Выбор паяльной пасты держится на пяти факторах: требования по содержанию свинца (RoHS), минимальный шаг компонентов, метод нанесения, требования к остаткам флюса и температурные ограничения компонентов на плате. Промахнуться здесь — значит получить дефект, который потом не исправить ни настройкой профиля, ни доработкой трафарета.
Какой паяльной пастой паять светодиоды?
Для светодиодов на алюминиевых подложках (IMS) и обычных FR4-платах используют два принципиально разных варианта: стандартную бессвинцовую SAC305 или специальную низкотемпературную пасту на основе Sn42Bi58 либо SnBiAg.
Выбор паяльной пасты диктует тип светодиода и конструкция платы. Светодиоды серий SMD 5050, 3528, CREE XP и аналогичные в термостойких корпусах спокойно переносят SAC305 с пиком 240–250°C. А вот маломощные белые SMD-LED и COB-модули с низкой термостойкостью корпуса начинают деградировать уже выше 220°C — для них берут низкотемпературную пасту с пиком 160–175°C.
Алюминиевые IMS-подложки добавляют свою сложность: высокая теплопроводность быстро уводит тепло из зоны пайки, и стандартный профиль даёт неравномерный нагрев. Приходится либо увеличивать температуру в зоне предварительного нагрева, либо настраивать профиль печи индивидуально, вне зависимости от типа пасты. Низкотемпературная BiSn-паста снимает часть теплового стресса и упрощает настройку профиля, но здесь важно не прогадать с эксплуатацией: выше 100–110°C BiSn-соединения теряют механическую прочность.
Что выбрать для ручного монтажа и ремонта?
Для ручного монтажа и ремонта берут пасты в шприцах с no-clean флюсом класса ROL0 или REM0 — отмывка не нужна, материал безопасен для большинства плат и компонентов.
При ремонте BGA и flip-chip кроме собственно пасты часто идёт в ход флюс-гель — без металла в составе. Его наносят под корпус BGA перед рибоулингом или на шары BGA перед установкой: поверхность активируется, а лишний металл в зону пайки не попадает. Паста из шприца нужна там, где металл как раз нужно добавить: восстановление повреждённых площадок, замена компонентов паяльником или феном, точечное нанесение при мелкосерийном ручном монтаже.
Для пайки феном или ИК-нагревателем важно время открытой жизнеспособности пасты (open time) — не меньше 8–12 часов при нормальных условиях цеха. При ремонте между нанесением и пайкой нередко проходит заметное время, и паста должна успевать сохранять рабочие свойства.
Когда оправдан переход на бессвинцовую пасту?
Для рынков под директивой RoHS — ЕС, Великобритания, Япония, Южная Корея и ряд других стран — переход на бессвинцовую пасту не вопрос выбора, а требование закона: потребительская электроника, офисная техника и большинство промышленного оборудования свинцовые сплавы попросту не допускают.
Если изделие выведено из-под действия RoHS — военная техника, авиационная аппаратура, медицинские имплантируемые устройства согласно аннексу к директиве, — свинцовая паста Sn63Pb37 остаётся не только допустимой, но нередко и предпочтительной: ниже температура оплавления, меньше тепловой стресс на термочувствительные компоненты, доступнее паяльное оборудование. Отдельная тема — смешение свинцового и бессвинцового монтажа на одной плате (например, свинцовые BGA в бессвинцовом сборочном процессе): такое требует специальной квалификации процесса, а не решается на глазок.
| Сплав | Температура ликвидуса | Пик оплавления | RoHS | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Sn63Pb37 | 183°C | 210–230°C | Нет | Общий монтаж, надёжная аппаратура |
| SAC305 | 217–221°C | 245–260°C | Да | Основной бессвинцовый сплав |
| SAC405 | 217–222°C | 245–260°C | Да | Повышенная прочность соединения |
| Sn99.3Cu0.7 | 227°C | 250–265°C | Да | Бюджетный бессвинцовый |
| Sn42Bi58 | 138°C | 160–175°C | Да | Низкотемпературный, LED, FPC |
| SnBiAg | 138–165°C | 170–185°C | Да | Низкотемпературный с улучшенной прочностью |
| Sn62Pb36Ag2 | 179°C | 210–225°C | Нет | Монтаж на золото, повышенная смачиваемость |
Как выбрать паяльную пасту
Пять вопросов, ответив на которые вы почти наверняка сузите выбор до одной-двух паст:
- Требование по RoHS? Продажа в ЕС, Японии, Южной Корее или на другом RoHS-регулируемом рынке — только бессвинцовый сплав: SAC305, SAC405 или аналог. Для категорий вне RoHS (медицинские имплантируемые устройства, военная техника) свинцовая паста остаётся законным выбором.
- Какой минимальный компонент на плате? 0402 и крупнее → Type 3. 0201 → Type 4 или 4+. 01005, μBGA с шагом ≤0,3 мм → Type 5 или 6.
- Есть ли термочувствительные компоненты? LED с низкой термостойкостью, гибкие FPC-подложки, пластиковые разъёмы с рейтингом ниже 230°C → низкотемпературная паста SnBi.
- Требуется ли отмывка? Медицинская, телекоммуникационная, высоковольтная аппаратура → водоотмываемая паста ORH1 с обязательной очисткой после пайки. Общая бытовая и промышленная электроника → no-clean ROL0/REM0.
- Метод нанесения? Трафаретный принтер → стандартная трафаретная паста (вязкость 500–1200 Па·с). Диспенсер → паста для дозирования (150–500 Па·с). Ручной монтаж и ремонт → паста в шприце с no-clean флюсом.
Когда нужна специальная паяльная паста
Паяльные пасты для BGA и fine-pitch компонентов
Для BGA с шагом 0,8–1,0 мм хватает Type 3 или Type 4 SAC305 при трафарете 130–150 мкм. Для μBGA с шагом 0,5 мм — Type 4 или Type 4+ и трафарет 100–120 мкм. Flip-chip и корпуса с шагом менее 0,3 мм требуют Type 5–6, трафарета 80–100 мкм или нанесения методом джеттинга. BGA болезненно реагируют на пустоты: крупная пустота под шаром снижает теплопроводность соединения и бьёт по усталостной прочности при циклических нагрузках. На высоконадёжных изделиях с BGA берут специальные low-void пасты или пайку в вакуумной печи.
Паяльные пасты для двустороннего монтажа
При двустороннем SMT-монтаже вторая сторона платы проходит печь оплавления, когда первая уже запаяна и висит снизу, компоненты там держатся только за счёт поверхностного натяжения расплавленного припоя. Соединение первой стороны обязано выдержать вес компонента при повторном оплавлении второй, а значит, сплавы для двух сторон нужны разные: первую паяют высокотемпературной пастой (SAC305, 217°C), вторую — низкотемпературной (SnBiAg, 138°C). Пик профиля для второй стороны не должен превышать ликвидус сплава первой — иначе первая сторона снова расплавится и компоненты попросту отвалятся. В таких платах низкотемпературная паста — не опция для экономии на тепловом стрессе, а обязательное условие, без которого процесс не сойдётся.
Пайка в азотной атмосфере
Азотную атмосферу применяют для бессвинцовых сплавов с трудным смачиванием, для fine-pitch компонентов и для паст Type 5–7, которые из-за мелкого зерна сильнее склонны к окислению. В азоте флюсу приходится меньше бороться с оксидами — можно ставить менее активный флюс (ROL0 вместо ROL1), что улучшает SIR и снижает количество остатков после пайки. Заодно в азотной среде реже возникают шарики припоя: расплав лучше смачивает поверхность без оксидной плёнки.
Как соотносятся тип пасты и тип трафарета
Тип пасты (Type 3–6) и толщина трафарета выбираются не порознь — они жёстко связаны через апертуры, которые физически придётся использовать:
- Type 3 + трафарет 130–150 мкм — компоненты 0402 и крупнее, BGA с шагом ≥ 0,8 мм.
- Type 4 + трафарет 100–130 мкм — 0201, fine-pitch QFP с шагом 0,5 мм, μBGA 0,5 мм.
- Type 4+ + трафарет 100–120 мкм — компромисс между Type 4 и Type 5 для 0201 без перехода на дорогие трафареты под Type 5.
- Type 5 + трафарет 80–100 мкм — 01005, μBGA с шагом 0,3–0,4 мм.
- Type 6 + трафарет 50–80 мкм — flip-chip, передовые корпуса с шагом менее 0,25 мм.
Правило пяти шаров ограничивает минимальную апертуру: через неё должно проходить не менее пяти частиц по наименьшей стороне. У Type 3 (частицы до 45 мкм) минимальная ширина апертуры — 225 мкм, у Type 5 (до 25 мкм) — 125 мкм. Отсюда прямое следствие: Type 3 физически не проходит через типовые апертуры 180–200 мкм под 0201.
Смешанный монтаж: одна плата — разные типы компонентов
Большинство реальных плат несут одновременно 0402–0805 и fine-pitch QFP или BGA. Тип пасты в этом случае подбирают по самому мелкому компоненту, а трафарет при необходимости делают со ступенчатыми зонами (step stencil): тоньше на участках с мелкими деталями, стандартной толщины — под крупные площадки, которым нужен больший объём припоя. Альтернативный приём — апертурная редукция для крупных компонентов: апертуры уменьшают на 10–15% относительно площадки, чтобы не заливать её пастой сверх меры.
