Дефекты пайки

Основные различия между процессами smt с добавлением свинца и без свинца кратко изложены ниже:

• Физические свойства припоя, температура плавления, поверхностное натяжение, окисление, потенциал выщелачивания металлов;
• Более высокие пиковые температуры;
• Более высокие температуры предварительного нагрева;
• Бессвинцовое покрытие поверхностей печатных плат и контактных площадок и выводов компонентов
• Флюсы для пайки и поверхностные эффекты;
• Различия в паяемости, такие как скорость смачивания и растекания;
• Худшее самоцентрирование или выравнивание компонентов.

Виды и обозначение

Известные виды паяных соединений классифицируются по таким признакам, как способ взаимодействия твёрдых и жидких фракций, условия образования соединений, применяемые при этом способы нагрева.

Согласно действующим нормативам и требованиям ГОСТ по типу взаимодействия на границе раздела припоя и металла отличают четыре способа образования спаев, различающихся характером диффузионных процессов.

В ряде рабочих режимов более существенным представляется деление по технике образования самого паяного соединения (способам и режимам формования паяльного шва).

Независимо от классификации этих процедур все они, в конечном счёте, сводятся к уже упоминавшемуся соединению твёрдых материалов в тепловых режимах с температурами ниже точек плавления.

Для документального оформления указанных выше различий разработан специальный стандарт под государственным номером 19249-73, регламентирующий их обозначение на технологических чертежах.

Дефект «надгробного камня»

Как говорилось ранее, припои без свинца обладают более низким смачиванием, поэтому возникновение дефекта, связанного с подъемом мелких компонентов так называемый дефект «надгробного камня», может происходить гораздо чаще, чем при использовании припоя 63/37.

Также, провоцирует возникновение дефекта «надгробный камень» паяльные пасты, с обильным выделением газа на начальных этапах плавления припоя.

Дефекты и методы их контроля

Согласно действующим стандартам образуемые при пайке соединения должны удовлетворять определённым критериям качества, отдельно оговариваемым в регламентирующих документах.

При этом их качество определяется не только возможностями припоя и флюса, но и от соблюдением основных правил этого процесса.

Под правилами понимается грамотный выбор зазоров между соединяемыми заготовками, а также умение заполнять их именно в тот момент, когда расплавленный припой находится в оптимальном агрегатном состоянии.

Нарушение хотя бы одного из этих условий может явиться причиной образования дефектных паяных соединений, нередко классифицируемым как «холодна пайка».

Контроль качества получаемых паяных соединений является обязательной составляющей технологического процесса и предполагает два вида обследования: без разрушения и с разрушением образующегося шва.

К первому из этих методов относится самостоятельное обследование дефектных зон путём их визуального осмотра, просвечивание рентгеновскими лучами, а также проверка герметичности паяного соединения под давлением.

При необходимости для этого могут применяться и более эффективные способы выявления раковин и непропаев, такие, например, как люминесцентная дефектоскопия.

При выявлении брака паяных швов с применением разрушающих методов контроля применяются такие приёмы, как:

• испытание всех без исключения образцов изделий, проводимых с целью исследования свойств образующихся паяных соединений и их микроструктуры. В этом случае швы проверяются на предмет наличия в них микропор и микротрещин, а также включений различных окислов и загрязнений в самом припое;
• выборочная проверка готовых деталей, осуществляемая методом разрушения полученного шва. Указанные действия проводятся с целью выявления коэффициента заполнения шва припоем, который при высоком качестве пайки должен иметь значение не менее 0,8.

Данный коэффициент вычисляется как отношение общей площади закрытия припоем к площади обрабатываемых частей металлических изделий.

К методу разрушающего контроля также относится выборочное обследование вырезанных из спаянной детали участков.

Появление дефектных образований в паяных швах чаще всего объясняется низкой квалификацией исполнителей этих работ, а также небрежностью при подготовке изделий под пайку.

В отдельных случаях это происходит по причине низкого качества материалов припоя (флюса) или же неисправности отдельных элементов применяемого оборудования.

Дефекты пайки

Перемычки и мостики припоя:

— на площадки подается слишком много пасты (см. рис. 52). Желательно уменьшить размер апертуры с учетом растяжения трафарета, степени осадки пасты, точности совмещения при печати. Примеры: если шаг элементов — 0,5 мм, ширина площадки 0,25 мм, ширина апертуры должна быть равна 0,235 мм. Если шаг элементов — 0,4 мм, ширина площадки 0,2 мм, то ширина апертуры — 0,185 мм;

— несовпадение местоположения компонентов и пасты (см. рис. 53);

— загрязнение печатной платы — чаще очищайте нижнюю сторону трафарета;

— слишком глубокая посадка компонентов (см. рис. 54). Отрегулируйте высоту сброса компонента установщиком.

— осадка паяльной пасты. Слишком большое напряжение сдвига из-за высокой скорости ракеля нарушает тиксотропные свойства пасты, и она теряет стойкость к осадке. С другой стороны, если температура в помещении выше 30°С, то вязкость пасты падает, и она также будет давать осадку. Снизьте скорость ракеля; температура в рабочем помещении должна быть в пределах 25±2,5°С;

— образование перемычек под корпусом чип-элементов и бусинок припоя сбоку от чип-элементов из-за неправильной формы апертур. Корректируем апертуры, чтобы уменьшить количество пасты.

Рис. 53. Несовпадение компонентов и площадок с пастой

Рис. 54. Слишком глубокая посадка компонентов

Рис. 55. Капиллярный подсос

Рис. 56. Образование бусинок припоя

Рис. 57. Уменьшение размеров апертур трафарета для сокращения количества пасты

Образование бусинок припоя:

— уменьшите количество паяльной пасты, наносимой на контактные площадки;

— уменьшите давление при установке чип-компонентов;

— используйте специальную конструкцию апертур (см. стандарт IPC-7525);

— обеспечьте плавный набор температуры в зоне предварительного нагрева.

Образование шариков припоя (рис. 58). В эту группу входит пять дефектов.

— Шарики припоя возле выводов компонента могут появиться в результате неточного совмещения платы и трафарета и чрезмерного количества пасты, нанесенной на контактные площадки. Обеспечьте точное совмещение апертур с контактными площадками и/или уменьшите количество пасты.

— Крупные шарики припоя рядом с контактными площадками. Это происходит из-за выдавливания паяльной пасты при установке компонента и ее осадке. Уменьшите толщину трафарета и/или размер апертур, проверьте настройки установщика.

— Шарики припоя на контактных площадках и паяное соединение с низкой механической надежностью. Это говорит о неправильном выборе паяльной пасты. Замените пасту и проведите испытания на шарики припоя (IPC-TM-650, метод 2.4.43), а также поддерживайте влажность в рабочем помещении в пределах 30–70%.

— Хорошая смачиваемость контактных площадок и плохая смачиваемость выводов компонентов. Снизьте температуру сушки компонентов до 60 °C, чтобы выводы компонентов не так сильно окислялись.

— Единичные шарики на очень большом расстоянии от ближайшего компонента. Паста попадает туда из-за плохой очистки нижней стороны трафарета.

Рис. 58. Микросферы припоя

Выворачивание компонентов — эффект «надгробного камня» (tombstoning). Причина: на одной контактной площадке компонента припой уже расплавился, а на другой — еще нет. Сила поверхностного натяжения, возникшая на капле расплавленного припоя, заставляет подняться один из торцов чип-компонента над контактной площадкой (рис. 60).

Рис. 59. Выворачивание, поднятие компонентов

Влияющие на выворачивание факторы:

— неправильный размер апертур;

— неаккуратное размещение компонентов при монтаже;

— несоответствие объема наносимой пасты размеру площадки;

— разная смачиваемость у разных выводов одного компонента в случае их чрезмерного окисления или высокой загрязненности;

— ошибки при конструировании печатной платы.

Рис. 60. Силы, действующие на компонент при выворачивании: Т1 — момент силы веса компонента; Т2 — момент сил натяжения расплавленного припоя под компонентом; Т3 — момент сил натяжения расплавленного припоя на боковой стенке компонента. Условие, при котором происходит выворачивание: Т1 Т2 Паяльные пасты: Все о главном. Часть 1

Источник

Дефекты печати

Типичные проблемы при работе с паяльными пастами, их причины и методы устранения.

Затекание пасты под трафарет при его загрязнении или деформации: при непрерывной печати паста затекает под трафарет, что вызывает образование шариков припоя и перемычек (см. рис. 50). Хотя степень затекания, в основном, определяется реологией паяльной пасты, корректировка следующих параметров позволит предотвратить появление данного дефекта:

— уменьшите давление ракеля до минимально необходимого, чтобы при проходе ракеля трафарет полностью очищался от паяльной пасты;

— проверьте точность совмещения апертур с контактными площадками;

— проверьте натяжение трафарета и равномерность прилегания к плате;

— откорректируйте апертуры в трафарете в сторону уменьшения (меньше размера контактной площадки);

— снизьте температуру в рабочем помещении: это повысит вязкость пасты;

— чаще производите очистку трафарета, при этом используйте специальные безворсовые материалы и отмывочные жидкости;

— обеспечьте надежную фиксацию печатных плат при нанесении паяльной пасты;

— снизьте скорость движения ракеля, если она без надобности слишком высока, поскольку это уменьшает тиксотропность пасты и делает её менее вязкой.

Рис. 50. Дефекты печати — затекание пасты под трафарет

Паяльная паста остается в апертурах после отделения трафарета от печатной платы:

— проверьте, правильно ли подобрана толщина трафарета: возможно, площадь стенок апертур значительно больше площади контактных площадок, то есть конструкция апертур не соответствует стандарту IPC-7525;

— проверьте, правильно ли подобрана паяльная паста по типу зерна;

— отрегулируйте скорость отделения трафарета от печатной платы: возможно, она слишком высокая на начальном этапе;

Рис. 51. Дефекты печати — недостаточное количество пасты

При нанесении паяльной пасты образуются перемычки:

— проверьте натяжение трафарета на раме и не деформирован ли он;

— если паста слишком вязкая, проконтролируйте температуру помещения, снизьте скорость перемещения ракеля. Если это не помогло, замените пасту;

— если размер апертур равен размеру контактных площадок, замените трафарет и проследите, чтобы размер апертур составлял 75―90% от размера площадок.

Неравномерные отпечатки паяльной пасты из-заплохого отделения пасты от апертур:

— проверьте скорость отделения трафарета от платы, чистоту трафарета и качество паяльной пасты.

— увеличьте давление и скорость перемещения ракеля для уменьшения вязкости.

— если дефекты расположены локально, проверьте фиксацию и плоскостность плат.

Соскабливание: давление ракеля слишком высоко, и он соскабливает верхнюю часть нанесенной пасты (см. рис. 49):

— отрегулируйте давление до минимально допустимого уровня;

— используйте металлический ракель;

— если размер апертуры больше 2×2 мм, замените трафарет, разделив большие апертуры на маленькие перемычками шириной 0,2 мм.

Избыточное количество пасты на контактных площадках:

— увеличьте давление ракеля;

— если кромка ракеля истерлась, замените ракель;

— устраните зазор между трафаретом и платой;

— обеспечьте надежную фиксацию печатных плат при нанесении пасты;

— замените трафарет на более тонкий;

— если отпечаток паяльной пасты больше размера контактной площадки, проверьте размер апертур.

«Хвосты» и приподнятые кромки:

— слишком высока скорость отделения трафарета. Уменьшите скорость отделения трафарета до минимально необходимой.

Смазанные края отпечатков паяльной пасты:

— печатная плата или трафарет сместились в процессе разделения, отрегулируйте этот процесс.

Смазывание отпечатков паяльной пасты после нанесения. Велик уровень вибрации при перемещении печатных плат от принтера до установщика:

— проверьте уровень вибрации на конвейере;

— в случае ручного переноса используйте специальную тару.

Растекание отпечатков паяльной пасты после нанесения:

— тщательно перемешайте пасту в течение минуты шпателем или в специальном миксере;

— поддерживайте в помещении температуру 20-25 °C и влажность 50–60%.

Смещение отпечатков паяльной пасты после нанесения:

— проконтролируйте точность совмещения трафарета с печатной платой.

Остатки паяльной пасты на печатной плате. Из-за этого в непредсказуемых местах возникают шарики припоя:

— чаще мойте трафарет;

— отмойте забракованные печатные платы погружением в раствор с последующим струйным ополаскиванием.

На подложку наносится недостаточное количество пасты — меньше 80% объема апертуры (см. рис. 51):

— недостаточное количество пасты на трафарете. Диаметр валика пасты должен находиться в пределах от 12,5 до 25 мм;

— слишком высокое давление ракеля, из-за которого апертуры забиваются;

— высыхание пасты на трафарете. Своевременно добавляйте свежую пасту на трафарет;

— неправильно подобрана паяльная паста по типу зерна. По минимальному габариту апертуры должно умещаться не менее 5 самых крупных зерен (рекомендовано — от 8).

Высыхание паяльной пасты:

— если паста очень быстро высыхает на трафарете, проверьте ее срок годности и температуру окружающей среды;

— направленный на трафарет поток воздуха из системы вентиляции ускоряет испарение флюса. Используйте защитные экраны.

Неправильная форма или недостаточное количество пасты в отверстиях для штыревых выводов: проверьте конструкцию трафарета на соответствие IPC-7525.

Рис. 52. Дефекты пайки — перемычки

Дефекты поверхностного монтажа при пайке бессвинцовым припоем

О компании

7 (495) 221-69-21 7 925 730-14-87

Наибольшее распространение получили сплавы олово-серебро-медь для бессвинцовой сборки SMT. Хотя есть и другие варианты, такие как сплавы, содержащие висмут или индий и другие элементы. Припои олово-серебро-медь, также известные как сплавы SAC, на сегодняшний день являются наиболее популярными. SAC припоем пользуются примерно 65% производителей электронного оборудования.

Дефекты при пайке таблица

Михаил Нижник, генеральный директор, ООО «Группа МЕТТАТРОН» Александр Черный, технолог, ООО «Группа МЕТТАТРОН»

В четвертой части цикла систематизируются дефекты, возникающие при монтаже печатных плат, причины их возникновения и способы предотвращения. Рекомендации основаны на результатах исследований фирмы «KOKI», Япония.

Рис. 49. Дефекты печати — соскабливание, избыток пасты, «хвосты»

Матовость и поверхностные эффекты при использовании бессвинцового припоя

Сплавы SAC обладают меньшей отражающей способностью, чем сплавы 63/37, поэтому галтель выглядит более матово — без блеска. Это не считается дефектом.

Если пайка производится в конвекционной печи, припой SAC не блестящий с поверхностными дефектами, такими как растрескивание, которые возникают из-за интерметаллидов и окислами в припое.

При использовании атмосферы из инертных газов — азота, места пайки будут иметь более высокую отражающую способность.

Ниже две фотографии. Слева — 63/37, сплава припой SAC305.

Рис. 8. Внешний вид соединений в воздушной среде. (а) — оловянно-свинцовым припоем, (б) — бессвинцовым припоем

Более низкие пиковые температуры и меньшее время, нахождения припоя в расплавленном состоянии, уменьшает как эффекты связанные с появлением интерметаллидов, так и увеличат блеск паяных соединений.

Рис. 9. Внешний вид соединений в воздушной среде с уменьшенным временем удержания припоя в расплавленном состоянии. (а) — оловянно-свинцовым припоем, (б) — бессвинцовым припоем

Таким образом, переход на бессвинцовую технологию требуют надлежащего подхода. Операторам необходимо будет предоставить критерии приемлемости качества паяных соединений, которые будут сильно отличаться от традиционных с применением припоя содержащим свинец.

Источник

Оплавление

Температура оплавления SAC-сплавов 217-220°C; это примерно на 34°C выше точки плавления припоя с свинцом 63/37. Более высокая температура плавления требует, чтобы пиковые температуры для достижения смачивания и капиллярности находились в диапазоне 235–245°C.

При использовании плат с более низкой теплоемкостью (небольшой массой) припоями SAC можно использовать более низкие пиковые температуры до 229°C, однако использование более низкой пиковой температуры может потребовать большего времени удержания пасты и изделия при температуре выше температуры оплавления (TAL).

Высокая температура термопрофиля вынуждает использовать другие химического составы флюсов для паяльной пасты. Флюс в паяльной пасте составляет почти 50% от общего объема. Его ингредиенты характеризуют реологические свойства пасты, ее свойства к трафаретной печати, предотвращение холодной и горячей осадки, стойкость к налипанию на трафарет и др.

Поскольку предварительный нагрев задействован до момента оплавления, система флюсования предотвращает горячее оседание, окисление металлов, подлежащих соединению, нейтрализует окислы порошка припоя и удаляет оксиды соединяемых металлов. Таким образом, система флюсования обеспечивает поверхность припоя, свободную от оксидов, что способствует растеканию припоя.

После завершения оплавления система флюсования подлежит удалению в воде, если это паста, смываемая водой, либо остается на плате, не образуя окислов, если это паста, не требующая очистки.

Особенности поверхностного монтажа с применением бессвинцового припоя

Бессвинцовый процесс SMT отличается от процесса с использованием паст, содержащих свинец (63/37), во многих аспектах. Четкое понимание этих различий при использовании сплавов SAC позволит инженерам-технологам внести необходимые изменения в процесс SMT и уменьшить дефекты пайки, повысить надежность сборки плат бессвинцовым припоем и сохранить высокую производительность.

Часто, когда производитель переходит на бессвинцовую пайку, наблюдается рост дефектов. Как правило, это связано с неправильно реализованным технологическим процессом. Опыт многих компаний, применяющих бессвинцовую пасту, показывает, что четко определенный, оптимизированный и контролируемый бессвинцовый процесс, позволяет избежать многих дефектов.

Особенности применения пайки

Технологические особенности соединения деталей пайкой вполне совместимы с требованиями поточного производства определённых видов металлических изделий. К тому же они позволяют объединять в целое разнородные металлы и образовывать их сочетания с такими материалами, как:

• стекло;
• керамические и графитовые разновидности заготовок;
• целый ряд других материалов неметаллического происхождения, трудно сплавляемых сварочными методами.

Поскольку в процессе пайки кромки обрабатываемых деталей не расплавляются – при данном способе их соединения удаётся сохранить начальную форму и размеры. Помимо этого, в условиях низких температур без труда удается сберечь структуру и характеристики соединяемых металлов.

Ещё одним бесспорным преимуществом пайки является возможность образования монтажных разъёмных соединений, благодаря чему этот метод широко востребован в радио- и приборостроении.

В ряде случаев паяные соединения получаются более надежными, чем при сварке в тех же рабочих условиях.

При грамотном сочетании обрабатываемых материалов и припоев качественные характеристики паяных соединений в разы превышают те же параметры для сварных сочленений.

Пайка bga микросхем

В настоящее время применение BGA корпусов микросхем достаточно распространено. Сборка плат с BGA корпусами требует особой деликатности и подхода. Необходимо помнить о том, что распределение тепла по плате не всегда равномерно. В областях платы, где размещены массивные теплоемкие элементы может наблюдаться локальное уменьшение температуры, вызванное поглощением тепла теплоемкими элементами. В конечном счете это может привести к снижению качества пайки.

Рис. 4. Измерение температуры выводов корпуса BGA корпуса (контрольная плата)

Для подбора оптимального температурного профиля при использовании корпусов BGA необходимо использовать испытательную плату. Испытательная плата это прототип платы устройства, которая приспособлена для установки температурных щупов путем установки в отверстия в плате.

В дальнейшем данная плата не может быть использована по назначению. На рис. 4 показан способ изменения температуры непосредственно на шарах BGA корпуса микросхемы, что является наиболее информативным способом. После сборки тестовой платы, желательно произвести детальное исследование качества пайки с применением оборудования оптического или рентгеновского контроля.

Рис. 5. Результаты пайки разной температурой. (а)- дефект пайки вызванный недостаточным нагревом, (б) — результат чрезмерного нагрева, (в) — пайка оптимальной температурой

На фото слева показаны шары, которые не подверглись оплавлению из-за недостаточной температуры, т.е. ниже 217°C. Конечно, этого можно избежать, если пайка будет производиться с корректным температурным профилем в печи оплавления.

На фотографии в центре продемонстрирован случай, когда пайка BGA производилась при высокой температуре. Измерение температуры на тестовой плате показало значение приближающееся к 265°C на самом контактном шаре.

На фото справа показано правильная осадка шаров из бессвинцового припоя. Пайка производилась с правильно установленным тепловым профилем. Зазор между поверхностью платы и корпусом BGA микросхемы может быть больше у бессвинцового SAC из-за его более высокого поверхностного натяжения.

Пайка и ее дефекты, припои, флюсы

Пайкой называется технологический процесс образования неразъемного соединения металлических деталей путем диффузии расплавленного припоя. В зависимости от температуры в зоне соединяемых материалов пайка подразделяется на низкотемпературную и высокотемпературную.

Технологический процесс пайки включает в себя лужение, которое предшествует пайке и заключается в покрытии поверхностей соединяемых деталей тонкой пленкой припоя. При лужении происходит сплавление припоя с основным металлом.

Пайка должна быть гладкой, без серого или коричневого налета, указывающего на неправильный температурный режим, скелетной, чтобы запаянный вывод мог просматриваться на контактной дорожке.

Основными дефектами при пайке являются:

— наличие трещин в паяном шве в результате быстрого охлаждения деталей после пайки или значительной разницы в коэффициентах теплового расширения припоя и металла;

— наличие пор в шве за счет высокой температуры пайки или интенсивного испарения флюса;

— недостаточное смачивание припоем поверхности деталей из-за большой их загрязненности.

К припоям предъявляются конструктивные и технологические требования.

К конструктивным относятся:

— достаточная механическая прочность при нормальных, высоких и низких температурах;

— хорошие электро- и теплопроводность;

— стойкость против коррозии.

К технологическим относятся:

— жидкотекучесть при температуре пайки; хорошее смачивание основного металла;

— определенные для данного припоя температура плавления и температурный интервал кристаллизации.

Припои, имеющие температуру плавления до 350°С, называются мягкими, а припои, имеющие температуру плавления свыше 350°С, твердыми. В качестве мягких припоев применяют различные сплавы на основе свинца и олова, содержание которых определяет свойства припоев.

Припои оловянно – свинцовые типа ПОС -40, ПОС – 61, ПОС – 90 представляют собой сплавы олова и свинца (40, 61, 90 — % содержания олова). Механическая прочность припоев повышается с увеличением содержания олова, а с повышением или понижением температуры ухудшается.

Для успешного осуществления пайки и получения качественного соединения применяются активные вещества — флюсы. По своему состоянию флюсы могут быть твердыми (канифоль чистая), мягкими (различные пасты на основе канифоли) и жидкими (составы кислот или спиртовые флюсы на основе разведенной канифоли).

Флюсы должны обеспечивать своевременное и полное растворение оксидов основного металла, равномерное покрытие поверхности металла у места пайки и предохранение его от окисления в продолжение всего процесса пайки. При электромонтажной пайке РЭА в основном применяют флюс ФКС (30. 40%-й раствор канифоли в этиловом спирте).

Для успешного проведения процесса пайки и получения соединения высокого качества флюсы должны удовлетворять следующим требованиям:

— температура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя.

— флюс должен быть жидким и достаточно подвижным при температуре пайки, легко и равномерно растекаться по основному металлу, хорошо проникать в зазоры; кроме того, он не должен быть слишком тягучим и «уходить» от места пайки.

— флюс должен способствовать своевременному и полному растворению окислов основного металла к моменту вывода расплавленного припоя.

— флюс и продукты его разложения при выполнении пайки не должны выделять удушливых, неприятных или вредных для здоровья людей газов.

Организация рабочего места при выполнении монтажных работ

Под рабочим местом принято понимать площадь, занимаемую работником или бригадой рабочих и их оборудованием. Правильная организация рабочего пространства предполагает, что все производственные приспособления расположены удобно для процесса работы. Рабочее место радиомонтажника может быть постоянным (находится в ремонтном цехе) или временным (около ремонтируемого оборудования).

К стационарному (постоянному) рабочему месту должны быть подведены шины заземления, переменные напряжения 220 вольт для питания измерительных приборов и 36 вольт для питания электропаяльника.

Для освещения рабочих мест радиомонтажников устанавливают электрическую лампу с шарнирным штативом или оборудуют специальную световую панель, которая располагается непосредственно на рабочем столе.

При подготовке рабочего места и выполнении работ по регулировке должны быть приняты необходимые меры по безопасности труда:

— все контрольно-измерительные приборы, источник питания и другое вспомогательное оборудование должны быть надежно заземлены;

— внешние соединительные провода и кабели должны иметь качественную изоляцию;

— эксплуатация оборудования и электроприборов должна осуществляться в соответствии с «Правилами технической эксплуатации электроустановок потребителей»;

— при работе с электро- и радиоборудованием должны применяться защитные средства (диэлектрические перчатки, коврики, антистатические браслеты для пайки микросхем и др.).

Состав оборудования рабочего места (измерительные приборы, инструмент. приспособления) определяется сложностью ремонтируемого изделия.

Стандартно в рабочее место радиомонтажника входит: измерительный комплект со встроенным компьютером в промышленном исполнении; монитор, клавиатура, мышь; два блока питания; стол регулировщика.

Инструменты, используемые при монтаже и демонтаже устройств на предприятии

Для монтажа и демонтажа устройств необходимо иметь следующий набор инструментов:

-паяльная станция для получения различных напряжений и регулировки температуры нагрева жала паяльника;

-установка проверки модуля питания;

-электрический паяльник мощностью до 40 Вт;

-насадка на паяльник для пайки микросхем;

-отвертка диэлектрическая для проведения операций настройки;

-отвертка с изолированными ручками для винтов М3, М4;

-отвертка для переменных резисторов с шириной жала 2 мм и толщиной 1 мм;

Материалы, применяемые при выполнении операций демонтажа и монтажа устройств:

-припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76 или аналогичный;

-канифоль ГОСТ 19113-70;

-спирт этиловый технический марки А ГОСТ 18300-72;

-марля для протирки.

Общие требования охраны труда

К самостоятельной работе техником по ремонту и обслуживанию радиоэлектронной аппаратуры (далее –радиотехник) допускаются лица не моложе 18 лет, прошедшие медицинское освидетельствование, вводный инструктаж, первичный инструктаж, обучение и стажировку на рабочем месте, проверку знаний требований охраны труда, имеющие группу по электробезопасности не ниже III, соответствующую подготовку, имеющие профессиональные навыки и соответствующую квалификацию согласно тарифно-квалификационного справочника.

— выполнять только ту работу, которая определена рабочей инструкцией;

— выполнять правила внутреннего трудового распорядка;

— соблюдать требования охраны труда;

— немедленно извещать своего непосредственного или вышестоящего руководителя о любой ситуации, угрожающей жизни и здоровью людей, о каждом несчастном случае, происшедшем на производстве, или об ухудшении состояния своего здоровья, в том числе о проявлении признаков острого профессионального заболевания (отравления);

— проходить инструктаж по охране труда, проверку знаний требований охраны труда;

— уметь применять средства первичного пожаротушения;

При выполнении работ по ремонту и обслуживанию электрооборудования на радиотехника возможны воздействия следующих опасных и вредных производственных факторов:

— опасного напряжения в электрической цепи, замыкание которой может произойти через тело человека, электрического удара, ожога электродугой;

— недостаточная освещённость рабочей зоны;

— пожара, взрыва и т.д.

Требования охраны труда перед началом работы.

— подготовить необходимые средства индивидуальной защиты, проверить их исправность;

— проверить рабочее место и подходы к нему на соответствие требованиям безопасности;

— подобрать инструмент, оборудование и технологическую оснастку, необходимые при выполнении работы, проверить их исправность и соответствие требованиям безопасности;

Требования охраны труда во время работы

Радиотехник обязан выполнять работы при соблюдении следующих требований:

— произвести необходимые отключения и принять меры, препятствующие подаче напряжения к месту работы вследствие ошибочного или самопроизвольного включения коммутационной аппаратуры;

— наложить заземление на токоведущие части;

— отключить при помощи коммутационных аппаратов или путем снятия предохранителей токоведущие части, на которых производится работа, или те, к которым прикасаются при выполнении работы, или оградить их во время работы изолирующими накладками (временными ограждениями);

— принять дополнительные меры, препятствующие ошибочной подаче напряжения к месту работы, при выполнении работы без применения переносных заземлений;

— проверку отсутствия напряжения производить в диэлектрических перчатках;

— зажимы переносного заземления накладывать на заземляемые токоведущие части при помощи изолированной штанги с применением диэлектрических перчаток;

— при производстве работ на токоведущих частях, находящихся под напряжением, пользоваться только сухими и чистыми изолирующими средствами, а также держать изолирующие средства за ручки-захваты не дальше ограничительного кольца;

— измерение сопротивления изоляции мегаомметром следует осуществлять только на полностью обесточенной электроустановке.

Требования охраны труда по окончании работы

— привести в порядок рабочее место

— убрать инструмент, приборы и средства индивидуальной защиты в отведенные для них места;

— снять спецодежду и спецобувь и убрать в установленное место.

Источник

Перемычки и шарики припоя

Первые три дефекта — перекрытие, шарики припоя и слипание шариков могут возникнуть из-за неправильного выбора паяльной пасты. Так как при использовании бессвинцовой пасты температура предварительного нагрева выше, то критически важны свойства пасты, характеризующие спекание частичек припоя; необходимы паяльные пасты с хорошим спеканием при более высоких температурах, например, 185°C.

На рисунке (ниже по тексту) показано качество спекания двух паяльных паст SAC.

Рис. 1. Два образца паяльных паст, оплавленных при температуре 180°C

Обе пасты пропускали через печь оплавления при 180°C. Паста B обладает лучшими характеристиками оседания (спекания) при нагревании, чем паста A, и с меньшей вероятностью вызовет перемычки, шарики припоя или образование комков в средней части контактных площадок. Для электронных компонентов с мелким шагом выводов крайне важно выбрать бессвинцовую пасту с термостабильным наполнителем.

Рис. 2. Процесс миграции в сторону уменьшения шага выводов

Покрытия ni/au

Если никель не подвергается воздействию примесей или оксидов, обычно хорошо паяется. Ниже приведены два примера: один со сплавом SAC на меди, а другой — с иммерсионным серебром; оба QFP были оплавлены на воздухе с использованием флюса типа ROLO с пастой SAC, не требующей очистки.

Рис. 2. Пайка выводов корпусов QFP с примением SAC-сплавов на площадках из чистой меди (а) и площадки, покрытые иммерсионным серебром (б)

Бессвинцовые припои очень критичны к выбору температурного профиля, поскольку диапазон пиковой температуры значительно уже припоев со свинцом. Так, сплавы SAC плавятся при 217°C, тогда как пиковая температура должна находиться в диапазоне 235-245°C. Поэтому плохая паяемость, недостаточное смачивание, также могут быть результатом некорректного температурного профиля.

Причины дефектов

Необходимость во флюсе объясняется тем, что спайка металлических заготовок осуществляется при температурах, значение которых существенно ниже точки плавления самого металла.

Отсутствие этой составляющей считается нарушением технологии спайки, следствием которого могут образовываться явно различимые дефекты паяных соединений.

Применение специального флюса позволяет поднять температуру в зоне пайки и обеспечить диффузионную активность соединяемых материалов и, как следствие – получить качественное и достаточно надёжное паяное соединение.

Самым известным и распространённым нарушением технологии, возникающим из-за плохого качества флюса или ошибок в работе, является холодная пайка металла. Называется она так, потому что детали в месте соединения плохо прогреваются.

Одно из наиболее вероятных следствий этого дефекта – образование некачественных (бракованных) паяных швов, в результате чего изделие подвергается обязательной выбраковке.

Причины плохого смачивания бессвинцового припоя:

• Низкий уровень активности паяльной пасты;
• Высокая температура предварительного нагрева;
• Большое время предварительного нагрева;
• Недостаточное время удержания припоя в расплаве;
• Окисление соединяемых деталей.

В отличии от паяльных паст для оловянно-свинцовых систем, паста для сплавов SAC в активном состоянии находится при температуре 217°C и выше.

Припои олово-серебро-медь обладают более медленным смачиванием металлических поверхностей и для достижения хорошего впитывания и растекания припоя необходимо время. Обычно диапазон составляет 60-90 секунд с пиковыми температурами 235-245°C.

Если есть опасения, что поверхности, подлежащие пайке окислены, то желательно проверить паяемость с помощью методов испытаний, таких как испытание скорости смачивания.

Причины появления пустот в соединениях:

• Химический состав паяльной пасты;
• Эффекты поверхностного натяжения припоя;
• Температурный профиль;
• Окисление внешней поверхности паяных соединений;
• Геометрическая форма соединения;
• Тип финишного покрытия печатной платы и компонентов;
• Процесс удаления газа из припоя во время оплавления.

Рис. 6. Пустоты, возникшие при пайке (а)-QFP корпуса, (б)-BGA корпуса

Бессвинцовые сплавы SAC обладают более высоким поверхностным натяжением по сравнению с 63/37. Выбирая паяльную пасту с химическим составом флюса, рассчитанным на более высокий предварительный нагрев и пиковые температуры, вы с большой вероятность избежите образование пустот в паянном соединении.

Увеличение времени предварительного нагрева и времени после оплавления пасты уменьшает количество пустот. Однако не следует забывать о том, что почти все электронные компоненты критичны к времени воздействия высокой температуры, поэтому увеличение времени преднагрева и оплавления должно четко сочетаться с техническими требованиями к температурному профилю применяемых компонентов.

В некоторых случаях важную роль играет геометрия соединений. Компоненты поверхностного монтажа часто имеют контактные площадки с вертикальными поверхностями, поэтому выход пузырьков газа происходит по более длинной траектории, которая лежит вдоль вертикальной поверхности, кроме того, затруднена шероховатостью самой поверхности, что приводит к возникновению пустот.

Пустоты в бессвинцовых соединениях и bga

Достаточно много материала о предотвращении образования пустот при пайке бессвинцовыми паяльными пастами, содержащими олово-серебро-медь. Избыточные пустоты в паянных соединениях снижают надежность, особенно в тех случаях, когда оборудование подвергается термоциклированию, вибрации или деформации.

Кроме того, пустоты могут снизить теплопроводность и проводимость соединения. Однако, мелкие пустоты в некоторых случаях могут позитивно сказываться на надежности, поскольку за счет изменения структуры соединения уменьшается вероятность возникновения трещин способных нарушить электрическое соединение. Пустоты могут снимать напряжение, отчасти из-за упругости воздушных карманов.

Смачивание

Плохое смачивание происходит из-за недостаточной активности флюса. Однако с пастами, смываемыми водой, плохая смачиваемость происходит достаточно редко, поскольку флюс в пасте обладает высокой активностью. Паяльные пасты с более низкой активностью категории ROLO, не содержат галогеннов, поэтому отсутствие смачивания проявляется при пайке площадок, покрытых органическими соединениями или сплавом Ni/Au при наличии на нем окислов никеля или загрязнений.

Ниже приведены результаты испытаний. На две пластины с разным покрытием была нанесена паяльная паста, затем тестовые образцы были оплавлены с использование температурного профиля, рекомендованного производителем. На рисунке справа показано плохое смачивание, на рисунке слева удовлетворительное.

Рис. 7. Смачивание площадок припоем без свинца. (а) плохое смачивание, (б) удовлетворительное смачивание

Состав флюса

Основные ингредиенты флюса для паяльной пасты можно описать следующим образом:

• Смолы твердые и жидкие;
• Активаторы, органические кислоты;
• Растворители;
• Связывающие агенты;
• ПАВ;
• Хелатирующие агенты.

Производителям паяльной пасты пришлось пересмотреть большинство этих ингредиентов, чтобы приспособить пасты к более высоким температурам, возникающим при оплавления. Большинство из этих ингредиентов являются органическими соединениями. Термическая стабильность которых до 245°C важна, чтобы избежать разрушения, окисления и полимеризации флюса при оплавлении.

Бессвинцовые паяльные пасты, разработанные для измененного технологического процесса, обязательны к применению и помогают предотвратить дефекты монтажа.

Способы уменьшения или предотвращения плохого смачивания при пайке бессвинцовым припоем:

• Используйте пасту SAC сохраняющую высокую активность вплоть до температуры плавления — 217°C;
• Убедитесь, что соединяемые поверхности не окислены;
• Уменьшите время предварительного нагрева или температуру, чтобы сохранить активность флюса;
• Увеличьте время нахождения припоя в расплавленном состоянии выше (217°C), если позволяет активность флюса.

Типичные дефекты, связанные с бессвинцовой пайкой оплавлением

• Перемычка;
• Шарики припоя;
• Слипание шариков;
• Плохое смачивание;
• Пустоты;
• Могильный камень;
• Осушение.

Плохое смачивание выводов и контактных площадок

Платы без дополнительного покрытия (из чистой меди), прошедшие более одного теплового цикла, склонны к неполному смачиванию контактных площадок. В то время как, платы, покрытые оловом или иммерсионным серебром, показывают гораздо лучшее распределение припоя.