Bezolovnaté pájení

Pájecí slitiny

Ve většině aplikací se standardem staly eutektické slitiny Sn/Ag/Cu, které nabízí většina výrobců. Zejména pro pájení přetavením je tato kombinace využívána jako nejlepší alternativa Sn/Pb pájecích past. Tam, kde je nepříznivým parametrem vyšší cena slitin Sn/Ag/Cu, jsou voleny slitiny na bázi Sn/Cu. Pouze vyjímečně jsou používány slitiny Sn/Ag s Vizmutem (2 nám známé aplikace v rámci ČR a SR) a to u firem, které mají svoji základnu v Japonsku.

Ukazuje se, že hlavním problémem při výběru pájecí slitiny je její cena ve spojitosti se zaručenou kvalitou zapájení. Zejména u pájení vlnou a ručním pájení je velký nárůst v ceně základního materiálu. To vede k tomu, že se firmy snaží zvládnout svůj proces pokud možno s ekonomicky výhodnějšími slitinami. Např. společnost Endress+Hauser používá již 12 let slitinu Sn+Ag (tzn. 12 let pájí DPS bezolovnatou slitinou).

Tavidla

Volba tavidla pro pájení vlnou

První volbou je vždy standardní tavidlo doporučené stávajícím dodavatelem pro danou bezolovnatou slitinu. Pokud jsou výsledky odpovídající, není důvod toto tavidlo měnit. V případě, že dosahované výsledky neodpovídají požadavkům na kvalitu pájení, je nutné přistoupit k hledání optimálního nastavení stroje. Teprve když se nepodaří vyladit stroj, je třeba hledat jiné tavidlo. Prvním krokem tohoto procesu je stejné tavidlo s vyšším obsahem aktivátorů. Druhým krokem je tavidlo s aktivátory silnějšími či tavidlo jiného výrobce. Tavidla na vodní bázi jsou zatím používána minimálně. Přesto věříme, že jejich čas se nezadržitelně blíží. Prakticky se ukazuje, že volba tavidla (silnější či slabší) je nejvíce závislá od typu pokovení DPS tj. např. tam, kde se pájí „holé“ měděné plochy, je třeba velmi silné tavidlo s vysokým obsahem aktivátorů.

Volba pájecí pasty

Při výběru pájecí pasty je postup stejně jako při volbě slitiny většinou odvislý na odzkoušení pasty vybraného výrobce a nastavení vhodného profilu pece.

Tavidla pro ruční pájení

Opět zde je třeba nejprve vybrat slitinu a poté ji prakticky odzkoušet s různými tavidly. Pro bezolovnaté pájení se ukazuje, že v mnohem větším počtu aplikací, než dříve, je nutné použít pro zlepšení pájitelnosti a zvýšení přenosu tepla pomocné tavidlo. Mnohem lepších výsledků je dosahováno s pomocnými tavidly ve formě past či gelů, než s tavidly kapalnými.

Ruční pájení

Potvrzují se teoretické poznatky o snížené životnosti hrotů pájedel, nutnosti vyšší obnovy tepla pro kvalitní pájení, dobré vlastnosti kompaktních hrotů, horší roztékavost slitin a v neposlední řadě i účinné působení ochranné dusíkové atmosféry při ručním pájení.

Nejčastější problémy Řešení
Výběr pájecího hrotu. Hrot co největší (nejhmotnější) pro danou operaci – nejlépe s plochou na konci.
Životnost pájecího hrotu. Dodržovat zásady péče o hrot, změna systému čištění hrotu, ochrana dusíkem.
Dodržení stávajících časových norem. Správný hrot, kvalitnější pájedlo, dusík, naříznutá pájka, pomocné tavidlo.
Nejistota kvality zapájení. Řízený proces – kontrola teploty pájení, použití dusíku, pomocné tavidlo.
Odsávání pájky a opravy. Odsávací stanice s minimální drahou odsávané pájky od hrotu k zásobníku, hrot s vysokou obnovou tepla, pomocné tavidlo.
Zatékání pájky do prokovených otvorů. Pájedlo s vysokou obnovou tepla, pomocné tavidlo, dusík.
Nejistota správné teploty na hrotu pájedla. Řízený proces s přesně definovanou teplotou – měřidlo teploty hrotů pájedel.
Nedostatečný výkon pájedel. Pájedlo s vysokou obnovou tepla, dusík.


Neplatí, že:

  • Větší vrstva poželezení hrotu vede k jeho větší životnosti, naopak zhorší se přenos tepla.
  • Rozdělení hrotu na dvě mechanické části s vyšším poželezením špičky vlastního hrotu vede k delší životnosti, naopak hrot se velmi rychle mechanicky rozpadá a přenos tepla je minimální.
  • Použití dusíku u ručního pájení nemá praktický význam. Každý, kdo má tuto technologii zavedenou si prakticky odzkoušel práci s dusíkem a bez něho. Každý operátor muže potvrdit, že při uzavření průtoku dusíku je možné velice rychle poznat, že se proces zhoršil a životnost hrotu klesá.

Pájení vlnou

Při přechodu strojního pájení vlnou na bezolovnaté technologie jsou hlavní problémy:

  • Vyšší použitá teplota, která má za následek vyšší tepelné namáhání pájených sestav a vyšší provozní náklady na pájení. I když některé aplikace nevyžadují výrazné zvýšení teploty.
  • Vyšší agresivita bezolovnaté pájky, což vede k jinému materiálu pájecí vany.
  • Vyšší nároky na předehřev sestavy před vlastním pájením.
  • Vyšší oxidace bezolovnaté pájky, což vede ke krytí hladiny pájky v pájecí vaně dusíkem nebo olejem, nebo použití separátoru oxidů (DEOX®)

Neplatí, že:

  • Zásadním problémem je kontaminace pájecí slitiny ve vaně mědí. Je to spíše teoretická možnost při dlouhodobém pájení DPS s holými měděnými plochami zejména u vln s dlouhou dobou styku s DPS během pájení.
  • Nelze bezolovnatě pájet bez dusíku. Samozřejmě, že použití dusíku přináší své výhody, ale není bezpodmínečně nutné. Je vždy třeba zvážit nákladovost výroby a návratnost investice.
  • Není možné použít pro pájení vlnou vyvíječ dusíku. Toto velmi ekonomicky výhodné řešení se nám podařilo prakticky nasadit a pracuje k plné spokojenosti českého uživatele. Výhodné je pro společnosti, které nepájí více než jednu směnu.
  • Olejové krytí je nevhodné protože se olej dostává na pájené DPS. Není pravda, olej kryje pouze povrch spájecí slitiny. Je to ideální ekonomické řešení krytí pájecí slitiny.

Pájení přetavením

Při přechodu pájení přetavením na bezolovnaté technologie jsou hlavní problémy:

  • Vyšší použitá teplota, která má za následek vyšší tepelné namáhání pájených sestav a vyšší provozní náklady na pájení.
  • Vyšší oxidace bezolovnaté slitiny, což vede k použití ochranné dusíkové atmosféry.
  • Vyšší gradienty teploty při náběhu teploty a při chlazení.

Neplatí, že:

  • Musí být zakoupena nová konstrukce reflow. Mnoho současných reflow je možné použít bez výrazných problémů na většinu aplikací. Pouze je nutná změna profilu přetavení.
  • Musí být reflow pec pro bezolovnaté pájení minimálně 7 m dlouhá. Délka reflow by měla být důvodem pouze kapacitním. Pokud je délka reflow nutná k dokonalému prohřátí, svědčí to o tom, že topné jednotky pece nemají dokonalý přenos tepla a tento se pak musí dohánět delší dobou působení – delším průchodem reflow pecí.
  • Malé reflow pece nemohou pájet bezolovnaté sestavy Samozřejmě zde platí, že uživatel musí vědět jakou sestavu chce pájet a znát možnosti pece. Pokud jde o běžné sestavy SMD: čipy, SO, QFP, tak přetavení je možné. Vysoká integrace, BGA, QFP, tam je třeba použít jiný typ reflow pece.

Použití dusíku při ručním pájení, přetavení (reflow) a pájení vlnou


Hlavní výhody pájení v ochranné inertní atmosféře lze shrnout do následujících bodů:

  • Redukce použití tavidel (aspekt ochrany životního prostředí).
  • Větší flexibilita procesu – umožňuje zvětšení procesního okna,.
  • Snížení objemu strusky u pájení vlnou.
  • Lze pájet přímo na povrch Cu a další typy nepocínovaných povrchů.
  • Definovanější a vzhlednější pájené spoje (z kosmetického pohledu).
  • Lepší smáčivost součástek.
  • Nižší pravděpodobnost opálení desky a také zbytků tavidla.
  • Omezení tvoření zkratů a nezapájených (studených) spojů.

V současnosti je odhadováno celosvětově použití dusíku pro bezolovnaté pájení takto:

  • Ruční pájení 5% aplikací
  • Pájení vlnou 15%
  • Přetavení 20%

Společnost ABE.TEC se snaží trvale dávat svým zákazníkům plnou podporu při zavádění nové technologie. Je to nejen nabídka nového vybavení a materiálů, ale i pořádání odborných seminářů, které se setkávají s velkým ohlasem, vydávání odborných publikací, článků a školení uživatelů pro ruční bezolovnaté pájení. Také se na nás obrátily firmy, pro které jsme zajišťovali dozorování procesu bezolovnatého pájení během náběhu nové technologie. Tento zájem odborné veřejnosti nás velmi těší, ale i zavazuje. Věříme, že zavedení nové technologie nepovede ke snížení kvality a prodražení výroby, ale stane se krokem přispívajícím ke zlepšení životního prostředí.


Formulář pro dotazy

Výrobky


Představení Modula Visko-mmi Volitelné konfigurace Serie-K5000

Školení

Školení se pořádá na vyžádání zákazníků.

Servis

Firma ABE.TEC, s.r.o. má k dispozici dva servisní techniky, kteří vždy zajistí odstranění případných závad.
tel. +420 466 670 035

Výstavy

18. - 21. března 2014 AMPER 2014

12. - 15. listopadu 2013 PRODUCTRONICA 2013

19. - 22. března 2013 AMPER 2013

Co je Kirsten

Nový model pájecí vlny modula wave® představuje poslední vývoj společnosti Kirsten Soldering AG. Tato vlna nabízí uživateli nejen přednosti duté tryskové vlny, nýbrž také skutečnosou modularitu, takže je možno vždy vyhovět požadavkům výroby na přesnou konfiguraci. Krytí pájecí slitiny zajištěno dusíkem (N2) nebo ADL (protistrusková kapalina).