Описание и общие аспекты технологии

Пайка в электронике

Пайка – важный этап и одна из наиболее ответственных операций в изготовлении электронной продукции. Для различных видов электронных компонентов и печатных плат используются различные методики для выполнения данного технологического процесса. Один из самых распространенных – пайка волной припоя, которая применяется преимущественно в сквозном и смешанном монтаже.

Общее описание метода

Эта технологическая операция была изобретена в середине 20 века, когда основным методом установки электронных компонентов был их монтаж в сквозные отверстия, проделанные в печатных платах. ПП с установленными на ней компонентами двигается поперек гребня стационарной волны расплавленного припоя, создаваемой в установке. Она обдает контактные подушки печатной платы и выводные контакты установленных на ней компонентов, формируя между ними паяные соединения.

Сегодня технология пайки волной – это сложный автоматизированный процесс. Большой толчок к ее развитию дало изобретение поверхностно-монтируемых компонентов. При их комбинации с компонентами сквозного монтажа на одной ПП применяется усовершенствованная технология пайки двумя волнами припоя.

Причины использования двух волн припоя

Такой метод пайки заключается в последовательном прохождении печатной платы через две волны припоя. Первая (турбулентная) подается из суженного сопла под высоким давлением, что исключает образование в ней полостей с веществами, образующимися при разложении флюса. При этом она все же создает перемычки между близко расположенными контактами, которые устраняются при прохождении платы над второй (ламинарной) волной с низкой скоростью истечения и более пологой формой. Она также завершает образование галтелей на контактных площадках.

Чтобы пайка была эффективной, необходимо обеспечить настраиваемые характеристики каждой волны. Для этого установки должны быть оборудованы отдельными соплами, насосами и контрольными модулями для каждой волны. Также их лучше приобретать с дешунтирующим ножом, который разрушает перемычки между близкорасположенными контактами.

Процесс пайки

Процесс получения неразъемного соединения материалов с помощью расплавленного припоя называется пайкой (паянием). При паянии происходит расплавление и взаимное проникновение основного материала и припоя, заполняющего зазор между соединяемыми частями изделия. Паять можно многие конструкционные материалы — сталь, чугун, стекло, керамику, графит и другие, используя различные виды припоев и способы пайки.

Пайку выполняют ручным или электрическим паяльником, инфракрасными лучами, лазером, электрической дугой. Паяние широко используется в машиностроении и приборостроении, в радиоэлектронной и пищевой промышленности, в быту и на уроках технологии в школе.

Инструменты и оборудование для пайки

Основным инструментом, использующимся для пайки, является паяльник. В зависимости от способа нагрева паяльники различаются:

• Ручные паяльники: нагревают паяльной лампой, в кузнечных горнах, газовыми горелками или на газовых плитах. Изготавливаются из красной меди, их масса колеблется от 200 до 500 г.

• Электрические паяльники: подключаются к электрической сети, имеют постоянный нагрев и рассчитаны на длительную работу. Могут быть разного напряжения: 220, 40, 36 и 12 В.

• Беспроводные электропаяльники: предназначены для работы в местах без возможности подключения к электрической сети. Работают от трёх батареек типа АА мощностью 6 Вт и нагреваются до температуры 450 °C.

Вспомогательные инструменты и оборудование для пайки

• Тиски
• Подставки (кирпичи, кафельные плитки)
• Вентиляционное оборудование
• Брезентовые рукавицы
• Плоскогубцы
• Круглогубцы
• Кусачки
• Слесарная линейка
• Пинцет
• Ручные тиски
• Напильники
• Металлические щетки
• Защитные очки

Материалы для пайки

Припои — металлы или сплавы, которые используются для пайки. Различные припои имеют разную температуру плавления:

• Мягкие припои: сплав олова с цинком, используются при невысоких требованиях к прочности соединения.
• Твёрдые припои: тугоплавкие сплавы на основе меди, серебра, цинка, никеля, используются для соединений высокой прочности.

Флюсы — вещества, которые предохраняют металл от окисления и создают условия для лучшего соединения деталей:

• Канифоль
• Водный раствор нашатыря

Организация рабочего места

Рабочее место должно быть оборудовано вытяжной вентиляцией. Для работы электрическим паяльником в школьных мастерских используют специальные розетки с напряжением 36 или 12 В. Столешница покрывается изоляционным материалом — резиной или пластмассой.

Подготовка электрического паяльника и заготовки к работе

Для выполнения качественной пайки необходимо:

• до блеска зачистить напильником рабочую часть паяльника;
• подключить паяльник к электросети и положить его на подставку;
• когда рабочая часть паяльника нагреется, на несколько секунд погрузить её во флюс (канифоль);
• набрав несколько капель припоя, вести по канифоли до тех пор, пока рабочая часть наконечника не покроется тонким слоем припоя, т. е. облудится;

Технология пайки

Перед началом пайки необходимо установить соединяемые детали в удобное для пайки положение и зафиксировать с помощью зажимных приспособлений и инструментов — слесарных или ручных тисков, струбцины, пинцета, плоскогубцев.

Место пайки равномерно нагревают электрическим паяльником до рабочей температуры (припой должен расплавляться быстро и легко). Важно правильно выбрать степень нагрева поверхности детали и паяльника. Сильно нагретый паяльник плохо удерживает припой. Если при пайке соединяемые поверхности были нагреты слабо, соединение будет ненадёжным.

При достижении рабочей температуры сначала плавится флюс, а затем припой. Когда весь флюс расплавится, предварительно нагретый припой наносят на зазор (место пайки). При соприкосновении припоя с нагретой заготовкой он плавится и проникает в зазор между соединяемыми деталями.

Зажимы, удерживающие детали, ослабляют только после того, как остынет припой. Изделие охлаждают на воздухе или погружая его в воду. По окончании пайки остатки флюса необходимо смыть чистой водой, чтобы они не вызывали коррозию металла.

Ошибки при пайке

1. Заготовки в местах соединения пайкой плохо очищены и не обезжирены. Такие соединения будут непрочными. Места соединений нужно очистить и обезжирить ещё раз.

2. Паяльник плохо подготовлен к работе. Необходимо повторить зачистку рабочего стержня напильником и облудить жало паяльника.

3. Паяльник перегрет, вследствие чего на нём образовалась окалина, к которой олово не пристаёт. Паяльник необходимо заново обработать напильником и облудить жало.

Правила безопасной работы с электропаяльником

1. Работать следует исправными и хорошо подготовленными инструментами.

2. Перед началом работы необходимо убедиться в соответствии напряжения в сети рабочему напряжению электрического паяльника и в целостности изоляции проводов.

3. Необходимо следить, чтобы паяльник по окончании работы был отключён от сети и находился на специальной подставке.

4. Пайку нужно выполнять на рабочем месте, оборудованном вытяжной вентиляцией.

5. Следует осторожно обращаться с нагретыми паяльником и деталями.

• очистить поверхность заготовки от грязи и следов коррозии до равномерного металлического блеска с помощью напильника или шлифовальной шкурки, промыть заготовку чистой водой и высушить.

Автор презентации: Масалитин Николай Иванович, учитель технологии, МАОУСОШ №2 имени Ю.А. Гагарина, село Успенское, Краснодарский край

Формат: ppt Размер: 203 КВ Слайдов: 18

Пайка волной: преимущества и недостатки

Хотя технология пайки волной была разработана еще в 50-х годах прошлого века, она до сих пор широко используется в электронной промышленности. Это обусловлено следующими ее преимуществами:

• Высокая производительность. Пайка волной позволяет одновременно обрабатывать множество выводов на печатной плате, что значительно ускоряет процесс сборки электронных устройств.

• Минимальное воздействие на компоненты. При этом типе пайки температура плавления припоя сравнительно низкая, что позволяет избежать повреждения чувствительных электронных компонентов.

• Возможность обработки плат больших размеров. Незначительные ограничения на длину плат позволяют использовать пайку волной для изготовления электронных устройств различных размеров.

Недостатки пайки волной

Помимо очевидных преимуществ, у данной технологии есть и существенные недостатки, ограничивающие ее применение в электронной промышленности:

• Невозможность обработки мелких компонентов. Из-за особенностей формирования волны припоя, пайка волной не подходит для компонентов с маленьким шагом выводов.

• Ограничения в типах компонентов. Некоторые компоненты могут повредиться при контакте с волной расплавленного припоя.

• Трудность контроля процесса. Из-за специфики работы установок для пайки волной требуется более сложное техническое оборудование для контроля процесса.

Поэтому, при всех своих плюсах, пайка волной применяется главным образом при сквозном и смешанном монтаже электронных компонентов. В SMT-технологии в качестве альтернативы ей используется пайка оплавлением.

Технологические аспекты пайки волной припоя

Особенности данной технологии пайки электронных компонентов заставляют особенно строго отслеживать различные характеристики техпроцесса. Важнейшее значение среди них имеют следующие параметры:

Гидродинамика волны

В современных установках для пайки волной за образование последней отвечают либо механические, либо электродинамические, работающие на основе силы Лоренца.

Характеристики конвейера

Плата с установленными на ней компонентами подается в установку пайки с помощью конвейера. Настройка угла наклона конвейера и его скорости играют важную роль в качестве пайки.

Особенности волнообразователя

Волнообразователь должен обеспечить правильное формирование паяных соединений, создавая мертвую зону, где отсутствует движение припоя.

Пайка волной – это эффективная технология для быстрой и массовой сборки электроники, но требует строгого контроля параметров процесса для обеспечения качественных результатов.

Нанесение флюса. При пайке волной припоя флюс может распыляться на поверхность ПП. Флюсователь должен наносить состав равномерно, без образования «слепых зон». Если они появляются, необходимо снизить скорость конвейера либо использовать головки с большим углом распыления. При пропуске начального участка печатной платы стоит настроить параметры флюсователя так, чтобы он начинал работать раньше.

Также необходимо учитывать давление, под которым флюс подается на поверхность ПП. Низкое значение этого показателя способствует увеличению и нестабильности размеров капель флюса. Чрезмерное давление делает состав мелкодисперсным, и он теряет свою активность еще на стадии предварительного нагрева. Применяя высокоплотный флюс, параметры давления нужно настроить на 10-20% выше того, которое применяется для менее плотных аналогов.

Пенное флюсование. При использовании этого метода флюсователи настраиваются с помощью стеклянной платы. Нагнетание воздуха нужно подобрать таким образом, чтобы ширина смачивания была равна 1 см. Превышающая 80% интенсивная подача газообразной среды не рекомендуется, так как это ведет к увеличению размеров пузырьков пены, что снижает качество флюсования. Если повышение этого параметра не помогает, то стоит скорректировать высоту флюсователя, которая в большинстве случаев равна 10 см.

Предварительный нагрев. Подбирать его температуру следует с учетом типа и структуры печатной платы, а также температуры, при которой испаряется растворитель. К спиртовым флюсам применяются следующие распространенные режимы в зависимости от вида ПП:

Для многослойных ПП предварительный нагрев значит очень много, так как оказывает влияние на качество пайки сквозных металлизированных отверстий. При наличии на плате крупных компонентов рекомендуется применять коротковолновые нагреватели. Увеличивать температуру на этапе предварительного нагрева следует со скоростью не выше 2°С в секунду.

Высота волн. Этот параметр рассчитывается как расстояние от высшей точки волнообразователя до нижней поверхности ПП. Для турбулентной волны этот показатель должен быть равен 7 мм, для ламинарной – 6,5-7 мм.

Ширина смачивания. Наряду со скоростью движения конвейера этот параметр влияет на время, в течение которого ПП контактирует с припоем. Он настраивается с помощью платы из стекла, которую перед этим нужно отфлюсовать. Для турбулентной волны оптимальная ширина смачивания – 1-1,5 см, для ламинарной – 3-4 см.

Температура припоя в ванне. Допустимый интервал этого показателя – 240-260°С. Чем она ниже, тем меньше риск термоудара по электронным компонентам. Повышение температуры до 260°С используется при пайке плат с несколькими слоями. Охлаждение ПП после пайки выполняется постепенно со скоростью 2-5°С/сек – это позволяет избежать термического удара по самой плате и компонентам.

На сайте компании «Ассемрус» представлено современное оборудование для пайки электронных компонентов волной припоя. Наши специалисты помогут вам подобрать установку с нужными характеристиками, проконсультируют насчет ее правильной эксплуатации.