Vývoj unikátní platformy pájecích past JEAN-151

V průběhu výzkumu zaměřeného na řešení jednoho problému v oblasti sítotisku je někdy možné vyvinout řešení, které nejenže dosáhne původního cíle, ale také nabídne nečekané nové výhody výrobcům mnoha výrobků pro povrchovou montáž. Příkladem může být výzkumný projekt, který začal s cílem minimalizovat vznik kuliček pájky uprostřed čipu, k němuž dochází během procesu přetavování, kdy je pájka vytlačována z okraje povrchově montované součástky a během zbývající doby procesu přetavování nestéká zpět pod součástku.

Projekt vyřešil nejen původní problém, ale vedl také k vývoji nové univerzální platformy pájecí pasty s nejširším spektrem použití v oboru. Před vývojem složení pasty bylo nutné vymyslet zcela nový výrobní proces. Jedině tak bylo možné splnit vysoké nároky kladené na nový druh pasty, která musela být pevná, bez nečistot, málo agresivní a především univerzální. Výsledek je mimořádný: V současné době lze novou pájecí pastu JEAN-151 bez úprav kombinovat s 8 různými slitinami pájky ve 3 zrnitostech - T3, T4 a T5. Díky tomu je JEAN-151 nejuniverzálnější pájecí pastou s nejširším spektrem použití v oboru.

Původním cílem projektu bylo zlepšit tvarovou stabilitu, tj. schopnost pájecí pasty udržet nanesený tvar a lepivost na desce plošných spojů po delší dobu i při zvyšujících se teplotách (obr. 1). Pokud pasta nemá dostatečnou obrysovou stálost, může se při zvyšování teploty přetavení rozpadat, což je stav známý jako hot slump (sedání za tepla), který zvyšuje riziko vzniku kuliček pájky uprostřed čipu. Dalšími cíli projektu bylo prodloužit výdrž pasty v naneseném vzoru a celkovou trvanlivost pasty; obě vlastnosti by měly přispět ke zlepšení procesu tisku.
Tavidlo hraje v pájecí pastě několik důležitých a zásadních rolí: Mělo by tvořit homogenní suspenzi s pájecí směsí, mělo by chránit směs před oxidací a nemělo by být chemicky reaktivní. Jen tak lze zaručit reologické vlastnosti, dynamickou viskozitu, tvarovou stálost, a tím i tixotropii pájecí pasty. Je třeba mít na paměti, že při použití různých pájecích směsí a zrnitostí to má obrovský vliv na tixotropii (obr. 2).

Obr.2.

Obr.1.

A konečně, tavidlo by mělo mít dobré adhezní vlastnosti a být teplotně stabilní, aby umožnilo dostatečnou aktivaci při vysokých teplotách v bezolovnatých procesech přetavení až do vrcholového bodu. Použitím kombinace vysokotavitelných a nízkotavitelných pryskyřic ve spojení s rozpouštědly s vyšší teplotou varu se podařilo zlepšit vlastnosti hot slump, a tím dosáhnout vyšší teplotní stability.
Na začátku se pracovalo s bezolovnatou standardní pájecí směsí SAC305 (SnAg3,5Cu0,5) s obsahem stříbra a zrnitostí T4 (20-38 μm). SAC305 má teplotu tání 217 až 219 °C a je vhodná pro použití ve vzdušné, dusíkové a plynné fázi. Poté, co JEAN-151, podle J-STD-004 klasifikovaná jako ROL0, prošla všemi interními testy se SAC305 T4, se ukázalo, že by to mohl být klíč k dosažení požadovaného úspěchu. Od té doby probíhala rozsáhlá zákaznická hodnocení na 19 různých místech. Výsledkem testů bylo více než 300 fotografií, rentgenových snímků a protokolů, které potvrdily účinnost nového systému.

Pájecí pasta prokázala stálé a reprodukovatelné vlastnosti při nanášení s vynikajícím rozlišením tisku a stálostí kontur, 48hodinovou přilnavostí, garantovanou výdrž naneseného vzoru 24 hodin a dlouhou trvanlivost na nechlazeném podkladu 300 hodin při 25 až 30 °C. Pozorování zaznamenala snížený výskyt prázdných míst podle normy IPC-610 na méně než 30 % a dobré smáčení všech součástek, včetně okrajových QFN, při přetavování na vzduchu, v dusíkové a v parní fázi na mnoha typech povrchů: ENIG, Pb i bez Pb HASL, OSP, imerzní Sn a imerzní Ag.
Při dlouhodobém testu se součástkami 0402 a menšími otvory v matrici nebyly v žádném testovacím místě zjištěny žádné kuličky pájky uprostřed čipu (obr. 3a, 3b). Kromě toho zůstala nanesená pasta po dobu devítihodinového pracovního dne bez tvarových změn a měla trvanlivost jeden měsíc. Zbytky tavidla byly čiré a mohly být pokryty konformním povlakem, ale v případě potřeby je bylo možné také vyčistit.

Obr. 3a: Součástky MELF s kuličkami pájky uprostřed čipu
Obr. 3b: Součástky MELF bez kuliček pájky uprostřed čipu

Ale společnost Balver Zinn / Cobar chtěla dosáhnout víc, mnohem víc. I po oficiálním uvedení pasty JEAN-151 SAC305 T4 (s šestiměsíční trvanlivostí) na veletrhu Productronica 2019 oba výzkumné týmy z oddělení výzkumu a vývoje i aplikační inženýři z technické podpory na projektu nadále pracovali. Od té doby se prvotní produkt JEAN-151 SAC305 T4 rozrostl ve vypracované portfolio pájecích past s 12měsíční dobou skladovatelnosti.

Balver Zinn / Cobar aktuálně nabízí tyto varianty pájecích past a zrnitostí:

JEAN-151 SAC305 T3, T4 a T5
JEAN-151 SN100CV® T4
JEAN-151 SnAg3.5In6NiGe (známý jako SABI6)
JEAN-151 SCAN-Ge071 T3, T4
JEAN-151 SN100C® T3, T4
JEAN-151 SAC0307 T4
JEAN-151 Sn62Pb36Ag2 T3, T4
JEAN-151 Sn63Pb37 T3, T4

Obr.4

Pájecí pasta SAC305 (SnAg3,0Cu0,5) se stala celosvětově standardní směsí pro přetavovací proces (obr. 4a, 4b, 4c). Lze ji použít jak pro high-tech, tak pro průmyslové aplikace. V současné době je JEAN-151 k dispozici v kombinaci s SAC305 v zrnitosti T3, T4 a T5 a dále se pracuje na zrnitosti T6.

SN100CV® (SnBi1.5Cu0.7NiGe) je pájecí pasta vycházející z SN100C®, patentované společností Nihon Superior. V kombinaci s JEAN-151 je SN100CV k dispozici v zrnitosti T4. Přídavek vizmutu vede k 30% nárůstu pevnosti, což z pasty SN100CV® činí vysoce pevnou a tepelně stabilní pastu pro high-tech a průmyslové aplikace.
SnAg3.5In6NiGe, známá také jako SABI, je vysoce odolná pasta pro high-tech aplikace. Přídavek 6 % india dodává pastě vynikající pevnost ve smyku po vyzrání, což vede k lepší odolnosti ve srovnání s jinými pastami. Pasta SnAg3.5In6NiGe je díky své nízké teplotě tání mezi 202 a 210 °C rovněž vhodná pro součástky a substráty citlivé na teplo.
SCAN-Ge071 (SnAg1Cu0,7NiGe) je pasta se stříbrem obohacená niklem a germaniem s teplotou tání 217 až 225 °C. SCANGe071 je k dispozici v zrnitosti T3 a T4 a vytváří pájené spoje s jemnozrnnou homogenní strukturou. Díky svému velkému rozsahu teploty tání je SCAN-GE071 ideální pro minimalizaci pomníkového efektu při pájení v plynné fázi. Pasta SCAN-Ge071 je ideálním kompromisem mezi SAC305 a SAC0307 a je velmi vhodná pro průmyslové aplikace.
SN100C® (SnCu0,7NiGe) je eutektická směs cínu a mědi stabilizovaná niklem a je k dispozici v zrnitostech T3 a T4. Tato směs bez stříbra je nejlevnější bezolovnatou směsí, kterou lze kombinovat s JEAN-151. SN100C® lze použít pro standardní průmyslové a high-tech aplikace.
SAC0307 (SnCu0,7Ag0,3), je levná pasta s nízkým obsahem stříbra a je k dispozici v zrnitosti T4 pro standardní aplikace.

Vývoj unikátní platformy pájecích past JEAN-151

Související produkty

Poradíme vám