трафаретная печать, дозирование).
По степени активности флюса: R (Rosin — низкая активность), RMA (Rosin Mildly Activated — средняя активность), RA (Rosin Activated — высокая активность). В бессвинцовых пастах часто используются более сильные активаторы.

Применение

Процесс использования паяльной пасты в технологии поверхностного монтажа включает несколько этапов:

Нанесение

Паста наносится на печатную плату через трафарет — тонкий лист из нержавеющей стали или никеля с отверстиями, соответствующими контактным площадкам. С помощью ракеля паста вдавливается в отверстия трафарета. После подъема трафарета на плате остается точный отпечаток пасты. Для сложных плат или мелкосерийного производства может использоваться автоматическое дозирование (струйная печать или шприцевое нанесение).

Установка компонентов

На нанесенную пасту с помощью автоматических установщиков или вручную (для прототипов) устанавливаются электронные компоненты (резисторы, конденсаторы, микросхемы). Паста обладает достаточной адгезией, чтобы удерживать компоненты на месте.

Оплавление (Пайка)

Плата с установленными компонентами проходит через конвейерную печь оплавления. Процесс состоит из нескольких температурных зон:

Предварительный нагрев (Preheat): Плата и компоненты медленно нагреваются до температуры около 150–170 °C. Испаряются легколетучие растворители из флюса.
Замачивание (Soak): Температура стабилизируется. Активируется флюс, удаляя оксиды.
Оплавление (Reflow): Температура резко поднимается выше точки плавления припоя (например, до 235–250 °C для SAC305). Частицы припоя расплавляются, сливаются в единое целое и смачивают контактные площадки и выводы компонентов.
Охлаждение (Cooling): Плата быстро охлаждается, припой затвердевает, образуя прочное паяное соединение.

Контроль и отмывка

После пайки плата может подвергаться визуальному контролю, автоматическому оптическому контролю (AOI) или рентгеновскому контролю. При необходимости (для водорастворимых или некоторых канифольных паст) проводится отмывка остатков флюса в специальных моечных машинах с использованием деионизированной воды или растворителей.

Хранение и требования

Паяльная паста является чувствительным к условиям окружающей среды материалом. Основные требования к хранению:

Температура: Хранение в холодильнике при температуре от +2 °C до +10 °C. Замораживание не допускается.
Герметичность: Паста поставляется в герметичных банках или шприцах для предотвращения испарения растворителей и окисления.
Срок годности: Ограничен (обычно от 3 до 6 месяцев с даты производства при соблюдении условий хранения).
Кондиционирование: Перед использованием пасту необходимо выдержать при комнатной температуре (20–25 °C) в течение 2–4 часов для достижения рабочей вязкости. Вскрытие банки до полного прогрева не допускается, так как это приводит к конденсации влаги на поверхности пасты.

Дефекты пайки

Неправильный выбор или использование паяльной пасты может привести к дефектам:

Перемычки (Solder bridges): Избыток пасты или неправильный профиль оплавления приводят к замыканию соседних выводов.
Шарики припоя (Solder balls): Разбрызгивание пасты при быстром нагреве или из-за окисления флюса.
Несмачивание (Non-wetting): Припой не растекается по площадке, что вызвано сильным окислением или недостаточной активностью флюса.
Пустоты (Voids): Газовые полости внутри паяного соединения, возникающие из-за захвата паров флюса.
Гробовой камень (Tombstoning): Один из выводов компонента (обычно пассивного, например, резистора) отрывается от платы в процессе оплавления из-за неравномерного смачивания.

Источники

IPC J-STD-005 — Requirements for Solder Paste.
IPC J-STD-006 — Requirements for Electronic Grade Solder Alloys and Fluxed and Non-Fluxed Solid Solders.
ГОСТ Р МЭК 61191-1-2010 — Сборка печатных узлов. Часть 1. Общие технические требования.
Немолочнов, В. А. Технология поверхностного монтажа: Учебное пособие. — М.: МГИЭМ, 2008.
Бушуев, А. С. Основы технологии поверхностного монтажа (SMT). — СПб.: Издательство СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2015.

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →