8 (Конспект из 10 лекций, преподаватель Добряков Виктор Александрович), страница 2

Пайка погружением:

При пайке погружением, собранная плата, стороной пайки, погружается в расплавленный припой (паяльная ванна ). В платах с металлизированными отверстиями, припой должен подняться до установочной стороны, что повышает надежность контакта.

В связи с быстрым переходом тепла от жидкого припоя к твердым контактирующим металлам, время пайки устанавливается 1-2 сек.

Чтобы потери тепла ванны были незначительными, сторона пайки ПП предварительно нагревается. Это позволяет избежать теплового удара чувствительных к нагреву материалов.

В промежутках между пайками с поверхности ванны удаляются продукты окисления, загрязняющие припой. Удаление происходит механическим очисткой или фильтрованием.

При пайке погружением, паяльная ванна выполняет еще и функцию активации флюса. Летучие компоненты при подогреве улетучиваются, а активная часть флюса - канифоль - равномерно покрывает паяную поверхность.

Различают следующие методы пайки погружением:

с неподвижным и подвижным зеркалом припоя.

Пайка погружением с неподвижным зеркалом припоя.

• Пайка погружением с вертикальным перемещением.

При этом припой не должен переливаться на установочную сторону.

Недостатки:

Плохо улетучиваются пары флюса.

После вынимания, образуются сосульки.

• Погружение с наклоном.

Плата соприкасается с поверхностью ванны под углом 5-7. Здесь более благоприятные условия для удаления флюса и продуктов реакции. Сосульки возникают в меньшей степени.

• Пайка протягиванием

Плата протягивается по поверхности с помощью специального держателя.

Достоинство: Возможность пайки без окисной пленки, т.к. перед держателем расположен очиститель.

Недостаток: Более длительное время пайки увеличивает тепловое воздействие на поверхность ПП. На образование сосулек из припоя влияет соотношение между скоростями отрыва и прохождения.

Производительность: При длине ванны в 1м и пути протягивания 0,7м со скоростью 5-8 м/мин паяется 200-400 плат в час.

• Пайка с колебательными движениями.

Плата опускается вертикально в ванну и во время пайки перемещается по поверхности ванны туда и обратно. При этом лучше улетучиваются остатки флюса, продукты реакции и газы.

• Пайка с маятниковыми колебаниями

Слегка изогнутая ПП зажимается в держателе, который приводит плату в движение касательно поверхности ванны.

Достоинство: Тепловая нагрузка незначительна.

Недостаток: Возможно нарушение фиксации компонентов при изгибе.

Область применения: Для горячего лужения выводов компонентов.

Пайка погружением с подвижным зеркалом припоя.

Струйная пайка - это селективный метод пайки печатных плат через шаблон, представляющий собой систему сопл. Применение шаблона позволяет паять только один вид плат, поэтому данный способ применяется только при больших партиях однотипных плат.

Каскадная пайка.

Припой при протекании образует волнообразную поверхность. Плата перемещается навстречу течению.

Достоинство: обеспечивается высокое качество пайки за счет отсутствия окислов на поверхности.

Недостатки: необходимость применения специального привода для движения ПП;

- трудности в креплении компонентов.

Пайка волной припоя - этот способ в наибольшей степени пригоден для контактирования штыревых компонентов с ПП.

Принцип метода состоит в прямолинейном движении платы через гребень волны припоя. На качество пайки и заполнение металлизированных отверстий влияют угол входа и выхода, а также форма волны припоя. Форму волны можно регулировать применением различных по геометрическому выполнению волнообразующих сопл.

Дуговая волна.

Наиболее благоприятным условием для пайки является движение платы навстречу припою под углом 8 - 10 градусов относительно волны.

Плоская волна

Обеспечивает более длительный контакт с печатной платой. Это облегчает пайку металлизированных отверстий, но повышает тепловую нагрузку.

Вторичная волна.

Поддерживается несколько ниже основной, расплавляет и снимает образующиеся сосульки припоя.

Для пайки ПП с незначительными расстояниями между проводниками используются специальные формы волны.

Дельта волна. Отраженная волна.

Пайка волной производится с помощью специальных установок (в виде сборочной линии), выполняющих последовательно следующие операции:

• фиксация смонтированной платы в транспортной раме;

• флюсование - спиртоканифольный флюс наносится волной; толщина слоя 3 -4 мкм;

• предварительный нагрев платы до температуры 130⁰С для подготовки восстанавливающего действия флюса и предотвращения теплового удара ПП при последующей пайке (нагрев осуществляется со стороны пайки с помощью нагретой плиты посредством тепловой радиации);

• пайка волной припоя - продвижение платы по гребню волны;

• промывка и сушка ФЯ - производится после остывания ПП, так как резкое охлаждение может привести к образованию трещин из-за разного ТКЛР (температурного коэффициента линейного расширения) металлических проводников и припоя.

Качество паяных соединений при пайке волной определяется следующими факторами.

Состояние поверхностей компонента и платы Качество лужения		Флюс - качество способ нанесения толщина		Предварительный подогрев - способ и длительность		Тип машины для пайки профиль волны t ,углы входа-выхода
К ачество сборки (плохое положение вывода компонента)		Качество паяных соединений при пайке волной				Состав припоя, вид компонентов доля загрязнений
Влияние конструкции, располож. проводников, диаметр монт. отверстий, форма выводов, лаковое покрытие.				Качество промывки и сушки после пайки.

Контроль качества определяется визуально.

К дефектам паяных соединений относятся:

• образование перемычек и сосулек - устраняется изменением формы волны, угла выхода, применением вторичной волны, поддержанием правильной температуры и времени пайки;

• отверстия в паяных соединениях - появляются из-за отсутствия смачиваемости, истечения газов и разрывов внутренней металлизации отверстий;

• углубленные паяные соединения - возникают из-за перекоса вывода и затрудненной смачиваемости внутренних стенок отверстий во время действия волны.

Инфракрасная пайка.

Инфракрасные лучи фокусируются и воздействуют на место пайки в момент транспортировки печатной платы. Фокусировка производится с помощью эллиптического рефлектора.

Количество тепла дозируется изменением скорости транспортирования печатной платы.

Инфракрасная пайка используется при контактировании облуженных выводов компонентов с облуженной ПП там, где затруднена пайка волной. Например, при контактировании соединителей с длинными выводами, на которые впоследствии будет выполняться накрутка или для пайки позолоченных поверхностей, так как из-за хорошей реакции между Au и Sn ванна быстро обогащается Au и становится непригодной.

Для осуществления инфракрасной пайки кольца припоя укладываются после сборки вокруг выступающих проволочных выводов (автоматически).

Достоинства метода:

• каждая пайка получает дозированное количество припоя (экономичность);

• нет образования перемычек;

• пайка ФЯ любого размера;

• использование проволочных выводов любой длины;

• незначительная стоимость оборудования.

Недостатки метода:

• необходимость укладки колец припоя, которые различаются для разных типов контактов;

• слабое действие флюса, так как нет наплыва припоя, вытесняющего продукты реакции.

Пайка в паровой фазе.

Осуществляется обдувом ПП с компонентами парами кипящей фторосодержащей жидкости (фреона).

Оплавление припоя на КП с образованием соединений происходит при фиксированной t=215С для всех контактных пар.

Окружающая среда не содержит воздуха, следовательно исключает появление окислов.

Метод используется в серийном и массовом производстве.

МЕТОДЫ КОНТАКТИРОВАНИЯ КОМПОНЕНТОВ С ПЛАНАРНЫМИ ВЫВОДАМИ.

Пайка компонентов с планарными выводами является пайкой оплавлением, то есть основывается на местном ограниченном оплавлении припоя хотя бы на одном из облуженных соединяемых металлов.

Пайка сопротивлением.

Принцип пайки сопротивлением основывается на разогреве проводника протекающим током.

Количество создаваемого тепла по закону Джоуля-Ленца пропорционально квадрату тока

Q = I Rtn tn - время пайки.

R = Rэл + Rд + Rк Rэл - переходное сопротивление, Rд - сопротивление прохождению тока через детали, Rк - переходное сопротивление между контактируемыми металлами.

Нагрев выводов компонентов достаточен, чтобы оплавить слой припоя на печатном проводнике посредством теплопроводности.

Достоинство метода: возможность регулировать подводимую энергию позволяет добиться диффузии поверхностных атомов соединяемых металлов в очень ограниченном объеме, то есть создать очень прочное соединение.

Недостатки метода:

• нельзя паять сразу несколько пар контактов из-за возможного образования разности потенциалов между разными парами, что может испортить ИМС;

при работе с флюсами их пары попадают на электроды и создают неконтролируемое переходное сопротивление. Чтобы отказаться от применения флюса необходимо, чтобы оба соединяемых металла были облужены.

При пайке сопротивлением необходимо стремиться уменьшать время пайки, что возможно при повышении напряжения пайки Uп. Это связано с тем, что при большом времени пайки (tп) возможно отслоение печатных проводников от платы. В качестве материала электрода используется молибден, так как он не смачивается припоем.