TECHNOL (Технология сборки и монтажа печатных плат), страница 2

При паяння зануренням складена плата стороною паяння опускається в розплавлений припой (паяльна ванна). При цьому на стороні паяння всі виводи ЕРЕ, що виступають із монтажних отворів, з’єднуються з контактними площадками плати. Одночасно всі металеві поверхні (провідники, монтажні отвори) змочуються припоєм, оскільки вони не покриті паяльною маскою. В платах з металізованими отворами припой повинен піднятися до установочної сторони, завдяки чому підвищується надійність контакту.

При паянні зануренням паяльною ванною підводиться не тільки припой, але й необхідна кількість тепла. Так як перехід тепла від рідкого припою до твердих контактуючих металів проходить швидко, то температура паяння установлюється протягом 1-2 секунд.

Щоб втрати тепла ванни були незначні, сторона паяння друкованої плати попередньо підігрівається. Завдяки цьому вдається також запобігти теплового удару чутливих до нагріву базових матеріалів. Труднощі нагріву багатошарової друкованої плати в тім, що тепло швидко відводиться через багаточисельні проміжкові мідні поверхні. Щоб не змінилися умови паяння, необхідно підтримувати постійний температурний режим паяльної ванни.

Температура паяння повинна бути по можливості більш низькою, щоб зменшились втрати припою за рахунок окислення. Продукти окислення плавають на поверхні ванни і забруднюють її. Перед паянням вони повинні бути видалені, так як є перепоною до утворення якісних паяних з’єднань й іноді у вигляді плівки залишаються на друкованій платі. Видалення продуктів окислення проводиться майже виключно за допомогою механічних пристроїв (очищення, фільтрування), так як інші методи, наприклад, покриття маслом, каніфоллю чи воском, придатні тільки умовно. Недоліком є те, що захисні засоби забруднюють сторону паяння і при наступній обробці повинні видалятися при допомозі розчинників і миючих засобів.

При паянні зануренням паяльна ванна поряд з віддачею певної кількості припою і теплоти виконує ще й функцію активізації флюсу. Флюс наноситься на сторону паяння зануренням, розбризкуванням, намазуванням або валиками. Летючі компоненти під час сушіння при попередньому підігріві випаровуються. Активна частина флюсу – каніфоль – рівномірно вкриває паяну поверхню. При зануренні в розплавлений припой флюс стає активним, відновлюються окисли і витісняються припоєм разом з продуктами відновлення з паяних з’єднань. На металевій очищеній поверхні здійснюється процес паяння.

Методи паяння зануренням поділяються на методи зі спокійною та переміщуваною поверхнею ванни (додаток 2):

• паяння зануренням з вертикальним переміщенням;

• паяння зануренням з нахилом плати;

• паяння з використанням коливальних рухів;

• поверхневе паяння і паяння протягуванням;

• маятникове паяння;

• струменеве паяння (спосіб sylvania);

• каскадне паяння;

• паяння хвилею припою.

1.3.2 Паяння хвилею припою

Паяння хвилею припою найбільш придатне при контактуванні стержневих ЕРЕ з друкованою платою. Переважна більшість всіх односторонніх друкованих плат і друкованих плат з металізованими отворами в масовому виробництві контактують за допомогою хвилевого паяння.

Принцип методу полягає в тому, що плата прямолінійно рухається через гребінь хвилі припою. Хвиля припою залишається вільною від окислів завдяки постійному рухові, і друкована плата теоретично занурюється тільки на невеликій площі. Для якості паяння важливий кут входу і виходу, а також форма хвилі припою. Завдяки цьому в основному вирішується питання, утворяться чи ні перемички й висячі краплини. На заповнення металізованих отворів впливає форма хвилі, яка формується завдяки геометричному виконанню хвилеутворюючих сопел в широких межах (додаток 5).

Доведено, що найбільш сприятливою умовою паяння є рух друкованої плати назустріч припою і при цьому витримується кут від 0° до 10° відносно хвилі припою. Злегка навпроти текуче дзеркало припою запобігає утворенню перемичок. Вторинною хвилею, яка підтримується трохи нижче, ніж основна хвиля розплавляються висячі краплини, так що паяні з’єднання не перевищують встановленої довжини.

Плоска хвиля забезпечує більш довгочасний контакт з друкованою платою. Завдяки цьому забезпечується паяння металізованих отворів, але підвищується теплове навантаження.

Сучасні машини паяння хвилею припою є комплексними нормалізованими вузлами, котрі розміщуються в кінці складальної лінії. Вони виконують одна за одною наступні етапи (рисунок 2):

1 Флюсування. Під час цієї операції на сторону паяння наноситься флюс. При хвилевому флюсуванні у відповідному пристрої створюється хвиля флюсу заввишки біля 1 см та шириною 30-35 см, над якою проходить друкована плата. При цьому флюс змочує поверхню і на основі капілярної дії проникає на сторону установки ЕРЕ.

При продуванні повітрям певного тиску через вузькі сопла флюс запінюється. Якщо із хвилі рідини виходить пінна хвиля, то говориться про пінне флюсування. Товщина плівки флюсу, що наноситься, не повинна перевищувати 3-4 мкм. Якщо товщина плівки велика, то в процесі паяння для її видалення необхідно багато тепла і це може стати передумовою недоброякісних паяних з’єднань.

Фіксація змонтованої

плати в транспортній рамі

Флюсування

Підігрів

Пайка на хвилі припою

Промивання та сушіння

вузла (після пайки з маслом)

Рисунок 2 – Технологічні етапи процесу хвильової пайки

2 Сушіння й попереднє підігрівання. Після флюсування друкована плата злегка підігрівається і частково продувається гарячим повітрям. При підігріванні з флюсу вивітрюється розчинник. Після цього друковані плати потрапляють на ділянку, де вони підігріваються зі сторони паяння за допомогою нагрітої шляхом теплової радіації плити. Це підготовлює відновлювальну дію флюсу, що починає плавитися при температурі вище 130°С. Друга мета попереднього нагріву – уникнути теплового удару друкованої плати.

3 Паяння. При цій операції плата проводиться через гребінь хвилі. При цьому в першій фазі флюс стає активним. Утворюється металева поверхня, і після цього флюс разом з продуктами реакції витісняється припоєм. На очищеній металевій поверхні проходить бажаний процес зв’язку. Паяння проводиться при температурі 240-270°С. Вибрана температура підтримується постійною. При швидкості переміщення від 0,5 до 3,0 м/хв час паяння становить від 1 до 7 секунд. Залежність часу паяння від температури зображена на рисунку 3. В залежності від довжини друкованих плат можна контактувати відповідно за годину від 200 до 800 плат.

t,c

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0 °C

200 220 240 260 280

Рисунок 3 – Залежність часу паяння від температури пайки

Важливою проблемою є окислення олово-свинець. Швидке переміщення припою відкриває доступ кисню повітря до вільної від окислів поверхні, тобто оксидний шар збагачується, а ванна, внаслідок цього, збіднюється оловом, тому в паяльну ванну необхідно додавати припой, збагачений оловом.

Іноді, при хвилевому паянні для гальмування окислення і зменшенні шкідливої дії окислів на паяні з’єднання до рідкого припою додають жири (олія з земляного горіха, пальмова олія з незначною кількістю води). Добавляється жир накладанням олійної хвилі на хвилю припою чи безпосередньо змішуванням в припої. Завдяки цьому досягають деяких переваг (більш низька температура паяння, незначні витрати припою, блискуча поверхня паяних з’єднань). Після паяння необхідне якісне промивання, при якому жир видаляється без залишку, в гіршому разі утворюється поживна основа для всіляких грибкових колоній та знижується кліматична стійкість виробу. При перемішуванні жиру з припоєм в паяних з’єднаннях спостерігається вміст олії. Тому в більшості випадків працюють без жирів і підтримують хорошою фільтрацією незначний вміст окислів у ванні з припоєм.

4 Охолодження. Після проведення хвилевого паяння необхідне часткове чергове оброблювання. Воно може бути складовою в процесі промивання і очищення (жирове паяння). Залишки флюсу в основному не потребують видалення, так як застосовуються флюси, що не спричиняють корозії. Раптового охолодження необхідно уникати, так як із-за різноманітності коефіцієнтів лінійного розширення базового матеріалу і металевої фази (мідь, припой) можуть утворитися тріщини.

1.4 Перевірка паяних з’єднань

Процес хвилевого паяння закінчується візуальним контролем паяних друкованих плат. Огляд є важливою операцією для дотримання певних параметрів методу. Накопичення характерних дефектів (перемички, висячі краплини, незмочені місця) повинне приводити до термінової перепровірки і доналагоджування певних технологічних параметрів.

На рисунку 4 показано позицію процесу паяння хвилею у загальній технології виготовлення вузла. Рентабельність машинного паяння вимірюється процентом наступного допаювання. Паяння хвилею є ефективним, якщо менше 1% паяних з’єднань будуть підлягати наступному допаюванню.

Якісні паяні з’єднання мають всебічно замкнений конус припою, в якому неозброєним оком чітко проглядаються контури виводів ЕРЕ. Припой на виводах ЕРЕ повинен проглядатися по всій поверхні і бути вільним від дефектів. Поверхня паяного конуса повинна бути гладкою. При нормальному зорі на відстані до 25 см не повинні бути помітні пори і раковини. Ці вимоги відносяться до односторонніх плат і плат з металізованими отворами.

1.5 Повторне паяння

При повторному паянні виникає небезпека руйнування чутливих елементів із-за повторної дії тепла. Міцність зчеплення міді також обмежена, в основному при допаюванні відшаровуються контактні площадки. Зменшення високого проценту допаювання є важливим фактором в ефективності загального процесу. Тому повинні видалятися тільки такі дефекти, які знижують надійність вузлів чи однозначно не дають контакту. Такими дефектами є:

• холодні паяні з’єднання;

• невидимі контури провідників у паяному конусі;

• щілинні пори при переході паяного конуса до виводу;

• багаточисленні дрібні, круглі пори при переході паяного конуса до виводу;

• окремі великі, не круглої форми отвори в паяному конусі;

• непроникнення на складальну сторону припою;

• паяння після механічних навантажень.

Підготовка Перевірка виводів Перевірка

компонентів компонентів на друкованих плат на

(гнуття, обрізування) здатність до паяння здатність до паяння

Зборка

Пайка хвилею

припою

Перевірка паяних

з’єднань (візуально)

Випробовування Наступне

вузла допаювання

Ремонт вузла

Рисунок 4 – Процес пайки хвилею припою при виготовленні вузлів

Не повинні допаюватися друковані плати при таких дефектах:

• поглиблені пайки (кільце припою видно на обох сторонах і замкнене);

• при потовщенні паяного з’єднання (провід знаходиться в припої так, що контур чітко видно);

• при надлишку припою на провідниках;

• при наявності окремих маленьких пор в паяному конусі чи біля переходу до виводу з проводу (величина пор менше перерізу проводу).

Виконання вимог по усуненню тільки технічно обгрунтованих дефектів, а також однозначне визначення дефектів припускає високу кваліфікацію контролюючого і ремонтуючого персоналу. Всі труднощі повинні припадати на постійне розпізнавання і оцінку всіх виявлених дефектів з тим, щоб усувати їх за допомогою контролю і зміни окремих ступенів процесу паяння чи загального технологічного процесу.

2 Основи розробки технологічного процесу складання і

монтажу радіоелектронної апаратури

Технологічний процес складання та монтажу апаратури включає наступну етапи:

• заготовку монтажних проводів, зачистку, вирівнювання і лудження їх кінців, попереднє розташування і в’язку джгутів, підготовку до пайки виводів радіодеталей і т.ін.;

• складання шасі, тобто підготовку його до монтажу (кріплення на шасі деталей та вузлів);

• закріплення монтажних проводів та кінців радіодеталей на контактних пелюстках;

• пайку або електрозварювання з’єднань;

• контроль якості виконаних робіт.

В умовах серійного та масового виробництва широко застосовується ескізно-операційна технологія складання і монтажу радіоелектронної апаратури.

Ескізно-операційна технологія передбачає розділення всього процесу складання і монтажу радіоелектронної апаратури на окремі прості операції, на яких використовуються виконавці більш низької кваліфікації, ніж виконавці всього процесу. Вона дає змогу підвищити виробництво праці, якості продукції, а також знизити розрядності праці.

При розробці ескізно-операційної технології на кожну операцію складається технологічна карта, яка включає ескіз, короткий опис праці, перелік деталей і використовуваних матеріалів.

Ескіз повинен показувати ту частину складання чи монтажу, яка виконується на даній операції. Він включає необхідність користування складальними кресленнями, монтажними схемами, а також детальним описом роботи.

Короткий опис праці, який дається в технологічній карті, повинен вказувати об’єм та послідовність її виконання.

Крім того, опис праці пояснює і уточнює деякі деталі складально-монтажного процесу, який важко показати на ескізу.

При розробці ескізно-операційної технології, операції процесу роблять рівними або кратними по тривалості, що дає змогу швидкому переходу на серійний або масовий поточний метод виробництва.