Пайка [1962 Иванчиков С.С. — Учись делать сам]

Проблемы паяемости при сборке и монтаже

В производстве современных изделий электроники процессы пайки являются весьма трудоемкими и составляют более 30% от затрат труда на сборку и монтаж. К качеству изделий предъявляются все более жесткие требования, поскольку от него зависит надежность и работоспособность электронных комплексов. Так как в каждом электронном изделии присутствует печатная плата, то именно качеству сборки и монтажа данных плат уделяется особое внимание, и в частности — качеству паяных соединений [1].

Обеспечение указанных выше требований невозможно без разработки высокоэффективных, производительных методов контроля, особое место среди которых, в связи с широким распространением в электронике гальванических покрытий, занимают методы контроля их паяемости. Качество паяных соединений во многом зависит от свойств покрытий деталей, электронных компонентов и их паяемости.

Паяемость

Паяемость — это способность материала смачиваться расплавленным припоем и образовывать с ним качественное паяное соединение. Паяемость определяется физико-химической природой материалов и припоя, способом и режимами пайки, флюсующими средами, условиями подготовки паяемых поверхностей и т. д. [2]. Для образования паяного соединения необходимо и достаточно смачивания поверхности металла расплавом припоя, что определяет возможность дальнейшего образования между ними химических связей.

• хорошо смачивать соединяемые поверхности и проникать во все зазоры соединения, что позволяет определить его смачивающую способность;
• растекаться по поверхности металлов, что дает информацию о распространении припоев в зависимости от химической и физической природы соединяемых поверхностей, эффективности флюсов, времени температурных циклов при пайке.

Паяемость выводов компонентов трудно оценить визуально, к тому же опыт показывает, что покрытия теряют качества паяемости при хранении. Постепенная диффузия меди в оловянное покрытие или припой образует интерметаллические соединения, которые, увеличиваясь на паяемых поверхностях, вызывают отсутствие смачивания.

Волновой метод

В процессе серийного производства электронных приборов, крепление компонентов на печатных платах осуществляется на конвейерных линиях заводов. При этом применяется пайка волной припоя.

Суть этой технологии, появившейся в 50–х годах прошлого века, заключается в следующем.

Печатные платы с установленными на них электронными компонентами движутся по специальному конвейеру. В процессе движения, места пайки покрываются флюсом, плата предварительно прогревается, после чего проходит над ванной с расплавленным припоем.

Ванна оборудована специальными соплами, создающими волну, возвышающуюся над поверхностью припоя в ванне.

Плата расположена таким образом, что места пайки контактируют с поверхностью волны при перемещении платы вдоль ванны. В этот момент происходит смачивание припоем контактных площадок на плате и выводов припаиваемых деталей.

Сила поверхностного натяжения жидкого припоя не даёт ему стечь полностью с поверхности платы, что обеспечивает спаивание деталей с контактными площадками.

Для оценки паяемости предложены различные методы испытаний, которые можно подразделить на следующие виды: капиллярное проникновение припоя в зазоры, растекание припоя, погружение в припой, время смачивания. Критическая оценка различных методов испытаний позволяет правильно выбрать материалы при пайке для получения высокой надежности соединений и оценить оптимальные производственные данные на операциях пайки (табл. 1) [3].

Таблица 1. Применение методов испытаний материалов на паяемость

Испытания на капиллярное проникновение

Эти испытания используют для оценки влияния зазора соединения, активности флюса или состава припоя. Капиллярное пространство создается между двумя плоскими металлическими листами (рис. 1а). Соединяемые поверхности листов флюсуют, подогревают и погружают в ванну с расплавленным припоем на определенное время.

Для качественного контроля электролитически луженых плат (рис. 1б) образцы плат сгибают для образования капиллярного пространства. Испытываемые образцы флюсуют при обычной температуре и затем вертикально погружают в ванну на 1 мин. После удаления и охлаждения образца согнутый край отрезают и измеряют высоту подъема припоя.

Измерение капиллярного подъема припоев может быть выполнено с помощью металлических труб, сгибанием проволок и с помощью внутренних замкнутых пространств (рис. 2).

В случае согнутых проволок показано, что растягивание проволок при погружении в расплавленный припой вызывает неконтролируемое изменение в размерах капиллярных зазоров. Следует отметить, что при всех испытаниях на капиллярный подъем, использующих оловянно-свинцовые сплавы, высота подъема припоя в значительной степени зависит от наличия эвтектики в сплаве припоя, причем чем выше процент эвтектики, тем выше капиллярный подъем.

Метод испытания на растекание припоя

В методах испытания на растекание припоя на тестовые образцы наносится определенный объем припоя и флюса, образцы затем нагреваются до заданной температуры с помощью электрического резистивного нагрева или горячих плит. Некоторые погружают образцы на поверхность жидкого припоя или флюса в ванне или используют нагрев в печи.

Однако такой нагрев не рекомендуется вследствие того, что время нагрева длительное, и без защитной или неокислительной атмосферы поверхность образцов может окисляться в такой степени, что это отражается на результате эксперимента, вдобавок длительный нагрев не отражает реальных условий большинства операций пайки.

При нагреве образцов припой расплавляется и растекается по поверхности. Величина растекания зависит от типа флюса, основного металла и состава припоя. Объем флюса и припоя контролируется путем применения флюсованного припоя определенного диаметра и размера сердцевины. В других случаях заготовки припоя или кольца штампуются из листа припоя известной толщины, дозированное количество флюса на образец наносится градуированной пипеткой.

После растекания припоя образец охлаждается, площадь может быть измерена либо планиметром, либо пятно фотографируется и увеличивается для облегчения проведения измерений и повышения достоверности измерений. Часто площадь растекания проецируют на экран микроскопа и для ее определения используют стандартные листы миллиметровой бумаги.

где θ — угол в градусах, V — объем припоя, S — площадь растекания.

Выражение предполагает, что объем припоя небольшой, гравитационное воздействие отсутствует и позволяет дать количественную оценку паяемости, малые значения угла свидетельствуют о хорошей паяемости.

По максимальной высоте расплавленного припоя после опыта на поверхности можно судить о степени паяемости. Однако этот метод больше подходит там, где площадь растекания припоя приблизительно круглая. Растекание припоя часто носит неправильный характер вследствие химических и физических свойств испытываемых поверхностей.

где Д — диаметр сферы, имеющий объем, эквивалентный используемому припою; Н — высота капли припоя.

Если отсутствует сила тяжести, то капля припоя будет иметь форму сферы, где Д будет эквивалентно Н и фактор растекания равен 0. Это свидетельствует об отсутствии паяемости. Процентная оценка паяемости покрытий приведена в таблице 2.

Таблица 2. Оценка паяемости покрытий

где θ — угол смачивания поверхности припоем.

При испытаниях на растекание гальванических покрытий со значительными оксидными пленками было показано, что припой растекался под ними, что затрудняло контроль площади. Отсюда следует, что испытания на площадь растекания не подходят для состаренных толстых покрытий.

Методы погружения

Методы погружения являются наиболее ранними испытаниями на паяемость, поскольку выводы компонента просто погружаются сначала во флюс, а затем в расплавленный припой и по степени покрытия их припоем оценивается паяемость. Выводы выдерживают в ванне 2 с, затем удаляют из ванны, охлаждают и очищают изопропиловым спиртом.

Значительное распространение припоя по длине вывода (на 95%) свидетельствует о хорошей паяемости, а образование шарика припоя с большими контактными углами — о плохой паяемости. Оставшиеся 5% не смоченной поверхности могут приходиться на поры, пустоты при условии, если они концентрируются не в одном месте. Оценка результатов испытаний иногда затруднительна, поскольку недостаточно четко различаются грубые и ровные покрытия.

Модификацией метода погружения является метод плавающего образца при контроле паяемости металлизированных отверстий. Платы флюсуются и затем выдерживаются в плавающем состоянии на поверхности ванны в течение 5 с. После удаления плат отверстия осматриваются визуально. Однородное смачивание вдоль краев отверстий, также как и в длину, свидетельствует о хорошей паяемости.

Однако для сложной электронной техники требуется увеличенная надежность. Кроме того, производственные требования предполагают, что несколько сотен соединений должны выполняться на плате методом групповой пайки. Время контакта каждого из соединений с расплавленным припоем около 2 с, и поэтому время и полнота смачивания поверхностей компонентов припоем очень важны для образования надежного электрического соединения.

Испытания на время смачивания

Испытания на время смачивания позволяют воспроизводить довольно точно условия операции массовой пайки и могут быть использованы для определения качества пайки выводов элементов или слоев плат либо в других случаях — печатных схем.

Эти испытания предложены C. J. Thwaites, главным металлургом Института исследования олова в США [6]. В настоящее время создано оборудование для определения минимального времени смачивания, пригодное для промышленности. Оно состоит из радиального плеча, несущего тестовый образец по поверхности ванны с припоем и движущегося с помощью мотора.

С помощью устройства несколько тестовых образцов находятся в длительном контакте с ванной припоя. Визуально возможно определить минимальное время смачивания, а также время, начиная с которого смачивание не увеличивается. После достижения полного смачивания дальнейшее увеличение выдержки в припое ухудшает распределение припоя. Ротационный метод применяют для проверки паяемости различных поверхностей и оптимальных параметров операции пайки.

Метод шарика припоя

Для проверки на паяемость материалов выводов электронных компонентов J. A. ten Duis (Philips) предложил метод шарика припоя (glob test). Определенный объем припоя (зависящий от размера испытываемого провода) расплавляется на нагретом блоке, а офлюсованный вывод горизонтально опускается в шарик припоя, расщепляя его надвое (рис. 3а). Время, в течение которого припой обтечет провод и в итоге закроет верх провода, является временем смачивания.

На нагретый столик 4 укладывают дозу припоя, которая, расплавляясь, образует каплю 2. К капле подводят проводник 3, который делит ее на две части. По мере нагрева вывода припой начинает его смачивать и обтекать. В момент полного смыкания над выводом припой касается зонда 1, и отсчет времени прекращается. Такие приборы выпускаются фирмой Multicore (Англия).

Для контроля паяемости металлизированных отверстий в печатных и многослойных платах измеряют время заполнения их припоем с помощью таймера, связанного с зондом (рис. 3б). Для этого плату 1 приводят в контакт с припоем 2, при этом включается таймер. Постепенно поднимаясь по стенкам отверстий и смачивая их за счет капиллярного эффекта, припой касается зонда и отключает тем самым таймер.

Настройка технологических параметров

Для получения качественных паяных соединений, необходима настройка технологических параметров паяльной линии. Во-первых, формой и ориентацией сопла формируется гребень волны оптимального профиля, во-вторых, движущаяся над ванной плата располагается под некоторым углом к поверхности расплава.

Правильно выбранные параметры процесса позволяют избежать брака в виде перемычек между токоведущими дорожками и наплывов (сосулек) на выводах деталей.

Для этой же цели может использоваться технология пайки двойной волной. В этом случае, первая волна припоя имеет турбулентный характер, что позволяет лучше смачивать паяемую поверхность и проникать припою в монтажные отверстия платы.

Вторая волна, имеющая более плавное ламинарное течение, смывает огрехи в виде лишних капель и наплывов припоя, формируя при этом окончательную геометрию гантелей.

Пайка волной не всегда автоматизирована. Например, на многих сборочных конвейерах Китая и других стран Азии, установка деталей на плату, последующая обработка флюсом и обмакивание платы в ванну с припоем выполняют люди.

При этом плата берётся руками посредством специального захвата и обмакивается в ванну жидкого припоя.

Прибор для оценки паяемости покрытий

Для измерения высоты капли припоя после растекания предложен принцип бесконтактного измерения с помощью индуктивного преобразователя [10] (рис. 6). Для этого применены два индуктивных преобразователя 1 и 2, два высокочастотных генератора 3 и 4, смеситель 5, интегратор 6 и регистрирующий прибор 7. Балансная схема включения генераторов позволяет компенсировать изменение частоты в результате нагрева индуктивных преобразователей и повысить точность измерений.

Регистрирующий прибор измеряет разностную частоту, получаемую в смесителе. В осевом отверстии катушки индуктивного преобразователя жестко закреплена игла 8 из материала, смачиваемого припоем 9, для центрирования капли припоя относительно датчика [11]. Игла устанавливается на исследуемую поверхность образца 10, длина иглы должна превышать высоту капель припоя при полной несмачиваемости поверхности.

Припой расплавляется резистивным нагревательным элементом Н, на котором размещаются исследуемые образцы. Контроль температуры осуществляют с помощью термопары типа ХК, погруженной в дозированную навеску припоя на образце-свидетеле и подключенной к электронному измерителю температуры БКТ, который стабилизирует температуру процесса.

Обработка данных ведется с помощью PIC-контроллера и вывода информации на светодиодные индикаторы. Для повышения точности измерений, а также с целью исключения температурного фактора в преобразователе разработанного прибора использованы две идентичные катушки индуктивности и частотомер на микроконтроллере КР1878ВЕ1.

В микроконтроллере шестнадцатиразрядный таймер-счетчик имеет восьмибитный предварительный делитель и трехбитный счетчик переполнения, что в сумме составляет 27 разрядов. Быстродействие микроконтроллера зависит от максимальной измеряемой частоты сигнала 50 МГц. В устройстве применены светодиодные индикаторы серии АЛС318. Для повышения стабильности генератор образцовой частоты выполнен на ИМС КР1554ЛА3, питаемой от отдельного стабилизатора.

Для регулирования и поддержания температуры нагревателя на заданном уровне применен электронный регулятор мощности. Особенностью прибора является наличие встроенного блока контроля температуры, что позволяет отказаться от громоздкого внешнего измерителя температуры и уменьшить габариты (рис. 6б).

Основными параметрами прибора являются: разрешающая способность по высоте капли припоя, которая определяется чувствительностью прибора, и стабильность задания образцовой частоты. Точность определения коэффициента растекания в 1,5 раза выше, чем по стандартной методике. Для перехода к коэффициенту растекания построена специальная диаграмма. Значения коэффициентов растекания Кр припоя ПОС 61 по площади и по высоте капли приведены в таблице 3 [12].

Таблица 3. Коэффициенты растекания припоя ПОС 61 по покрытиям

По результатам замеров Кр установлено, что отличной паяемостью обладают оловянное, золотое, серебряное покрытия, а также покрытия сплавами Sn-Ni, Pd-Ni. Хорошие результаты отмечены для покрытий Pd, Sn-Pb и Cu. По никелевым сплавам спиртоканифольные флюсы имеют низкую активность, а также образуют трудноудаляемые остатки на паяемых поверхностях.

Для увеличения активности по медным и никелевым поверхностям необходимо использовать активированные флюсы на основе этиленгликоля, содержащие поверхностно-активные вещества и активаторы в виде щавелевой кислоты и гидрохлоридов производных бензиламина. Такие флюсы обладают в 1,6–2 большей активностью, чем флюс ФКСп, а его остатки легко удаляются с поверхности деталей промывкой в теплой проточной воде.

Для предотвращения потемнения серебряных покрытий при их эксплуатации используют композиционные электрохимические покрытия на основе серебра с включением частиц ультрадисперсного алмаза (УДА). Композиционные покрытия по сравнению с чистыми покрытиями имеют более высокую твердость и износостойкость, улучшенные антикоррозионные свойства и стойкость к искровой эрозии.

Исследование паяемости композиционных серебряных покрытий проводили методом определения коэффициента растекания дозированной заготовки припоя ПОС 61 массой 250 мг в присутствии спиртоканифольного флюса при температуре 220 ±5 °С. Применяемый флюс содержал по массе 25% канифоли и 75% изопропилового или этилового спирта.

Результаты исследований паяемости серебряных покрытий показали, что некоторое ухудшение паяемости покрытий серебро-УДА наблюдается лишь при 15 г/л УДА в электролите. По значению коэффициента растекания паяемость более 80% композиционных серебряных покрытий можно считать хорошей.

Крепление smd компонентов

Способ пайки волной чаще применяется для плат, компоненты которых монтируются с одной стороны платы, а контактные площадки и токоведущие дорожки – с другой.

Штыревые выводы элементов вставляются при этом в сквозные отверстия платы и припаиваются с обратной её стороны. Однако большинство современных электронных схем конструируется под использование так называемых smd-компонентов, закрепляемых поверхностной пайкой. Такие детали припаиваются к плате с той же стороны, на которой они установлены.

Применение волновой технологии пайки для таких элементов имеет ряд особенностей:

• при пайке волной smd-компонентов плата должна быть ориентирована вниз предварительно приклеенными к ней деталями;
• волна расплавленного припоя омывает при этом корпуса деталей.

Таким образом, smd-компоненты перед пайкой должны быть приклеены к плате специальным клеем. При этом иногда имеют место случаи отклеивания деталей во время их контакта с волной расплава, что приводит к появлению брака.

Кроме этого, не все электронные компоненты способны выдержать температурный режим, возникающий в процессе «купания» в жидком припое. Эти обстоятельства ограничивают применение волновой технологии.

Следует добавить ещё одну отрицательную черту, присущую этой технологии пайки. Большое количество расплавленного припоя в ванне, постоянно контактирующее с открытым воздухом, приводит к активному образованию окисла.

Выводы

Требования к паяным соединениям в электронике становятся более комплексными, чем прежде. Для массовой пайки тысяч соединений в электронике нужны надежные и экономичные технологии, а также совершенные методы контроля качества. Методы испытаний на паяемость позволяют объективно и точно измерить способность компонентов и функциональных покрытий к пайке при оптимальном времени и заданной температуре формирования соединений.

Из большинства методов для печатных плат удобен метод ротационного погружения для оценки систем припой-флюс-металл, а также минимального времени смачивания. Для оценки паяемости широкого круга покрытий, образцов печатных плат, чиповых компонентов, эффективности активированных флюсов и бессвинцовых припоев применяют метод баланса смачивания.

Применение паяльной пасты

Для крепления smd-компонентов на плате обычно применяются другие технологии пайки. Как правило, все они основаны на использовании паяльной пасты. В этот состав входит порошкообразный припой, флюс и наполнитель.

Паяльная паста наносится на контактные площадки платы и выводы установленных на них деталей.

После этого плата направляется в специальную печь, где производится нагрев соединений одним из способов:

• парогазовой смесью;
• источниками инфракрасного излучения;
• способом конвекции.

В процессе нагрева происходит плавление паяльной пасты и спайка контактов.

Литература

1. Литвинский И. Е., Прохоренко В. А., Смирнов А. Н. Обеспечение безотказности микроэлектронной аппаратуры на этапе производства. Минск: Беларусь, 1989.
2. Ланин В. Л. Пайка электронных сборок. Минск: НИЭИ Мин. эконом., 1999.
3. Long J. B. A Critical Review of Solderability Testing // J. of Electrochemical Society. 1975. V. 122. № 2.
4. Harding W. B. Solderability Testing // Plating. 1965. № 5.
5. Ланин В. Л., Хмыль А. А. Контроль паяемости выводов элементов радиоэлектронной аппаратуры // Неразрушающий контроль и системы управления качеством сварных и паяных соединений: Материалы семинара. М.: ЦРДЗ, 1992.
6. Manko H. H. Solders and Soldering: Materials, Design, Production and Analysis for Reliable Bonding. N.Y., 2000.
7. Джюд М., Бриндли К. Пайка при сборке электронных модулей / Пер. с англ. М.: Издательский Дом «Технологии», 2006.
8. Wassink K. R. J. Soldering in Electronics. — Ayr, Scotland, Electrochem. Publ., 2002.
9. Mackay D. The Meniscograph: A Method of Solderability Measurement // Circuits Manufacturing. 1974. V. 13. № 7.
10. Ланин В. Л., Хмыль А. А., Кушнер Л. К. Исследование паяемости гальванических покрытий токопроводящих элементов электронной аппаратуры // Вопросы проектирования и производства радиоэлектронной аппаратуры и электрорадиоизделий: Межвуз. сб. научных трудов. М.: МИРЭА, 1988.
11. А. с. 757837 СССР, МКИ3 G 01 B 7/02. Индуктивный преобразователь / В. Л. Ланин, Л. Я.Мартыненко. № 2625866/25-28; Заявлено 02/06.78; Опубл. 23.08.80. Бюл. № 31 // Открытия. Изобретения. 1980. № 31.
12. Оценка паяемости гальванических покрытий токопроводящих элементов электронной аппаратуры / В. А. Емельянов, В. Л. Ланин, Л. К. Кушнер, А. А. Хмыль // Электронная техника. Сер. 7: Технология и организация производства. М.: ЦНИИ «Электроника», 1990. Вып. 3(160).
13. Ланин В. Л., Кушнер Л. К., Бондарик В. М. Свариваемость и паяемость композиционных серебряных покрытий для изделий электронной техники // Материалы междунар. конф. “ELECTRONICS — 2000”. Каунас: КПИ, 2000.

Автоматизированные технологии

В ситуациях, когда электронные компоненты имеют выводы с очень малым шагом, при пайке разъёмов, имеющих большое количество выводов, и в других случаях, требующих использования очень тонких технологий, обычно применяется паяльный робот.

Робот-манипулятор для пайки плат представляет собой прецизионное устройство, содержащее координатный стол, на который устанавливается плата с размещёнными на ней деталями и паяльной головки, перемещающейся по трём координатным осям.

Головка оборудована механизмом подачи припоя и устройством для вакуумного отсоса его излишков.

Кроме собственно пайки, роботы часто используются для установки деталей на плате непосредственно перед их спайкой. Отдельные элементы, установка которых в силу их сложной нестандартной формы (трансформаторы, дроссели, некоторые виды микросхем) плохо поддаются автоматизации, устанавливаются вручную.

Поэтому, даже на крупных сборочных конвейерах известных фирм, выпускающих электронное оборудование, присутствуют участки, на которых сборку осуществляют люди.

Кроме этого, контроль качества продукции также часто выполняется людьми. Платы с дефектами, которые могут быть устранены, направляются на доработку, выполняемую паяльником вручную.

Работа в домашних условиях

При сборке самодельных электронных устройств, радиолюбители самостоятельно изготавливают печатные платы. При наличии желания и элементарной подготовки, этому не сложно научиться.

Изготовить печатную плату можно, используя имеющиеся рисунки дорожек на плате, более подготовленные могут самостоятельно сделать эскиз платы, имея принципиальную электрическую схему устройства. Для изготовления печатной платы берётся лист фольгированного изоляционного материала.

Это может быть гетинакс или стеклотекстолит, покрытый тонким слоем меди с одной или двух сторон, в зависимости от того, какая требуется плата – односторонняя или двухсторонняя.

На бумаге чертится эскиз рисунка токопроводящих дорожек, затем он переносится на поверхность медного слоя, в нужных местах просверливаются сквозные отверстия для установки деталей, а рисунок покрывается слоем краски или лака.

После высыхания покрытия выполняется травление платы, то есть, погружение её на некоторое время в один из составов, разъедающий слой меди, не покрытый краской. Обычно для этих целей используется либо хлорное железо, либо раствор кислоты, либо смесь медного купороса с поваренной солью.

После вытравливания меди, лак или краска смывается растворителем, полученный рисунок лудится обычным паяльником, после чего можно приступать к установке деталей и припаиванию их к плате.

Перед лужением, дорожки следует тщательно обезжирить и зачистить мелкой наждачной бумагой. Выводы деталей перед установкой также нужно зачистить, можно также залудить, это облегчит последующий процесс пайки.

Пайка производится хорошо разогретым паяльником, на жале которого должна оставаться капля припоя. Если расплавленный паяльником припой не удерживается на жале, скорее всего, паяльник перегрет.

Для контроля его температуры лучше пользоваться регулятором напряжения или паяльной станцией. Контакт паяльника с деталью должен быть коротким. После смачивания припоем вывода детали и площадки на плате, паяльник сразу убирается.

Это исключит возможность выхода детали из строя в результате перегрева и обеспечит ровное и красивое растекание капли припоя.

Для пайки плат и электронных компонентов следует выбирать мягкие сорта припоев на основе олова. Требуемую прочность пайки в этом случае обеспечит самый мягкий припой, при этом, его применение облегчит работу и уменьшит тепловую нагрузку на детали.

Поскольку выводы электронных компонентов обычно уже залужены, а дорожки платы выполнены из меди, в качестве флюса можно использовать только канифоль, или её спиртовой раствор.

Рекомендации по конструкции

На рис. 3 представлена эволюция конструкции материала COBRITHERM.

Усовершенствованная конструкция COBRITHERM имеет улучшенные характеристики по теплопроводности, термостойкости, пробивному напряжению и прочности на отрыв.

Первый слой — это электролитически осажденная медь (HTE) толщиной 18–210 мкм. Такой тип фольги, как известно, предпочтительнее, так как имеет видоизмененную структуру меди, более приспособленную к отслаиванию от диэлектрика. Рисунок печатной платы на медном слое формируется традиционно — методом фотолитографии (негативная технология).

Полимер-керамика

Второй слой обладает высокой теплопроводностью и представляет собой особый диэлектрик — смесь полимера и керамики толщиной 50–150 мкм. Полимер является электроизолирующим элементом между проводящим рисунком и теплоотводом, керамика, в свою очередь, обладает отличной теплопроводностью. Вместе эти две составляющие дают низкое тепловое сопротивление и отличные диэлектрические свойства (таблица 1).

Таблица 1. Сравнительные характеристики материала COBRITHERM с прослойкой из диэлектрика (AlCu) и полимер/керамики (AlCuP)

Алюминий

Алюминиевая подложка в первую очередь несет на себе функцию механической опоры платы. А также благодаря своим температурным характеристикам является отличным теплоотводом. Идеальное соединение источника тепловыделения с токопроводящим рисунком платы и адгезивным подслоем (керамика) способствует более полной теплопередаче и рассеиванию тепла на металлическом основании.

В COBRITHERM используется алюминий марки 5052 H34, который обладает оптимальной теплопроводностью, прочностью, что позволяет обрабатывать его на станках с ЧПУ (традиционным способом) для получения сложного фасонного контура ПП. В продаже есть COBRITHERM на основе сплава алюминия 6082 T6. Сравнительные характеристики сплавов представлены в таблице 2.

Таблица 2. Сравнительные характеристики сплавов алюминия 6082 T6 и 5052 H34

Стандартная толщина алюминиевой подложки: 1; 1,5; 2; 3 мм.

COBRITHERM поставляется также в виде двустороннего ламината. Такая конструкция позволяет монтировать элементы сразу с двух сторон и не требует наличия какой-либо дополнительной изоляции, поскольку подслой из полимер-керамики выполняет эту функцию. Это способствует увеличению плотности монтажа и снижению стоимости изделия.

Для того чтобы алюминий не влиял на состав ванн химической обработки, обратная сторона материала защищена полиэстеровой пленкой толщиной 30 мкм, которая блокирует доступ электролитов к алюминиевой подложке на всем цикле производства, включая горячее лужение.

Ввиду того, что медь и алюминий имеют разные коэффициенты термического расширения, производитель разделяет их слоем из полимер-керамики, для того чтобы минимизировать возникновение короблений печатной платы. Тем не менее, при выборе конструкции печатной платы следует соблюдать соотношение толщины алюминия к меди, оно должно быть не более 1/10.

Большие медные контактные площадки способствуют более эффективному отводу тепла от кристалла, в отличие от проводящих клеев.

Необходимо помнить, что с уменьшением толщины алюминия возникает импеданс между высоко нагруженными элементами. По этой причине мы рекомендуем использовать более толстый слой алюминия для высоконагруженных элементов.

Необходимо наносить паяльную маску на печатную плату из COBRITHERM, максимально маскируя диэлектрик и топологию токопроводящего рисунка. Это снижает риск статического и электрического пробоя между радиоэлементами и максимально защитит плату от воздействия внешних факторов.

Для предотвращения риска электрического разряда между торцом металлической платы и трассой, следует формировать топологию проводящего рисунка вдали от края печатной платы.

COBRITHERM совместим со стандартными финишными покрытиями, такими как иммерсионное олово, золото, HASL, OSP, а также с технологией бессвинцовой пайки (пиковая температура — 300 °С).

При работе с покрытием Ni-Au нужно внимательно следить за загрязнением химических растворов алюминием, но производитель принимает все меры по защите торцов и обратной стороны материала COBRITHERM. Для этих целей рекомендуется проконсультироваться с вашим поставщиком химических составов.

При изготовлении печатных плат на основе алюминия используются традиционные технологии обработки, материал раскраивается вырубкой, фрезерованием, пилением. Для получения сквозных отверстий на станках с ЧПУ, во избежание поломок инструмента, необходимо учесть жесткость обрабатываемого материала.