Основные этапы проектирования технологии пайки

1) выбор температурных интервалов нагрева

2) выбор основ припоев, которые укладываются по температуре пайки в интервал нагрева (с учетом требований прочности и пластичности)

3) выбирают основы, совместимые с основным металлом (не имеющие дефектов)

4) выбирается марка припоя (состав, способ его получения)

5) введение дополнительных металлов

а) сурьма – уменьшает окисление ПОС, улучшает внешний вид, увеличивает теплостойкость и температуру пайки

б) бериллий – предотвращает образование крупнозернистых галтельных участков и повышает ресурс работы паяных соединений

в) серебро, никель, марганец – увеличивает прочность и коррозионную стойкость

6) выбор способа удаления оксидной пленки и вспомогательных материалов (выбор марки и химического состава)

7) определение термического режима пайки и давления на соединяемые детали (проводится экспериментальная оптимизация свойств соединения, если необходимо, вносятся изменения в КД, свойства реализуются при выборе пайки)

8) определение термического цикла пайки

9) выбираются материалы оснастки, которые не реагируют на вспомогательные материалы

10) выбор оборудования, средств механизации и автоматизации

Технология пайки

Технолгия пайки выбирается в зависимости от типа производства в соответствии со следующими принципами:

1) индивидуальная – при помощи паяльника – единичное, мелкосерийное производство, ремонтные работы

2) групповая - в серийном и массовом производстве (преимущество в возможности поддержания необходимого температурного режима, увеличении производительности и надежности)

Выбор метода пайки также зависит от программы выпуска, особенностей конструкции паяемых элементов, требований, предъявляемым к ним.

Операции:

1) фиксация соединяемых элементов, поверхности которых прошли соответствующую подготовку

2) нанесение необходимого количества флюса и припоя

3) нагрев до определенной температуры и выдержка в течение определенного времени

4) охлаждение соединений без перемещения

5) очистка соединения

6) контроль

Требования к режиму пайки:

1) определенная рабочая температура конца жала

2) степень стабильности температуры, которая обеспечивается динамикой теплового баланса между термопоглощением при пайке и термозапасом в паяльном жале

3) мощность нагревателя, термический КПД

4) температура паяльника должна быть выше темпаратуры плавления припоя

5) номинальная темпаратура определяется допустимым нагревом

Рекомендуемые мощности для пайки

для печатных плат – 25÷60Вт

для проводников – 25÷120Вт

для микросхем – 4÷18Вт

Жало должно быть тонким, обычно изготавливается из меди (на рабочую поверхность может наноситься специальное покрытие, обеспечивающее стойкость при длительной эксплуатации).

Время пайки составляет 0,3÷1 с.

При пайке необходимо выдерживать определенное расстояние до корпуса и помнить, что полупроводниковые приборы являются наиболее чувствительными к нагреву.

Последнее время стали широко применяться и другие методы, например, контактная пайка, нагрев горячим воздухом.

Групповые методы пайки

═════════════════════════════════

Пайка погружением

Глубина погружения составляет 0,4÷0,6 от толщины платы.

Существенные недостатки метода:

- резкое изменение температуры при погружении (температурный удар)

- на поверхности припоя образуется окисная пленка, препятствующая растеканию и смачиванию

В некоторых случаях на нижнюю поверхность платы прикрепляют трафарет, защищающий от негативного воздействия, также используют фельеры, направляющие припой.

Пайка волной припоя

Процесс пайки достаточно прост: платы, установленные на транспортере (элементы предварительно приклеиваются), подвергаются предварительному нагреву, исключающему тепловой удар на этапе пайки. Затем плата проходит над волной припоя. Сама волна, ее форма и динамические характеристики являются наиболее важными параметрами оборудования для пайки. С помощью сопла можно менять форму волны; в прежних конструкциях установок для пайки применялись симметричные волны.

Направление и скорость движения потока припоя, достигающего платы, также могут варьироваться, но они должны быть одинаковы по всей ширине волны. Угол наклона транспортера для плат тоже регулируется. Некоторые установки для пайки оборудуются дешунтирующим воздушным ножом, который обеспечивает уменьшение количества перемычек припоя. Нож располагается сразу же за участком прохождения волны припоя и включается в работу, когда припой находится еще в расплавленном состоянии на коммутационной плате. Узкий поток нагретого воздуха, движущийся с высокой скоростью, уносит с собой излишки припоя, тем самым, разрушая перемычки и способствуя удалению остатков припоя.

Совершенствование конструкции платы оказалось недостаточным для достижения высокого уровня годных при традиционных способах изготовления изделий с простыми компонентами, монтируемыми на поверхность обратной стороны плат. Потребовалось изменить технологический процесс пайки волной, внедрив вторую волну припоя. Первая волна делается турбулентной и узкой, она исходит из сопла под большим давлением. Турбулентность и высокое давление потока припоя исключает формирование полостей с газообразными продуктами разложения флюса. Однако турбулентная волна все же образует перемычки припоя, которые разрушаются второй, более пологой ламинарной волной с малой скоростью истечения. Вторая волна обладает очищающей способностью и устраняет перемычки припоя, а также завершает формирование галтелей. Для обеспечения эффективности пайки все параметры каждой волны должны быть регулируемыми.

Пайка двойной волной припоя применяется в настоящее время для одного типа коммутационных плат: с традиционными компонентами на лицевой стороне и монтируемыми на поверхность простыми компонентами (чипами и транзисторами) на обратной. Некоторые компоненты могут быть повреждены при погружении в припой во время пайки. Поэтому важно учитывать их термостойкость. Если пайка двойной волной применяется для монтажа плат с установленными на их поверхности компонентами сложной структуры, необходимы некоторые предосторожности:

- применять поверхностно монтируемые ИС, не чувствительные к тепловому воздействию;

- снизить скорость транспортера;

- проектировать коммутационную плату таким образом, чтобы исключить эффект затенения

Хорошо разнесенные, не загораживающие друг друга компоненты способствуют попаданию припоя на каждый требуемый участок платы, но при этом снижается плотность монтажа.

При высокой плотности монтажа с помощью данного метода практически невозможно пропаять поверхностно монтируемые компоненты с четырехсторонней разводкой выводов (например, кристаллоносители с выводами). Чтобы уменьшить эффект затенения, прямоугольные чипы следует размещать перпендикулярно направлению движения волны.

Химически неактивные газы нашли применение в качестве защитных газов при пайке волной, но их высокая стоимость делает их непригодными для промышленного использования.

В обычных системах для пайки волной воздух и, соответственно, кислород легко попадает в зону пайки. Это приводит к окалинам на поверхности пайки, которые, зачерпываясь волной припоя, могут проникать в зоны соединения элементов - как минимум, снижение надежности паяных соединений.

В закрытых системах пайки волной таких процессов не происходит благодаря отсутствию кислорода в зоне пайки.

Пайка оплавлением

В производстве применяется редко из-за токсичности. Используются минипечи, установка полностью автоматизирована.

═════════════════════════════════