Технология поверхностного монтажа (ТПМ) – это технология, применяемая при изготовлении электронных изделий на печатных платах, которая является на сегодняшний день самой распространенной. При осуществлении поверхностного монтажа одной из основных операций является нанесение паяльной пасты.  В данной статье рассмотрен данный этап и показана его важность для всего процесса поверхностного монтажа в целом. Приведены возможные ошибки и связанные с ними дефекты изготавливаемых электронных продуктов.

1. Свойства паяльной пасты

        Основой технологии поверхностного монтажа можно считать пайку оплавлением с помощью печи оплавления, которая основана на применении специального технологического материала – паяльной пасты, основными составляющими которой служат припой, флюс и органические наполнители.

        Приблизительно половину объема и 90% по массе паяльной пасты составляет припой. Состав припойного сплава аналогичен припою, применяемому при других методах пайки (олово-свинец с добавлением 2% серебра и другие сплавы с содержанием висмута, индия, золота и др. металлов). В паяльной пасте припой содержится в виде частиц. Считается, что размер апертуры (апертура - отверстие в металлическом трафарете, задающем контактные площадки на печатной плате)  для нанесения пасты должен быть в 5 раз больше среднего диаметра частицы припоя.

        Флюсы нужны для подготовки поверхности перед пайкой. То, что они входят в состав паяльной пасты, служит преимуществом ТПМ. По методу удаления остатков флюса с поверхности флюсы различают на несмываемые, водосмываемые и смываемые растворителями. Органические наполнители в составе паяльных паст позволяют регулировать такие свойства, как тиксотропность и осадка пасты. Тиксотропность является важнейшим свойством паяльной пасты и обеспечивает ее переменную вязкость. При прохождении пасты через дозатор вязкость уменьшается, а затем – увеличивается, надежно фиксируя отпечаток. Осадка пасты – это свойство отпечатка пасты растекаться со временем.

2. Методы нанесения паяльной пасты

        Нанесение паяльной пасты на контактные площади может быть выполнено с помощью дозатора или через специальный трафарет. Эта операция имеет большое значение для получения качественной пайки, так как недостаточное количество пасты может привести к отсутствию соединения, а избыток – к образованию перемычек.

        Нанесение пасты с помощью дозатора - не очень точный и производительный метод. Поставка паяльных паст осуществляется в специальных шприцах, на которые можно устанавливать иглы разного диаметра, обеспечивающие нанесение определенного объема пасты. Дозирование пасты может производиться как вручную, так и с помощью автоматического оборудования. Для серийного производства характерно использование для нанесения паяльной пасты трафаретной печати, которая может выполняться автоматически, полуавтоматически или вручную с помощью трафаретных принтеров. При трафаретной печати паста продавливается сквозь отверстия (апертуры) в металлическом трафарете. Трафареты получают способом лазерной резки или травлением.

Рис. 1 Трафарет для нанесения паяльной пасты

3. Основные ошибки при нанесении паяльной пасты

        Ошибки при нанесении паяльной пасты ведут к возникновению брака и получению некачественной продукции. Рассмотрим типичные ошибки нанесения пасты в зависимости от применяемого метода нанесения.

3.1. Диспенсерное нанесение

        При нанесении пасты с помощью дозатора вручную возможны две основные ошибки: во-первых, неточное дозирование, что приводит к возникновению перемычек после оплавления, а во-вторых – разное количество пасты на контактных площадках одного компонента, что может привести к опрокидыванию.

        При автоматическом дозировании неточности дозирования по вине оборудования практически исключены, поэтому единственная возможная ошибка – это неверная настройка оборудования по вине оператора.

3.2. Трафаретная печать

        При ручной трафаретной печати возможны следующие ошибки: во-первых, неравномерное нанесение пасты, вызванное неравномерной силой прижатия ракеля к трафарету, во-вторых, смазывание пасты при отрыве трафарета от поверхности, и, в-третьих, неполное заполнение апертур из-за загрязненной кромки ракеля или использования некачественной пасты. При автоматической трафаретной печати возникновение брака чаще всего обусловлено неправильным подбором расстояния между трафаретом и ракелем, неправильному подбору скорости движения ракеля и другими настройками оборудования.

4. Дефекты, вызываемые неправильным нанесением паяльной пасты

        Неправильный подбор зазора между трафаретом и ракелем, скорости движения ракеля и других характеристик при настройке оборудования при трафаретном нанесении паяльной пасты приводит к возникновению следующих разновидностей дефектов:

• Дефект совмещения трафарета и платы.
• Посадка пасты. Образуется за счет неправильного подбора вязкости пасты.
• Неравномерность нанесения пасты. Слишком малое количество пасты приводит к отсутствию соединения. А слишком большое – к образованию перемычек.
• Вычерпывание пасты из апертур из-за слишком высокой скорости ракеля и слишком мягкой его кромки.
• Излишки пасты из-за недостаточной силы прижатия ракеля или погрешностью его геометрии.
• Наклон отпечатка пасты по отношению к плате. Разница максимальной и минимальной высоты пасты не должна превышать 20% от желаемой высоты.