XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

Пайка волной припоя применяется для пайки компонентов в отверстиях плат, хотя с ее помощью можно производить пайку поверхностно - монтируемых компонентов с несложной конструкцией корпусов, устанавливаемых на одной из сторон коммутационной платы. Платы, установленные на транспортере, 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 наиболее простых установках для пайки применяется симметричная волна. Однако лучшее качество пайки получается при использовании не симметричной формы волны. Направление и скорость движения потока припоя, достигающего платы, также могут варьироваться, но они должны быть одинаковы по всей ширине волны. Некоторые установки для пайки оборудуются дешунтирующим воздушным ножом, который обеспечивает уменьшение количества перемычек припоя. Когда впервые появились коммутационные платы, с обратной стороны которых компоненты устанавливались на поверхность, их пайка производилась волной припоя. При этом возникло множество проблем, связанных как конструкцией плат, так и с особенностями процесса пайки, а именно: непропаи и отсутствие галтелей припоя из-за эффекта затенения выводов компонента другими компонентами, преграждающими доступ волны припоя к соответствующим контактным площадкам, а также наличие полостей с захваченными газообразными продуктами разложения флюса, мешающих дозировке припоя.

Рассмотрим основные стадии технологического процесса.

1. Флюсование Основной задачей жидких флюсов при пайке волной – это удаление оксидной пленки со спаиваемых поверхностей. Это уменьшает поверхностное натяжение расплавленного припоя и предотвращает оксидирование до начала пайки. Без флюса припой не будет связывать металл поверхностей соединения. Жидкий флюс может наноситься распылением, использоваться в пенообразователе в волновой технологии.

Для нанесения флюса способом пенного флюсования применяются трубчатые фильтры, которые образуют мелкопузырчатую пену, обеспечивающую улучшенное смачивание, особенно при сквозной металлизации.

Достоинства этого способа нанесения флюса — низкая стоимость оборудования и простота настройки процесса флюсования. Из недостатков можно подчеркнуть - большой расход флюса и необходимость сливать флюс и тщательно промывать пенообразующий камень после каждого цикла пайки

Для удаления избытка флюса с поверхности печатной платы при пенном флюсовании рекомендуется применять воздушный нож. Это устройство позволяет сократить количество остатков флюса после пайки и уменьшает загрязнение зоны предварительного нагрева. Оно представляет собой трубочку с отверстиями, просверленными по одной линии, в которую подается воздух под давлением. Воздушный нож устанавливают под конвейером, перпендикулярно последнему. Флюсование распылением осуществляется с помощью распылительных форсунок, которые движутся навстречу.

2. Предварительный нагрев платы

Предварительный нагрев необходим для:

• подогрева печатной платы с электронными компонентами с целью уменьшения термоудара;

• удаления растворителя из флюса;

• активации флюса.
Выбор температуры предварительного нагрева зависит от конструкции печатных плат, температуры испарения растворителя.

 Для предварительного нагрева используются нагреватели: инфракрасные ИК, конвекционные, кварцевые.

При использовании флюсов на водной основе необходимо увеличить температуру предварительного нагрева до 130–140 °С (на печатной плате) для полного испарения воды (главное учесть температуру, которую выдерживают установленные на плату компоненты). При работе с многослойными печатными платами особенное внимание следует уделить тщательному подогреву, который должен обеспечить качество пайки сквозных металлизированных отверстий. Изменение температуры на стадии предварительного нагрева должно осуществляться со скоростью не более 2 °С/с. В случае недостаточного прогрева и неполного удаления растворителя флюса при пайке происходит выделение газов в волну припоя, это ухудшает смачивание и может приводить к непропаям выводов компонентов.

3.1 Пайка волной

Температура припоя в зоне пайки может устанавливаться в пределах от 235 до 260°С. Более низкая температура пайки позволяет уменьшить термоудар на электронные компоненты и печатную плату, окисление припоя, но вследствие увеличения поверхностного натяжения способна приводить к появлению непропаев, перемычек, шипов припоя. Более высокая температура до 260°С как правило устанавливается при пайке многослойных печатных плат. Время контакта с припоем также зависит от температуры пайки. Для установки высоты волны припоя рекомендуется использовать тестовые термоустойчивые стеклянные платы с миллиметровой шкалой.

При помощи компрессоров, в ванне с расплавленным припоем создаётся непрерывный поток - волна припоя, через который движется печатная плата с установленными на неё компонентами. При соприкосновении нижней части печатной платы с волной припоя происходит формирование паянных соединений.

3.2 Пайка двойной волной 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. Поэтому установки для пайки двойной волной должны иметь отдельные насосы, сопла, а также блоки управления для каждой волны.

Список литературы
1. Монтаж на поверхность: Технология. Контроль качества/ В.Н. Григорьев, А.А. Казаков, А.К. Джинчарадзе и др.; Под общей редакцией И.О. Шурчкова - М.: Издательство стандартов, 1991 – с.184.
2. Технологии в электронной промышленности/ главный редактор Павел Правосудов – ООО « Издательство Файнстрит», №1.2006 – с.92