Как избежать дефектов и ошибок при сварке

Причины и способы устранения

Дефекты, возникающие при выполнении паяльных работ, вызывают серьезные нарушения на производстве. Они снижают эффективность процесса, увеличивают трудозатраты, затраты времени и уменьшают общую надежность конечного продукта.

На этапе пайки могут возникнуть различные дефекты: образование перемычек, недопай, затекание припоя, отслоение контактных площадок, разрушение элементов и другие. Для их устранения специалисты применяют разнообразные технологические решения – от корректировки термопрофиля до совершенствования состава паяльной пасты.

Основы качественной пайки

Широкий выбор паяльных паст позволяет выбрать наиболее подходящий состав для решения задач. Существуют паяльные пасты для различных технологических методов — трафаретная печать, ручное и машинное нанесение. Выбор влияет на используемый термопрофиль и тип оборудования для оплавления.

Правильный выбор паяльной пасты и учет технологических особенностей позволят избежать дефектов и обеспечат высокое качество производства, надежность и конкурентоспособность продукции.

История развития пайки SMD компонентов

Технология поверхностного монтажа электронных компонентов появилась еще в 60-е годы прошлого века. Благодаря этой технологии, компаниям удалось значительно уменьшить размеры производимых устройств, что способствовало их развитию и распространению.

Читайте также:  Индукционные паяльные станции

Однако миниатюризация компонентов привела не только к уменьшению размеров устройств, но и к ухудшению качества производства. Уменьшение веса элементов, толщины платы и дорожек привело к увеличению дефектов. Для их устранения потребовалось новое оборудование, а также разработка новых материалов, включая паяльные составы.

Влияние компонентов и платы

На проявление дефектов влияют несколько факторов: компоненты и печатная плата, технологический процесс и характеристики паяльной пасты.

Одной из основных причин является плохая паяемость контактов. Неэффективное смачивание поверхностей приводит к разрыву соединения из-за плохого прилипания на одной из площадок.

Другой причиной может быть неверный выбор элементов по размеру. Несоответствие линейных размеров элементов расстоянию между контактными площадками или их размером может привести к чрезмерным усилиям со стороны припоя.

Неравномерное распределение тепловой энергии

Третий фактор – неравномерное распределение тепловой энергии по поверхности печатной платы (PCB, от англ. printed circuit board). Загораживание нагреваемых контактных площадок другими элементами приводит к тому, что припой оплавляется неравномерно. Это приводит к тому, что более оплавленный контакт перетягивает электронный компонент на себя.

Пример перетягивания компонента

Технологическое влияние

Нарушение технологии пайки – частая причина вызывающая появления самых разнообразных дефектов. Одна из причин – это ошибки при нанесении пасты для трафаретной печати. Это может быть: смещение трафарета, не полный перенос, а также ряд других.

Другая причина – размещение компонентов со смещением. Это явление может возникать из-за отсутствия калибровки SMD установщика, ошибок в ее программе, а также из-за слишком высокой скорости выкладки.

Третья – это неверно подобранный режим нагрева. Зачастую это неверные температурные границы, а также слишком короткое время третьей зоны термопрофиля.

Структура типового термопрофиля

Влияние припоя

Качество, а также физико-химические свойства пасты, используемой в пайке СМД компонентов, оказывает не последнее влияние на образование качественного паяного соединения. Она должна обладать достаточной липкостью, иметь определенную скорость оплавления, а также хорошую смачиваемость. На все эти параметры прямое влияние оказывает ее консистенция.

Основные типы дефектов спаянных электронных модулей

Производство электронных изделий на этапе сборки печатной платы неизбежно сопровождается появлением дефектов. Их своевременное и качественное обнаружение позволяет свести к минимуму процент бракованной продукции. В идеале для этого необходимо проводить оптическую инспекцию изделий после каждого этапа производства – нанесения припоя на печатную плату, установки компонентов, пайки.

Однако, установка трех систем оптической инспекции может стоить слишком дорого, поэтому распространенным методом является проведение АОИ после пайки с помощью инспекционного оборудования, установленного после печи оплавления. Это позволяет выявить все основные разновидности дефектов:

  • Дефекты расплавленного либо подтаявшего спая
  • Неправильное распределение припоя
  • Наличие воздушных пузырей в спаях
  • Проникновение флюса внутрь компонента
  • Искривление контакта от контактной площадки

Помимо указанных дефектов, при сборке электронной платы могут возникнуть шлаковые включения, поры и трещины в соединениях, прожиг или оплавление основного металла ПП и т. д.

Типичные ошибки при сварке электродом и проволокой

Дефекты часто возникают при недостатке квалификации: знаний и опыта. Новички ошибаются при настройке аппарата, подготовке деталей, сборке элементов под прихватки и сварку, выборе скорости работы.

Ошибки при сварке инвертором

Основная ошибка новичков при ММА сварке — неверный выбор параметров.

Излишне высокий сварочный ток приводит к брызгам и прожиганию металла. При низкой силе тока возникают непровары и несплавления, образуется много шлака, попадающего в расплавленный металл шва.

Работа на длинной дуге тоже приводит к повышенному шлакообразованию, несплавлениям, а также к козырянию электрода. Лучше сваривать на короткой дуге и поддерживать стабильную длину.

Сварка и использование АОИ в электронном производстве

Слишком быстрая сварка чревата непроварами, несплавлением и формирование чешуйчатого шва. Нехватка тепла в рабочей зоне способны вызвать деформации и появление трещин.

Ещё одна ошибка — неправильный выбор электрода. При слишком большом диаметре ширина шва увеличивается, а глубина провара уменьшается, а значит падает качество соединения.

Использование АОИ для выявления дефектов сборки

Автоматизированная оптическая инспекция – это проверка электронного изделия на наличие дефектов с помощью системы машинного зрения. Ее преимущества перед обычной визуальной инспекцией, выполняемой оператором:

  • Выявление дефектов с высокой точностью
  • Определение причин возникновения дефектов
  • Предупреждение появления дефектов на ранних стадиях производства

Исследование результатов оптической инспекции позволяет не только обнаружить сами дефекты, но и определить причины их возникновения. Для максимально эффективной проверки рекомендуется инспектировать печатные платы на этапе нанесения паяльной пасты. Это позволяет предупредить появление многих дефектов на ранних стадиях производства, тем самым сократив затраты на их последующее исправление.

Сегодня для проверки электронных плат используются системы 2D- и 3D-инспекции. Первые более доступны в плане стоимости, но имеет ограниченную эффективность. Трехмерная инспекция позволяет выявить практически все возможные дефекты, в том числе те, которые недоступны для двухмерной. Оптимальным вариантом является сочетание этих двух методик.

В каталоге компании СМТ Технологии вы можете выбрать различное инспекционное оборудование для электронного производства. Наши специалисты поделятся подробной информации о возможностях каждой представленной системы, проконсультируют насчет особенностей их эксплуатации.

Надгробный камень

Наиболее любопытный дефект – это образование надгробного камня. Дефект проявляется в виде подъёма элемента на ребро, что напоминает надгробную стелу. В некоторых случаях подъем может быть неполным, то есть одна из сторон лишь немного приподнимается, но это не умаляет проблем, возникающих при этом.

Пример проявления дефекта

Как дефекты бывают и от чего они возникают

Все дефекты можно разделить на две основные группы. Первая — погрешности, связанные с термическим воздействием, напряжениями, изменениями состава металла шва. Вторая — дефекты, чаще всего вызванные нарушениями технологического процесса из-за ошибок сварщика или неисправного оборудования.

Ошибки при сварке полуавтоматом

Ошибки новичков при МИГ тоже связаны с настройкой сварочных параметров, а также с поджигом электрической дуги и завершением сварки.

Дуга при сварке полуавтоматом не должна быть излишне короткой или длинной. При работе на слишком короткой дуге много брызг. Длинная дуга приводит к ухудшению газовой защиты сварочной ванны и множественным порам в шве, увеличивает риск подрезов.

Высокая скорость подачи проволоки при поджиге дуги мешает её стабильности. В начале шва появляются быстро остывающие точки непровара, от которых могут расходиться трещины. Чтобы это не произошло, поджигать дугу надо на пониженной скорости движения проволоки.

Частые ошибки при сварке аргонодугой

Часто происходит ошибка в конце сварки, когда дугу резко гасят или убирают горелку в конце шва. В результате образуется глубокий кратер. Дугу от сварочной ванны необходимо отводить медленно, подачу газа нужно сохранить до застывания металла.

Ошибки при сварке аргонодугой:

  • Выбор слишком высокой силы тока приводит к прожигу металла и трещинам
  • При сварке на длинной дуге возникают непровары и несплавления
  • Повышенное порообразование и трещины вызывает неправильно выставленный расход аргона

Как исправить дефекты сварки:

При обнаружении дефектов сварки их можно исправить. В большинстве случаев проблемные места необходимо переваривать.

Паяльные пасты

Ранее для пайки широко применялся метод покрытия контактов расплавом оловянно-свинцового припоя. Но такой способ пайки не подходит для SMT-технологии, а также сопряжен с риском повреждения платы от перегрева.

Паяльные пасты состоят из:

  • Небольших частиц припоя
  • Флюса, который улучшает текучесть припоя и уменьшает образование окислов

Флюсы для пайки могут содержать галогенсодержащие соединения или органические кислоты. Безгалогенные флюсы с минимальной активностью называются безотмывочными пастами.

Конечное соединение создается расплавляемыми частицами порошка припоя. При этом важны не только финальная прочность и пластичность соединения, но и его поведение в процессе нагрева, а также такие характеристики, как температуры солидуса и ликвидуса.

На температуру плавления паяльной пасты, а также кристаллизацию влияет концентрация входящих в нее элементов. Эти смеси включают несколько металлов, все они имеют различные точки плавления и кристаллизации. В процессе нагрева происходит поочередное плавление металлов, от менее тугоплавкого к более тугоплавкому.

За температуру ликвидуса (лат. Liquidus – жидкость) принята граница, при которой все металлы входящие в припой переходят в жидкое состояние. В противовес этому показателю – граница полной кристаллизации расплава. Её называют температурой солидуса (лат. Solidus – твердый).

Проблема малого веса

Переход на миниатюрные компоненты 0402, а также 0201 привел к резкому росту образования «надгробных камней». Корректировка термопрофиля не принесла существенных улучшений. Проанализировав поведение элементов, выяснилось, что причина этому – узкий температурный диапазон между ликвидусом и солидусом. Из-за быстрой смены агрегатного состояния не получалось добиться относительно одинакового изменения поверхностного натяжения на всех участках пайки. Как следствие, это приводило к неравномерному распределению механических усилий, создаваемых на концах элемента.

Соотношение размеров грифеля автоматического карандаша с компонентами 0402 и 0603

Совершенствование состава

Для расширения температурного окна потребовалась разработка совершенно новой паяльной пасты. Помимо, классически включенных свинца и олова, необходима была добавка, расширяющая границы между полным плавлением и кристаллизацией. Этим исследованием занялись специалисты компании Indium Corp.

В итоге специалистами удалось расширить разницу температур почти до 7 градусов, что уменьшило частоту подъема элементов до 0,3%.

Преимущества модернизированного состава

Помимо, расширения температурного окна ликвидус-солидус паста получила некоторые дополнительные преимущества:

Паяльные смеси в различных упаковках

Какие дефекты характерны при сварке

сильные растягивающие, сварочные напряжениярезкое охлаждение металла до низких температур

неправильный режим сваркиневерный выбор электродасырой электродплохо очищенные края заготовкинедостаточная газовая защитаизлишняя длина дуги

неравномерный нагрев и внутренние напряжения

резкий обрыв дугираннее прекращение подачи газа

резкое завершение сварки

слишком длинная дуга и чрезмерный сварочный токсмещение электрода при сварке

излишне большой сварочный ток и низкая скорость сваркипревышенный или непостоянный зазор кромокбольшой угол скоса при разделке

сварка на длинной дугечрезмерный сварочный токнеправильное положение электрода

малая сила тока и быстрая сваркаплохая зачистка заготовкинеустойчивая дуга, например при скачках напряжениянеудобное положение шва

твердые, флюсовые, шлаковые и оксидные включенияпопадание частиц электродасварка на высокой скоростиокалина на поверхностинизкий сварочный ток

неправильная разделка кромоксмещение кромокнестабильная скорость сваркиневерное направление электрода

Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий