Povrchová montáž. Surface Mounted Technology

Transkript

1 Povrchová montáž Surface Mounted Technology Ivan Szendiuch Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, Ústav mikroelektroniky CZ Brno, Udolni 53 szend@feec.vutbr.cz, szendiuch@vemer.cz

2 Obsah 1. Úvod 2. Nanášení pájecí pasty 3. Osazování součástek 4. Pájení součástek 5. Ochranná atmosféra připájení 6. Čištění

3 Úvod Technologie povrchové montáže představuje v současnosti jeden z dominantních směrů ve vývoji mikroelektronických montážních technologií. Charakteristickou operací je pájení přetavením, kde se součástky se speciálními vývody usadí do pájecí pasty a potom vjediném kroku přetaví a tím i připojí. Povrchová montáž se neustále vyvíjí, přičemž snahou je jak neustálá miniaturizace, tak i optimalizace technologického procesu. To se projevuje jak ve vývoji součástek resp. pouzder, tak i v neustálém zdokonalování jednotlivých operací technologického procesu povrchové montáže. Nepřetržitě se stupňují také požadavky na zlepšování parametrů jak zařízení, tak materiálů, součástek a výrobků.

4 Úvod Technologický sled operací vpovrchové montáži může být uspořádán či kombinován různým způsobem, avšak charakteristickéjsou vždy tři základní technologickéoperace, kterými jsou: - nanášení pájecích past a lepidel, - osazování součástek, - pájení přetavením.

5 Úvod Existují dva základní směry aplikace povrchové montáže podle materiálu základní nosné podložky: substrát z anorganických, především keramických materiálů substráty z organických materiálů, především na bázi laminátů (PCB)

6 Úvod a) b) Příklady povrchovémontáže a) doplněná součástkami sdrátovými vývody b) smíšená oboustranná montážs použitím pájenípřetavením i vlnou

7 Úvod Konstrukční provedení obvodů technologií povrchovémontáže má oproti klasickému provedení s montáží součástek do děr celou řadu výhod, mezi něž patří především: snížení hmotnosti a rozměrů (pájení přetavením umožňuje snížení vzdálenostímezi pájenými spoji až k 0,15 mm, což dává předpoklady I ke snižování rozměrů součástek a takéjejich hustější montáži), zkrácení délky vodičů a tím zvýšení rychlosti zpracování signálu (vyšší pracovní kmitočet), všeobecně vyšší spolehlivost (v důsledku redukce počtu pájených spojů a křížení vodičů), snížení nákladů v poměru k integraci (včetně úspory materiálů), minimalizace investic na automatizaci (jednotlivéoperace jsou unifikovány).

8 Nanášení pájecí pasty Faktory působící v procesu sítotisku lze rozdělit na: - vnitřní (působící bezprostředně při tisku - přenosu pasty), jimiž jsou odtrh (vzdálenost síta nad substrátem, rychlost stěrky a tlak stěrky, - vnější (zvolené předem, před započetím procesu) reprezentované volbou síta a typem šablony, parametry pasty, typem a parametry substrátu, a také materiálem a provedením stěrky. Pro sítotisk platí zásada, že odtrh a síla na stěrku musí být nastaveny na minimální hodnotu, avšak nezbytně nutnou resp. Dostatečnou k tomu, aby byl zajištěn přesný a reprodukovatelný přenos pasty požadovaného obrazce resp. motivu na substrát.

9 Nanášení pájecí pasty Přímášablona (obr. a) je vytvořena nanesením fotocitlivéemulze na síto (dojehožok je přímo vtlačena) a následnou expozicí přes masku s požadovaným motivem. Osvitem dochází kpolymerizaci (vytvrzení) emulze a po oplachu proudem vody zůstávají na sítu volnáoka jen vmístech, kde bude nanášena pasta. Nepříméšablony (obr. b) mají motiv vytvořen na fóĺii (plastovénebo kovové), ježnení na počátku přímou součástí síta, ale je s ním před sítotiskem pevně spojena. Nepřímé masky mohou být jako světlocitlivéemulze na plastovém nosiči (jenžse po exponování aspojení se sítem sejme), nebo jako kovovéfólie, ježse na síto lepí. V tomto případě je motiv do kovovéfólie buď vyleptán nebo vypálen s pomocí laseru.

10 Nanášení pájecí pasty Šablonový tisk je svou základní podstatou obdobou sítotisku. Rozdíl je vprovedení šablony, jejížmotiv určený k tisku je vytvořen vpevném (tuhém) materiálu, kterým často býváocelovánebo bronzováplanžeta (např. CuSn6). Šablona sepřikládápřímo na substrát, takže hodnota odtrhuo je v době pohybu stěrky rovna nule. Vlastníodtrh šablony od substrátu je pak proveden mechanickým pohybem ažpo ukončení pohybu stěrky a tedy po nanesení pasty do volného prostoru (motivu) v šabloně. Ztoho je zřejmé, že tištěnémotivy musí být natolik uzavřenéplochy aby nebyla narušena tuhost šablony.

11 Nanášení pájecí pasty Výroba šablon je jedním ze stěžejních kroků šablonového tisku, kde se používají především následující metody výroby: -chemicky leptané, -elektrogalvanickynanášené, -polymerní, - řezanélaserem.

12 Nanášení pájecí pasty Tloušťka šablony t se volí podle rozměrů motivu, přičemž kritický je minimální rozměr. Platí obecné pravidlo, že nejmenší rozměr pravoúhlého motivu musí být více než 0,66 tloušťky šablony, což lze vyjádřit vztahem: Xmin : t = 1 : 1,5 Tento poměr vyjadřuje hledisko bezpečnosti pro přenos pasty šablonou, avšak může být ovlivněn dalšími faktory jako je velikost zrn pasty, drsnost substrátu atd. Pro přesnější určení se používá vztah, jenž uvažuje plochu nanášeného motivu (l x w) a je vyjádřením poměru plochy motivu ku ploše vnitřních stěn motivu na šabloně. Pro pravoúhlý tvar tedy platí: Area ratio 2 l w Pro kruhový otvor pak bude platit: 2 πr Area ratio = 2 π rt = ( l t) + 2 ( w t) kde r je poloměr otvoru a t je opět tloušťka šablony. = r 2t

13 Nanášení pájecí pasty Souvislosti mezi roztečí vývodů, typem pasty, počtem ok síta a rozměrem částic pasty Typ vývodu Součástky Rozteč [mm] Typ pasty Průchodnost a neprůchodnost typem síta [počet ok na palec] Typický průměr částic pasty [mm] Standardní 2, / Standardní 1, / Standardní >0, / Fine Pitch 0, /+400 to Fine Pitch 0, / Fine Pitch 0,4 3,4-400/ Ultra Fine Pitch 0, / Ultra Fine Pitch <0, /+635 <25

14 Nanášení pájecí pasty Nanášení tixotropníchmateriálů na substráty je možnéprovádět takéspomocí dávkovačů (dispenzerů), kterédodajína substrát potřebnémnožství viskózního materiálu a tento se při dotyku se substrátem důsledkem adheze na něj uchytí. Tato technika může být využívána pro nanášení pájecí pasty, ale především pro nanášenílepidel vpřípadě lepení součástek na substráty, např. před pájením na vlně. V takových případech se jednáo mikrodávkovače, kteréjsou obecně charakterizovány množstvím nanášeného materiálu menším než1 g.

15 Nanášení pájecí pasty tlakový adaptor tlakový vzduch píst zásobník pájecí pasta spojovací hadička šnek pouzdro tryska ( a ) ( b ) V případě tlakového nanášení s definovanou dobou je pasta protlačována po určitý definovaný čas dávkovacíhlavicí s tryskou, ježpřipomínáinjekční stříkačku. Tlak je vyvolán stlačeným vzduchem ( 0,3 MPa), po dobu odpovídajícípožadovanému množství nanášenépájecípasty. Pro běžnéaplikace to je mezi 50 až200 ms. Nanášenípájecípasty s využitím rotačnípumpy -zásobník s pájecípastou je pod konstantním tlakem 0,5 bar, cožzabezpečí naplnění hlavice v nížje vedeno vřeteno. V době, kdy se vřeteno začne otáčet naznačeným směrem, dojde přes trysku k přenosu pasty na kontaktníplochu. Parametry takového zařízení jsou rychlost otáčení vřetena, doba otáčenívřetena, plnícítlak a kapacita hlavice.

16 Osazování součástek Ačkoliv existují různé osazovací systémy, základní princip je u všech zařízení stejný. Součástka je uchopena, vystředěna do polohy určené kpřipájení a vsazena na určené kontaktní plošky na substrátu. Pro tento způsob osazování se vžil název pick and place (vezmi a umísti). Úspěšnost této operace závisí na přesnosti provedení, resp. na splnění předem stanovených rozměrových tolerancí, jež se týkají: - substrátu s vodivými kontaktními ploškami, - součástek, - osazovacího zařízení.

17 Osazování součástek Novým aspektem v procesu osazování je použití bezolovnatých pájek, jejichž vlastnosti se liší od pájek bezolovnatých. To se týká především následujících oblastí: - Samovystřeďování součástek je omezeno zdůvodu nižší hustoty a vyšších povrchových napětí vpájce - Optická kontrola - spoje nejsou tak lesklé a vyšší úhel smáčivosti

18 Osazování součástek Rozdělení součástek a základní princip osazování Součástky pro elektronické obvody můžeme rozdělit podle typu vývodů do tří základních skupin jimiž jsou: -součástky s radiálními vývody (THR Through Hole Radial) -součástky s axiálními vývody (THA Through Hole Axial) -součástky pro povrchovou montáž (SMD - Surface Mounted Devices)

19 Osazování součástek Standardní šířky páskových nosičů (w) jsou 8, 12, 16, 24, 32, 44 a 56 mm. Tomu odpovídajíi konstrukce osazovacích zařízení.

20 Osazování součástek

21 Osazování součástek Osazovací zařízení musí zajistit následující funkce, které současně tvoří základní technologické kroky průběhu této operace: A.) transport substrátů, jejich upevnění a umístění pro vsazování součástek B.) uchycení zásobníků se součástkami a jejich přípravu k osazování C.) vyzvednutí, vystředění a osazení součástek na substrát SMD manipulátor z φ x y dopravník osazovaných substrátů zásobníky

22 Osazování součástek Transportní část osazovacího zařízení tvoří modul, jehožfunkcí je zajištění nezbytné manipulace se substrátem. Sestáváz následujících pracovních úkonů : -průběžný přísun neosazených substrátů, -dopravení substrátů do definovaného pracovního prostoru, -uchycení substrátů v požadovanépracovnípoloze (x, y, ), -odsun osazených desek. Tab. : Možné varianty řešení transportu substrátů u osazovacích zařízení Koncepce dopravníku v pracovní poloze Koncepce osazovací hlavy Bez pohybu Pohyb ve směru os x a y Pohyb ve směru osy x Pohyb ve směru osy y Pohyb ve směru osy y Pohyb ve směru osy x Pohyb ve směru os x a y Pevná poloha

23 Osazování součástek Funkcí modulu obsahujícího zásobníky s požadovanými součástkami je zajistit ve správném okamžiku připravenost odpovídající součástky k odebrání hlavou. Konstrukce zásobníků je odvislá od způsobu balení SMD součástek. Existují následující typy zásobníků : - páskové (kotoučové) zásobníky, - vibrační nebo vířivé zásobníky, - tyčové zásobníky, - ploché zásobníky, - zásobníky pro polovodičové čipy. M ELF kontakty zásobníková komora R/C SM D řadící trubice pružná trubice

24 Osazování součástek Osazovací hlavy pracují na principu manipulátorů s posuvy ve všech třech směrech os (x, y, z), a možností natáčení v rozsahu 0 až 360 o, a to nejen nad substrátem, ale i nad prostorem zásobníků. Uchycení součástky se provádí vakuovou pipetou a pro vystředění slouží buď modul opatřený kolem pipety kleštěmi nebo vizuální modul měřící odchylky vzhledem ke středu pipety ve směrech os x, y a natočení. Osazovací modul musí zajistit vsazení součástky do požadované polohy na substrátu. Sestává ze dvou částí : z manipulátoru zajišťujícího pohyb v osách x a y, z osazovací hlavy s vakuovou pipetou zajišťující pohyb ve směru osy z a otočení. uchycení manipulovaného nástroje ( osazovací hlavy ) M y y x M x M y -1 y x M x 2- M y T - pohon H - pohon

25 Osazování součástek Zaměření a polohovánísoučástek Zaměření a vystředění součástek se provádí potom, kdy dojde k uchopení součástky vakuovou pipetou umístěnou na osazovací hlavě. Vystředění součástky uchopenévakuovou pipetou je prováděno jedním z následujících způsobů : -mechanicky, s pomocí upínacích čelistí, -opticky, s použitím optického zaměřovacího systému. l I II b y dx dy x SMD difuzér pipeta značky optika l y I a φ II a l x I b f CCD kruhová fluorescenční lampa l II

26 Pájení součástek Pájení je nejrozšířenější a nejspolehlivější metodou spojování součástek používanou v elektronice. Je takéznáma skutečnost, že spolehlivost pájených spojů má významný vliv na jakost finálního výrobku. U ručně prováděných pájených spojů se dosahuje spolehlivosti přibližně , a teprve po zavedením tzv. strojního pájení, u něhožse s postupem času vžil název pájení vlnou, se spolehlivost o několik řádů zlepšila. Přesto i dnes je většina poruch vyskytujících se v elektronických zařízeních způsobena vadnými spoji.

27 Pájení -fázové diagramy Fázový diagram slitiny cín-olovo (Sn-Pb) včetně pohledu na struktury srůzným obsahem Sn Fázový diagram bezolovnaté pájky ternární sloučeniny SnAgCu a) celkový pohled b) detailní pohled na oblast používanou pro pájení

28 Pájení součástek teplotní profil teplota [ C] čas [s]

29 Pájení součástek ΔT zařízení: délková a podélná teplotnínestabilita ΔT součástek: rozdíl teplot mezi největšía nejmenšísoučástkou, mezi komponentami s nejvyššía nejnižšíteplotníkapacitou nebo různými barvami

30 Pájení součástek - smáčivost Pro posuzování pájecích vlastností různých povrchů se provádí hodnocení smáčivosti povrchu roztavenou pájkou. Přitom jsou důležitépředevším následující dva faktory: -stupeň smáčivosti (udává jak daleko se pájka po povrchu rozprostře), -rychlost smáčení (je to rychlost roztavení a rozprostření pájky závisející na účinnosti zdroje tepla, typu tavidla a probíhajících chemických reakcích). α 0 < α <20 výborné až dokonalé smáčení 20 < α <40 dobré až velmi dobré smáčení α 40 < α <55 postačující smáčení 55 < α <90 špatné smáčení 90 < α nesmáčivost

31 Pájení součástek Výsledky testu SSBA pájky SnAg3,5Cu0,75 s tavidlem ROL0 a)povrchováúprava Sn b)povrchováúprava NiAu c) povrchováúprava OSP

32 Pájení součástek vlnou Pájení vlnou (Flow Soldering nebo také WaveSoldering) se používá řadu let jako osvědčený způsob pájení desek plošných spojů. Jeho přednostíje vysoký stupeň automatizace umožňující vytvářet v kontinuálním procesu velký počet spojů vrelativně konstantních podmínkách mm 4 3 teplota součástek C 1 úhel 7 tavidlo tlak 0.7 kg/m 2 vzduchový nůž tlak 0.7 kg/m 2 pájka C

33 Pájení vlnou Pro typ pájky Sn60Pb40 (případně Sn63Pb37) byla požadovaná teplota pájky v pájecí vaně minimálně 240 oc, aby byla zaručena teplota na substrátu 215 až 220 oc. Pro nejpoužívanější bezolovnaté pájky SA a SAC, např. Sn96Ag4 musí být teplota pájky v pájecí vaně výrazně vyšší, a to 245 až 260 oc aby byla zaručena v místech tvorby spojů teplota zaručující dobré smáčení (ta musí být oc). Avšak teploty kolem 260 oc již nebezpečně zvyšují riziko poškození nebo zničení součástek. Proto se doporučuje nepřekročit v pájecí vaně teplotu 255 oc, a tato teplota je také dostatečná při vhodné konfiguraci procesu pro vytvoření spolehlivého spoje.

34 Pájecí vlna

35 Pájení vlnou

36 Pájení přetavením Základní princip využívaný při pájení přetavením (ReflowSoldering) vychází ztiskových metod využívaných pro nanášení tlustovrstvých materiálů. Pájka ve formě pasty je nanesena na pájecí vodivou plochu předem, potom se na ni osadí součástky, a vzápětí se přetaví teplotou poněkud vyšší, než je bod tání pájky. Důležitým faktorem je teplotní profil představující průběh teploty na čase po dobu pájení. Nejvyšší teplotou je teplota přetavení, ovšem důležitý je také náběh teploty z počáteční pokojové teploty, dále předehřev a také závěrečná fáze po přetavení -chlazení. To vše ovlivňuje tvorbu a vznik pájeného spoje, a především pak i jeho spolehlivost a životnost. Základními parametry jsou: - náběh na teplotu předehřevu, - teplota a doba předehřevu, - maximální teplota přetavení, - doba na teplotou liquidu, - průběh chlazení. Důležité je zajištění rovnoměrnéa konstantní teploty vpříčném řezu pece. Toto je ovlivněno velikostí a barvou součástek, a to vše dále souvisí se způsobem ohřevu resp. přenosem tepla ze zdroje na pájené spoje. Přenos tepla na pájené spoje při pájení přetavením může být proveden následujícími způsoby : - vedením (kondukcí), - prouděním (konvekcí), - nebo zářením (radiací).

37 Pájení přetavením

38 Pájení přetavením Podle způsobu ohřevu se rozlišují následující metody pájení přetavením : pájení infračerveným zářením (krátce nazývané pájení infraohřevem), pájení horkým vzduchem nebo plynem (konvekční ohřev), pájení v kondenzovaných parách (krátce nazývané pájení kondenzační), pájení laserem, pájení vyhřívaným nástrojem (někdy nazývané pájení impulsní), pájení na horké desce nebo pásu.

39 Pájení přetavením teplotní senzory infra zářiče směr pohybu pásu C A C B C A C B C A C B C A C B

40 Pájecí zařízení konvekční ohřev

41 Pájení přetavením v parách Pro pájení bezolovnatými pájkami se používají kapaliny s teplotou varu 230 oc. Jsou to např. perfluorpolyether nebo perfluoramin. Podle typu pracovní kapaliny lze nastavit bod varu pracovní kapaliny v rozsahu oc. Bod varu pracovní kapaliny tak definuje velmi přesně mezní hodnotu teploty přetavení. Ta je v tomto případě závislá na jediném parametru, což je hlavní předností pájení v parách. ( a ) transport ( b ) sekundární zóna primární zóna sekundární cívky primární cívky DPS 200 T [ C] C přetavení předehřev pájení chlazení ohřev čas [s]

42 Pájení přetavením Nižší přetlak par v součástkách v procesu pájení, jenž souvisí s nižší pracovní teplotou vyvolávájev nazývaný popcorn effect. Vlhkost uvnitř pouzder způsobuje s rostoucí teplotou uvnitř pouzdra tlak par, jenž může vést k delaminaci vrstev a poškození funkčnosti. Za kritické jsou považovány teploty nad 200 oc, přičemž čím je hodnota teploty vyšší, tím je vyšší i riziko poškození.

43 Pájení přetavením Infračervenézářenío vlnové délce 10,6 mm z CO2 bylo zprvu použito pro přetavovánípájecích past, avšak tehdy bylo chápáno spíše jako alternativní způsob pro speciálnípoužití. Později bylo ověřeno pájení s pomocí Nd:YAG laseru (vlnovádélka 1,06 mm), jež se ukázalo jako způsob vhodný pro pájení vývodů součástek Fine Pitch. Toto záření je na rozdíl od záření CO2 laseru velmi dobře absorbováno pájkou a zajišťuje dobrý tepelný přenos jak na pájku, tak i na pájecí plochy. Vlastníohřev probíháimpulsem dlouhým přibližně 300 ms a při výkonu 11,4 W.mm-2 je dosaženo na pájeném spoji teploty 293 oc. Prodleva na chladící části impulzu odpovídá eutektické teplotě pájky. To je plně dostačující i pro bezolovnatépájky. ( a ) ( b ) T 293 C scanovací mechanismus SMD laserový paprsek t [0.1 s/dílek]

44 Pájení ruční Pro ruční pájení součástek platí následující pravidla: maximální teplota pájky nesmí přesáhnout o více než 80 až 100 OC nejvyšší teplotu pevné fáze, což znamená teplotu 260 až290 OC, je nutné znát vztah mezi teplotou pájky a teplotou hrotu; teplota pájky musí být dosažena vco nejkratším čase (potřebná teplota hrotu je mezi 320 a 350 OC pozor na umístění senzoru), teplota mezi hrotem pájedla a pájeným spojem se musí vprůběhu pájení pohybovat vpásmu nad bodem tání pájky (pro bezolovnaté pájky přibližně 225 C), ale pod hranicí 260 C, kdy už jsou pájená součástka a substrát vystaveny nebezpečí poškození a vpájeném spoji dochází knadměrnému nárůstu difúzní vrstvy. čas vlastního pájení (pájka je vtekutém stavu) se pohybuje mezi 2 až 5 s, celkový čas pájení, tedy doba přiložení hrotu, závisí na výkonu pájedla, tepelném odporu pájecího hrotu a teplotních přechodových odporech, avšak neměl by přesáhnout z hlediska omezení přenosu tepla na součástky čas 6 s.

45 Pájení ruční nastavení napájení 230V/24V R topné těleso regulační smyčka termočlánek pájecí hrot a) b) topné těleso teplotní senzor Cu pouzdro výměnný hrot pájecí hrot směr pájení pájecí vodivá plocha ztuhlá pájka oxidová vrstva tavidlo pájka substrát

46 Pájení selektivní Základní technologický postup procesu selektivního pájení je možné shrnout do následujících kroků: velmi přesné selektivní nanesení tavidla globální ( příp. lokální) předehřev selektivní (lokální) ohřev místa, kde vzniká pájený spoj Vprocesu selektivního pájení dochází ke krátkému ohřevu spoje a tím i součástky, k čemuž se používají různézpůsoby přenosu tepla: hrotem (odporový vfohřev asi 80W), mikroplamenem (energie se dodáváhořením plynu), laserem, indukčním ohřevem (energii dodáváelektromagneticképole), mikrovlnou

47 Pájení selektivní

48 Pájení selektivní

49 Ochraná atmosféra při pájení Použití ochranné atmosféry v procesu pájení přináší hned několik výhod, z nichž ty nejvýznamnější jsou: snížení spotřeby pájky (dosažení omezení propalu pájky), ochrana před povrchovou oxidací pájených povrchů i pájky (zajištění lepší smáčivosti, a s tím omezení používání tavidel), snížení povrchového napětí na povrchu pájky (lepší roztékavost a menší konkávnost pájky).

50 Ochraná atmosféra při pájení Problematiku použití ochranné atmosféry při pájení je třeba rozdělit do dvou kvalitativně odlišných pohledů, jimiž jsou: -pájení vlnou v ochranné atmosféře, -pájení přetavením v ochranné atmosféře. Pájení vlnou v ochranné atmosféře umožňuje použití neagresivních, bezoplachových tavidel a tím vyloučení nutnosti čistění desek po pájení. Pájené spoje i jejich okolí jsou vzhlednější a celý proces je z hlediska ekologie a bezpečnosti příznivější. NEVÝHODOU VŠAK JSOU POMĚRNĚ VYSOKÉ POČÁTEČNÍ NÁKLADY, OBJEMNĚJŠÍ A SLOŽITĚJŠÍ ZAŘÍZENÍ A TAKÉ SPOTŘEBA DUSÍKU. EXPERIMENTY UKÁZALY, ŽE PRO DOSAŽENÍ POŽADOVANÝCH VÝSLEDKŮ V PLNÉ MÍŘE JE POVOLEN JEN MALÝ OBSAH KYSLÍKU V ATMOSFÉŘE PÁJENÍ, POUHÝCH 10 PPM. TO JE POŽADAVEK KLADOUCÍ POMĚRNĚ VYSOKÉ NÁROKY NA KONSTRUKCI ZAŘÍZENÍ, COŽ SE PROJEVÍ I V JEHO CENĚ, JEŽ JE VÍCE NEŽ DVOJNÁSOBNÁ OPROTI BĚŽNÉMU ZAŘÍZENÍ. Byly vyvinuty i systémy s vyšším obsahem kyslíku (pouze lokální ochrana v prostoru pájecí vlny), které mají 50 ppm O2 (tzv. Nitrogen Hood) a dokonce 500 ppm O2 (tzv. Nitrogen Blanket).

51 Ochraná atmosféra při pájení vakuové čerpání plasmové leptání inertní atmosféra vstupní komora předehřev vlna výstupní komora Obr. : Pohled na test pájky metodou SBSA (Sessile Ball Shape Analyze) provedený pájkou SAC na keramickém substrátu a) vnormální atmosféře b) vdusíkové atmosféře

52 Ochraná atmosféra při pájení Úprava zařízení pro pájení přetavením v ochranné atmosféře se nezdá být na první pohled tak náročná jako při pájení vlnou. Dosažení určitého zlepšení je pozorovatelné již od hladiny kyslíku 1000 ppm, což je hlavní odlišností při porovnání s pájením vlnou. Již za této podmínky lze pozorovat dobrou smáčivost, a také potlačení změny barvy desek plošných spojů v blízkosti spojů. Další snižování obsahu dusíku pak již nepřináší výraznější zlepšení. Mezi nevýhody použití ochranné atmosféry patří vyšší pořizovací a provozní náklady ve srovnání sběžnými zařízeními pro pájení přetavením v normální atmosféře,i když ne v tak výrazné míře jako u pájení vlnou.

53 Čištění Důvodů pro čištění po pájení je celá řada, ale všechny souvisí se splněním požadavků, jejichž společnými jmenovateli je dosažení požadované jakosti. Mezi důvody pro čistění patří např.: splnění požadavku na hodnotu izolačního odporu (především z hlediska dlouhodobého působení vlhkosti), vyloučení komplikace spojené spůsobením zbytků tavidla v dalším časovém horizontu, omezení problému souvisejícího s nemožností hrotového měření na substrátu, neomezit adhezní vlastnosti pro ochranné vrstvy, zlepšit kosmetický vzhled osazené desky.

54 Čištění Tavidla s nízkým obsahem pevné fáze Tavidla R a RMA Tavidla RA (kalafunová a bezkalafunová) (kalafuna a mírně akti- (aktivovaná kalafuna) vovaná kalafuna) požaduje specifikace tavidla čištění? ANO čistit NE nečistit na bázi rozpouštědel na bázi vodních roztoků polovodní a emulzní rozpouštědla ultrazvukové - alkoholy - voda (deionizovaná) -voda a hydrokarbonová -ostatní mechanické - trichlóretylén - vodní roztoky rozpouštědla energie - CFC - saponáty -mikroemulzní - glykoletery - saponifikátory - terpeny Obr. : Hlavní směry čištění podle typu a specifikace použitého tavidla

55 Čištění Pokud je používáno ve výrobním procesu čištění, je třeba dbát na omezení spotřeby čistících látek. Toho lze dosáhnout některým z následujících způsobů a jejich kombinacemi : změnou resp. modernizací čistícího procesu, využíváním informací a rad od dodavatelů čistících látek, účinným řízením procesu (monitorování, vyhodnocování a řízení), školením obsluhy, úpravou zařízení redukující odpařování (uzavření prostoru, stínění apod.), instalací recyklačního zařízení, zavedením ekologických čistících metod (alkalické zmydelnění pryskyřic nebo rozpouštědlové vodní čištění).

56 Čištění Zbytky nečistot na substrátech po osazování a pájení mohou výrazným způsobem ovlivnit spolehlivost. Proto se ukazuje nutné je sledovat resp. kontrolovat. Ukázalo se, že zbytkové nečistoty na osazených substrátech mohou být dvojího původu, a to: A. Chemické. B. Kovové. ad A. Chemické nečistoty mohou pocházet z tavidel použitých vprocesu pájení, z výroby desek plošných spojů a také ze samotných součástek (zvláště zprocesu pocínování vývodů). Jsou obyčejně iontového původu, a proto zvláště při vyšší relativní vlhkosti může docházet ke všeobecnému snížení izolačních odporů. To je tím více kritické, čím jsou menší vzdálenosti mezi vodiči. ad B. Kovové nečistoty jsou způsobeny v prvé řadě rozpustností zúčastněných kovů vroztavené pájce, která je pro různé kovy rozdílná. Problémy mohou nastat především u tlustých a tenkých vrstev, neboť drahé kovy (především zlato a stříbro) se velmi rychle v pájce rozpouští (difundují). To vyvolá jak degradaci vrstvy, tak i pájeného spoje.

57 Čištění Obr. : Zkrat způsobený zbytky nečistot na substrátu

58 Čištění Obr. : Příklad konfigurace zařízení pro velkokapacitní čistění substrátů [13]

59 Čištění Tabulka: Celkový trh čistících prostředků pro elektroniku v létech Rok vodní (%) polovodní (%) rozpouštědla (%) ,7 18,0 5, ,8 17,3 4, ,0 16,7 4, ,9 16,1 4, ,4 15,9 3, ,6 15,9 3,5

60 Čištění Obr. : Rozhodovací faktory pro zavedení procesu čistění