Auf die Größe kommt es an: Die Auswirkungen der Größe des Lotpulvers auf die Leistung der Lotpaste

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Abstrakt

Die Größe des Lötpulvers ist aufgrund des anhaltenden Trends zur Miniaturisierung der Elektronik ein beliebtes Thema in der Elektronikindustrie. Die häufig gestellte Frage lautet: „Wann sollten wir von Typ 3 auf ein kleineres Lotpulver umsteigen?“ Die Größe des Lötpulvers wird normalerweise basierend auf den Druckanforderungen für die Lötpaste ausgewählt. Es ist gängige Praxis, IPC-Lötpulver vom Typ 4 oder 5 für Schablonendesigns zu verwenden, deren Flächenverhältnisse unter dem empfohlenen IPC-Grenzwert von 0,66 liegen. Die Auswirkungen der Größe des Lotpulvers auf die Druckfähigkeit von Lotpaste sind gut dokumentiert.

Die Größe des Lotpulvers beeinflusst die Leistung der Lotpaste auf andere Weise. Haltbarkeit, Schablonenlebensdauer, Reflow-Leistung, Hohlraumbildungsverhalten und Reaktivität/Stabilität werden alle von der Größe des Lotpulvers beeinflusst. Es wurden Tests durchgeführt, um jedes dieser Leistungsmerkmale der Lötpaste für SAC305-Lötpulver vom Typ IPC Typ 3, 4, 5 und 6 sowohl in wasserlöslichen als auch in No-Clean-Lötpasten zu messen. Die Leistungsdaten für jede Lotpulvergröße in jedem Lotpastenflussmittel wurden quantifiziert und zusammengefasst. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie werden Hinweise zur Auswahl der optimalen Größe des Lotpulvers gegeben.

Einführung

Die Größe ist wichtig. Diese einfache Aussage gilt für viele Dinge im Leben. Kleine Hände eignen sich besser für schnelles SMS-Schreiben. Große Menschen können in der nationalen Fußballliga besser in der Offensive oder in der Defensive spielen. Antikörper sind mikroskopisch klein, spielen jedoch eine Schlüsselrolle für unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden. Wer möchte nicht eine große Tasse Kaffee (Abbildung 1)?

Abbildung 1:Die Größe ist wichtig.

Auch in der Welt der Lotpaste spielt die Größe eine Rolle. Die Größe des in einer Lotpaste verwendeten Lotpulvers hat Einfluss auf die Leistung der Lotpaste. Die Größen der Lötpulver sind im IPC-Standard J-STD-005 (Anforderungen an Lötpasten) [1] nach Typ klassifiziert. In Tabelle 3-2 sind die Lotpulvergrößenbereiche für jeden Typ aufgeführt, und ein Auszug ist in Tabelle 1 dargestellt.

Der Hauptpartikelgrößenbereich ist normalerweise mit dem Typ verbunden. Beispielsweise liegt Lotpulver vom Typ 3 hauptsächlich im Größenbereich von 25–45 µm; Daher kann Lotpaste vom Typ 3 als „Typ 3 (25–45 µm)“ gekennzeichnet sein. Abbildung 2 zeigt Lotpulvergrößen Typ 3, 4, 5 und 6.

Tabelle 1:Größe des Lötpulvers (angepasst aus Tabelle 3-2 von IPC J-STD-005A).

Warum Lötpulver vom Typ 4, 5 oder 6 anstelle von Typ 3 verwenden? Der Hauptgrund für die Verwendung kleinerer Lotpulver in Lotpasten besteht darin, die Druckbarkeit für Miniaturbauteile zu verbessern. Wenn die Größe des Lotpulvers abnimmt, können die Lotpasten durch kleinere Schablonenöffnungen gedruckt werden. Wenn die „5-Kugel“-Regel aus dem IPC-7525-Standard für Schablonendesign-Richtlinien [2] befolgt wird, kann die minimale Öffnungsgröße, durch die gedruckt werden kann, für jede Lotpulvergröße berechnet werden [3]. Diese Berechnungen für die minimale Öffnungsgröße wurden unter Verwendung des Fünffachen der maximalen Lötpulvergröße des Hauptbereichs durchgeführt (Tabelle 2).

Figur 2:IPC-Lötpulver vom Typ 3, 4, 5 und 6.

Im Allgemeinen kann Lotpaste vom Typ 3 für Komponenten bis zur zölligen Gehäusegröße 0402 verwendet werden. Die meisten Lotpastenbenutzer bevorzugen Lotpaste vom Typ 4 für 0201-Zöller, Mikro-BGAs und ähnliche Komponenten. Lotpaste vom Typ 5 wird für noch kleinere Lötanwendungen wie zöllige 01005-Komponenten [4] verwendet oder wenn Lotpaste vom Typ 4 nicht ausreichend druckt. Lotpasten vom Typ 5 und 6 werden für Dosieranwendungen wie etwa den Jet-Druck verwendet. Lotpaste vom Typ 6 wird auch für andere Anwendungen mit ultrafeinen Strukturen verwendet [5 und 6].

Tabelle 2:Größe des Lötpulvers und Mindestgröße der Schablonenöffnung für den Druck nach der 5-Kugel-Regel.

Abgesehen von den Druckmöglichkeiten, die kleinere Lotpulver bieten [7], treten bei der Verwendung kleinerer Lotpulver weitere Leistungsänderungen auf. Bei Verwendung kleinerer Lotpulver kann sich die Schablonen- und Haltbarkeitsdauer der Lotpasten verkürzen. Bei kleineren Lotpulvern besteht ein höheres Potenzial für zufällige Lotkügelchen und -klumpen. Das Hohlraumverhalten kann auch durch eine Änderung der Lotpulvergröße beeinflusst werden. Das Ziel dieser Studie ist die Quantifizierung der Leistung für IPC Typ 3, 4, 5 und 6 SAC305 (Sn/Ag 3,0 %/Cu 0,5 %) Lotpulver sowohl in wasserlöslichen als auch in No-Clean-Lötpasten. Experimentelle Daten für jede Lotpaste werden verglichen und gegenübergestellt, und es werden Empfehlungen für die optimale Verwendung jeder Lotpaste gegeben.

Methodik

Oberfläche des Lotpulvers und Reaktivität

Tisch 3:Größe und Oberfläche des Lötpulvers für eine Masse von 1 kg.

Mit abnehmender Größe des Lotpulvers nimmt die Oberfläche des Lotpulvers bei gegebener Masse zu (Tabelle 3) [8]. Diese Oberflächen wurden anhand des Mittelwerts im Hauptpartikelgrößenbereich berechnet.

Die Oberfläche des Lotpulvers ist wichtig, da sie für die Reaktivität des Lotpulvers eine Rolle spielt. Mit zunehmender Oberfläche nimmt die Reaktionsgeschwindigkeit zu. Stellen Sie sich vor, Sie versuchen, einen Würfel Zucker in einer Tasse Wasser aufzulösen. Es braucht Zeit und viel Rühren, bis sich der Zucker vollständig aufgelöst hat. Wenn man die gleiche Masse Kristallzucker in eine Tasse Wasser mischt, löst er sich viel schneller auf.

Um den vollständigen Artikel zu lesen, der in der Juli-Ausgabe 2019 des SMT007 Magazine erschien, klicken Sie hier.