Jak wybierać topniki - poradnik

Głównym zadaniem topnika lutowniczego jest przygotowanie powierzchni do lutowania. Następuje ono poprzez usunięcie z pola lutowniczego oraz z wyprowadzeń elementów tlenków metali i ewentualnych zanieczyszczeń. Topnik poprawia zwilżalność lutowanych powierzchni i rozpływ spoiwa lutowniczego. W trakcie lutowania zabezpiecza lutowane powierzchnie metali przed ponownym utlenieniem w podwyższonej temperaturze przebiegającego procesu. Odpowiednio przygotowane połączenie lutownicze będzie miało lepsze parametry elektryczne (mniejsza rezystancja połączenia) i mechaniczne (większa wytrzymałość).

Dodaj do ulubionych źródeł w Google
Posłuchaj
00:00

W większości przypadków topniki składają się z nośnika (substancji bazowej) i aktywatora lub aktywatorów. Aktywator pozostaje nieaktywny w temperaturze pokojowej, zaczyna „pracować" w temperaturze towarzyszącej procesowi lutowania. W przypadku kalafonii – popularnego naturalnego preparatu pozyskiwanego z żywicy drzew iglastych, kwas organiczny zawarty w kalafonii wchodzi w reakcję z tlenkami metali, tworząc sole.

Topniki mogą zawierać również inne substancje wspomagające takie, jak np. rozpuszczalniki, substancje powierzchniowo czynne i dodatki kształtujące konsystencję materiału. W zależności od prowadzonego procesu, topniki można podawać z zewnątrz, niezależnie od spoiwa lutowniczego (np. natrysk preparatu na płytkę PCB w procesie lutowania na fali). Mogą też być „zintegrowane" ze spoiwem lutowniczym tak, jak ma to miejsce w rdzeniowych drutach lutowniczych (lutowanie ręczne, automatyczne) lub pastach lutowniczych (reflow).

Istnieje kilka standardów klasyfikacji topników lutowniczych. Najpowszechniej stosowane są normy ISO 9454-1 oraz J-STD-004.

Norma ISO 9454-1 dzieli topniki na 3 grupy: (1) żywiczne, (2) organiczne i (3) nieorganiczne. Topniki żywiczne dzielą się na (1.1) kalafoniowe i (1.2) niezawierające kalafonii. Topniki organiczne dzielą się na (2.1) rozpuszczalne w wodzie i (2.2) nierozpuszczalne w wodzie. Kolejny, wspólny dla tych dwóch grup podział opiera się na zastosowanym aktywatorze: (x.x.1) oznacza topnik bez aktywatora, (x.x.2) topnik z aktywatorem halogenkowym, (x.x.3) topnik z aktywatorem wolnym od halogenków.

Grupa (3) topników nieorganicznych jest podzielona ze względu na zastosowaną substancję bazową na:

(3.1) topniki bazujące na solach, a dalej na (3.1.1) zawierające chlorek amonu jako aktywator i (3.1.2) niezawierające chlorku amonu, (3.2) topniki bazujące na kwasach, a dalej na (3.2.1) zawierające kwas fosforowy jako aktywator i (3.2.2) zawierające inne kwasy jako aktywatory, (3.3.1) topniki alkaliczne, zawierające jako aktywatory aminy lub amoniak. Dodatkowe oznaczenie literowa wprowadza podział na topniki: (A) płynne, (B) stałe i (C) w postaci pasty. Ten element oznaczenia jest często pomijany.

Tak więc zapis 1.1.3.A według normy ISO 9454-1 oznacza płynny topnik żywiczny na bazie kalafonii z aktywatorem wolnym od halogenków.

Norma J-STD-004 klasyfikuje topniki z uwzględnieniem substancji bazowej, aktywności topnika i obecności halogenków. Oznaczenie składa się z czterech znaków (tab. 2). Topnik o zawartości halogenków poniżej 0,05% wagowo uznaje się za „wolny od halogenków".

Oferta Cynel-Unipress

W prawie 40-letniej historii Cynel- -Unipress, na liniach produkcyjnych firmy wykorzystywanych było około 80 różnych topników. Część z nich zastąpiono nowocześniejszymi recepturami, część wycofano razem z powiązanymi produktami. Obecnie do produkcji naszych spoiw lutowniczych i materiałów wspomagających proces lutowania wykorzystywanych jest około 40 topników, zarówno tych wprowadzanych do drutów rdzeniowych, jak i topników płynnych, przeznaczonych np. do lutowania na fali. W grupie rdzeniowych drutów lutowniczych najczęściej wykorzystywane są topniki w klasach 1.1.3, 1.1.2, 1.2.2, 2.1.2 i 2.1.3, w tym zmywalne wodą. W grupie topników płynnych dominują topniki klas 1.1.2, 1.1.3, 2.1.2, 2.2.3, 3.1.1 i 3.2.2. Część produkcji stanowią także wersje opracowane dla naszych klientów pod konkretne wymagania stosowanego przez nich procesu oraz przeznaczone do procesów niezwiązanych z branżą elektroniczną czy elektrotechniczną (np. renowacja karoserii samochodowych, branża instalacyjna, lutowanie aluminium i stali nierdzewnej).

Pasty lutownicze

Pasta lutownicza wykorzystywana do lutowania rozpływowego (refl ow) w montażu powierzchniowym (SMD) to mieszanina drobnych cząsteczek (proszku) spoiwa lutowniczego oraz nośnika, pełniącego jednocześnie funkcję topnika oraz medium zapewniającego określone właściwości fizyczne pasty.

W zależności od metody produkcji proszku lutowniczego kształt jego cząsteczek może być mniej lub bardziej regularny i wpływać na dynamikę lepkości pasty lutowniczej. Starsze technologie produkcji proszku lutowniczego pozwalały uzyskiwać cząsteczki w kształcie nieregularnych blaszek lub pręcików. Technologie stosowane obecnie pozwalają uzyskać proszek lutowniczy o cząsteczkach sferycznych.

Pasta lutownicza nakładana jest na płytkę PCB najczęściej przy użyciu szablonu i rakli, metodą przypominającą sitodruk. Pasta przeciskana jest przez otwory w szablonie i trafia na pola lutownicze. Pastę można również aplikować punktowo przy użyciu dyspenserów.

Analogicznie jak w przypadku innych postaci spoiw lutowniczych, pasty bazować mogą na stopach ołowiowych (np. Sn63Pb37, Sn62Pb36Ag2) lub bezołowiowych (np. Sn96,5Ag3Cu0,5; Sn95,5Ag3,8Cu0,7; Sn95,5Ag4Cu0,5; Sn95,8Ag4,2; Sn99,3Cu0,7; Sn99Cu0,7- Ag0,3) a także niskotemperaturowych (np. Bi58Sn42, Bi57Sn42Ag1).

W zależności od wielkości cząsteczek proszku lutowniczego norma J-STD- -005 klasyfikuje 7 typów proszków.

Najpowszechniej stosowane w pastach lutowniczych są: typ 3 (minimum 80% wagowo proszku o średnicy cząsteczek od 25 do 45 μm) i typ 4 (od 20 do 38 μm). Postępująca miniaturyzacja komponentów coraz częściej wprowadza na linie produkcyjne pasty bazujące na proszku typu 5 (od 15 do 25 μm). Dzięki zaawansowanej technologii produkcji, wewnętrzne normy Cynel-Unipress zakładają jako minimum 90% zawartość pożądanej frakcji proszku a w rzeczywistości jej udział przekracza 95%.

Pasta lutownicza jest materiałem tiksotropowym, którego lepkość maleje pod wpływem sił ścinających, działających podczas przeciskania pasty przez otwory szablonu. Na lepkość pasty ma wpływ temperatura, wilgotność oraz prędkość druku i siła nacisku rakli na szablon.

Właściwości pasty lutowniczej pogarszają się wraz z upływem czasu. Warto uświadomić sobie, że powierzchnia styku spoiwa z topnikiem w paście lutowniczej jest znacznie większa niż w przypadku rdzeniowego drutu lutowniczego. Między cząsteczkami proszku lutowniczego a topnikiem już w fazie przechowywania zachodzi reakcja chemiczna i część aktywności pasty zostaje utracona. Dlatego zalecane jest zapewnienie odpowiednio niskich temperatur transportu i przechowywania większości dostępnych past.

Lutowanie rozpływowe z wykorzystaniem pasty lutowniczej to złożony proces. Występują w nim zjawiska rzadko spotykane w innych technikach lutowania. Niesymetria napięcia powierzchniowego pasty może podnosić element SMD, odrywając jeden z jego końców od pola lutowniczego (tzw. tombstoning, efekt Manhattan). W przypadku pól lutowniczych o dużych powierzchniach odparowujący topnik może uniemożliwić wypełnienie pewnej powierzchni spoiwem i pozostawi pusty obszar (voiding) pogarszający np. odprowadzanie ciepła od elementu czy parametry mechaniczne połączenia.

Od strony sprzętowej ważny jest profil procesu, czasy i prędkości narastania temperatur (przy nagrzewaniu IR i konwekcyjnym), lutowania/rozpływu i studzenia. Stabilność parametrów pasty lutowniczej w zakresie lepkości i jednorodności, zawartości tlenków w użytym proszku lutowniczym, jego profilu granulometrycznego, tendencji do rozpływania się pasty po nałożeniu na pole lutownicze pozwala na ustabilizowanie i optymalizację procesu produkcyjnego.

Cynel-Unipress – oferta past

Cynel-Unipress od ponad 10 lat produkuje sferyczne proszki lutownicze w oparciu o ultranowoczesną, zaawansowaną technologię ultradźwiękowej atomizacji płynnego metalu. Jesteśmy więc w bardzo komfortowej sytuacji, mając pod kontrolą wszystkie etapy procesu produkcyjnego – od etapu wytopu stopu lutowniczego, poprzez produkcję proszku aż do wyrobu finalnego. Zdobywane przez lata doświadczenie w sterowaniu przebiegiem procesu produkcyjnego oraz rygorystyczna kontrola jakości pozwoliły nam osiągnąć stabilność i doskonałą powtarzalność parametrów produkowanego proszku. Przekłada się to wprost na powtarzalność parametrów produkowanych na bazie naszych proszków past lutowniczych.

 


Cynel-Unipress
tel. 22 519 29 45
www.cynel.com.pl

Więcej na www.cynel.com.pl
Chcesz częściej widzieć nasze artykuły w Google? Dodaj ElektronikaB2B do ulubionych źródeł
Powiązane treści
Cynel obchodzi jubileusz 40-lecia
Zobacz więcej w kategorii: Technika
Produkcja elektroniki
Ochrona antystatyczna fundamentem nowoczesnej produkcji
Komponenty
Niewielka uszczelka, ogromne znaczenie. Jak uszczelnienia FOF decydują o skuteczności ekranowania EMC obudów?
Komponenty
Folie termoprzewodzące elektroizolujące – jak jednocześnie odprowadzać ciepło i izolować elektrycznie?
Mikrokontrolery i IoT
Watchdog - przegląd konfiguracji
Zasilanie
Filtry przeciwzakłóceniowe: przegląd rynku, technologii i zastosowań
Projektowanie i badania
Drony zmieniają oblicze pola walki
Zobacz więcej z tagiem: Produkcja elektroniki
Gospodarka
Electro Welle inwestuje blisko 20 mln zł w rozwój zakładu w Marcinkowicach
Technika
Ochrona antystatyczna fundamentem nowoczesnej produkcji
Prezentacje firmowe
Optymalizacja przygotowania zewnętrznego w SMT - firma CPS wdraża FUJI Smart Setup Station

Zobaczyć obiekt oczami radaru, czyli dlaczego potrzebujemy laboratorium do pomiarów RCS?

Radar postrzega świat inaczej niż człowiek. Zamiast obrazu tworzonego przez światło widzialne rejestruje echo wysłanej fali elektromagnetycznej. Na odpowiedź radarową obiektu wpływają nie tylko jego rozmiary, lecz także kształt, zastosowane materiały, częstotliwość oraz kierunek obserwacji. Dlatego dwa przedmioty o podobnych wymiarach mogą być dla radaru widoczne zupełnie inaczej. Jak zatem sprawdzić, co radar rzeczywiście "widzi"? Służą temu pomiary RCS, prowadzone między innymi w specjalistycznych laboratoriach, które zapewniają kontrolowane i powtarzalne warunki oraz umożliwiają uzyskanie dokładności wymaganej w danym zastosowaniu.
Zapytania ofertowe
Unikalny branżowy system komunikacji B2B Znajdź produkty i usługi, których potrzebujesz Katalog ponad 7000 firm i 60 tys. produktów