V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

Целью исследования являлось определение метода пайки, показывающего хорошую повторяемость результатов процесса и качества изделий.

Среди известных методов пайки поверхностно монтируемых электронных компонентов на печатную плату в настоящее время наиболее распространена пайка оплавлением. Данный метод реализуется на практике с помощью различных вариантов, среди которых, в свою очередь, широко применяется пайка в печи оплавления с применением ИК - нагрева, естественной либо принудительной конвекции, а также их комбинаций. Следует отметить, что применение данного метода из-за сложностей в обеспечении равномерности нагрева в настоящее время потеряло свою популярность в отличие от метода пайки в паровой фазе. Ниже приведены достоинства и недостатки пайки оплавления в печи и в паровой фазе.

Пайка оплавления в печи основана на нагреве воздуха в замкнутом объеме, в который помещена печатная плата или отдельный компонент. Создание оптимального температурного профиля оплавления является одним из важнейших факторов в обеспечении качества паяных соединений, получаемых на печатной плате методом поверхностного монтажа. Температурный профиль непосредственно влияет на ряд характеристик сборки: распределение температур по площади печатной платы; способность припойной пасты к смачиванию; очищающую способность флюса; микроструктуру паяных соединений; плоскостность платы; уровень остаточных напряжений в сборке и т.д.

Профиль представляет собой зависимость температуры, воздействию которой подвергается сборка в печи, от времени. В типичном профиле оплавления выделяют четыре этапа: предварительного нагрева; выдержки/активации флюса; оплавления; охлаждения. Основными параметрами профиля оплавления на каждом этапе являются: максимальная и минимальная температура, скорость нагрева/охлаждения (наклон данного участка профиля), время выдержки.

Достоинствами метода пайки оплавления в печи является простота процесса и применяемого оборудования.

Недостатки метода:

- неравномерный прогрев печатной платы и монтируемых электронных компонентов;

- трудоемкий подбор температурных профилей в зависимости от конструкции сборки платы;

- неправильное построение профиля может приводить к образованию различных дефектов, в частности, растрескиванию керамических и пластиковых корпусов компонентов и короблению печатной платы, образованию шариков припоя, пустот в паяных соединениях и пр.

Пайка в паровой фазе основана на передаче тепла сборке вследствие конденсации насыщенного пара, образующегося при кипении специальной жидкости на основе фтороуглерода.

Специальной жидкостью является химическое вещество перфтотриамиламин (флюоринерт FC-70). Температура кипения и конденсации этой жидкости ~ 215 °С, и поэтому в ее парах (рабочий пар) возможна пайка припоем 55 - 80 % Sn и Рb - остальное, а также припоями 62% Sn - 36 % Рb - 2 %Ag; 80 % Sn - 20 % Pb. Жидкость не имеет запаха, нетоксична и не воспламеняется при пайке; плотнее воздуха и не вытекает из камеры пайки, имеет ту же температуру, что и кипящая жидкость. Некоторые системы пайки позволяют смешивать две жидкости, получая смесь с третьим значением точки кипения.

Предшествующие пайке операции - нанесение паяльной пасты и установка компонентов - выполняются аналогично техпроцессу с применением пайки оплавлением в конвекционной печи. Дополнительных требований к этим операциям пайка в паровой фазе не предъявляет. Основа процесса пайки в паровой фазе - конденсация паров специальной нагретой жидкости на печатной плате, в результате которой энергия, выделяемая при фазовом переходе, передается открытым участкам сборки. При этом происходит оплавление припойной пасты и образование паяных соединений. Температура кипения жидкости - равновесная (максимальная) температура, обеспечиваемая данным видом пайки. Выбирается жидкость с известной точкой кипения, равной требуемой температуре пайки, после нее конденсация пара на сборке прекращается и дальнейший рост температуры физически невозможен. Вследствие этого устраняется необходимость точного подбора и строгого контроля максимальной температуры и становится принципиально невозможным перегрев сборки.

Достоинства метода пайки в паровой фазе:

- невозможен перегрев сборки свыше заранее известной температуры конденсации пара;

- относительно простой процесс термопрофилирования. Метод особенно пригоден для многономенклатурного мелкосерийного производства, так как не требуется трудоемкий подбор профилей в зависимости от конструкции сборки.

- равномерное распределение температур по поверхности сборки и быстрый нагрев даже при большой разнице в теплоемкости различных компонентов и областей печатной платы;

- отсутствие эффектов затенения и зависимости нагрева от цвета и характера поверхности компонентов. Особенно пригоден для больших и массивных сборок, а также для изделий, включающих компоненты сложной формы.

- химические основы процесса обеспечивают 100%-инертную атмосферу при пайке, отсутствие окисления при предварительном нагреве и пайке.

- хорошая повторяемость результатов процесса;

- отсутствие расслоения ПП. Возможность применения процесса для изделий на гибких и многослойных платах;

- переданная сборке тепловая энергия линейно зависит от подведенной энергии нагрева - упрощение контроля процесса;

- относительная простота выполнения и отсутствие частой необходимости технического обслуживания.

Метод имеет существенный недостаток: чрезвычайно быстрый нагрев отдельных электронных компонентов на печатной плате до 40°С/сек., что может вызвать значительные термические напряжения и, как следствие, повреждения компонентов. Специальная жидкость на основе фтороуглерода, используемая в процессе пайки в паровой фазе, является дорогостоящей.

Результатом исследования являются рекомендации по выбору метода пайки. Для многономенклатурного мелкосерийного производства рекомендуется применять пайку в паровой фазе, так как не требуется трудоемкий подбор температурных профилей в зависимости от конструкции сборки, что характерно для пайки оплавления в печи. Для производства, выпускающего однообразные номенклатурные изделия, рекомендуется осуществлять пайку методом оплавления в печи, так как этот метод не приведет к удорожанию технологического процесса и изделия в целом.

Код для цитирования: Скопировать