Информационный портал по технологиям производства электроники
Выбор сплава для бессвинцовой пайки волной - ЭЛИНФОРМ
На главную страницу Обратная связь Карта сайта


Продвижение продукции, услуг и решений Реклама на портале
Подготовка технических и аналитических материалов, обзоры, информационный мониторинг Информационные услуги
Профессиональный перевод технических материалов: статей, инструкций, руководств, стандартов и проч. Технический перевод
Подписка на новости Подписаться на новости



Авторизация


Главная » Техническая информация » Статьи » Выбор сплава для бессвинцовой пайки волной
08 февраля 2013

Выбор сплава для бессвинцовой пайки волной

Оглавление:
  1. Выбор сплава для бессвинцовой пайки волной
  2. Выбор сплава для бессвинцовой пайки волной. Результаты испытаний

Статья предоставлена компанией «Itecs»
www.alphametals.ru
Впервые опубликовано в журнале «Технологии в электронной промышленности», №6/2012

Авторы: Ле Рой Бун, Джерард П.Кэмпбел, Лурдес С. Паласио
Перевод: Алексей Максимов, Виталий Щекин
info@alphametals.ru

Надёжность — основа успешной сборки электронного узла

Экологические требования стран Европейского союза, вступившие в силу с 1 июля 2006 года, значительно ограничивают содержание свинца в производстве электрического и электронного оборудования. В данной статье описывается процесс выбора бессвинцового сплава производителями бытовой электроники.

Вот уже на протяжении длительного времени в массовом производстве электроники при пайке волной используется оловянно-свинцовый эвтектический сплав Sn63/Pb37. В связи с необходимостью перехода на бессвинцовую технологию компаниям приходится выбирать нужный для себя сплав. Один из производителей бытовой техники использовал следующий процесс выбора сплава припоя, который состоял из четырёх стадий:

  1. Условия, учитываемые при выборе сплава: показатель числа дефектов на миллион единиц продукции (DPMO), эксплуатационные процессы, совместимость компонентов и платы, эксплуатационная надёжность и общая стоимость владения.
  2. Предварительное рассмотрение доступных сплавов и составление основного списка сплавов.
  3. Экспериментирование с качеством выходных изделий, заключающееся в определении стратегии испытаний и оптимизация технологических параметров.
  4. Последним этапом при выборе сплава является этап проверки надёжности, состоящий из определения теплового цикла и комплексной проверки паяного соединения.

Выход годных изделий проверялся с помощью изменяемой стратегии испытаний. К переменным параметрам можно отнести используемый сплав (SACX или Sn/Cu/Ni), покрытие контактных площадок, флюс, скорость линии конвейера, температуру в ванне с припоем и температуру предварительного нагрева. Результатом процесса стал подсчёт дефектов для каждого цикла тестирования.

Надёжность каждого сплава определялась воздействием резкого перепада температуры в течение 300 циклов в диапазоне от -25° до +85°С. Однако проверить таким образом можно не все компоненты печатного узла. Выбор компонентов для детальной проверки и изучения определялся оценкой тех компонентов, которые будут подвергаться наибольшим нагрузкам. К ним относятся компоненты с большой плоскостью основания (жёсткие выводные контакты), выводные компоненты малого размера, устанавливаемые в сквозные отверстия (резисторы, диоды), бескорпусные компоненты кристалла, а также компоненты, выполненные не из медных сплавов (отводы скрутки, теплоотводы).

Были изучены микроструктуры паяного соединения и обнаружены такие механизмы отказа, как неисправность компонента, отказ вследствие ошибки в проектировании и нарушение структуры подобранного сплава. Микроструктуры сплавов проверены на интрузию и экструзию зерна, а также на образование пустот, затем на основе этих результатов выбран необходимый сплав.

Было установлено, что сплав SACX обеспечивает наилучшую в своём классе надёжность и качество. Наиболее эффективной комбинацией материалов оказалось использование сплава SACX с фольгированным диэлектриком типа FR4 и иммерсионным оловом в качестве защитного покрытия.

Осознанный выбор

Идеальным вариантом стало использование такого бессвинцового сплава для волновой пайки, который обеспечивал бы такую же или более высокую производительность по сравнению со сплавом Sn63/Pb37. К сожалению, аналогов лучше пока не придумано. То, что достижимо на рынке электроники сегодня, — это применение сплавов с разными свойствами для бессвинцовой пайки волной. Для сборщиков печатных плат это означает то, что им приходится выбирать лучший для себя сплав. Большинству производителей электроники приходится проводить предварительные испытания, прежде чем выбрать наиболее подходящий для себя сплав.

К основным критериям сравнительного анализа сплавов относятся такие как: выход годных изделий, эксплуатационный процесс, совместимость компонентов и платы, эксплуатационная надёжность и общая стоимость владения. Все приведенные критерии важны для принятия конечного решения. Индивидуальные пользователи сопоставят важность каждого критерия отдельно в зависимости от конкретных эксплуатационных требований, предъявляемых к готовому устройству, и сложности сборки.

Предварительное рассмотрение сплавов

В списке рассматриваемых сплавов значилось четыре сплава: SAC305, SACX, Sn/Cu/Ni, а также сплав состава Sn96Ag4. В исследовании оценивались различные свойства сплавов. По результатам исследования себестоимость сплавов SAC305 и Sn96/Ag4 оказалась выше, чем у SACX и Sn/Cu/Ni, и их пришлось убрать из списка. Высокое содержание серебра у SAC305 и Sn96/Ag4 по сравнению с SACX и Sn/Cu/Ni повышает стоимость основного материала. По результатам предварительного рассмотрения сплавы SACX и Sn/Cu/Ni оказались более подходящими для бессвинцовой пайки волной, демонстрируя схожую со сплавом SAC305 производительность при меньших затратах.

Определение стратегии испытаний

Для сравнения качества и надёжности сплавов припоя, содержащих разнотипные флюсы с летучими органическими соединениями, а также для оценки покрытия диэлектрических материалов, диапазонов рабочих процессов и вариантов исполнения разработан план тестирования эффективности. В эксперименте также учитывался эффект влияния на оборудование для волновой пайки. Для выявления характеристик и динамики изменения свойств припоя с учетом различных планов эксперимента внесено несколько изменений в стратегию испытаний. Учитывая время и эффективность затрат, была определена упрощённая стратегия испытаний.

Для подготовки к экспериментам сформирована группа инженеров-специалистов. Участники команды определяли важнейшие компоненты для бессвинцовой пайки. На основе данных, полученных в процессе проверки нескольких сотен печатных плат, подвергшихся воздействию резкого перепада температуры, специалисты установили вероятность образования непрочных паяных соединений при наличии одного или нескольких условий:

  • относительное растяжение между компонентами и платой;
  • жёсткая связь между паяными соединениями (обычно при использовании жёстких выводных компонентов);
  • значительное повышение температуры

К компонентам, создающим такие условия, обычно относятся теплоотводы и термозащита, прикручивающиеся или припаивающиеся к плате, энергоёмкие диоды (высокоскоростные переключатели с жёсткими выводами), силовые резисторы с мощностью рассеивания более 2 Вт, стабилизаторы источника питания, транзисторы большой мощности, интегральные микросхемы со звуковыми выводами, трансформаторы, а также контрольные штырьковые выводы. Кроме того, если данные компоненты установлены в так называемом «земляном» слое печатной платы или на плате с высоким содержанием меди, возможно усиление нежелательного дефекта.

Инженерами отмечено, что для точного определения воздействия температурной усталости на выводы компонентов следует наносить не содержащие свинец покрытия. В качестве консультантов по сплавам припоя также выступила вышеупомянутая команда инженеров. Они помогли определить флюс, лучше всего подходящий для ремонта печатных плат. Для этого рассматривалось три варианта: флюс, не содержащий летучие органические соединения, флюс на спиртовой основе и трубчатый припой. Рекомендации по основным компонентам печатной платы, типам диэлектрика и конструкции электронного узла предоставили инженеры по разработке новой продукции.

По результатам проведенной работы компания приняла решение использовать простую и модифицированную стратегию испытаний, состоящую из четырех типов фольгированного диэлектрика: FR4, CEM1, FR2 и FR1. Данные типы диэлектрика использовались на всех платах и нескольких экспериментальных конструкциях. Однако один тип диэлектрика ввиду меньшей надёжности и стоимости пришлось исключить. Среди выбранных защитных покрытий оказались покрытия из иммерсионного серебра и олова, два типа покрытий, образованных выравниваем припоя горячим воздухом HASL (бессвинцовый припой) и четыре органических защитных покрытия. Предполагалось протестировать четыре паяльных сплава, но от двух сплавов пришлось отказаться по причине их высокой себестоимости. В результате осталось два сплава — SACX и Sn/Cu/Ni. Из пяти оцениваемых флюсов было выбрано два наиболее используемых в других экспериментах.

Параметры процесса

Параметры волновой пайки для определения стратегии испытаний:

  • температура в ванне с припоем от 250°С до 260°С;
  • температура нагрева на нижней стороне платы от 115°С до 141°С;
  • время контакта с припоем 2,5 — 3,3 секунды;
  • скорость линии 1,05 м/мин, 1,35 м/мин, 1,80 м/мин;

При тестировании учитывалась только пайка в среде воздуха. Незначительные улучшения качества пайки не смогли компенсировать разницу в себестоимости. Для этого пришлось бы значительно повышать затраты на сам эксперимент. Однако процесс удалось упростить подбором соответствующей партии изделий для каждого расчета.

Страницы статьи: 1  2 

Оцените материал

Оценка полезности информации:
Оценка полноты информации:  
Оценка изложения информации:  
Комментарий:  
 



Новое на форуме

Re: Дозатор высокой точности
Re: Продается оборудование для SMD монтажа
Re: Паяльные пасты Российского производства
Продается линия SMD-монтажа

Последние новости

Госкорпорация Ростех утвердила новый менеджмент «Росэлектроники»
подробнее
«Микрон» совершенствует систему экологического менеджмента в соответствии с новыми стандартами ISO
подробнее
Группа компаний Остек приглашает на тренинг по стандарту IPC-7711/7721 «Восстановление, модернизация и ремонт печатных плат и электронных сборок»
подробнее
Росэлектроника покажет в «Патриоте» более двухсот устройств и систем для нужд обороны
подробнее
Rehm отправится в Индию
подробнее
ЭЛИКС приглашает на семинар-демонстрацию новейшего цифрового осциллографа TEKTRONIX MSO54 5-BW-350
подробнее
Льготные условия на приобретение программного обеспечения Altium Designer по программе Минпромторга
подробнее
© “Элинформ” 2007-2017.
Информационный портал для производителей электроники:
монтаж печатных плат, бессвинцовые технологии, поверхностный монтаж, производство электроники, автоматизация производства