Фізико-технологічні основи процесів пайки (стр. 3 из 4)

Плоска хвиля забезпечує більш довгочасний контакт з друкованою платою. Завдяки цьому забезпечується паяння металізованих отворів, але підвищується теплове навантаження.

Сучасні машини паяння хвилею припою є комплексними нормалізованими вузлами, котрі розміщуються в кінці складальної лінії. Вони виконують одна за одною наступні етапи (Мал. 3.1):[3] [4]

ІІІ. Роль флюсу при паянні

По питанню про ролі флюсу в процесі паяння (так само як і при лудінні) дотепер ще не створено єдиного подання. На думку одних дослідників роль флюсу зводиться до очищення поверхні твердого металу; інші вважають, що флюс насамперед зменшує поверхневий натяг розплавленого металу; треті відзначають головним чином процес висаджування на поверхні твердого металу металевих іонів, як наявних у самому флюсі, так й, що утворяться за рахунок розчинення припою у флюсі. Численні й різнобічні досвіди показують, що звести механізм дії флюсу до якого-небудь одного фактора, очевидно, неможливо. Більш правильно вважати цей механізм комплексним, що включає в себе цілий ряд взаємозалежних процесів, що протікають паралельно.

Умови змочування твердого металу присіваємо. Для одержання якісної пайки необхідно насамперед, щоб розплавлений припій добре змочував поверхню металу, що паяє. Якість змочування залежить від чистоти поверхні, що, та від наявності або відсутності на ній окісних плівок і від характеру фізико-хімічної взаємодії між припоєм і твердим металом. Там же було показано, що коефіцієнт змочування визначається співвідношенням величин трьох сил поверхневого натягу: твердого металу на границі з газовим середовищем (

), рідкого припою на границі з газом ( ) і твердого металу на границі з розплавленим припоєм ( ). При досягненні рівноваги між цими трьома силами встановлюється певний рівноважний крайовий кут змочування ( ), що характеризує змочуваність даного твердого металу розплавленим припоєм. Дослідження показують, що умови рівноваги цих трьох сил можуть бути кардинальним образом змінені в потрібному нам напрямку шляхом заміни в цій системі газового середовища яким-небудь рідким середовищем, що змінює величини сил, що беруть участь у рівновазі, поверхневих натягів. Таким рідким середовищем у практиці є флюс. [5]

При наявності рідкого середовища умови рівноваги краплі розплавленого припою на поверхні твердого металу виразяться рівнянням:

,

Звідки

,

де

- поверхневий натяг на границі твердий метал - флюс;

- поверхневий натяг на границі твердий метал - припій;

- поверхневий натяг на границі розплав ленний припій - флюс;

- крайовий кут змочування.

Підбираючи відповідним чином склад флюсу можна так змінити величини поверхневих натягів (наприклад, зменшити

), що крайовий кут змочування буде значно зменшений або навіть доведений до нуля Досвіди показують, що більшість флюсів дійсно знижують поверхневий натяг припою.

1 Флюсування. Під час цієї операції на сторону паяння наноситься флюс. При хвилевому флюсуванні у відповідному пристрої створюється хвиля флюсу заввишки біля 1 см та шириною 30-35 см, над якою проходить друкована плата. При цьому флюс змочує поверхню і на основі капілярної дії проникає на сторону установки ЕРЕ.

При продуванні повітрям певного тиску через вузькі сопла флюс запінюється. Якщо із хвилі рідини виходить пінна хвиля, то говориться про пінне флюсування. Товщина плівки флюсу, що наноситься, не повинна перевищувати 3-4 мкм. Якщо товщина плівки велика, то в процесі паяння для її видалення необхідно багато тепла і це може стати передумовою недоброякісних паяних з’єднань.

2 Сушіння й попереднє підігрівання. Після флюсування друкована плата злегка підігрівається і частково продувається гарячим повітрям. При підігріванні з флюсу вивітрюється розчинник. Після цього друковані плати потрапляють на ділянку, де вони підігріваються зі сторони паяння за допомогою нагрітої шляхом теплової радіації плити. Це підготовлює відновлювальну дію флюсу, що починає плавитися при температурі вище 130°С. Друга мета попереднього нагріву – уникнути теплового удару друкованої плати. [5]

3 Паяння. При цій операції плата проводиться через гребінь хвилі. При цьому в першій фазі флюс стає активним. Утворюється металева поверхня, і після цього флюс разом з продуктами реакції витісняється припоєм. На очищеній металевій поверхні проходить бажаний процес зв’язку. Паяння проводиться при температурі 240-270°С. Вибрана температура підтримується постійною. При швидкості переміщення від 0,5 до 3,0 м/хв час паяння становить від 1 до 7 секунд. В залежності від довжини друкованих плат можна контактувати відповідно за годину від 200 до 800 плат

Важливою проблемою є окислення олово-свинець. Швидке переміщення припою відкриває доступ кисню повітря до вільної від окислів поверхні, тобто оксидний шар збагачується, а ванна, внаслідок цього, збіднюється оловом, тому в паяльну ванну необхідно додавати припой, збагачений оловом. [4]

Іноді, при хвилевому паянні для гальмування окислення і зменшенні шкідливої дії окислів на паяні з’єднання до рідкого припою додають жири (олія з земляного горіха, пальмова олія з незначною кількістю води). Добавляється жир накладанням олійної хвилі на хвилю припою чи безпосередньо змішуванням в припої. Завдяки цьому досягають деяких переваг (більш низька температура паяння, незначні витрати припою, блискуча поверхня паяних з’єднань). Після паяння необхідне якісне промивання, при якому жир видаляється без залишку, в гіршому разі утворюється поживна основа для всіляких грибкових колоній та знижується кліматична стійкість виробу. При перемішуванні жиру з припоєм в паяних з’єднаннях спостерігається вміст олії. Тому в більшості випадків працюють без жирів і підтримують хорошою фільтрацією незначний вміст окислів у ванні з припоєм.

4 Охолодження. Після проведення хвилевого паяння необхідне часткове чергове оброблювання. Воно може бути складовою в процесі промивання і очищення (жирове паяння). Залишки флюсу в основному не потребують видалення, так як застосовуються флюси, що не спричиняють корозії. Раптового охолодження необхідно уникати, так як із-за різноманітності коефіцієнтів лінійного розширення базового матеріалу і металевої фази (мідь, припой) можуть утворитися тріщини.

ІV. Перевірка паяних з’єднань

Процес хвилевого паяння закінчується візуальним контролем паяних друкованих плат. Огляд є важливою операцією для дотримання певних параметрів методу. Накопичення характерних дефектів (перемички, висячі краплини, незмочені місця) повинне приводити до термінової перепровірки і доналагоджування певних технологічних параметрів.

На малюнку 4 показано позицію процесу паяння хвилею у загальній технології виготовлення вузла. Рентабельність машинного паяння вимірюється процентом наступного допаювання. Паяння хвилею є ефективним, якщо менше 1% паяних з’єднань будуть підлягати наступному допаюванню.

Якісні паяні з’єднання мають всебічно замкнений конус припою, в якому неозброєним оком чітко проглядаються контури виводів ЕРЕ. Припой на виводах ЕРЕ повинен проглядатися по всій поверхні і бути вільним від дефектів. Поверхня паяного конуса повинна бути гладкою. При нормальному зорі на відстані до 25 см не повинні бути помітні пори і раковини. Ці вимоги відносяться до односторонніх плат і плат з металізованими отворами.

4.1 Повторне паяння

При повторному паянні виникає небезпека руйнування чутливих елементів із-за повторної дії тепла. Міцність зчеплення міді також обмежена, в основному при допаюванні відшаровуються контактні площадки. Зменшення високого проценту допаювання є важливим фактором в ефективності загального процесу. Тому повинні видалятися тільки такі дефекти, які знижують надійність вузлів чи однозначно не дають контакту. Такими дефектами є:

· холодні паяні з’єднання;

· невидимі контури провідників у паяному конусі;

· щілинні пори при переході паяного конуса до виводу;

· багаточисленні дрібні, круглі пори при переході паяного конуса до виводу;

· окремі великі, не круглої форми отвори в паяному конусі;

· непроникнення на складальну сторону припою;

· паяння після механічних навантажень.

Не повинні допаюватися друковані плати при таких дефектах:

· поглиблені пайки (кільце припою видно на обох сторонах і замкнене);

· при потовщенні паяного з’єднання (провід знаходиться в припої так, що контур чітко видно);

· при надлишку припою на провідниках;

· при наявності окремих маленьких пор в паяному конусі чи біля переходу до виводу з проводу (величина пор менше перерізу проводу).

Виконання вимог по усуненню тільки технічно обгрунтованих дефектів, а також однозначне визначення дефектів припускає високу кваліфікацію контролюючого і ремонтуючого персоналу. Всі труднощі повинні припадати на постійне розпізнавання і оцінку всіх виявлених дефектів з тим, щоб усувати їх за допомогою контролю і зміни окремих ступенів процесу паяння чи загального технологічного процесу.