Преформы Indium: современные решения для сборки электронных устройств

Вячеслав Ковенский

Функциональность и надежность выпускаемой на отечественных предприятиях электроники заметно растет. Появляются новые компоненты, увеличивается их количество на плате, меняются температуры пайки и рабочие температуры эксплуатации устройств, стираются грани между производством печатных узлов и электронных компонентов. Но вместе с возможностями устройств во многих случаях увеличивается и сложность их создания. При этом зачастую традиционных технологий для качественной сборки становится недостаточно. Одним из новых решений являются преформы. В данной статье мы рассмотрим, что такое преформы и как они могут быть использованы для повышения эффективности и качества сборки.

Преформы — это изделия из металлических сплавов с точным объемом припоя в каждой штуке. Они отличаются по размеру, типу сплава, наличию флюса на поверхности (рис. 1) и могут иметь практически любую плоскую геометрическую форму. Наряду со стандартными видами (диски, квадраты, многоугольники, рамки, кольца) возможно изготовление преформ в виде матриц из единиц любой формы, а также уникальных изделий по специальным чертежам под конкретную задачу.

Рис. 1. Преформы различной геометрической формы

Размер преформ практически не ограничен и определяется в основном стоящей задачей. Минимальный размер ширины вырубки составляет 0,254 мм.

Наравне с размерами и видом преформ их важной характеристикой является сплав. Именно он во многом определяет уникальность таких технологических решений. Производственные возможности компании Indium позволяют изготавливать преформы из различных сплавов с температурой ликвидуса в пределах +47…+1063 °С. В настоящее время в ассортименте доступных сплавов 200 типов из пяти семейств. Наиболее популярные из них приведены в таблице.

Таблица. Наиболее популярные сплавы производства компании Indium

Номер сплава Indalloy	Сплав	Температура ликвидуса, °C	Температура солидуса, °C
Низкотемпературные сплавы
1	50,0In 50,0Sn	125	118
281	58,0Bi 42,0Sn	138
290	97,0ln 3,0Ag	143
4	99,99ln	157
Традиционные сплавы
Sn62	62Sn 37Pb 2Ag	179	179
Sn63	63Sn 37Pb	183	183
Высокотемпературные сплавы
SAC Alloys	SnAgCu	220	217
128	99,99Sn	232
182	80,0Au 20,0Sn	280
164	92,5Pb 5,0ln 2,50Ag	310	300
175	95,0Pb 5,0Ag	364	305
194	98,0Au 2,0Si	800	370
200	99,99Au	1064

Еще одной важной отличительной особенностью преформ является возможность их покрытия тонким слоем флюса, что позволяет исключить дополнительное флюсование перед пайкой и уменьшить количество его остатков после пайки. В совокупности с возможностью использования сплавов с различными характеристиками и создания практически любой геометрической формы это позволяет применять преформы для самых разнообразных задач. Рассмотрим некоторые задачи, решение которых можно оптимизировать с применением преформ Indium.

Оптимизация процесса сборки печатных узлов с наличием поверхностно-монтируемых и выводных компонентов

В настоящее время для одновременной пайки выводных и поверхностно-монтируемых компонентов находит применение технология Pin-in-Paste. Она позволяет совместить в единый процесс сборку поверхностно-монтируемых и выводных компонентов. Такой метод сборки характеризуется высокой производительностью и не требует значительных капиталовложений в обновление парка оборудования. Подробно технология Pin-in-Paste рассмотрена в [1]. Основная сложность этой технологии заключается в том, что в ряде случаев получить требуемое количество припоя для каждого вывода компонента затруднительно (рис. 2).

Рис. 2. Возможный результат пайки выводных компонентов с применением технологии Pin-in-Paste

Применение преформ может улучшить технологию Pin-in-Paste и обеспечить требуемое количество припоя в каждой точке пайки. Такое решение позволяет:

обеспечить стабильную и качественную пайку выводных компонентов (рис. 3);
исключить дефекты, возможные в случае избытка паяльной пасты;
повысить производительность и гибкость сборки печатных узлов;
исключить применение ступенчатых трафаретов;
минимизировать расход паяльной пасты.

Рис. 3. Результат пайки выводных компонентов с применением паяльной пасты и преформ

Увеличение количества припоя для пайки поверхностно-монтируемых компонентов

В ряде случаев на печатном узле можно встретить элементы, требующие большего количество припоя, чем все остальные компоненты (рис. 4). Например, если на плате установлены микросхемы с мелким шагом и транзисторы с большими контактными площадками. Для увеличения количества припоя и обеспечения надежной пайки таких компонентов эффективным технологическим решением могут быть преформы.

Рис. 4. Компоненты, требующие большего количества припоя

Создание высокои низкотемпературных паяных соединений на одном печатном узле

В ряде случаев сборка печатного узла требует ступенчатой пайки, т. е. пайки компонентов печатного узла в различные периоды времени при различных температурах.

Примеры таких задач:

монтаж компонентов, не допускающих нагрев до стандартных температур оплавления припоев SnPb, SnPbAg или SAC;
дополнительные операции сборки печатных узлов, не допускающие нагрева печатного узла до температуры плавления стандартных припоев;
монтаж компонентов с высокими рабочими температурами, требующими припоев с более высокими температурами плавления, чем SnPb, SnPbAg или SAC.

Для решения задач, где требуются низкие температуры пайки, подойдут преформы из низкотемпературных сплавов на основе висмута и индия (рис. 5). Высокотемпературные решения могут быть реализованы с использованием преформ из сплавов с высоким содержанием свинца или золота.

Рис. 5. Преформы из низкотемпературных сплавов

Пайка экранов или иных металлических деталей печатного узла

Экраны и некоторые детали печатного узла зачастую имеют уникальную форму контактной поверхности (рис. 6). Нанесение пасты для пайки таких компонентов в ряде случаев может быть затруднительно. Благодаря широкому спектру геометрических форм и наличию доступных сплавов крепление таких деталей к печатному узлу может быть оптимизировано именно с применением преформ.

Рис. 6. Различные формы контактной поверхности

Пайка выводных компонентов с любым количеством выводов и порядком их расположения

Разъемы с большим количеством выводов присутствуют на многих современных печатных узлах (рис. 7). Пайка таких разъемов выполняется волной или вручную, что не всегда технологично и эффективно. Решить эту проблему можно с помощью специальных преформ, покрытых флюсом.

Рис. 7. Разъемы с большим количеством выводов

Заключение

Преформы позволяют оптимизировать ряд технологических задач, и в статье мы рассмотрели только некоторые типовые применения. Наряду с преформами продукция компании Indium включает в себя и другие специализированные решения для задач в области пайки.