Существует несколько основных типов бессвинцовых припоев. Они состоят из олова и меди (SnCu), олова и серебра (SnAg), олова и меди с добавлением серебра (SnAgCu) и других элементов.

Низкотемпературные бессвинцовые припои используются для пайки электронных компонентов и других материалов с низкой температурой плавления. В состав таких припоев входят олово, висмут и индий. Они имеют ограниченное применение и не могут обеспечить надежные паяные соединения при высоких температурах эксплуатации.

Если вы хотите заменить эвтектику на бессвинцовый припой, то вам необходимо убедиться, что новый припой подходит для конкретного материала и температуры эксплуатации. Возможно, вам потребуется использовать другой тип припоя.

Высокотемпературные бессвинцовые припои - это припои с температурой плавления более 300 °C. Они используются в различных областях, таких как сварка, пайка и резка.

Отличие бессвинцовой технологии от стандартного процесса

Бессвинцовая технология пайки отличается от стандартного процесса пайки несколькими особенностями. Во-первых, бессвинцовые припои имеют более высокую температуру плавления, что требует более высокой температуры оплавления и охлаждения. Это может привести к деформации и повреждению печатных плат и компонентов . Во-вторых, бессвинцовые припои имеют другой состав и свойства, что влияет на выбор флюсов, припойных паст, ракелей и других материалов и оборудования . В-третьих, бессвинцовая технология пайки обусловлена экологическими требованиями и направлена на снижение вредного воздействия свинца на окружающую среду и здоровье человека. Бессвинцовая технология пайки является перспективной и актуальной для современного электронного производства.

Подбор оптимального термопрофиля

Подбор оптимального термопрофиля при использовании бессвинцовых припойных паст является важной задачей для обеспечения качества пайки и надежности изделий. Термопрофиль определяет температуру и время нагрева и охлаждения платы и компонентов в печи пайки. При выборе термопрофиля необходимо учитывать различные факторы, такие как свойства припоя, характеристики платы и компонентов, требования к пайке и ограничения по температуре. Целью подбора оптимального термопрофиля является достижение полного расплавления припоя, минимизация дефектов пайки, предотвращение перегрева и термического повреждения компонентов и платы, а также снижение энергопотребления и времени процесса.

Основные типы бессвинцовых припоев

Существует 5 основных групп бессвинцовых припоев:

SnCu Медьсодержащие эвтектические припои изначально создавались для пайки печатных плат волной припоя. Недостатком этого типа является высокая температура расплавления и худшие механические свойства по сравнению с другими бессвинцовыми припоями. 

SnAg Серебросодержащие припои используются в качестве бессвинцовых припоев уже много лет. Они имеют хорошие механические свойства и лучше паяются чем медьсодержащие припои. Эти припои также являются эвтектическими, температура расплавления 221°С. Сравнительные тесты пайки таким типом припоя и обычным свинецсодержащим припоем показывают значительное преимущество бессвинцового припоя по надежности пайки.

SnAgCu Сплав олова серебра и меди является трехкомпонентным эвтектическим припоем. Он использовался задолго до появления серебросодержащего припоя. Преимущество такого типа заключается в более низкой температуре расплавления (217°С). Соотношение компонентов в таком припое является по сей день предметом постоянных дискуссий. Припой с составом 95,5%Sn+3,8%Ag+0,7Cu рекомендован для Brite-Euram project (European Research in Advanced Materials). Этот проект показал, что такой тип припоя обладает лучшей надежностью и спаиваемостью чем серебро- и медьсодержащие безсвинцовые припои. Добавление сурьмы (0,5%Sb) позволило приспособить этот тип припоя для пайки волной. Этот тип припоя используется в промышленности наряду с серебросодержащим. Предпочтение тому или иному типу отдается исходя из экономических соображений и оборудования производства.

SnAgBi (Cu) (Ge). Низкая температура плавления такого сплава сильно повышает надежность пайки. Температура расплавления такого типа припоя в различных сочетаниях соотношений металлов колеблется в диапазоне 200-210°С. Компания Matsushita подтвердила, что этот тип припоев обладает лучшей спаиваемостью среди бессвинцовых припоев. Добавление Cu и/или Ge улучшает прочность паяного соединения, а также смачиваемость спаиваемых поверхностей припоем. Значительная тенденция такого типа припоев образовывать припойные перемычки по сравнению с другими бессвинцовыми припоями может быть уменьшена добавлением других примесей.

SnZnBi Этот тип припоев имеет температуру расплавления близкую к эвтектическим свинецсодержащим припоям, однако наличие Zn приводит ко многим проблемам связанным с их химической активностью:

• 1. Малое время хранения припойной пасты

  2. Необходимость использования активных флюсов

  3. Чрезмерное шлакование и оксидирование

  4. Потенциальные проблемы коррозии при сборке

Использование такого типа припоев рекомендуется для пайки в среде защитного газа.

Для сборки особо важных устройств (оборонная промышленность, автономные устройства) рекомендуется использование высококачественных SnAgCu припоев с добавкой (при необходимости) Sb. Для профессиональной техники (промышленность, системы связи) рекомендуется использование SnAgCu или SnAg двухкомпонентых эвтектических припоев. Для техники широкого потребления (TV, аудио- видео, офисное оборудование) может использоваться широкий диапазон сплавов, таких как SnAgCu(Sb) и сплавов SnAg группы. В меньшей степени используются SnCu и SnAgBi припои - их выбор обусловлен финансовой политикой компаний (в основном по отношению к Bi содержащим припоям).

Сегодня выдано множество патентов на сплавы различных составов для замены свинцовых припоев. Не все сплавы коммерческие, но выбор достаточно широкий. В настоящее время сложно ответить на вопрос, какой сплав самый лучший, однако выбор уже есть. Сплавы отличаются как по температуре плавления, так и по смачиваемости, прочности, стоимости. Каждый припой обладает уникальным сочетанием свойств.

При переводе изделий на бессвинцовую пайку приходится учитывать целый ряд факторов. Припои подбирают, исходя из особенностей конструкции устройства, топологии печатной платы, механических и электрических характеристик блока, условий его эксплуатации. При выборе учитывают также температуру плавления припоя, надежность паяных соединений, устойчивость монтируемых компонентов к температуре пайки, различия режимов при пайке оплавлением и волной припоя.

Основной критерий при выборе припоя - это температура плавления. Все припои по этому признаку можно разделить на четыре группы: низкотемпературные (температура плавления ниже 180°C), с температурой плавления, равной эвтектике Sn63/Pb37 (180...200°C), со средней температурой плавления (200...230°C) и высокотемпературные (230...350°C). 

Низкотемпературные припои имеют ограниченное применение. В их состав входят, кроме олова, висмут и индий. Самые распространенные эвтектические сплавы - олово-висмут и олово-индий. Трудно ожидать, что сплавы с низкой температурой плавления обеспечат надежные паяные соединения при высоких температурах эксплуатации. Существуют также ограничения по поставкам индия и висмута, высока стоимость припоев на их основе.

Большинство среднетемпературных припоев для замены свинца - это сложные по составу сплавы на основе олова с добавлением меди, серебра, висмута и сурьмы. К сожалению, ни один из них не может полностью заменить Sn63/Pb37, у всех сплавов выше температура плавления. Наиболее близкий по своим свойствам припой Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7 сегодня используется для пайки оплавлением при поверхностном монтаже.

Сплавы с большим содержанием свинца имеют температуру плавления около 230°C. В этом температурном диапазоне практически отсутствуют безсвинцовые припои для замены. Самый дешевый заменитель - это припой Sn99,3/Cu0,7, который рекомендован для пайки волной припоя. Недостаток Sn/Cu-припоев - высокая температура плавления (227°C для эвтектики) и низкая прочность. Предпочтительны эвтектические сплавы, поскольку их кристаллизация происходит в узком температурном диапазоне, при этом отсутствует смещение компонентов, в результате чего достигается более высокая надежность соединений (меньше вероятность получения "холодных" паек).

Лучшими свойствами обладают сплавы Sn/Ag, у них более высокая смачиваемость и прочность по сравнению с Sn/Cu. Эвтектический сплав Sn96,5/Ag3,5 с температурой плавления 221°C при испытаниях на термоциклирование показал более высокую надежность по сравнению с Sn/Pb. Припой Sn96,5/Ag3,5 многие годы успешно применяется в специальной аппаратуре.

Эвтектический припой Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7 был получен в результате доработки базового сплава Sn/Ag. Несколько лет назад этот сплав был неизвестен, поскольку припой Sn/Ag/Cu имел более низкую точку плавления (217°C) по сравнению с Sn/Ag. Точный состав этого припоя по-прежнему остается предметом для обсуждения. Sn/Ag/Cu может быть использован для получения как универсальных, так и высокотемпературных припоев.

Sn93,5/Ag3,5/Bi3 имеет более низкую температуру плавления и более высокую надежность паяных соединений. Сплав обладает наилучшей паяемостью среди всех бессвинцовых припоев. Добавление меди и/или германия к Sn/Ag/Bi значительно повышает смачиваемость, а также прочность паяного соединения.

Припой Sn89/Zn8/Bi3 имеет температуру плавления, близкую к эвтектике Sn/Pb, однако наличие в его составе цинка приводит к ряду проблем. Припойные пасты на этой основе имеют короткое время жизни, требуется флюс повышенной активности, при оплавлении образуется труднорастворимая окалина, паяные соединения подвержены коррозии, требуется обязательная промывка соединений после пайки.

National Electronics Manufacturing Initiative (NEMI) рекомендует для пайки оплавлением сплав Sn3,9/Ag0,6/Cu, для пайки волной - менее дорогие припои Sn0,7/Cu и Sn3,5/Ag, поскольку во втором случае требуются большие объемы припойного материала. Такого же мнения придерживается и европейский консорциум IDEALS. В настоящее время эта организация занята изучением сплава Sn/Ag3,8/Cu0,76, считая его пригодным как для оплавления и пайки волной, так и для ремонтных работ.

JEIPA предлагается три сплава для замены Sn/Pb - олово/серебро/медь (Sn/Ag/Cu) и два сплава на основе олово/серебро/висмут (Sn/Ag/Bi). Другие производители рассматривают возможность использования нескольких бессвинцовых припоев, включая Sn/Ag/Bi, лучший из которых определится в процессе промышленных испытаний.

Самая последняя информация приводится на сайтах производителей.

Результаты проводимых во многих странах исследований говорят о том, что на сегодняшний день лидером в бессвинцовой гонке являются сплавы системы Sn/Ag/Cu. Возможно, через некоторое время будут найдены и другие составы.

Бессвинцовые покрытия и их совместимость

Бессвинцовые покрытия - это виды покрытий, которые не содержат свинца или содержат его в минимальном количестве. Они используются для защиты поверхностей от коррозии, износа, воздействия химических веществ и других факторов. Бессвинцовые покрытия могут быть разных типов, например, эмали, лаки, краски, порошковые покрытия и т.д. Однако не все бессвинцовые покрытия совместимы с разными материалами и условиями эксплуатации. Поэтому при выборе бессвинцового покрытия необходимо учитывать ряд факторов, таких как:

- Тип и состав основы, на которую наносится покрытие. Например, для металлических поверхностей подходят бессвинцовые покрытия на основе эпоксидных смол или полиуретанов, а для деревянных - на основе акриловых или алкидных смол.

- Температура и влажность окружающей среды. Некоторые бессвинцовые покрытия могут терять свои свойства при высоких или низких температурах или при повышенной влажности. Например, порошковые покрытия не рекомендуются для использования в тропическом климате, так как они могут отслаиваться или трескаться.

- Механическая нагрузка на покрытую поверхность. Некоторые бессвинцовые покрытия могут быть более устойчивы к царапинам, ударам, трению и другим видам механического воздействия. Например, эмали и лаки обладают высокой твердостью и глянцем, а краски и порошковые покрытия - высокой адгезией и эластичностью.

- Химическая стойкость покрытия. Некоторые бессвинцовые покрытия могут быть более устойчивы к действию кислот, щелочей, растворителей и других химических агентов. Например, эпоксидные и полиуретановые покрытия обладают высокой химической стойкостью и защищают поверхность от коррозии.

- Экологичность и безопасность покрытия. Бессвинцовые покрытия не выделяют токсичных веществ в окружающую среду и не представляют опасности для здоровья человека. Однако некоторые из них могут иметь специфический запах или требовать специальных условий хранения и транспортировки.

Таким образом, бессвинцовые покрытия - это современные и эффективные виды покрытий, которые имеют ряд преимуществ перед свинцовыми. 

Крупные поставщики компонентов один за другим анонсируют свои продукты, выводимые на рынок бессвинцовых изделий. Широкому распространению бессвинцовых покрытий препятствовала их высокая стоимость. ST Assembly Test Services Ltd. (STATS) для покрытия выводов ИС предложила использовать чистое олово (Sn). Цель инициативы STATS - предоставить заказчикам экологически чистые корпуса, удовлетворяющие стандартам качества по электрическим, механическим параметрам и надежности. Альтернативными сплавами для шариков припоя стали Sn/Ag и Sn/Ag/Cu.

О совместимости покрытий

Использование бессвинцовых покрытий при производстве печатных плат является одним из способов снижения вредного воздействия электроники на окружающую среду. С 2006 года в Европейском союзе действует закон RoHS, который запрещает использование свинца и других опасных веществ в электронных компонентах и оборудовании. Бессвинцовые технологии пайки требуют более высоких температур и специальных составов припоев и флюсов, что может влиять на качество и надежность печатных плат. Существуют различные методы нанесения бессвинцовых покрытий на печатные платы, такие как горячее лужение, конденсационная пайка, химическое осаждение и другие. Каждый метод имеет свои преимущества и недостатки, которые необходимо учитывать при выборе оптимальной технологии для конкретного изделия.

Промышленность в течение многих лет применяет сплавы типа Ni/Au, Pd/Ni, Sn, Ag, Pd, имидазол (C3H4N2) и OSP. Сегодня проблема состоит в том, что для бессвинцовой технологии нужно выбрать один из них, но до сих пор неясно, на каком материале остановиться.

Проведенные в NCMS исследования показали, что смачиваемость четырех из пяти бессвинцовых покрытий (имидазол, горячий Sn, Pd/Ni и Pd) не выдерживает критики по сравнению с эвтектикой Sn/Pb. Наиболее перспективным покрытием для пайки меди бессвинцовыми припоями признан имидазол. Покрытия Sn, Pd и Au обеспечивают хорошую смачиваемость практически для всех припоев, однако плохо работают с Sn58/Bi по меди.

Перспективными для производства бессвинцовых печатных плат считаются также сплавы системы Sn/Cu, близкие к Sn/Pb по своим характеристикам. Однако более высокая температура процесса может вызвать нежелательные эффекты. После нескольких циклов оплавления и/или ремонта покрытия теряют свои защитные свойства.

Флюсы

Флюсы* для пайки аппаратуры делятся на две группы: неактивированные - на основе канифоли и полиэфирных смол, и активированные. Канифоль состоит из смеси нескольких слабых органических кислот, основная из которых - абиетиновая, растворяющая оксиды меди, но не воздействующая на чистую медь. Вместе с тем абиетинаты меди не являются коррозионными продуктами. Канифоль и полиэфирные смолы, попадая в диэлектрик печатной платы, не снижают его сопротивление изоляции.

* Флюсы - материалы, применяемые в металлургических процессах с целью образования или регулирования состава шлака, предохранения расплавленных металлов от взаимодействия с внешней газовой средой, а также служащие для связывания окислов при пайке и сварке металлов. При плавке и рафинировании металлов флюсы вводят для получения шлаков с заданными физическими и химическими свойствами (например, для понижения тугоплавкости и вязкости, изменения электропроводности), для ошлакования пустой породы и золы топлива, растворения вредных примесей.

Различают флюсы основные (известняк, доломит, пиритный огарок, известь, сода, которые содержат окислы кальция, магния, железа и др. металлов), кислые (кварц, песок, кремень, содержащие кремнезём) и нейтральные (глина, бокситы, бой шамотного кирпича, плавиковый шпат, содержащие глинозём или фторид кальция). Расплавы цветных металлов и сплавов предохраняют от окисления покровными или защитными флюсы; для этой цели применяются главным образом хлориды и фториды щелочных и щёлочноземельных металлов (каменная соль, сильвинит, карналлит, криолит, бура, канифоль). При пайке и сварке используют канифоль, буру, хлорид цинка, хлорид аммония, плавиковый шпат и др. флюсы Для дуговой электросварки разработан ряд флюсы, которые предварительно переплавляют и обрабатывают, а сварку ведут непосредственно под флюсы

© "Большая Российская энциклопедия"

Неактивированные флюсы широко применяются для пайки изделий ответственного назначения и в качестве консервирующих покрытий, сохраняющих паяемость печатных плат в условиях длительного складского хранения.

В активированных флюсах, как это следует из названия, присутствуют активаторы - вещества, повышающие флюсующую активность. Среди них - амины, слабые органические кислоты и другие. Активаторы, как правило, содержат ионы галогенов или активные остатки, снижающие сопротивление изоляции диэлектриков. Поэтому активированные флюсы и их остатки следует тщательно отмывать. Их рекомендуется применять при высокопроизводительной механизированной пайке, пайке плохо смачиваемых металлов (например, никеля). К этой группе относятся также водорастворимые флюсы, не содержащие канифоли.

Режим пайки волной при переходе от Sn/Pb к бессвинцовым припоям изменился незначительно. В таких системах могут быть использованы прежние флюсы. При бессвинцовой пайке волной более предпочтительны водорастворимые флюсы. Температура бессвинцовой пайки несколько выше (примерно на 30°C), что следует учитывать при выборе флюса. Для высокотемпературных припоев используются флюсы исключительно на основе канифоли.

Вводимый в припойную пасту флюс играет ту же роль, что и при пайке компактным припоем. Обычно в пасту вводят те же флюсы, которые используются и при обычной пайке.

Очистка функциональных узлов после пайки

Очистка функциональных узлов после пайки - это важный этап в процессе изготовления электронных устройств. Очистка позволяет удалять остатки флюса, припоя и других загрязнений с поверхности деталей, которые могут привести к коррозии, перегреву или снижению эффективности работы устройства. Очистка также способствует улучшению качества контактов и предотвращению образования микротрещин и коротких замыканий. Для очистки функциональных узлов после пайки можно использовать различные методы, такие как механический, химический или ультразвуковой. Выбор метода зависит от типа деталей, материалов, температуры и времени пайки, а также требований к чистоте и безопасности. В любом случае, необходимо соблюдать правила техники безопасности и защиты окружающей среды при проведении очистки.

Для достижения высокого качества отмывки требуются разные растворители. Остатки флюса при бессвинцовой пайке отличаются по составу от традиционных. Накопленный опыт свидетельствует, что при более высокой температуре сложнее удалять остатки флюса из паяного соединения. Подробные сведения о результатах испытаний различных моющих жидкостей при бессвинцовой пайке и точная информация приводится на сайтах производителей.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Сплав Sn/Ag/Cu (олово/серебро/медь, или иначе SAC-сплав) наиболее часто используют в качестве бессвинцового припоя, хотя возможно применение и других сплавов, содержащих, например, висмут, индий и другие элементы. При переходе к припоям на основе SAC-сплавов наблюдается увеличение числа дефектов пайки. Это результат неправильного выбора параметров процесса пайки. При правильно выбранных параметрах и надлежащем контроле процесса пайки число дефектов практически соизмеримо.

Оловянно-свинцовые и бессвинцовые припои имеют следующие основные отличия:

• различны температуры плавления припоев, поверхностное натяжение, способность к окислению и выщелачиванию

• в бессвинцовых припоях выше температурный профиль пайки

• для бессвинцовых припоев необходимо бессвинцовое покрытие выводов компонента и площадок платы

• различны скорости смачивания и растекания припоя

• при использовании бессвинцовых припоев снижена способность к выравниванию положения компонентов.

Температура плавления SAC-сплавов составляет 217-220 °С, что более чем на 30 °С выше, чем оловянно-свинцовых сплавов. Поэтому при пайке следует обеспечить их нагрев до 235-245 °С. При пайке печатных плат с компонентами, имеющими примерно одинаковую теплоемкость, температура пайки может быть снижена до 229 °С.

Для пайки бессвинцовыми припоями необходимо применять флюсы, специально разработанные для использования при более высоких температурах.

Флюс занимает примерно половину объема паяльной пасты и определяет ее реологические свойства, осадку, клейкость и др.

Основным назначением флюса является предохранение спаиваемых поверхностей от окисления при действии высокой температуры пайки. Флюс улучшает смачивание их припоем, способствуя растеканию его по площадкам платы и выводам компонентов. После пайки остатки флюса удаляют, смывая их, либо оставляют на плате, если использовалась паста, не требующая очистки.

Основные составляющие флюса:

• канифоль

• активаторы, органические кислоты и/или гидрогалоиды

• растворители

• гелеобразующие вещества

• поверхностно-активные вещества

• хелатные добавки.

Оптимизация состава флюса, пригодного для применения при более высоких температурах пайки, необходимых для бессвинцовых припоев, является основной задачей производителей паяльных паст. Основные составляющие флюса представляют собой органические соединения, которые должны сохранять стабильность при температуре около 245 °С, чтобы предотвратить появление проблем при пайке.

Наиболее часто встречающиеся дефекты пайки:

• образование мостиков припоя между площадками

• образование шариков припоя между площадками

• недостаточная смачиваемость спаиваемых поверхностей

• образование пустот в паяном соединении

• отрыв вывода компонента от площадки (эффект "надгробия")

• отсутствие смачивания.

Образование мостиков и шариков припоя

Эти дефекты возникают при неправильном выборе параметров пайки. При повышенной температуре в зоне предварительного нагрева следует выбирать пасту с малой осадкой. Особенно важно учитывать это при пайке компонентов с малым шагом выводов. Обычные пасты на основе оловянно-свинцовых сплавов при высокой температуре (около 185 °С) начинают плавиться и растекаться из-за разложения их гелеобразующих компонентов. На рис. 1 показано "поведение" паст, имеющих различную осадку. Как видно из рисунка, паста "В" имеет меньшую осадку, чем паста "А", а, следовательно, меньшую вероятность образования мостиков и шариков припоя. 

Недостаточная смачиваемость выводов компонентов и площадок платы

При испытании на паяемость было замечено, что смачивающая способность SAC-припоев улучшается с использованием водосмываемых флюсов. Флюсы, не требующие отмывки, содержат меньше активаторов и не содержат галоидов, вследствие чего способность смачивания снижается.

После воздействия нескольких температурных циклов пайки на площадки печатных плат, защищенные лишь органическими покрытиями (т. наз., OSP-плат), число случаев неполного их смачивания припоем возрастает. Покрытие площадок оловом или иммерсионным серебром способствует лучшему растеканию припоя. Хорошо паяется также покрытие Ni/Au при отсутствии в нем окислов. На рис. 2 показаны примеры пайки SAC-припоями выводов микросхем на площадки из чистой меди и площадки, покрытые иммерсионным серебром. 

Плохая паяемость, недостаточная смачиваемость, плохая растекаемость припоя и большие углы контакта между площадками и выводами могут также явиться следствием неправильно выбранного профиля пайки. Очень важно достичь равномерного распределения температуры по всей площади платы, так как допустимый интервал пиковых температур бессвинцовых припоев более узок, чем оловянно-свинцовых. Корпуса BGA во время пайки ведут себя как теплоотводы, из-за чего паста под ними может не расплавиться полностью, в то время как более мелкие компоненты могут быть припаяны достаточно хорошо. Поэтому необходимо правильно определить профиль пайки, а после ее выполнения проконтролировать качество соединений с использованием рентгеновских или оптических методов.

Основные причины ухудшения смачивающих свойств бессвинцовых припоев:

• малая активность флюса паяльной пасты

• слишком высокая температура в зоне прогрева или большая продолжительность ее воздействия

• малая длительность нагрева места пайки выше температуры плавления припоя

• наличие окислов на спаиваемых поверхностях.

Активность бессвинцовых паст должна сохраняться вплоть до температуры плавления SAC-сплавов (217 °С). Содержащийся в пасте флюс должен эффективно предохранять плату и компоненты от окисления. Способность SAC-сплавов смачивать металлические поверхности относительно невелика, поэтому для лучшего растекания припоя во время пайки необходимо, чтобы время воздействия температур, превышающих температуру плавления, было достаточным. Обычно это время составляет 60-90 с при температуре пайки 235-245 °С.

Наличие окислов на плате можно обнаружить, проведя один из тестов на паяемость, например, выполнение баланса смачивания.

Пустоты в бессвинцовых соединениях и выводах BGA

При наличии большого числа пустот в паяном соединении снижается его надежность, что наиболее часто проявляется при эксплуатации изделий в условиях большого перепада температур, вибраций либо воздействия изгибающих усилий. Пустоты являются также причиной ухудшения тепло- и электропроводности соединений.

Если суммарный объем пустот не превышает 25% объема соединения, их влияние на надежность незначительно. Они могут даже играть роль амортизаторов механических нагрузок. 

Появление пустот могут вызывать следующие факторы:

• состав паяльной пасты

• поверхностное натяжение припоя

• профиль пайки

• наличие окислов на спаиваемых поверхностях

• форма выводов компонентов и паяного соединения

• состав покрытия площадок платы и выводов компонентов

• выделение газа из корпуса компонента во время пайки.

Поверхностное натяжение бессвинцовых припоев выше, чем оловянно-свинцовых. Поэтому необходимо выбирать пасту такого состава, чтобы содержащийся в ней флюс не терял активности при высоких температурах пайки. Для уменьшения числа пустот в первую очередь следует выбирать пасту, не содержащую канифоли, а также активаторов, разлагающихся при воздействии повышенных температур.

Удалению пузырьков газа из припоя способствует также оптимизация профиля пайки, заключающаяся в увеличении продолжительности пребывания паяного соединения в зоне прогрева, а также в зоне температур, превышающих температуру плавления припоя. Необходимо также следить за тем, чтобы плата и компоненты были свободны от влаги и загрязнений. Замечено, что на OSP-платах образуется несколько больше пустот, чем на платах, покрытых сплавом Ni/Au или иммерсионным серебром.

В некоторых случаях на количество пустот влияет и форма паяного соединения. Если размеры и форма компонентов препятствуют выходу пузырьков газа, число пустот увеличивается.

Подъем одного из выводов компонента над платой (эффект "надгробия")

При пайке малогабаритных компонентов бессвинцовыми припоями возрастает число случаев подъема над платой одного из выводов компонента (эффект "надгробия"). Это объясняется, в частности, меньшей смачивающей способностью этих припоев. Поэтому необходимо позиционировать компоненты на плате с достаточно высокой точностью, так как выравнивающий эффект в бессвинцовых пастах выражен слабее. Припой SAC305 обеспечивает меньшую вероятность образования "надгробия". Его состав: 96.5% олова, 3% серебра и 0.5% меди, температура плавления 217-220 °С. Во время начальной фазы плавления этот припой удерживает компоненты, как бы приклеивая их к плате, в результате чего число "надгробий" уменьшается.

Применение паяльной пасты с повышенным газовыделением в начальной фазе плавления припоя также может быть причиной образования "надгробий".

Отсутствие смачивания

Основная причина отсутствия смачивания – малая активность флюса. В начальной стадии пайки расплавленный припой покрывает всю площадку. Однако, если из-за малой активности флюса образование интерметаллического соединения невозможно, силы сцепления между припоем и площадкой малы, в результате чего из-за поверхностного натяжения припой собирается в каплю.

С использованием водосмываемых паст отсутствие смачивания проявляется достаточно редко благодаря тому, что активность их флюса весьма высока. В менее активных пастах серии ROLO, а также в не требующих отмывки пастах, не содержащих галогенидов, отсутствие смачивания проявляется при пайке площадок, покрытых органическими соединениями или сплавом Ni/Au при наличии на нем окислов никеля или загрязнений. На рис. 8 приведены фотографии площадок с оплавленной пастой; на рис. 8, а явно видно отсутствие смачивания. 

Для обеспечения смачивания необходимо:

• предохранять спаиваемые поверхности от окисления

• выбирать флюс, соответствующий спаиваемым металлам

• уменьшать температуру и продолжительность прогрева для сохранения активности флюса.

Внешний вид бессвинцовых соединений

Поверхность бессвинцовых соединений более матовая, чем оловянно-свинцовых, а галтель из-за меньшей текучести бессвинцовых сплавов имеет другую форму. Это не должно рассматриваться как дефект пайки. 

После оплавления в воздушной среде SAC-припои имеют более темный вид. На их поверхности образуется сеть мелких трещин, возникающих вследствие образования интерметаллических соединений, а также окисления. В азотной среде образуется более блестящее соединение с хорошим растеканием по спаиваемым поверхностям.

Уменьшение продолжительности воздействия температур, превышающих температуру плавления припоя, замедляет рост интерметаллических соединений, в результате соединение приобретает более светлый вид.

В заключение можно отметить, что переход к применению бессвинцовых припоев требует определенного времени, необходимого для получения навыков обращения с ними как при пайке, так и оценке качества паяных соединений.