Пайка в инфракрасной печи

Ширина  транспортировочной ленты из благородной стали, составляет 457 мм, а максимальное отклонение температуры внутри зоны протекания процесса – до ±2,5 0 С . Скорость движения транспортировочной ленты контролируется замкну той цепью регулирования и может изменяться в любой момент времени.

В зоне протекания процесса может создаваться инертная атмосфера (рис.20) за счет введения соответствующих газов, например, азота.

Производственные  испытания установки такой конструкции показали, что в ней достигается согласование материала в отношении поглощения и достаточная передача конвективного тепла. При использовании плоских излучателей были достигнуты хорошие результаты пайки без обугливания и расслоения ПП .

Кроме этого, сравнение температуры на поверхности ПП с внутренней температурой конструктивного компонента доказали, что чувствительные к воздействию температуры компоненты при этом не повреждаются . С помощью цепного транспортера возможна также пайка ПП с двухсторонним монтажом .

3.7 Сравнение методов пайки в парогазовой фазе и ИК – печи

 

При пайке  в парогазовой фазе теплопередача осуществляется весьма быстро, после чего достигается термическое равновесие, то есть насыщенный пар, печатная плата и конструктивные компоненты нагреваются до температуры , которая задана точкой кипения жидкости .

Процесс охлаждения протекает в противоположность нагреву относительно медленно с целью высушивания конденсата , находящегося на плате внутри установки , и уменьшения потерь весьма дорогостоящей жидкости .Нагрев платы в ИК печи, осуществляющейся с помощью инфракрасного излучателя, происходит медленнее (рис.22, кривая 2), скорость нагрева почти на один порядок ниже по сравнению с установками для конденсационной пайки (рис.22, кривая 1). В зоне пайки не возникает состояние термического равновесия, а нагревание переходит непосредственно в фазу охлаждения . При сравнимом времени пайки пиковая температура превышает температуру при конденсационной пайке , однако при этом не возникает увеличение интегральной термической нагрузки .

Оба метода обладают специфическими преимуществами и недостатками , которые сведены в табл.2.

 

 

Рис.22 Сравнение методов пайки 1-пайки парогазовой фазе;2-ИК пайка

 

Таблица 2

 

3.8 Сравнение методов пайки волной припоя и в ИК печи

 

Для этой проверки была проведена пайка образцов при скорости движения ленты 0,8 м /мин применительно к двойной волне и в ИК -печи . На рис.22приведены результаты испытаний с использованием срезающего усилия для обоих методов пайки , причем для образцов , пайка осуществлялась в ИК печи ,была выбрана толщина слоя паяльной пасты 250 мкм.

 

Рис.22 График испытаний.1-срез усиления(Н);2-пермещение срезающего крюка(мм)

 

При этом прошедшие волновую пайку образцы  отличаются существенно болеевысокой устойчивостью к срезающим усилиям  по сравнению с образцами , про шедшими пайку в ИК -печи , эта величина в среднем для всех конструктивных форм больше приблизительно на 60 %.

Прочность таких мест пайки была подчас настолько  высокой , что компоненты ломались , когда , прикладывающий срезающее усилие , крюк скользил по компоненту .Полученные характеристики могут быть объяснены в основном следующими причинами :

- точка  приклеивания существенно способствует  устойчивости к воздействию срезающего усилия ;

- при  пайке волной наносится количество  припоя больше , чем в случае  наносимого под давлением дозированного слоя паяльной пасты толщиной 250 мкм ;

- возникает  иная структура пайки с более  высокой прочностью ;

- структура  паяного слоя более однородная .

Есть  основания предполагать действие всех четырех причин , причем первая является наиболее существенной .

С целью  исследования влияния клея на качество сборки , на ПП были наклеены 10резистивных  чип -компонентов типа 1206, после чего они прошли обработку в печи на отвердение клея и подверглись двукратной обработке с помощью одной волны припоя . После этого была измерена средняя устойчивость к воздействию срезающего усилия , которая равна 53 Н, что обусловлено главным образом наличием клея .

При анализе  срезов, а также при подробном рассмотрении мест пайки видно ,что при пайке волной зачастую наносится большее количество припоя, нежели чем при дозированном способе. При этом образцы, прошедшиепайку волной припоя ,имеют более тонкую структуру , чем соответствующие образцы , прошедшие пайку оплавлением дозированного припоя в ИК -печи .

Наблюдаемые на срезе поры , которые возникают в местах пайки в ИК печи, проявляются более отчетливо и в большом количестве в местах разрушения после испытаний с использованием срезающих усилий . Поскольку преобладающая часть образцов разрушалась на границе поверхностей " металлизированная поверхность контактной площадки компонента припой " и в этой области было установлено наибольшее количество пор , то можно предположить , что уменьшение общей площади соприкосновения контактов в месте пайки обуславливает снижение устойчивости к воздействию срезающих усилий .

Остается исследовать вопрос и выяснить, а потом и снять причины появления пор с целью устранения этих слабых мест.

 

4. Нанесение флюса

 

Флюс  в составе припойных паст служит не только для активации контактируемых металлических поверхностей, удаления с них окислов и предотвращения окисления припоя в процессе пайки (что необходимо для создания паяного  соединения), но и обеспечивает требуемую  растекаемость (реологию), а также  изменение вязкости со временем (тиксотропность) при нанесении припойной пасты  на коммутационную плату. Если состав припойной пасты имеет недостаточную  вязкость, она будет растекаться, или "расползаться", что, несомненно, приведет к потере точности рисунка, обеспечиваемой трафаретом, а это  в свою очередь может послужить  причиной образования шариков припоя или перемычек в процессе пайки. Кроме того, количество припойной  пасты, нанесенной на плату, в ряде мест может оказаться недостаточным  из-за ее растекания по плате.

Для уменьшения растекания припойной пасты можно  увеличить процентное содержание в  ней порошка припоя. Можно также  изменить химический состав флюса путем  введения в него специальных вяжущих  добавок (загустителей), но здесь нужно  соблюдать меру, ибо в противном  случае может произойти закупорка  сопла дозатора или ячеек трафарета.

Флюс должен удалять окислы с  контактируемых металлических поверхностей при пайке. Для эффективного протекания этого процесса очень важно правильно  выбрать необходимый температурно-временной  режим) пайки. Если во время разогрева  платы температура повышается слишком  быстро, то растворитель, входящий в  припойную пасту в составе  флюса, сразу испаряется, что приводит к потере активности флюса и разложению или выгоранию его компонентов; при этом расплавление припоя осуществляется неравномерно, а процесс пайки - непредсказуемо. Если же нагревательный цикл завершен преждевременно, то окислы в местах паяных соединений могут быть не полностью  удалены. Формирование слоя припойной  пасты рекомендуется производить  в химически инертной атмосфере (для избежания окисления припоя).

Некоторые сборочно-монтажные системы  разработаны с учетом этой возможности. Жидкий флюс может наноситься распылением, использоваться в пенообразователе в волновой технологии. Жидкий флюс представляет собой смесь растворителей (обычно изопропиловый спирт или другой растворитель с высокой температурой кипения) в которых растворены активаторы (обычно мягкие кислоты). Флюс может содержать канифоль, которая в нагретом состоянии обладает кислотными свойствами. К тому же, флюс может содержать смачивающие вещества, а также антикоррозионные добавки. Твердые составляющие, входящие в состав флюса, состоят из канифоли, смачивающих веществ и активаторов, количество которых отражено в процентном содержании по весу от всего количества флюса. Низкое содержание твердых веществ позволяет получать более чистый край паяного соединения (если используется безотмывочный флюс). При использовании "водосмывных" флюсов, остатки, полученные после пайки, требуют смывки, поскольку такие флюсы могут содержать повышенное количество кислот и галоидов (соединения с хлором, бромом, фтором или йодом). Если в состав флюса входят галоиды, это означает, что он обладает большей активностью и, следовательно, с помощью такого флюса можно паять трудно спаевыемые соединения. Но такие вещества не используются повсеместно, т.к. являются очень коррозионно-активными.

4.1 Нанесение флюса распылением

 

Метод распыления считается все  более популярным. Метод распыления позволяет уменьшить расход флюса, обеспечить точное и равномерное  нанесение флюса, уменьшить возможность  образования капель.  
Давление распыления флюса подбирается опытным путем. Если установить давление слишком низким капли флюса становятся больше и имеют нестабильный размер. В свою очередь, чрезмерно высокое давление может приводить к отражению флюса от печатной платы, это приводит вместо улучшения качества смачивания к большему расходу флюса, загрязнению печатных плат и оборудования. Необходимо проверить количество флюса нанесенного на печатную плату. Флюс должен покрывать всю поверхность равномерным слоем. В случае наличия «сухих» полос или пятен, следует немного увеличить давление и повторить эксперимент. Если проблема не устраняется путем незначительного увеличения давления, корректировку параметров процесса флюсования следует осуществлять в комбинации с изменением других параметров: скорости конвейера и режимами подачи флюса.

В случае применения флюсов с высокой  плотностью, таких как VOC-free (флюсы  на водной основе) давление распыления следует увеличить на 10 20% по сравнению с флюсами на спиртовой основе.

На рис. 23 изображена схема флюсования при помощи вращающегося сетчатого барабана. В барабан подают сжатый воздух, который, проходя через сетку, создает струю из мелких частиц жидкого флюса. На величину осаждаемого флюса оказывают влияние четыре параметра:

• скорость движения конвейера
• скорость вращения барабана
• давление воздуха
• вязкость флюса

При изменении  этих параметров толщину слоя флюса  можно менять в пределах от 1 до 10 мкм. К устройству флюсования предъявляют  следующие требования:

• однородность нанесенного слоя флюса, толщиной от 1 до 10 мкм в сухом состоянии
• регулируемая скорость вращения барабана от 0 до 20 об/мин
• угол падения струи около 30° относительно поверхности платы
• давление воздуха переменное от 0 до 250 кПа (0-2.5 бар), без загрязнения парами масла

Рис. 23. Флюсование при помощи вращающегося сетчатого барабана

1 – жидкий  флюс; 2 – сжатый воздух; 3 – сетчатый  барабан; 4 – печатная плата

4.2 Метод пенного флюсования

 

Для нанесения  флюса методом пенного флюсования применяются трубчатые фильтры, которые образуют мелкопузырчатую  пену, обеспечивающую улучшенное смачивание, особенно при сквозной металлизации. Кроме того, такие фильтры обладают повышенной надежностью, меньше забиваются и даже выход из строя одного из элементов не ведет к нарушению  производственного процесса. Заполните  флюсователь до максимального уровня. Начинайте работу с минимального давления, постепенно увеличивая давление, добейтесь стабильной и качественной формы шапки пены. Конкретная величина давления зависит от конструкции  системы пайки. Оптимальные условия  нанесения флюса обычно достигаются  при высоте шапки пены не более  2 см, при этом следует исключить затекание флюса на верхнюю сторону печатной платы.

 

 

Рис. 24. Пенное флюсование

1 – жидкий  флюс; 2 – сжатый воздух; 3 – аэратор; 4 – печатная плата

 

Пену  направляют на поверхность платы  при помощи специального сопла. Плату  перемещают вдоль сопла, при этом при этом флюсуется нижняя ее сторона. Лопающиеся пузырьки пены разбрызгивают  флюс, который проникает во все  отверстия платы. К пенному флюсующему устройству предъявляются следующие  требования:

• установка должна создавать однородные диаметром 1…2 мм пузырьки, что можно достигнуть только при полностью свободных всех воздушных каналов аэратора
• высота пены должна регулироваться в диапазоне от 0 до 15 мм
• аэратор должен легко заменяться
• в случае отказа устройства флюсования процесс пайки должен немедленно прекращаться

 

5. Предварительный нагрев

 

Предварительный нагрев обеспечивает:

-Подогрев подлежащих пайке электронных компонентов с целью уменьшения термоудара.

-Удаление  растворителя из флюса.

-Активацию флюса.

Выбор температуры  предварительного нагрева зависит  от конструкции печатных плат, а  также от температуры испарения  растворителя. Для флюсов на спиртовой  основе общепринятыми являются следующие режимы

 

Тип печатной платы	Температура на плате
Односторонняя	80 - 90°C
Двухсторонняя	90-120°С
Многослойная (до 4-х слоев)	105-120°С
Многослойная (более 4-х слоев)	110-130°С