Пайка в инфракрасной печи

 

А = ((С - В) / В) * 100%

 

где С - результат  анализа, В - допустимое значение.

В результате удвоения полученного результата определяется количество припоя подлежащего замене, при этом степень загрязнения  ванны по данной примеси уменьшается  до 50% предельно допустимого значения.

Пример: Измеренное содержание Cu в ванне  составило 0,28%. Предельно допустимое содержание Cu в ванне 0,25%. Содержание ванны 500 кг.

А = ((0,28 - 0,25) / 0,25) * 100% = 12% (превышение допустимой концентрации примеси Cu на 12%). Таким  образом, количество припоя подлежащего  замене составляет 24% от объема ванны.

Замена 24% от 500 кг = 120 кг. Необходимо заменить 120 кг припоя в ванне новым припоем.

Снизить концентрацию следующих примесей в  припое также возможно с применением перфорированного черпака:

 

Cu до 0,17 - 0,19%, Fe до 0,01% и Au до 0,15%

 

Таблица 3

Наименование  примесей ПДК примесей в ванне припоя, % 

Влияние превышения предельно допустимой концентрации (ПДК) примесей в припое на качество пайки по ОСТ 4Г0.054.267 по зарубежным стандартам .

Медь 0,50 0,05 - 0,08

Припой  более вязкий, поверхности паек зернистые, увеличивается время смачивания, припой прилипает к плате

Золото 0,20 0,08

Образуются  хрупкие соединения с оловом и  свинцом, приводящие к снижению прочности  паяного соединения, тусклая поверхность  пайки

Железо 0,02 0,01-0,02

Зернистая поверхность пайки, образуется FeS2

Алюминий

Цинк

Кадмий 0,008

0008

0,008 0,001- 0,005

0,001 - 0,005

0,001 - 0,005

Повышает  температуру плавления, зернистая  и тусклая поверхность пайки, увеличивается скорость окисления  поверхности расплавленного припоя, снижается коэффициент растекания припоя.

Висмут 1,0 0,05 - 0,1

Потускнение припоя и поверхности паяного  соединения

 

Отсутствие  припоя плохое смачивание.

Определяется  по отталкиванию припоя от поверхностей, которые должны быть спаяны.

Причины Методы корректировки

Высокое содержание защитного масла в  волне Откорректировать содержание и распределение масла в волне.

Неправильное  соотношение диаметров отверстия и вывода компонента.

Изменить  конструкцию отверстия. Увеличить  время пайки

Недостаточное время и температура пайки.

Повысить  время/температуру пайки

Недостаточная активность флюса/загрязнение флюса.

Проконтролировать плотность, качество и количество наносимого флюса Флюс должен покрывать всю  поверхность печатной платы равномерным  слоем без пропусков и пятен. Проконтролировать чистоту флюса.

Высокая скорость конвейера Откорректировать скорость конвейера.

Чрезмерное  загрязнение припоя, попадание шлама на плату.

Проконтролировать содержание примесей в припое, произвести его замену

Отсутствие контакта плат с припоем

Отрегулировать  расстояние между волной и печатной платой

Плохая  паяемость плат и компонентов Проконтролировать паяемость плат и компонентов.

Загрязнение печатных плат Очистить платы перед сборкой

Разбрызгивание  шариков припоя

Определяется  по очень маленьким сферическим  каплям припоя, разбрызганных по поверхности  печатной платы.

Причины. Методы корректировки

Выделение газа. Неполное испарение растворителя флюса на стадии предварительного нагрева. Присутствие влаги. Увеличить время или температуру предварительного нагрева. Обеспечить просушку печатных плат перед сборкой.

Неравномерность волны

Повысить  равномерность волны

Высокая плотность флюса

Откорректировать  плотность флюса

Низкая  температура предварительного нагрева Увеличить температуру предварительного нагрева

Высокая скорость конвейера Снизить скорость конвейера

Пористая  структура паяльной маски Используйте качественную паяльную маску

Перемычки припоя

Причины

Методы  корректировки

Недостаточная активность или количество флюса Использовать более активный флюс, увеличить плотность флюса

Низкая  температура пайки Увеличить температуру пайки.

Недостаточный подогрев печатных плат Увеличить температуру, время предварительного нагрева.

Загрязнение припоя, попадание шлама на плату

Откорректировать  содержание примесей в припое, удалить  шлам

Неправильная  ориентация микросхем по направлению к волне припоя

Конструкция печатных плат должна соответствовать  требованиям стандарта IPS-SM-782A

Неоптимальный угол выхода платы из волны припоя Откорректировать угол наклона конвейера.

Сосульки  и шипы припоя

Причины

Методы  корректировки

Недостаточная активность или количество флюса Использовать более активный флюс, увеличить плотность флюса.

Высокая скорость конвейера Снизить скорость конвейера

Неоптимальный угол выхода платы из волны припоя Откорректировать угол наклона конвейера.

Оптимальный угол - 7°

Низкая  температура пайки Увеличить температуру пайки

Большие открытые контактные площадки Изменить конструкцию платы. Использовать более активный флюс

Плохая  паяемость плат Очистить платы перед сборкой

 

7. Очистка плат после пайки

 

Обычная ПП содержит много внутренних полостей (в том числе и под компонентами), имеющих выход на поверхность  через узкие вертикальные зазоры между компонентами или их выводами. Эти полости способны удерживать продукты разложения флюса и другие загрязнения, которые могут стать источниками коррозии или причиной проникновения внутрь корпусов компонентов веществ, вызывающие повышенные токи утечки. Усиленные попытки очистить плату, например, с помощью органических растворителей, сами по себе могут вызвать механические повреждения или коррозию.

Как правило, загрязнения бывают либо полярными (ионы), либо неполярными. Свободные ионы, особенно электроотрицательные, обладающие высокой химической активностью, быстро вступают в реакцию с металлом коммутационных дорожек и вызывают коррозию. Неполярные загрязнения ухудшают адгезию припоя, свойства защитного покрытия и электрический контакт для функционального испытания микросборки.

Органические  растворители в соответствии с их очистной способностью можно разделить на три группы. Гидрофобные - не смешиваются с водой, используются для растворения органических загрязнений, например канифоли и жиров. Гидрофильные - смешиваются с водой, растворяют полярные и неполярные соединения, причем последние в меньшей степени, чем гидрофобные растворители. Азеотропные - представляют собой в основном смесь вышеуказанных типов растворителей. В их состав обязательно входят такие ингредиенты, как фреон-113 или тетрахлордифторэтан, с добавками спиртов и стабилизирующих ингредиентов.

Очистка изделий с применением растворителей  может быть реализована погружением плат в ванну с растворителем, равномерным по полю платы или направленным в виде струй опрыскиванием, либо комбинацией обоих методов. Может применяться ультразвуковое перемешивание при очистке плат в ванне с растворителем. На эффективность очистки может повлиять ряд факторов, в том числе расположение компонентов. Компоненты должны размещаться на поверхности платы таким образом, чтобы их корпуса не загораживали друг друга при движении потока растворителя. Прерывания движения платы и остановки во время пайки волной припоя должны быть сведены к минимуму, чтобы флюс нигде не задерживался в полостях платы. Если используются чувствительные компоненты, рекомендуется обрабатывать микросборки в потоке растворителя. При этом необходимо обеспечить максимальную однородность потока растворителя, а интервал времени между пайкой и очисткой уменьшить до минимума.

 

8. Контроль печатных плат

 

На всех стадиях сборочно-монтажных операций выполняются операции контроля: входной  контроль, операционный контроль, выходной контроль. По степени охвата большинство операций относятся к сплошному контролю, т.е. проверке подвергаются все модули. Обнаруженные дефекты фиксируются в сопроводительной документации на узел для последующего устранения, для статистического учета и с целью выявления и устранения причин их появления. Протоколирование дефектов в соответствии с программой ведет и автоматическое оборудование.

Визуальный  контроль с помощью оператора  – самый распространенный способ. Оборудование – микроскоп с увеличением от 2 до 10 крат. Качество контроля зависит от квалификации оператора. Такой контроль применяется в лабораторных условиях или на опытном производстве. В сборочных линиях контроль осуществляют автоматические установки.

Автоматическая  оптическая инспекция (АОИ). Автоматизированный контроль реализуется в ходе четырех основных этапов технологического процесса: нанесения припойной пасты, позиционирования компонентов, отверждения адгезива и проверки после пайки.

Очень важна  оптимизация процесса трафаретной  печати припойной пасты, поскольку  она служит источником дефектов пайки (перемычек и непропаев), а дефекты, связанные с пайкой, являются основной причиной отбраковки изделий на выходном контроле. Настоятельно рекомендуется контроль собранных плат после отверждения адгезива. Вследствие недостаточного или чрезмерного количества нанесенного адгезива компоненты могут оказаться приподнятыми под углом по отношению к поверхности платы или установленными с разворотом (смещенными в плоскости платы).

Это способствует появлению дефектов при пайке. Отсутствие конвейера для транспортировки коммутационных плат и перемещение плат вручную (после позиционирования компонентов) в камеру для отверждения адгезива может привести к смещению компонентов.

АОИ позволяет  контролировать:

- нанесение  припойной пасты (недостаточное,  избыточное, неточное, позиционирование трафарета);

- качество  позиционирования компонентов (отсутствие/наличие  компонента, точность позиционирования, включая разворот по горизонтали  и вертикали, несоответствие полярности или номера вывода, дефект вывода, наличие посторонних предметов);

- качество  паяного соединения (короткое замыкание,  непропай, несмачиваемость, излишек или недостаток припоя).

Основой АОИ является формирование изображений  объектов и анализ характерных особенностей их элементов. Двухмерное изображение объекта формируется оптическими матрицами. Для повышения контрастности изображения используют дополнительное освещение инспектируемой поверхности. Типичными параметрами установки являются: стандартное поле зрения (порядка 30х50 мм) и поле высокочеткого зрения (порядка 6х8 мм), скорость сканирования (до 18÷36 см²/сек) и количество одновременно обрабатываемых изображений (как правило, более 70). Используются монохромные системы, двух- и трехцветовые (самые распространенные). Фон теплового излучения от платы и компонентов может создавать помехи, компенсация помех выполняется программными средствами. Изображение оцифровывается, и формируется матрица, несущая информацию об объекте. Сформированная картинка может сравниваться с эталонным изображением платы или с информацией о сборке на основании данных CAD и Gerber-файлов. Такие системы позволяют выполнять 100%-ный контроль плат со скоростью до 150 000 компонентов в час, но чувствительны к смене материала платы и компонентов. Большинство АОИ хорошо обнаруживают дефекты расположения компонентов и с меньшим успехом различают дефекты нанесения припойной пасты или качество пайки.

Оптические  системы на основе лазеров могут  формировать 3-х мерное изображение  объектов. Они применяются и для  двумерного анализа сборок, особенно в тех случаях, когда наблюдаемые элементы имеют малую высоту или небольшое различие по контрасту (отверстия, реперные точки). Лазерные системы в составе автоматических сборщиков не формируют изображение объекта, а анализируют отражение от компонента, и если присутствует тень вместо отраженного луча, то компонент пропущен при установке и система выдает соответствующее сообщение.

Рентгеновские контрольные технологические установки (РКТУ). Для контроля качества внутренних слоев ПП и качества пайки некоторых типов компонентов применяется анализ изображений, полученных с помощью рентгеновских установок. Изображение внутренних слоев МПП и паяных соединений шариковых выводов корпусов типа BGA, скрытых под днищем микросхемы, может быть получено благодаря высокой проникающей способности рентгеновских лучей и разной способности материалов поглощать рентгеновские кванты. Проникающая способность излучения зависит от его энергии, которая определяется напряжением на рентгеновской трубке. Для пластика ПП достаточно напряжения в 30 кВ, для исследования паяных контактов BGA компонента требуется напряжение 100 кВ. Опасности для персонала такое излучение не представляет, поскольку оно полностью поглощается достаточно тонкими металлическими защитными стенками.

Рентгеновские лучи позволяют получать изображения  с разрешением от 0,5 до единиц микрон. Существуют определенные сложности формирования увеличенного изображения объекта в рентгеновских лучах, поскольку для них не существует линз и других элементов обычной оптики. Основная задача лежит на алгоритмах обработки изображения, конвертированного детектором квантов в электрический сигнал. Достаточно хорошо с помощью РКТУ идентифицируются дефекты пайки (непропаи и короткие замыкания), скрытые под корпусами микросхем. С помощью рентгеновского контроля можно обнаружить дефекты типа пустот внутри паяных соединений. Широкое применение рентгеновский контроль нашел в производстве МПП для обнаружения дефектов ширины внутренних проводящих дорожек, расслоения диэлектрика и других. Однако установки весьма дороги, для них характерна низкая скорость контроля, повышенные эксплуатационные расходы.

Электрический контроль. При тестировании электрическим методом платы устанавливаются на адаптеры, построенные по принципу «поля контактов». Для обнаружения коротких замыканий и обрывов используется низкое напряжение (10 В). Высоким напряжением (500 В) тестируется изоляция на утечку и пробой. Наличие тестовых контактов в переходных отверстиях позволяет с высокой точностью локализовать обрывы. Тестирование плат при помощи этого метода занимает несколько секунд. Самой ответственной частью тестеров является тестовый контакт, так как именно от качества контактирования зависит достоверность информации. Тестовые контакты содержат подпружиненную контактирующую часть.