Timothy O'Neill i Gayle Towell
Wraz ze zmniejszaniem się rozmiarów komponentów rośnie zapotrzebowanie na drobniejsze pasty lutownicze. Ale wybór pasty lutowniczej to nie tylko dopasowanie rozmiaru komponentu, ale także optymalizacja procesów drukowania i ponownego rozpływu, aby zapobiec defektom i zapewnić niezawodność.
Niniejszy artykuł analizuje znaczenie rozmiaru proszku pasty lutowniczej, w szczególności skupiając się na tym, kiedy i dlaczego producenci powinni rozważyć zmniejszenie rozmiaru ze standardowych typów na drobniejsze alternatywy.
Wpływ zmienności procesu produkcji proszku lutowniczego
Dokładna metoda tworzenia proszku lutowniczego, a ostatecznie pasty lutowniczej, może się znacznie różnić w zależności od producenta. Te różnice w metodach produkcji mogą prowadzić do bardzo różnych wyników podczas drukowania z określonym rozmiarem pasty.
Innymi słowy, można uzyskać zupełnie inne wyniki, stosując pastę typu 5 od jednego producenta w porównaniu do pasty innego producenta. Co więcej, nieodłączna zmienność w ramach danego procesu produkcji proszku lutowniczego będzie miała tym większy wpływ na wydajność pasty, im mniejszy będzie rozmiar cząstek.
Klasyfikacja wielkości cząstek jest znormalizowana przez IPC, jednak nadal dopuszcza znaczne różnice. IPC określa, że tylko 80% cząstek dla danego typu musi mieścić się w zakresie nominalnym (patrz Tabela 1). Pozostawia to miejsce na różnice w rozkładzie wielkości cząstek między producentami, co może znacząco wpłynąć na wydajność pasty lutowniczej, w tym drukowalność, zachowanie podczas ponownego rozpływu i niezawodność.
| Typ | Mniej niż 0,5% większe niż | Mniej niż 10% pomiędzy | Co najmniej 80% między | Mniej niż 10% mniej niż |
| Typ 3 | 60 µm | 45-60 µm | 25-45 µm | 25 µm |
| Typ 4 | 50 µm | 38-50 µm | 20-38 µm | 20 µm |
| Typ 5 | 40 µm | 25-40 µm | 15-25 µm | 15 µm |
| Typ 6 | 25 µm | 15-25 µm | 5-15 µm | 5 µm |
| Typ 7 | 15 µm | 11-15 µm | 2-11 µm | 2 µm |
Tabela 1. Limity rozkładu cząstek według IPC J-STD-005A
Jak zdecydować, kiedy zmniejszyć ilość pasty lutowniczej?
Rozważając zmniejszenie rozmiaru pasty lutowniczej, należy wziąć pod uwagę rozmiar i odstępy między komponentami, środowisko produkcyjne i ustawienia oraz potencjalne wyzwania związane z mniejszymi proszkami.
Ogólnie rzecz biorąc, im mniejsza pasta, tym trudniejszy proces. Z tego powodu ostateczny sukces procesu staje się coraz bardziej zależny od wszystkich opisanych powyżej różnic w metodach produkcji pasty lutowniczej.
Reguła 5 piłek i jej konsekwencje
Powszechną heurystyką stosowaną do określenia rozmiaru proszku jest tak zwana "reguła 5 kulek". "Reguła 5 kulek" sugeruje, że najmniejszy otwór szablonu powinien być co najmniej pięciokrotnie większy od średnicy największych cząstek pasty lutowniczej (patrz Tabela 2).
Na przykład w przypadku pasty lutowniczej typu 4, w której cząstki mają wielkość do 38 µm, najmniejsza apertura do druku wynosiłaby około 190 µm/.004". Jednak gdy przechodzimy do drobniejszych proszków, takich jak typ 6, z cząstkami tak małymi jak 5-15 µm, praktyczne zastosowanie reguły 5 kulek staje się niepewne. Wynika to z faktu, że ekstremalnie małe rozmiary cząstek i ciaśniejsze przestrzenie nie zostały dokładnie przetestowane, a zatem reguła może nie być prawdziwa lub wymagać dostosowania do tych zaawansowanych typów.
| Typ | Dolna granica średnicy otworu szablonu dla reguły 5-kulkowej |
| Typ 3 | 225 µm |
| Typ 4 | 190 µm |
| Typ 5 | 125 µm |
| Typ 6 | 75 µm |
| Typ 7 | 55 µm |
Tabela 2. Dolna granica dla średnic apertury szablonu w oparciu o regułę 5 kulek.
Wyzwania związane ze zmniejszaniem rozmiaru pasty lutowniczej w proszku
Zmniejszenie rozmiaru do mniejszego proszku wiąże się z kompromisami, szczególnie w przypadku najmniejszych rozmiarów proszku. Mianowicie, następujące:
- Mniejsze proszki są trudniejsze w produkcji, a tym samym mają wyższą cenę.
- Mniejsze proszki mają większy stosunek powierzchni do masy, a tym samym większy potencjał utleniania. Skraca to okres przydatności do użycia i czyni je bardziej wrażliwymi na parametry procesu, z wymaganiami dotyczącymi rozpływu azotu dla typu 6 i mniejszych.
- Metody produkcji różnią się w zależności od dostawcy, więc mogą występować znaczne różnice w jakości określonego rozmiaru proszku pod względem kulistości cząstek i rozkładu wielkości cząstek. Różnice te mogą prowadzić do nieoczekiwanych problemów i wad.
- W przypadku drobniejszych proszków konieczne może być dostosowanie konstrukcji szablonu, aby uniknąć takich problemów, jak zatykanie szablonu lub niewystarczające uwalnianie pasty. Obejmuje to uwzględnienie grubości szablonu, rozmiaru otworu i gładkości ścianek.
- Ogólnie rzecz biorąc, im mniejszy proszek, tym mniejsze okno procesu, co oznacza, że ustawienia takie jak nacisk i prędkość rakli muszą być bardzo starannie dobrane.
Dlaczego warto wybrać największy możliwy rozmiar proszku?
Ze względu na znaczące kompromisy, które pojawiają się przy zmniejszaniu rozmiaru, jeśli twoja aplikacja jest bliska progu sugerowanego przez zasadę 5-kulkową, rozsądne może być trzymanie się większego rozmiaru. W rzeczywistości w AIM mieliśmy kilka sytuacji, w których nasza pasta typu 4 przewyższała pastę typu 5 w sytuacjach, które były graniczne, jeśli chodzi o decyzję o zmniejszeniu rozmiaru.
Jako przykład załóżmy, że musisz drukować płytki, w których najmniejszymi komponentami będą 01005. Zalecane przez IPC apertury szablonów dla tych komponentów wynoszą 175 na 250 µm, co może wykraczać poza to, co pasta typu 4 powinna być w stanie wydrukować (≥190 µm).
Jednakże, przy odrobinie pomysłowości, możliwe jest również zastosowanie zaokrąglonej kwadratowej apertury o długości boku 190 µm lub nieco większej dla tych komponentów. Taki kształt otworu maksymalizuje objętość w ciasnych przestrzeniach, jednocześnie poprawiając wydajność transferu.
W tym scenariuszu wydajność transferu można dodatkowo zmaksymalizować, stosując szablon z nanopowłoką o grubości 4 milimetrów lub nawet 3 milimetrów. Dlatego też, jeśli 01005 są najmniejszymi komponentami, pasta typu 4 może działać z kilkoma niezamierzonymi efektami ubocznymi.
Uwaga dotycząca past lutowniczych Half-Size
Niektórzy producenci sprzedają pasty oznaczone jako Typ 4.5 lub Typ 5.5, co sprawia, że inżynierowie procesu zastanawiają się, czy dobrym pomysłem może być przejście na rozmiar o połowę mniejszy, jeśli ich komponenty znajdują się tuż przy krawędzi, tak jak w przypadku opisanym powyżej.
Nie istnieją jednak specyfikacje IPC definiujące, czym są te połówki. Podczas gdy można oczekiwać, że pasta oznaczona jako typ 4.5 będzie miała zakres wielkości cząstek pomiędzy typem 4 i typem 5, w rzeczywistości może ona być większa, mniejsza lub po prostu bardziej szeroka - tak jak w przypadku zmieszania proszku typu 4 i typu 5.
Jeśli rozważasz zastosowanie pasty półwymiarowej, przed przystąpieniem do dalszych działań upewnij się, że producent wyraźnie określił rozkład wielkości cząstek.
Wnioski i zalecenia
Wybór odpowiedniego rodzaju pasty lutowniczej ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia optymalnych wyników montażu. Reguła 5 kulek oferuje podstawowe wytyczne dla tego wyboru, ale ważne jest, aby wziąć pod uwagę szerszy kontekst procesów produkcyjnych i wymagań dotyczących komponentów. Przed zmniejszeniem rozmiaru pasty lutowniczej należy ocenić potencjalne korzyści w stosunku do związanych z tym wyzwań, takich jak zwiększone utlenianie lub problemy z ponownym rozpływem. Optymalizacja istniejących procesów przy użyciu obecnego typu pasty może złagodzić potrzebę zmniejszenia rozmiaru, utrzymując wydajność produkcji i jakość produktu.
Pierwotnie opublikowany w Circuits Assembly