Подготовка паяльной пасты к монтажу: особенности технологии

Статья посвящена технологии подготовки паяльной пасты к работе. Перечислены часто допускаемые ошибки, которые могут ухудшить качество пасты, а значит, сказаться на качестве пайки и в дальнейшем – на работе электронного оборудования. Показано, что перемешивание вручную предпочтительнее, чем перемешивание миксером.

ООО «Остек-Интегра», г. Москва

скачать PDF

Сегодня по технологии поверхностного монтажа (SMT) изготавливается бóльшая часть печатных узлов для электронных изделий. У поверхностного монтажа много преимуществ: он упрощает операцию пайки и легко автоматизируется, для не­го не требуется сверлить отверстия в плате, изделие получается более компактным, легким и т. д. Однако у SMT есть и свои сложности. Например, требуется очень высокое качество технологических материалов. Под технологическими материалами в первую очередь следует понимать паяльную пасту – главный материал, применяемый для поверхностного монтажа печатных узлов, от которого зависят качество и стабильность пайки. 

Технологи на предприятиях уделяют большое внимание выбору и испытаниям паяльной пасты, добиваясь, чтобы она полностью соответствовала требованиям технологии и печатного узла. И все же есть вопрос, к которому как технологи, так и операторы зачастую относятся безразлично, считая его второстепенным, хо­тя он крайне важен. Это подготовка паяльной пасты к работе после хранения в холодильнике.

Если обобщить примеры из практики, с которыми авторам статьи доводилось сталкиваться на предприятиях клиентов, то можно выделить несколько распространенных способов обращения с паяльной пастой на линиях поверхностного монтажа.

- Достав паяльную пасту из холодильника, ее сразу помещают в миксер, где перемешивают от 10 до 20 минут. Все это время ни са­му операцию, ни температуру нагрева пасты никто не контролирует.
- Иногда о включенном миксере забывают минут на 30.
- После завершения смены остатки пасты с трафарета убирают в банку со свежей пастой и на следующий день опять перемешивают 15 минут при максимальных оборотах.
- Банку с паяльной пастой ставят отогреваться на теплые поверхности (на батарею, печь оплавления и т. д.).
- Используют для перемешивания металлический строительный шпатель, что может привести к загрязнению пасты пластиковой стружкой.

Во всех этих случаях к подготовке паяльной пасты относятся достаточно легкомысленно. Распространено мнение, что паяльная паста не требует особого внимания при подготовке, она в любом случае сохранит все свои свойства и будет отлично работать. Однако это не так! Неправильно подготовленная паяльная паста может стать причиной серьезных дефектов. Перечислим эти негативные последствия.

- При длительном или чересчур интенсивном перемешивании в миксере паста перегревается.
-- Происходит нарушение модификаторов реологии, очень чувствительных к температуре и времени перемешивания. Из-за этого вначале паста теряет вязкость, а потом резко начинает подсыхать. В результате сокращается срок жизни пасты на трафарете, она начинает залипать в апертурах, плохо удерживает форму отпечатка, возникают пропуски при печати.
-- Возможен преждевременный старт активаторов, которые потратятся при подготовке пасты, а на оплавление их не хватит. Таким образом, активность пасты будет снижена, могут наблюдаться непропаянные соединения, плохое или неполное смачивание контактных площадок и выводов компонентов.

- Локальный перегрев паяльной пасты (рис. 1) может произойти из-за ее размещения на теплых поверхностях (печке или радиаторе), отчего она прогреется неравномерно. В результате в одном месте, где паста перегрелась, происходит локальное истощение активаторов, а в другом (обычно в верхней части упаковки) паста так и не прогревается до нужной температуры. Такое обращение приводит к тем же проблемам, которые бы­ли описаны в предыдущем пункте, – дефектам печати и оплавления паяльной пасты.

Рис. 1. Нагретая паяльная паста: а – нагрев выполнялся постепенно несколько часов до комнатной температуры; б – следствие локального перегрева

- Перемешивание отработанной и свежей пасты. В течение рабочей смены, по­ка паяльная паста находится на трафарете, испаряется ее растворитель и истощаются активаторы. После нескольких часов реология, активность, количество активаторов паяльной пасты будут существенно отличаться от свежей. Если перемешать отработанную пасту со свежей, то активаторы последней начнут расходоваться на удаление окислов и пополнение истощенных активаторов. Таким путем из хорошей свежей пасты получится средняя. Из-за падения активности и нарушения реологии пасты ухудшится качество пайки.

- Загрязнение пасты пластиковой крошкой может произойти из-за использования металлического шпателя. Активно перемешивая шпателем пластиковую банку, можно повредить ее острыми краями инструмента. От этого в пасте появляется пластиковая стружка или крошка, а это способно привести к дефектам печати и оплавления пасты.

Как же подготовить пасту к работе, чтобы избежать этих дефектов?

Для начала отметим, что сегодня применяются два основных способа перемешивания пасты: вручную и в миксере. Причем, в си­лу понятных причин, большинство отдает предпочтение миксеру.

Многим кажется, что проще не придумаешь: взял пасту из холодильника, закинул в миксер, а когда пропищит таймер, вынимай пасту и приступай к работе. Однако для оптимальной подготовки пасты важны три фактора: тип миксера, время и скорость перемешивания. Если их учесть, то пасту подготовишь хорошо, если нет – испортишь (рис. 2).

Рис. 2. Паяльная паста, перемешанная ручным способом (слева) и в миксере на протяжении 30 минут (справа)

Первое и, на взгляд авторов статьи, ключевое условие: вынув пасту из холодильника, ее не на­до сразу перемешивать в миксере, чтобы не произошло чересчур быстрого нагрева, истощения активаторов, растворителей и модификаторов реологии. Сначала пасту на­до выдержать при комнатной температуре от 2 до 8 часов. А уж после то­го, как она постепенно прогреется в помещении, можно приступать к перемешиванию.

Есть ряд специалистов, которые не разделяют эту точку зрения и считают, что при использовании миксера никаких дополнительных манипуляций, в том числе предварительного нагрева до комнатной температуры, не требуется. Однако принять такой подход можно только при одном условии: если вы крайне аккуратно и внимательно подбираете параметры работы миксера.

Необходима такая скорость вращения миксера и длительность перемешивания, чтобы паста разогревалась плавно и не происходило перегрева. Для каждого миксера и каждой пасты эти режимы будут индивидуальными, подобрать их можно, измеряя температуру и вязкость пасты как в процессе перемешивания, так и после не­го. Только после этого режимы можно утверждать. А поскольку вискозиметр Малкома (прибор для измерения вязкости) на каждую мешалку не поставишь, то и точные параметры работы миксеров для подготовки пасты после холодильника вряд ли получится подобрать.

Теперь пора поговорить о миксерах.

В большинстве случаев производители электроники используют миксер-центрифугу, в котором банка движется по окружности, а паста перемешивается под воздействием центробежной си­лы (рис. 3). Этот способ вызывает существенный перегрев, особенно когда перемешивание происходит слишком долго и на большой скорости. Как уже говорилось, это приводит к истощению растворителей и активаторов, повреждению шариков припоя с выделением мелкой фракции, а также распаду флюсовой составляющей из-за сильного механического воздействия. Правда, если судить визуально, то сразу после перемешивания паста, вроде бы, выглядит нормально. Однако во время работы ли­бо начинает подсыхать валик паяльной пасты, ли­бо, наоборот, паста растекается, образуя перемычки и замыкания.

Рис. 3. Паяльная паста в миксере-центрифуге

Поэтому, используя миксер-цент­рифугу, и интенсивность, и время перемешивания необходимо очень внимательно контролировать. Опыт авторов статьи показывает, что скорость миксера не должна превышать 300–400 об./мин, а продолжительность перемешивания должна составлять 2–3 минуты. Паста при этом должна быть предварительно прогрета до комнатной температуры, но не вы­ше 28 °C. Оптимальный температурный диапазон – 20…28 °C.

Еще один тип миксера – так называемый планетарный. В таком миксере контейнер с пастой медленно вращается на конце коромысла, а оно, в свою очередь, то­же вращается с определенной угловой скоростью.

Планетарные миксеры работают более деликатно и позволяют равномерно перемешать пасту с существенно меньшим риском негативных последствий. Однако в этом случае паста то­же должна быть предварительно прогрета до комнатной температуры, а время перемешивания необходимо контролировать. Оно не должно превышать двух-трех минут, этого достаточно для полной гомогенизации пасты. Если миксер будет работать дольше, возможен перегрев до 28 °C, что повлечет за собой нарушение реологических добавок, изменение вязкости и деградацию флюса.
Скорость перемешивания – 300–400 об./мин. Эта рекомендация сформулирована иностранными производителями на основании результатов собственных исследований и подтверждена в лаборатории компании «Остек-Интегра».

Из сказанного делаем вывод: миксеры можно использовать, но аккуратно, чтобы исключить перегрев и деградацию паяльной пасты. Однако самым деликатным способом подготовки пасты, позволяющим сохранить все ее свойства, остается ручное перемешивание (рис. 4). С одной стороны, этот способ требует физических усилий и отнимает у работника больше времени. С другой – именно перемешивание вручную обеспечивает безопасную подготовку пасты к работе, исключает перегрев, истощение активаторов, деградацию флюса или порошка припоя.

Рис. 4. Паяльная паста, подготовленная к работе путем перемешивания вручную

Последовательно опишем все этапы подготовки пасты вручную.

1. Достав пасту из холодильника, нагреваем ее до комнатной температуры. В зависимости от размеров контейнера нагрев может занять от 2 до 8 часов (стандартные рекомендации). Контейнер открывать нельзя, по­ка паста не прогреется. Если сразу после холодильника пасту открыть, на поверхности может образоваться конденсат, что приведет к осадке, закипанию и разбрызгиванию флюса и (или) пасты в процессе пайки, сдвигу компонентов и другим связанным с появлением конденсата технологическим дефектам.

2. Не рекомендуется применять нагревательные приборы. Из-за резкого повышения температуры и термоудара может произойти распад флюсовой составляющей. В случае, если быстрый нагрев совершенно необходим, допускается использовать терморегулируемую водяную ба­ню с температурой, не превышающей 25 °C.

3. Перед выкладыванием на трафарет паяльную пасту на­до перемешать. Во‑первых, это позволит смешать флюсовую и металлическую составляющие, если произошло расслоение, а во‑вторых, снизит вязкость, что даст возможность легко наносить пасту на трафарет.

4. Для перемешивания пасты, а также ее выкладывания на трафарет рекомендуется использовать пластиковый инструмент (например, шпатель) со скругленными краями. Перемешивать в одном направлении 2–3 минуты.

5. Паста готова к использованию (рис. 5). Можно выкладывать ее на трафарет, не боясь негативных последствий, и запускать процесс печати.
Приведенные рекомендации основаны на сотнях встреч с клиентами и учитывают реальную ситуацию на производствах нашей страны. Конечно, автоматизация упрощает работу и позволяет сэкономить время. Но в случае с паяльной пастой она может привести к дефектам печати или пайки, че­го нам всем хотелось бы избежать.

Рис. 5. Паяльная паста, готовая к использованию

Следование рекомендациям и правильная подготовка паяльной пасты помогут сделать еще один шаг к повышению качества и эффективности сборки печатных узлов в нашей стране.

Опубликовано_в журнале «ИСУП» № 1(115)_2025

В. Е. Ковенский, генеральный директор,
Р. В. Порядин, главный специалист отдела технического сопровождения,
ООО «Остек-Интегра», г. Москва,
тел.: +7 (495) 788‑4444,
e-mail: materials@ostec-group.ru

Иллюстрации предоставлены компанией ООО «Остек-Интегра»