サイズは重要です: はんだペーストの性能に対するはんだ粉末のサイズの影響

Jul 02, 2023

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抽象的な

エレクトロニクスの小型化傾向が続くため、はんだ粉末のサイズはエレクトロニクス業界でよく話題になっています。 よくある質問は、「いつタイプ 3 からより小さなはんだ粉末に切り替えるべきですか?」というものです。 はんだ粉末のサイズは通常、はんだペーストの印刷要件に基づいて選択されます。 推奨される IPC 制限である 0.66 を下回る面積比を含むステンシル設計には、IPC タイプ 4 または 5 のはんだ粉末を使用するのが一般的です。 はんだペーストの印刷適性に対するはんだ粉末のサイズの影響は十分に文書化されています。

はんだ粉末のサイズは、はんだペーストの性能に他の面でも影響を与えます。 保存寿命、ステンシル寿命、リフロー性能、ボイド挙動、および反応性/安定性はすべて、はんだ粉末のサイズに影響されます。 水溶性はんだペーストと洗浄不要のはんだペーストの両方で、IPC タイプ 3、4、5、および 6 SAC305 はんだ粉末のはんだペーストの各性能特性を測定するテストが実施されました。 各はんだペーストフラックス中のはんだ粉末のサイズごとの性能データを定量化し、まとめました。 この研究結果に基づいて、はんだ粉末の最適なサイズを選択するためのガイダンスが提供されます。

導入

サイズは重要です。 この単純な言葉は、人生の多くのことに当てはまります。 手の小さいほうが、高速テキストメッセージを送信するのに適しています。 国内サッカーリーグでは、体の大きな人が攻撃陣や守備陣の役割を担うのが得意です。 抗体は顕微鏡的には小さいですが、私たちの健康と幸福において重要な役割を果たしています。 大量のコーヒーを飲みたくない人はいないでしょうか (図 1)。

図1：サイズは重要です。

はんだペーストの世界ではサイズも重要です。 はんだペーストに使用されるはんだ粉末のサイズは、はんだペーストの性能に影響を与えます。 はんだ粉末のサイズは、IPC 規格 J-STD-005 (はんだペーストの要件) [1] で種類ごとに分類されています。 表 3-2 に各タイプのはんだ粉末のサイズ範囲を詳しく示し、その抜粋を表 1 に示します。

通常、主な粒子サイズの範囲はタイプに関連付けられています。 たとえば、タイプ 3 のはんだ粉末は、主に 25 ～ 45 μm のサイズ範囲に収まります。 したがって、タイプ 3 のはんだペーストには「タイプ 3 (25 ～ 45 µm)」というラベルが付いている場合があります。 図 2 は、タイプ 3、4、5、および 6 のはんだ粉末のサイズを示しています。

表1：はんだ粉のサイズ (IPC J-STD-005A の表 3-2 から適合)。

タイプ 3 ではなくタイプ 4、5、または 6 のはんだ粉末を使用するのはなぜですか? はんだペーストに小さいはんだ粉末を使用する主な理由は、小型コンポーネントの印刷適性を向上させるためです。 はんだ粉末のサイズが小さくなると、より小さなステンシル開口部を通してはんだペーストを印刷できるようになります。 IPC-7525 ステンシル設計ガイドライン規格 [2] の「5 ボール」ルールに従う場合、印刷が可能な最小開口サイズは、はんだ粉末サイズごとに計算できます [3]。 最小開口サイズの計算は、主要な範囲の最大はんだ粉末サイズの 5 倍を使用して実行されました (表 2)。

図2:IPC タイプ 3、4、5、および 6 のはんだ粉末。

一般に、タイプ 3 のはんだペーストは、0402 インペリアル パッケージ サイズまでのコンポーネントに使用できます。 ほとんどのはんだペースト ユーザーは、0201 インペリアル、マイクロ BGA、および同様のコンポーネントにはタイプ 4 はんだペーストを好みます。 タイプ 5 はんだペーストは、01005 インペリアル コンポーネント [4] のようなさらに小規模なはんだ付け用途、またはタイプ 4 はんだペーストが適切に印刷できない場合に使用されます。 タイプ 5 および 6 のはんだペーストは、ジェット印刷などの塗布用途に使用されます。 タイプ 6 はんだペーストは、他の超微細構造アプリケーションにも使用されます [5 & 6]。

表 2:5 ボール ルールを使用して印刷するためのはんだ粉末サイズと最小ステンシル開口サイズ。

より小さいはんだ粉末によって得られる印刷能力 [7] とは別に、より小さいはんだ粉末を使用すると、他のパフォーマンスの変化が発生します。 小さいはんだ粉末を使用すると、はんだペーストのステンシル寿命と保存寿命が短くなる可能性があります。 はんだ粉末が小さいと、ランダムなはんだボール化やグレーピングが発生する可能性が高くなります。 ボイド挙動は、はんだ粉末のサイズの変化によっても影響を受ける可能性があります。 この研究の目的は、水溶性はんだペーストと洗浄不要のはんだペーストの両方における IPC タイプ 3、4、5、および 6 SAC305 (Sn / Ag 3.0% / Cu 0.5%) はんだ粉末の性能を定量化することです。 各はんだペーストの実験データが比較対照され、各はんだペーストの最適な使用に関する推奨事項が示されます。

方法論

はんだ粉の表面積と反応性

表 3:1 kg の質量に対するはんだ粉末のサイズと表面積。

はんだ粉末のサイズが小さくなると、所定の質量に対するはんだ粉末の表面積が増加します (表 3) [8]。 これらの表面積は、主要な粒子サイズ範囲の中央値を使用して計算されました。

はんだ粉末の表面積は、はんだ粉末の反応性に影響するため重要です。 表面積が増加すると、反応速度が増加します。 角砂糖をコップ一杯の水に溶かそうとしているところを想像してみてください。 砂糖が完全に溶けるまでには、時間とたくさんのかき混ぜが必要です。 同じ質量のグラニュー糖をコップ１杯の水に混ぜると、より早く溶けます。

SMT007 マガジン 2019 年 7 月号に掲載された記事全文を読むには、ここをクリックしてください。