Ушаков_ТПЭВМ (562162), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Наиболее близок к эвтектическому составу припой ПОС61, который нашел широкое применение для монтажной пайки из-за низкой температуры плавления, небольшого температурного интервала кристаллизации и высокой коррозионной устойчивости. Для пайки соединений из стали, латуни и монтажных проводов используют припой ПОС40.
Более низкую температуру плавления имеют оловянно-свинцово-кадмиевые припои, используемые при ступенчатой пайке.
Подготовка поверхностей деталей, подлежащих пайке, заключается в удалении загрязнений, ржавчины, оксидных и жировых пленок.
При наличии загрязнений растекаемость припоя будет плохой и возможно образование мелких шариков припоя, ухудшающих качество пайки.
На смачиваемость и растекаемость припоя существенно влияет форма шероховатостей поверхности. Если неровности образуют сеть пересекающихся канавок, то смачнваемость и растекаемость припоя будет усиливаться капиллярным действием канавок. Шероховатости, представляющие собой углубления, окруженные выступами, ухудшают смачивание.
Способ зачистки может оказать решающее влияние на качество пайки. Зачистка наждачной шкуркой или крацевание дают лучшие результаты, чем травление. В последнем случае образуется поверхность, не вызывающая капиллярного эффекта.
Для удаления жира и масла с поверхности деталей применяют различные растворители, горячие щелочные растворы. Для получения чистых поверхностей используют травление кислотами.
Подготовленные поверхности покрывают флюсом непосредственно перед горячим лужением или пайкой.
Рис. 13.4. Схема лужения с помощью паяльника:
1 - наконечник паяльника; 2 - припой; 3 - сплав припоя с основным металлом ; 4 - зона взаимодействия припоя с основным металлам; 5 - флюс; 6 - растворенный оксид; 7 - оксид, на поверхности основного металла; 8 - основной металл; 9 - газообразный флюс
Механизм действия флюса (рис. 13.4) заключается в том, что оксидные пленки металла и припоя растворяются или разрыхляются и всплывают на поверхность флюса. Вокруг очищенного металла образуется защитный слой флюса, препятствующий возникновению оксидных пленок. Жидкий припой замещает флюс и взаимодействует с основным металлом. Слой припоя постепенно увеличивается и при прекращении нагрева затвердевает.
Флюсы по действию, которое они оказывают на металл, подвергающийся пайке, делят на кислотные (активные), бескислотные, антикоррозионные и активированные.
Кислотные флюсы (хлористый цинк и флюсы на его основе) интенсивно растворяют оксидные пленки, обеспечивая тем самым хорошее сцепление припоя с основным металлом. Остаток флюса после пайки вызывает интенсивную коррозию» соединения и основного металла, поэтому необходимы тщательная промывка и полное удаление остатков флюса с поверхности соединения. При монтажной пайке активные флюсы не применяют.
Бескислотные флюсы (канифоль и флюсы, приготовляемые на ее основе с добавлением неактивных веществ спирта, глицерина и др.) химически малоактивны и их можно применять при тщательной зачистке деталей. Остаток канифоля не гигроскопичен и является хорошим диэлектриком; это важное преимущество канифоли при пайке монтажных соединений. Широко применяют флюс марки ФКСп, представляющий собой раствор сосновой канифоли (10...40%) в этиловом спирте. Флюсы на основе канифоли не оказывают коррозионного действия.
Антикоррозионные флюсы (на основе соединений фосфорной кислоты с добавлением различных органических кислот) не вызывают коррозии черных металлов, вследствие чего отпадает необходимость удаления остатков флюса после пайки.
Активированные флюсы (на основе канифоли с добавкой активизаторов - салициловой кислоты и др.) применяют для сплавов, плохо Поддающихся пайке. Высокая активность некоторых активированных флюсов позволяет выполнять пайку без предварительного удаления оксидов.
Для пайки твердыми припоями в качестве флюса используют буру или (флюсы на ее основе (90% буры н 10% борной кислоты).
Рис. 13.5. Лужение погружением: а - в ванну с припоем; б — через слой флюса
Лужение заключается в покрытии поверхностей соединяемых деталей тонкой пленкой припоя. Горячее лужение выполняв ют паяльником или путем погружения в ванну с расплавленным припоем (рис. 13.5). Лужение детали 3 (рис. 13.5, а) можно осуществить окунанием в жидкий флюс, а затем в ванну 1 с расплавленным припоем 2. На рис. 13.5, б показано лужение через слои флюса 4. Скорость прохождения детали через флюс должна быть такой чтобы она могла нагреться до требуемой температуры.
При лужении происходит сплавление припоя с основным металлом, поэтому при пайке достаточно сплавить припои с полудой, что возможно при более низкой температуре нагрева. Мелкие монтажные детали можно лудить гальваническим путем.
Одним из способов дозирования припоя при лужении является использование припойных паст. Они представляют собой механические смеси порошкового припоя, связующего вещества и некоторых других компонентов. В пастах ПЛ-1, ПЛ-3 используют порошок припоя ПОС-61 и канифоль. После нанесения пасты ее оплавляют при температуре на 30...50°С выше температуры плавления сплава.
Пайка заключается в прогреве соединяемых элементов после нанесения припоя и сохранении их в сжатом состоянии до полного затвердевания припоя. Она состоит из двух фаз: 1) смачивание припоем металлических поверхностей; 2) заполнение припоем зазора между смоченными поверхностями. Эти две фазы в зависимости от конкретных условий могут протекать последовательно или одновременно.
Рис. 13.6. Электропаяльник:
а - с наружным нагревателем (1 – наконечник, 2 – кожух, 3 – нагреватель, 4 – заземление, 5 – ручка);
б - с внутренним нагревателем
.
При пайке и лужении необходимо некоторое время для осуществления взаимной диффузии припоя и основного металла. Продолжительность этого процесса зависит от состава припоя, температуры и других факторов. Затем место соединения охлаждают до комнатной температуры. Остатки кислотного флюса удаляют в горячем растворе 2%-ной соляной кислоты с последующей промывкой в горячей воде. Остатки некоррозионных флюсов на основе канифоли удалять не требуется, за исключением тех случаев, когда необходима чистая поверхность или когда зону окрашивают или покрывают лаком.
Основным инструментом для пайки служит паяльник наконечником, который нагревают электрическим током до 36 В.
Нагреватель паяльника (рис. 13.6, а) представляет собой керамический каркас с винтовой канавкой на наружной волоки поверхности. В канавке размещается спираль из нихромовой проволоки. Выводы спирали привариваются к медным шинам, которые соединяются с переходной колодкой.
Наконечник из меди имеет высокую теплопроводность и хорошо обслуживается. Недостатками таких наконечников являются быстрое образование окалины и износ. При пайке олово, содержащееся в припое, сплавляется с медью. Для сохранения наконечника и надлежащей теплоотдачи его необходимо затачивать.
Эрозию паяльника можно замедлить, нанесением покрытий (толщиной 0,1 ... 0,2 мм) из железа, никеля или алюминия. Покрытия предохраняют наконечники от износа, вызванного сплавлением меди с оловом, и значительно снижают образование окалины.
Для пайки микросхем применяют паяльники с внутренним нагревателем (рис. 13.6, б), вставляемым в отверстие медного стержня 1. Внутренний нагреватель представляет собой керамический стержень 2 с намотанной в один ряд оксидированной нихромовой проволокой 3. При этом уменьшаются размеры паяльника и площадь нагревания. Это обусловливает меньшую температуру нагревателя, а следовательно, и больший срок его службы.
Форма пайки может быть заливной, когда соединяемые элементы полностью скрыты припоем, и скелетной. В последнем случае очертания вывода и контактной площадки просматриваются через тонкий слой припоя. Для скелетной пайки требуется меньше припоя, визуальный контроль ее осуществить проще. Заливная пайка обеспечивает более надежное соединение при значительных механических нагрузках.
Качество соединения оценивают по его внешнему виду, структуре, механической прочности и интенсивности отказов.
Проверка по внешнему виду осуществляется визуально с увеличением в 10 раз и более. При хорошем соединении поверхность припоя должна быть гладкой и блестящей, без инородных включений и наплывов,
Структуру паяного соединения оценивают по ширине диффузионной зоны. Максимальная прочность соединений получается при ширине диффузионной зоны 0,9 ... 1,0 мкм. Увеличение или уменьшение этой зоны существенно снижает прочность соединения.
Качество структуры проверяют путем металлографического анализа. При этом исследуют характер и величину интерметаллических прослоек на границе раздела «припой - металл», определяют наличие дефектов и инородных включений. Неудовлетворительное состояние структуры соединения свидетельствует о неправильном выборе или нарушении режимов пайки (температуры, времени, скорости охлаждения припоя и др.).
Механическую прочность соединения определяют по усилию разрушения на разрыв или срез; холодный спай выявляется при проверке на вибропрочность.
Качество паяного соединения характеризуется также переходным сопротивлением, которое находят как среднее арифметическое этого сопротивления, определенное по трем замерам. Переходное сопротивление должно быть не более 3·10-3 Ом. Хорошо выполненные паяные соединения имеют интенсивность отказов 10-7 ... 10-8 1/ч.
Наиболее распространенные дефекты в паяных соединениях — это газовые поры (раковины) и холодный спай. Мелкие поры образуются вследствие выделения газов, попадания в припой оксидных пленок и перегрева припоя при пайке. Раковины являются результатом усадки, происходящей при кристаллизации, и недостаточного заполнения зазора припоем.
Большое влияние на качество паяного соединения оказывает режим пайки, т. е. совокупность параметров и условий, при которых она осуществляется. Под параметрами понимают температуру пайки, время выдержки при этой температуре, скорость нагрева и охлаждения, а под условиями - способ нагрева, припой, флюс (газовую среду), давление на соединяемые заготовки.
Холодный спай является следствием заниженной температуры пайки. Для получения качественного соединения температура нагрева паяльника должна быть выше температуры плавления припоя примерно на 50°С. Более высокая температура вызывает сильный окислительный процесс и способствует быстрому выходу паяльника из строя.
Главные условия безопасной работы при пайке — это хорошая вентиляция участка, защита от ожогов и умение обращаться с флюсами и припоями.
Оловянно-свинцовые припои содержат токсичные вещества, которые могут вызвать загрязнения кожи рук и одежды работающих. Все флюсы во время пайки выделяют газы, а канифолевые флюсы - газы и большое количество дыма.
Во избежание попадания токсичных веществ в организм человека необходимо после работы с припоями и флюсами тщательно мыть руки.
13.2. Групповые методы пайки
Групповые методы-пайки применяют для монтажа электрорадиоэлементов на печатной плате. Особенностью процесса групповой пайки является одновременное выполнение большого числа монтажных соединений.
В настоящее время применяют различные способы групповой пайки. Однако наиболее широкое распространение получили два способа: пайка погружением в расплавленный припой и пайка волной припоя.
При всех способах групповой пайки процесс начинается с подготовки поверхности печатной платы, которая заключается в зачистке мест пайки и обезжиривании.
Зачистку выполняют эластичными кругами с абразивным порошком или металлическими щетками. Затем поверхность платы обезжиривают в растворе спирта с бензином и обдувают воздухом до полного высыхания.
Защита участков платы, не подлежащих пайке, осуществляется маской из бумажной ленты, пропитанной костным клеем. Маску приклеивают к плате так, чтобы места пайки не выходили за пределы отверстий в маске. Вместо бумажной маски применяют слой краски, наносимой через сетчатый трафарет. Краска должна противостоять непосредственному воздействию расплавленного припоя, температура которого доходит до 260°С. Следующим этапом является нанесение флюса и подогрев платы, который удаляет влагу и уменьшает термический удар в момент погружения платы в расплавленный припой. Испарение влаги уменьшает разбрызгивание припоя и образование газов, приводящих к пористости соединения.
Процесс пайки установленных на плате элементов заключается в нанесении расплавленного припоя на обработанные флюсом поверхности.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
