Čo je spájkovacia pasta a ako ju používať?

Čo je spájkovacia pasta a ako ju používať?
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  3066 zobrazení
8
 0
Rádioamatérov almanach

Spájkovacia pasta je forma spájky, ktorá sa používa pri spájkovaní SMD komponentov infračervenými reflow spájkovacími vlnami, alebo pri ručnom osádzaní a následnom teplovzdušnom spájkovaní počas procesu montáže PCB. Preto v súvislosti s nedávno publikovaným článkom, kde si sme si povedali čo to o spájkach vo všeobecnosti - klikni, ale aj na základe dopytu na sociálnych sieťach od pána Stanislava Lattenbergera a iných, zo skupiny Paul's Electronics ktorý prišiel s niekoľkými dobrými poznámkami na adresu spájkovania, spájok a spájkovacích pást, respektíve poskytol mi impulz k napísaniu tohoto článku, za čo mu ďakujem.

Spájkovacia pasta poskytuje významné výhody pri výrobe a jej konzistencia umožňuje, aby sa celkový  výroby proces stal jednoduchým a ľahko reprodukovateľným. Jej masové rozšírenie v elektrotechnickom priemysle  urýchľuje celkový proces výroby, efektivitu a v značnej miere znižuje chybovosť, ale je s dobrými výsledkami použiteľná aj v domácich podmienkach pri kusovej výrobe prototypov, alebo pri servisných opravách elektroniky.

Čo je spájkovacia pasta

Spájkovacia pasta je v podstate spájka z práškového kovu suspendovaná v hustom médiu, ktoré sa nazýva tavidlo. Pridané tavidlo slúži ako dočasné lepidlo, pričom drží komponenty, až kým proces spájkovania spájku neroztopí a neprispájkuje jednotlivé časti dohromady. Pasta je sivý, tmelovitý materiál. Zloženie spájkovacej pasty sa líši v závislosti od použitia. Napríklad pri spájkovaní komponentov z plastových materiálov (napr. konektory) na PCB dosku so sklenenými vláknami FR4 sú použité spájkovacie zmesi eutektické, Sn-Pb (63% cín, 37% olovo) alebo zliatiny SAC (cín / striebro / meď, pomenované pre elementárnych prvkov). Symboly Sn / Ag / Cu). Ak potrebujete vysokú pevnosť v ťahu a šmyku, môžu sa použiť zliatiny cínu a antimónu (Sn / Sb). Ako naznačuje názov, má textúru pasty, a teda aj jej názov. To, že ide o pastu, znamená, že sa dá ľahko nanášať na dosku počas montáže DPS.

Typická konzistencia spájkovacej pasty. Jej zloženie Sn96Ag3.0Cu1.0

Tradičným zložením do nedávna bol cín a olovo, ale s legislatívou zavedenou po celom svete sa v súčasnosti používajú iba bezolovnaté spájky. Môžu byť vyrobené z rôznych zmesí. Jednou z nich je napr. 99,7% cínu (Sn) a 0,3% medi (Cu). Existujú však aj ďalšie zmesi, ktoré zahŕňajú ďalšie kovy napríklad striebro (Ag).

Spájkovacia pasta a veľkosti

Existujú rôzne druhy spájkovacej pasty a je preto vždy vhodné zvoliť najoptimálnejší typ, ktorý zapadá do použitého procesu montáže PCB. Veľkosť a tvar kovových častíc v spájkovacej paste určuje, ako dobre sa bude pasta "tlačiť". Spájkovacia gulička má guľovitý tvar - čo napomáha pri znižovaní povrchovej oxidácie a zaisťuje dobrú tvorbu spoja s susednými časticami. Nepoužívajú sa nepravidelné veľkosti častíc, pretože majú tendenciu upchávať šablónu a spôsobovať tak chyby tlače. Na výrobu kvalitného spájkovacieho spoja je veľmi dôležité, aby kovové guličky mali veľmi pravidelnú veľkosť a nízku úroveň oxidácie.

Spájkovacie pasty sú klasifikované na základe veľkosti častíc podľa normy IPC J-STD 005.

Označenie typu podľa IPC Veľkosť častice (µm) *
Typ 1 75 - 150
Typ 2 45 - 75
Typ 3 25 - 45
Typ 4 20 - 38
Typ 5 10 - 25
Typ 6 5 - 15
Typ 7 2 - 11
Typ 8 2 - 8

* Minimálne 80% medzi uvedenými veľkosťami.

Spájkovaciu pastu je tiež možné kategorizovať podľa typu použitého tavidla:

  • Spájkovacie pasty na báze kolofónie: Pasty na báze kolofónie sú vyrobené z kolofónie, prírodného extraktu z borovice. Tieto tavidlá je možné podľa potreby po procese spájkovania vyčistiť pomocou vhodného rozpúšťadla (prípadne pomocov chlórfluórovaných uhľovodíkov).
  • Spájkovacie pasty na báze vodorozpustného tavidla: Tavidlá rozpustné vo vode sú vyrobené z organických materiálov a glykolových báz. Pre tieto tavidlá existuje široká škála čistiacich prostriedkov.
  • Bez oplachové spájkovacie pasty: V praxi označované aj ako "No Clean" , ktoré sú vyrobené zo živíc a rôznych úrovní tuhých zvyškov. Bez oplachové pasty šetria nielen náklady na čistenie, ale aj kapitálové výdavky a skladovaciu plochu. Aj keď spájkovacie pasty na báze No Clean tavidla znejú atraktívne, potrebujú veľmi čisté montážne prostredie a môžu potrebovať inertné prostredie na pretavenie.

Vlastnosti spájkovacej pasty

  • Viskozita

Miera, do akej materiál odoláva tendencii k tečeniu. V tomto prípade sú požadované rôzne viskozity spájkovacej pasty pri rôznych úrovniach ťažnej sily. Takýto materiál sa nazýva tixotropný. Keď sa stierkou na šablóne pohne spájkovacia pasta, fyzické napätie, ktoré na ňu pôsobí, spôsobí, že sa viskozita rozpadne, čím zriedi pastu a pomôže jej ľahko pretekať cez otvory na šablóne. Po odstránení napätia na paste získa opäť svoj tvar a zabráni jej prúdeniu po doske s plošnými spojmi. Viskozita pre konkrétnu pastu je k dispozícii v katalógu výrobcu. Na posúdenie zostávajúcej použiteľnosti spájkovacej pasty po určitej dobe používania je niekedy potrebné vykonať interné testovanie. Spájkovacia pasta je tixotropná, čo znamená, že sa jej viskozita časom mení (stáva sa menej viskóznou) s aplikovanou šmykovou silou (napr. miešaním). Tixotropný index je mierou viskozity spájkovacej pasty v pokoji v porovnaní s „opracovanou“ pastou. V závislosti od zloženia pasty môže byť veľmi dôležité pastu pred použitím premiešať, aby sa zabezpečila správna viskozita pre správnu aplikáciu.

  • Prepad

Pasta má charakteristickú tendenciu šíriť sa po aplikácii. Bočné steny pasty sú teoreticky po nanesení pasty na dosku s plošnými spojmi dokonale rovné a zostanú tak až do umiestnenia komponentu. Ak má pasta vysokú hodnotu prepadu, môže sa stav  líšiť od očakávaného správania, pretože bočné steny pasty nie sú úplne rovné. Prepad pasty by sa mal minimalizovať, pretože prepad vytvára riziko vytvorenia spájkovacích mostíkov medzi dvoma susednými bodmi a zapríčiňuje vznik skratu.

  • Pracovný život

Množstvo času po aké môže spájkovacia pasta zostať na šablóne bez ovplyvnenia jej tlačových vlastností. Túto hodnotu poskytuje výrobca pasty v dokumentácii.

  • Lepivosť

Lepivosť je vlastnosť spájkovacej pasty na udržanie komponentu po umiestnení komponentu umiestňovacím strojom. Životnosť lepivosti je preto kritickou vlastnosťou spájkovacích pást. Je definovaná ako doba, po ktorú môže spájkovacia pasta zostať vystavená atmosfére bez významnej zmeny vlastností lepivosti. Pri spájkovacej paste s dlhou životnosťou je pravdepodobnejšie, že používateľovi poskytne konzistentnejší a robustnejší proces tlače.

  • Odozva na pauzu

Reakcia na pauzu (RTP) sa meria rozdielom v objeme depozície spájkovacej pasty ako funkcia počtu výtlačkov a času pauzy. Veľké zmeny v objeme tlače po pauze sú neprijateľné, pretože spôsobujú chyby na konci riadku, napríklad skrat alebo otvorenie. Dobrá spájkovacia pasta vykazuje menšie rozdiely v objeme výtlačkov po pozastavení. Iné však môžu vykazovať veľké odchýlky a tiež celkovo klesajúci trend v objeme.

Skladovanie spájkovacej pasty

Aby sa zaistilo, že spájkovacia pasta je vhodná na dosiahnutie najvyššieho výkonu pri montáži DPS, je potrebné zabezpečiť, aby si zachovala požadované vlastnosti. Aby sa toho dosiahlo, je nevyhnutné, aby bola spájkovacia pasta správne skladovaná. Vždy by mala byť skladovaná vo vzduchotesnej nádobe pri teplote 0-10 °C v chlade a tme tak, aby sa zabránilo jej oxidácii a následnému znehodnoteniu. Pred použitím by mala byť zahriata na izbovú teplotu. Výrobcovia zavádzajú nové spájkovacie pasty, ktoré zostávajú stabilné aj pri teplote 26.5 °C po dobu jedného roka a pri 40 °C po dobu jedného mesiaca.

Spájkovacia pasta musí byť vždy skladovaná podľa doporučení výrobcu. Nielen, že to zníži rýchlosť akejkoľvek oxidácie, ktorá môže nastať, ale tiež zníži rýchlosť, ktorou sa tavidlo v paste degraduje. Aj keď je nízka teplota nevyhnutná, nemala by sa skladovať pri teplote pod bodom mrazu. Pri jej nesprávnom skladovaní môže napríklad pasta vyschnúť, alebo sa môže oddeliť tavidlo od spájky a tým pádom je pasta nepoužiteľná.

Vzhľadom na spôsob, akým sa môže spájkovacia pasta degradovať, má tiež definovanú dobu použiteľnosti a nemala by sa používať po dátume jej ukončenia. Ak sa použije stará spájkovacia pasta, nastane časom oxidácia a následne vzniká značné riziko oveľa vyššej chybovosti a náklady na opravy by boli oveľa vyššie ako náklady na výmenu spájkovacej pasty.

TIP : Pre občasné použitie spájkovacej pasty, odporúčame jej nakupovanie v malých objemoch a iba u overených predajcov. Zároveň ju doporúčame skladovať na chladnom a tmavom mieste, najlepšie v chladničke v hornej časti.

Ako používať spájkovaciu pastu

Pasta dočasne drží komponenty na svojom mieste, doska sa potom zahreje, pasta sa následne roztaví a vytvorí sa pevné mechanické ako aj elektrické spojenie. Pasta sa nanáša na dosku potlačou, šablónou (označovanou ako "STENCIL"), alebo striekačkou - injektorom, pri ručnom nanášaní. Ak sa spájkovacia pasta použije pri hromadnej montáži DPS, ako aj pri výrobe prototypov DPS, je potrebných niekoľko etáp. Spájkovacia pasta sa nanáša iba na oblasti, kde sa vyžaduje spájkovanie. To sa dosiahne použitím šablóny, ktorá umožňuje použiť spájkovaciu pastu iba v určitých oblastiach.

Štruktúra spájkovacej pasty pri pohľade mikroskopom (wikipedia)

Existuje mnoho spôsobov, ale zvyčajne sa na dosku umiestni šablóna a pasta sa manuálne rozotrie tak, aby bola jej vrstva rovnomerná. Je dôležité aplikovať vždy iba potrebné množstvo - príliš málo a spájka nebude tvoriť dostatočné spoje s komponentami - príliš veľa a spoje budú mať veľa nežiadúcich skratov medzi susednými spojmi atď.

Príklad správne nanesenej spájkovacej pasty pomocou šablóny.

Detail štruktúry spájkovacej pasty.

Akonáhle je spájkovacia pasta nanesená na dosku plošných spojov, potom je vedená do zberného a umiestňovacieho stroja, kde sú osádzacími stanicami pridané komponenty. Spájkovacia pasta má dostatočné napätie, na to aby udržala komponenty na danom mieste. Je však nutné dbať na to, aby v tejto fáze nedochádzalo k nárazom do dosky, inak by mohlo dôjsť k pádu - odlepeniu komponentov. Doska by mala byť navyše spájkovaná do niekoľkých hodín od umiestnenia komponentov, inak by sa mohli kvalitatívne vlastnosti spájkovacej pasty značne zhoršiť.

Pri ručnej (domácej, alebo servisnej) aplikácii, je rovnako možné použiť šablónu, alebo nanášat pastu prostredníctvom poloautomatického dávkovača pasty, alebo špeciálne upravenej striekačky. Tento postup je ovšem dosť prácny a vyžaduje si určité technické zázemie a aj skúsenosti.

Vzhľad šablóny "STENCIL" pre nanášanie spájkovacej pasty.

Nákup spájkovacej pasty a jej balenie

Spájkovacia pasta sa dá kúpiť vo veľkoodberateľských baleniach (500g) pre veľké závody na montáž PCB, ale aj v menších spotrebiteľských baleniach (od 10g). Je dostupná v rôznych váhových baleniach vo forme kelímkov, alebo špeciálnych striekačkách vo váhach od cca 10g až do 500g. Pred samotným nákupom preto vždy dobre zvážte všetky požadované aspekty pre použite spájkovacej pasty vo vašej aplikácii, nakoľko chybný výber vás môže stáť nemalé financie.

Pozri aj...

Čo je spájkovacia pasta a ako ju používať?

Spájkovacia pasta sa nanáša na dosky PCB s povrchovou montážou pred vybratím a umiestnením a pri prechode infračerveným reflow strojom sa roztaví, aby...

Pozrieť príspevok

Ako si vybrať kvalitnú spájku?

Spájka a jej použitie v elektronike sa môže javiť ako veľmi všeobecná vec. Ale ako si vybrať z množstva druhov, hrúbok a veľkostí to už niekedy až tak...

Pozrieť príspevok

Tavidlá a spájky a ich použitie v elektronike

Dosť často sa stane, že spájka sa dokonale nespojí s komponentom, čo má za následok nekvalitný spoj, studený spoj s vysokým merným odporom alebo dokon...

Pozrieť príspevok

 

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 200.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

     

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo
PCBWay Promo
PCBWay Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Minalox.sk Promo
Webwiki Button