Нагрев подвижного воздуха может использоваться, например, для предотвращения возникновения тени, которая оказывается тем сильнее , чем больше размеры конструктивных компонентов . К числу таких конструктивных компонентов можно отнести пластмассовые носители чипов с 44, 68, 84, 200 выводами . Кроме того ,плохая теплопроводность эпоксидных материалов ухудшает результаты пайки .

На рис.21 приведен вид сбоку на установку ИК - пайки с использованием плоских источников излучения (для простоты первая и вторая зоны не показаны).

Рис.21.Установка ИК пайки с плоскими источниками излучения. 1- внутренний блок; 2-внешний блок; 3-впускное отверстие для внутренней атмосферы; 4,5-плоский излучатель; 6-область протеканияпроцесса; 7- транспортировочная лета из благородной стали

Первая зона установки предназначена для предварительного нагрева платы , которая активизирует флюс ,а, следовательно , уменьшает количество возможно окислившихся мест соединений, а также удаляет летучие вещества из паяльной пасты ,что является важной предпосылкой для достижения хорошего результата пайки .

Вторая зона представляет собой вентилирующую переходную зону , в которой осуществляется отвод летучих материалов. К этой зоне примыкает зона протекания процесса, в которой три плоских излучателя расположены выше транспортировочной ленты и три плоских излучателя - ниже транспортировочной ленты .

Каждый из этих излучателей индивидуально управляется с помощью регуляторов на базе микропроцессора. Устройство управления, которое входит в состав установки, обеспечивает поддержание заданного значения и постоянной компенсации при падении и возрастании температуры. Аналогичным образом устройство управления компенсирует нелинейные характеристики применяемого термоэлемента. Этот термоэлемент с незначительной массой и малым временем реагирования располагается в центре плоского излучателя . Такая система поддержания температуры обеспечивает наилучшую реакцию нагревательного устройства при различных загрузках печи и позволяет обрабатывать самые разнообразные ПП.

Ширина транспортировочной ленты из благородной стали, составляет 457 мм, а максимальное отклонение температуры внутри зоны протекания процесса - до ±2,5 0 С . Скорость движения транспортировочной ленты контролируется замкну той цепью регулирования и может изменяться в любой момент времени.

В зоне протекания процесса может создаваться инертная атмосфера (рис.20) за счет введения соответствующих газов, например, азота.

Производственные испытания установки такой конструкции показали, что в ней достигается согласование материала в отношении поглощения и достаточная передача конвективного тепла. При использовании плоских излучателей были достигнуты хорошие результаты пайки без обугливания и расслоения ПП .

Кроме этого, сравнение температуры на поверхности ПП с внутренней температурой конструктивного компонента доказали, что чувствительные к воздействию температуры компоненты при этом не повреждаются . С помощью цепного транспортера возможна также пайка ПП с двухсторонним монтажом .

3.7 Сравнение методов пайки в парогазовой фазе и ИК - печи

При пайке в парогазовой фазе теплопередача осуществляется весьма быстро, после чего достигается термическое равновесие, то есть насыщенный пар, печатная плата и конструктивные компоненты нагреваются до температуры , которая задана точкой кипения жидкости .

Процесс охлаждения протекает в противоположность нагреву относительно медленно с целью высушивания конденсата , находящегося на плате внутри установки , и уменьшения потерь весьма дорогостоящей жидкости .Нагрев платы в ИК печи, осуществляющейся с помощью инфракрасного излучателя, происходит медленнее (рис.22, кривая 2), скорость нагрева почти на один порядок ниже по сравнению с установками для конденсационной пайки (рис.22, кривая 1). В зоне пайки не возникает состояние термического равновесия, а нагревание переходит непосредственно в фазу охлаждения . При сравнимом времени пайки пиковая температура превышает температуру при конденсационной пайке , однако при этом не возникает увеличение интегральной термической нагрузки .

Оба метода обладают специфическими преимуществами и недостатками , которые сведены в табл.2.



Рис.22 Сравнение методов пайки 1-пайки парогазовой фазе;2-ИК пайка

Таблица 2

3.8 Сравнение методов пайки волной припоя и в ИК печи

Для этой проверки была проведена пайка образцов при скорости движения ленты 0,8 м /мин применительно к двойной волне и в ИК -печи . На рис.22приведены результаты испытаний с использованием срезающего усилия для обоих методов пайки , причем для образцов , пайка осуществлялась в ИК печи ,была выбрана толщина слоя паяльной пасты 250 мкм.

Рис.22 График испытаний.1-срез усиления(Н);2-пермещение срезающего крюка(мм)

При этом прошедшие волновую пайку образцы отличаются существенно болеевысокой устойчивостью к срезающим усилиям по сравнению с образцами , про шедшими пайку в ИК -печи , эта величина в среднем для всех конструктивных форм больше приблизительно на 60 %.

Прочность таких мест пайки была подчас настолько высокой , что компоненты ломались , когда , прикладывающий срезающее усилие , крюк скользил по компоненту .Полученные характеристики могут быть объяснены в основном следующими причинами :

- точка приклеивания существенно способствует устойчивости к воздействию срезающего усилия ;

- при пайке волной наносится количество припоя больше , чем в случае наносимого под давлением дозированного слоя паяльной пасты толщиной 250 мкм ;

- возникает иная структура пайки с более высокой прочностью ;

- структура паяного слоя более однородная .

Есть основания предполагать действие всех четырех причин , причем первая является наиболее существенной .

С целью исследования влияния клея на качество сборки , на ПП были наклеены 10резистивных чип -компонентов типа 1206, после чего они прошли обработку в печи на отвердение клея и подверглись двукратной обработке с помощью одной волны припоя . После этого была измерена средняя устойчивость к воздействию срезающего усилия , которая равна 53 Н, что обусловлено главным образом наличием клея .

При анализе срезов, а также при подробном рассмотрении мест пайки видно ,что при пайке волной зачастую наносится большее количество припоя, нежели чем при дозированном способе. При этом образцы, прошедшиепайку волной припоя ,имеют более тонкую структуру , чем соответствующие образцы , прошедшие пайку оплавлением дозированного припоя в ИК -печи .

Наблюдаемые на срезе поры , которые возникают в местах пайки в ИК печи, проявляются более отчетливо и в большом количестве в местах разрушения после испытаний с использованием срезающих усилий . Поскольку преобладающая часть образцов разрушалась на границе поверхностей " металлизированная поверхность контактной площадки компонента припой " и в этой области было установлено наибольшее количество пор , то можно предположить , что уменьшение общей площади соприкосновения контактов в месте пайки обуславливает снижение устойчивости к воздействию срезающих усилий .

Остается исследовать вопрос и выяснить, а потом и снять причины появления пор с целью устранения этих слабых мест.

4. Нанесение флюса

Флюс в составе припойных паст служит не только для активации контактируемых металлических поверхностей, удаления с них окислов и предотвращения окисления припоя в процессе пайки (что необходимо для создания паяного соединения), но и обеспечивает требуемую растекаемость (реологию), а также изменение вязкости со временем (тиксотропность) при нанесении припойной пасты на коммутационную плату. Если состав припойной пасты имеет недостаточную вязкость, она будет растекаться, или "расползаться", что, несомненно, приведет к потере точности рисунка, обеспечиваемой трафаретом, а это в свою очередь может послужить причиной образования шариков припоя или перемычек в процессе пайки. Кроме того, количество припойной пасты, нанесенной на плату, в ряде мест может оказаться недостаточным из-за ее растекания по плате.

Для уменьшения растекания припойной пасты можно увеличить процентное содержание в ней порошка припоя. Можно также изменить химический состав флюса путем введения в него специальных вяжущих добавок (загустителей), но здесь нужно соблюдать меру, ибо в противном случае может произойти закупорка сопла дозатора или ячеек трафарета.

Флюс должен удалять окислы с контактируемых металлических поверхностей при пайке. Для эффективного протекания этого процесса очень важно правильно выбрать необходимый температурно-временной режим) пайки. Если во время разогрева платы температура повышается слишком быстро, то растворитель, входящий в припойную пасту в составе флюса, сразу испаряется, что приводит к потере активности флюса и разложению или выгоранию его компонентов; при этом расплавление припоя осуществляется неравномерно, а процесс пайки - непредсказуемо. Если же нагревательный цикл завершен преждевременно, то окислы в местах паяных соединений могут быть не полностью удалены. Формирование слоя припойной пасты рекомендуется производить в химически инертной атмосфере (для избежания окисления припоя).

Некоторые сборочно-монтажные системы разработаны с учетом этой возможности. Жидкий флюс может наноситься распылением, использоваться в пенообразователе в волновой технологии. Жидкий флюс представляет собой смесь растворителей (обычно изопропиловый спирт или другой растворитель с высокой температурой кипения) в которых растворены активаторы (обычно мягкие кислоты). Флюс может содержать канифоль, которая в нагретом состоянии обладает кислотными свойствами. К тому же, флюс может содержать смачивающие вещества, а также антикоррозионные добавки. Твердые составляющие, входящие в состав флюса, состоят из канифоли, смачивающих веществ и активаторов, количество которых отражено в процентном содержании по весу от всего количества флюса. Низкое содержание твердых веществ позволяет получать более чистый край паяного соединения (если используется безотмывочный флюс). При использовании "водосмывных" флюсов, остатки, полученные после пайки, требуют смывки, поскольку такие флюсы могут содержать повышенное количество кислот и галоидов (соединения с хлором, бромом, фтором или йодом). Если в состав флюса входят галоиды, это означает, что он обладает большей активностью и, следовательно, с помощью такого флюса можно паять трудно спаевыемые соединения. Но такие вещества не используются повсеместно, т.к. являются очень коррозионно-активными.

4.1 Нанесение флюса распылением

Метод распыления считается все более популярным. Метод распыления позволяет уменьшить расход флюса, обеспечить точное и равномерное нанесение флюса, уменьшить возможность образования капель.
Давление распыления флюса подбирается опытным путем. Если установить давление слишком низким капли флюса становятся больше и имеют нестабильный размер. В свою очередь, чрезмерно высокое давление может приводить к отражению флюса от печатной платы, это приводит вместо улучшения качества смачивания к большему расходу флюса, загрязнению печатных плат и оборудования. Необходимо проверить количество флюса нанесенного на печатную плату. Флюс должен покрывать всю поверхность равномерным слоем. В случае наличия «сухих» полос или пятен, следует немного увеличить давление и повторить эксперимент. Если проблема не устраняется путем незначительного увеличения давления, корректировку параметров процесса флюсования следует осуществлять в комбинации с изменением других параметров: скорости конвейера и режимами подачи флюса.

В случае применения флюсов с высокой плотностью, таких как VOC-free (флюсы на водной основе) давление распыления следует увеличить на 10 20% по сравнению с флюсами на спиртовой основе.

На рис. 23 изображена схема флюсования при помощи вращающегося сетчатого барабана. В барабан подают сжатый воздух, который, проходя через сетку, создает струю из мелких частиц жидкого флюса. На величину осаждаемого флюса оказывают влияние четыре параметра:

· скорость движения конвейера

· скорость вращения барабана

· давление воздуха

· вязкость флюса

При изменении этих параметров толщину слоя флюса можно менять в пределах от 1 до 10 мкм. К устройству флюсования предъявляют следующие требования:

· однородность нанесенного слоя флюса, толщиной от 1 до 10 мкм в сухом состоянии

· регулируемая скорость вращения барабана от 0 до 20 об/мин

· угол падения струи около 30° относительно поверхности платы

· давление воздуха переменное от 0 до 250 кПа (0-2.5 бар), без загрязнения парами масла

Рис. 23. Флюсование при помощи вращающегося сетчатого барабана

1 - жидкий флюс; 2 - сжатый воздух; 3 - сетчатый барабан; 4 - печатная плата

4.2 Метод пенного флюсования

Для нанесения флюса методом пенного флюсования применяются трубчатые фильтры, которые образуют мелкопузырчатую пену, обеспечивающую улучшенное смачивание, особенно при сквозной металлизации. Кроме того, такие фильтры обладают повышенной надежностью, меньше забиваются и даже выход из строя одного из элементов не ведет к нарушению производственного процесса. Заполните флюсователь до максимального уровня. Начинайте работу с минимального давления, постепенно увеличивая давление, добейтесь стабильной и качественной формы шапки пены. Конкретная величина давления зависит от конструкции системы пайки. Оптимальные условия нанесения флюса обычно достигаются при высоте шапки пены не более 2 см, при этом следует исключить затекание флюса на верхнюю сторону печатной платы.



Рис. 24. Пенное флюсование

1 - жидкий флюс; 2 - сжатый воздух; 3 - аэратор; 4 - печатная плата

Пену направляют на поверхность платы при помощи специального сопла. Плату перемещают вдоль сопла, при этом при этом флюсуется нижняя ее сторона. Лопающиеся пузырьки пены разбрызгивают флюс, который проникает во все отверстия платы. К пенному флюсующему устройству предъявляются следующие требования:

· установка должна создавать однородные диаметром 1…2 мм пузырьки, что можно достигнуть только при полностью свободных всех воздушных каналов аэратора

· высота пены должна регулироваться в диапазоне от 0 до 15 мм

· аэратор должен легко заменяться

· в случае отказа устройства флюсования процесс пайки должен немедленно прекращаться

5. Предварительный нагрев

Предварительный нагрев обеспечивает:

-Подогрев подлежащих пайке электронных компонентов с целью уменьшения термоудара.

-Удаление растворителя из флюса.

-Активацию флюса.

Выбор температуры предварительного нагрева зависит от конструкции печатных плат, а также от температуры испарения растворителя. Для флюсов на спиртовой основе общепринятыми являются следующие режимы

Тип печатной платы	Температура на плате
Односторонняя	80 - 90°C
Двухсторонняя	90-120°С
Многослойная (до 4-х слоев)	105-120°С
Многослойная (более 4-х слоев)	110-130°С

Особенное внимание следует уделить подогреву при работе с многослойными печатными платами, который должен обеспечить качество пайки сквозных металлизированных отверстий. Изменение температуры на стадии предварительного нагрева должно осуществляться со скоростью не более 2°С/сек. В случае недостаточного прогрева и неполного удаления растворителя флюса при пайке происходит выделение газов в волну припоя, это ухудшает смачивание и может приводить к непропаям вводов компонентов.

6. Технология нанесения припойной пасты

Процесс нанесения паяльной пасты зависит от большого числа составляющих:

- от характеристик оборудования - принтеров, держателей плат и др.;

- от трафаретов - формы и размеров отверстий, качества стенок отверстий, толщины трафарета;

- от параметров процесса нанесения пасты - скорости, угла атаки, давления и жесткости ракеля, скорости отделения трафарета, зазора между трафаретом и платой;

- от припойной пасты - размера частиц, объемного содержания металла, вязкости пасты, подвижности флюса;

- от параметров рабочего помещения - температуры, влажности, пыли.

Припойная паста может наноситься с помощью механических устройств для трафаретной печати (ручной способ), с помощью автоматических принтеров, с помощью дозаторов.

Дозаторы - устройства последовательной обработки, паста наносится по программе в определенном объеме на заданные точки ПП. Автоматический дозатор представляет собой рабочий стол, на который крепится обрабатываемая плата. Над рабочим полем перемещается дозатор, который осуществляет нанесение материалов на плату, для управления используется персональный компьютер. Ключевые параметры дозаторов: скорость дозирования (до 15 тыс. точек в час) и максимальный формат обрабатываемой платы (до 450x450 мм). Как и любой последовательный процесс, такой способ нанесения пасты занимает гораздо больше времени, чем трафаретная печать. Однако для дозатора не требуется разрабатывать и изготавливать трафарет. При малых объемах производства (единичные платы) для нанесения материалов можно применять и ручное дозирование.

Если на производстве изготавливается большое число конструкций плат при малом их количестве, то целесообразно применять метод дозирования, особенно при лабораторном производств, так как стоимость изготовления трафаретов (по одному на каждую сторону каждой разновидности плат) может оказаться больше стоимости изготовления самих плат. В случае промышленного производства, напротив, нанесение материалов методом дозирования нежелательно из-за низкой скорости процесса по сравнению с трафаретной печатью. На крупносерийных производствах стоимость трафаретов не вносит заметного вклада в общие расходы.

Устройства трафаретной печати могут быть как ручными, так и автоматическими.

Ручной принтер представляет собой сравнительно простое устройство: на металлической раме закрепляется трафарет, после чего раму крепят к рабочему столу, на котором находится плата, давление на ракель осуществляется оператором вручную. В автоматических принтерах все операции - совмещение трафарета и печатной платы, осуществление приводного давления на ракель, дозирование припойной пасты на трафарет - выполняются автоматически. Эти устройства могут работать как автономно, так и в составе производственной линии. Основные параметры автоматических принтеров: максимальный формат платы, который может достигать значения 510х510 мм, и скорость перемещения ракеля (до 150 мм/с).

6.1 Выбор припойной пасты

Припойные пасты, использовавшиеся ранее в производстве гибридных микросборок, были значительно улучшены применительно к технике поверхностного монтажа. Однако при разработке высоконадежного и экономически эффективного процесса изготовления изделий инженер-технолог должен выбрать припойную пасту с характеристиками, оптимально удовлетворяющими требованиям технологии производства конкретного изделия.

Характеристики припойных паст в первую очередь определяются их составом.

6.2 Состав припойных паст

Припойные пасты, как правило, представляют собой смесь мелкодисперсного порошка материала припоя со связующей жидкой основой; при этом содержание порошка припоя составляет приблизительно 88 % от веса всей смеси (обычно этот показатель меняется в пределах от 85 до 92 %). Однако чаще всего состав припойных паст выражают через соотношение ингредиентов материала припоя. Так, например, 63/37 означает содержание в составе материала припоя 63 % олова и 37 % свинца, а 62/36/2-62 % олова, 36% свинца и 2 % серебра. Хотя оба этих состава довольно часто используются для приготовления припойных паст в ТПМК, существуют некоторые опасения, что присутствие в составе припоя добавки серебра способствует ускорению процесса выщелачивания серебра, входящего в состав материала выводов компонентов для поверхностного монтажа.

Характеристики частиц в припойных пастах.

Характеристики частиц материала припоя в припойной пасте оказывают существенное влияние на качество паяного соединения. Наиболее важным параметром, характеризующим припойный материал, является размер частиц припоя, который выражается в мешах (единицах измерений при классификации номеров сит). Так, 200/+325 означает припойную пасту, частицы которой проходят через сито номер 200, но не проходят через сито номер 325 после предварительного удаления крупнодисперсных частиц, т. е. их размер лежит в диапазоне 44-74 мкм. Если припойная паста наносится на коммутационную плату методом трафарет-ной печати, рекомендуется применять припойную пасту, у которой максимальный размер частиц припоя составляет половину размера ячейки трафарета.

Форма частиц материала припоя также оказывает существенное влияние на процесс трафаретной печати; считается, например, что использование в составе паст частиц припоя сферической формы облегчает процесс трафаретной печати, в то время как наличие частиц другой, отличной от сферической, формы может способствовать появлению загрязнений (например, трафарета), затрудняющих процесс печати. Частицы неправильной формы могут, кроме того, способствовать ускорению процессов окисления материалов припоя. Пульверизация расплавленного припоя, с помощью которой наиболее просто получить порошко-образные припои, образует частицы преимущественно сферической формы. Использование паст со сферическими частицами припоя позволило достичь требуемую воспроизводимость техно-логического процесса от одной партии изделий к другой при формировании рисунка припойной пасты.

6.3 Общие замечания

Используемая припойная паста должна быть пригодна для реализации выбранного способа пайки, например в ПГФ либо с ИК-нагревом. Кроме того, паста должна быть совместима с остальными операциями технологического цикла. Пока еще трудно утверждать, нужна ли просушка припойной пасты после ее нанесения на плату с целью предотвращения быстрого испарения растворителя во время пайки и, соответственно, исключения вероятности искажения заданного рисунка припойного слоя. Просушка, несомненно, эффективна еще и с точки зрения улучшения фиксации компонентов, по крайней мере на период транспортировки собранной платы в зону пайки. И вместе с тем, если просушка паст применяется, то нужно принять соответствующие меры для предотвращения окисления припойного материала. При этом исправление брака и удаление припойной пасты существенно усложняются.

Промежуток времени между нанесением припойной пасты на коммутационную плату и процессом пайки является еще одним фактором, который нужно учитывать при выборе пасты; длительный промежуток времени может привести к ухудшению электрофизических параметров пасты. Припойная паста не должна ухудшать свои параметры не только в условиях термообработки при повышенной температуре, но и в условиях циклического воздействия температуры, которым подвергается плата как в процессе пайки, так и на других этапах изготовления изделия.

В дополнение к этому припойная паста должна быть стойкой к воздействию химических реактивов, используемых в ТПМК, особенно во время очистки смонтированных плат, в процессе которой применяются органические растворители на основе хлора и фтора, а также вода. Несомненно, припойная паста должна быть совместима с материалами коммутационной платы, а также с технологическими процессами, в которых она участвует. Распространенными материалами выводов или внешних контактов электронных компонентов являются золото, серебро, палладий-серебро, медь, а также луженая медь, и припойная паста должна выбираться таким образом, чтобы исключить выщелачивание этих материалов в местах пайки и повысить надежность паяного соединения.

6.3 Трафаретный метод нанесения припойной пасты

Наиболее важным в массовом производстве печатных плат, является метод трафаретного нанесения припойной пасты, в котором паста продавливается через трафарет (окна) на контактные площадки печатной платы. Припойная паста уже содержит в себе и припой, и флюс, а их пропорция одна из важных характеристик пасты. Материалом трафарета может быть как сплав никеля, так и нержавеющая сталь. Отверстия в трафарете обычно прорезаются лазером или протравливаются.

В массовом производстве этот метод эффективен, но относительно не гибок, так как свой собственный трафарет (причем несколько) требуется для каждой платы. Гибкость достигается только за счет быстрой смены трафарета и автоматического распределения пасты. Основные этапы этого метода показаны на рис.24.

Рис.24 Основные этапы

При проведении скребком по поверхности трафарета припойная паста продавливается сквозь отверстия в трафарете на контактные площадки. Наиболее важной фазой этого процесса является продвижение пасты вдоль поверхности трафарета, она должна продвигаться с правильной силой, углом и скоростью. Трафарет и скребок должны быть чистыми и паста должна иметь строго определенные характеристики для этой силы, угла и скорости. Ошибки в этих параметрах приводят к плохим характеристикам пайки, такие как непропай и другие. Практика показывает, что больше половины ошибок всего процесса сборки печатных плат приходятся именно на процесс нанесения припойной пасты. Преимуществом метода трафаретного нанесения припойной пасты является то, что паста может быть нанесена слоем до 300 мкм с очень высокой точностью. Также трафарет позволяет наносить пасту толщиной до 0,65 мм(рис.25)

Рис.25 Устройства трафаретной печати

6.4 Дисперсный метод нанесения припоя

Довольно часто встречающимся методом нанесения припойной пасты, применяемым в штучном и мелкосерийном производстве, является диспенсорный метод, в котором используется диспенсер - шприц.

На рис. 26 показано: 1 - крышка; 2 - давящий воздух; 3 - поршень; 4 - припойная паста; 5 - цилиндр; 6 - сопло; 7 - контактная площадка.

Автоматическая дозировка осуществляется в соответствии с данными САПР при помощи сжатого воздуха. Паста поступает в виде "капель" непосредственно на контактные площадки печатной платы. Преимуществом диспенсорного метода является высокая гибкость его применения. Этим методом можно наносить пасту на контактные площадки толщиной от 0,75 мм.

Рис. 26- устройство для нанесения припоя дисперсным методом.

6.5 Контроль примесей в припое

Контроль примесей осуществляется путем химического анализа припоя.

Проверка включает:

* Выборочный анализ нового припоя загружаемого в ванну (при пополнении или замене)

* Анализ в ванне установки пайки волной припоя проводится не реже 1 раза в месяц для установок с загрузкой ванны 100-110 кг и не реже 1 раза в 3 месяца для установок с загрузкой больше 300 кг.

6.5.1 Рекомендации по взятию проб

Оловянно-свинцовые сплавы при затвердевании проявляют тенденцию к расслаиванию при медленном охлаждении, в результате этого на отдельных участках может происходить обогащение припоя примесями, что приводит к неправильным результатам анализа. Поэтому для взятия проб рекомендуется:

* Обеспечить температуру в ванне с припоем не ниже 240°С

* Использовать черпак для взятия проб из нержавеющей стали

* Взятие проб производится при включенных волнообразователях

Результаты анализа должны содержать процентно-весовые доли следующих элементов: Си, Ag, Au, Zn, A1, Cd, Sb, As, Bi, Fe, Ni, P. Точность измерений должна составлять 0,001%.

6.5.2 ПДК примесей в припое

Если степень загрязнения припоя для пайки превышает установленные нормы, то следствием этого являются технологические дефекты. В связи с этим на предприятиях внутренними нормативами должны устанавливаться допустимые максимальные степени загрязнения припоя и определяться периодичность анализа припоя.

Влияние примесей на качество расплавленного припоя приведено в таблице 3. Как видно из таблицы, требования отечественных и зарубежных нормативных документов "слегка" отличаются.

Следовательно, наиболее дешевые припои, даже удовлетворяющие требованиям отечественного ОСТ 4Г 0.054.267, не обязательно наиболее экономичны с точки зрения срока жизни в ванне, надежности и качества паяных соединений.

6.5.3 Корректировка состава припоя

При превышении хотя бы одного из предельно допустимых показателей по примесям ванна для пайки считается не пригодной для использования. Однако в очень редких случаях необходима полная замена содержимого ванны, как правило, замене подвергается лишь часть припоя. Превышение допустимого предела для каждого элемента примеси (А) может быть определено по формуле

А = ((С - В) / В) * 100%

где С - результат анализа, В - допустимое значение.

В результате удвоения полученного результата определяется количество припоя подлежащего замене, при этом степень загрязнения ванны по данной примеси уменьшается до 50% предельно допустимого значения.

Пример: Измеренное содержание Cu в ванне составило 0,28%. Предельно допустимое содержание Cu в ванне 0,25%. Содержание ванны 500 кг.

А = ((0,28 - 0,25) / 0,25) * 100% = 12% (превышение допустимой концентрации примеси Cu на 12%). Таким образом, количество припоя подлежащего замене составляет 24% от объема ванны.

Замена 24% от 500 кг = 120 кг. Необходимо заменить 120 кг припоя в ванне новым припоем.

Снизить концентрацию следующих примесей в припое также возможно с применением перфорированного черпака:

Cu до 0,17 - 0,19%, Fe до 0,01% и Au до 0,15%

Таблица 3

Наименование примесей ПДК примесей в ванне припоя, %

Влияние превышения предельно допустимой концентрации (ПДК) примесей в припое на качество пайки по ОСТ 4Г0.054.267 по зарубежным стандартам .

Медь 0,50 0,05 - 0,08

Припой более вязкий, поверхности паек зернистые, увеличивается время смачивания, припой прилипает к плате

Золото 0,20 0,08

Образуются хрупкие соединения с оловом и свинцом, приводящие к снижению прочности паяного соединения, тусклая поверхность пайки

Железо 0,02 0,01-0,02

Зернистая поверхность пайки, образуется FeS2

Алюминий

Цинк

Кадмий 0,008

0008

0,008 0,001- 0,005

0,001 - 0,005

0,001 - 0,005

Повышает температуру плавления, зернистая и тусклая поверхность пайки, увеличивается скорость окисления поверхности расплавленного припоя, снижается коэффициент растекания припоя.

Висмут 1,0 0,05 - 0,1

Потускнение припоя и поверхности паяного соединения

Отсутствие припоя плохое смачивание.

Определяется по отталкиванию припоя от поверхностей, которые должны быть спаяны.

Причины Методы корректировки

Высокое содержание защитного масла в волне Откорректировать содержание и распределение масла в волне.

Неправильное соотношение диаметров отверстия и вывода компонента.

Изменить конструкцию отверстия. Увеличить время пайки

Недостаточное время и температура пайки.

Повысить время/температуру пайки

Недостаточная активность флюса/загрязнение флюса.

Проконтролировать плотность, качество и количество наносимого флюса Флюс должен покрывать всю поверхность печатной платы равномерным слоем без пропусков и пятен. Проконтролировать чистоту флюса.

Высокая скорость конвейера Откорректировать скорость конвейера.

Чрезмерное загрязнение припоя, попадание шлама на плату.

Проконтролировать содержание примесей в припое, произвести его замену

Отсутствие контакта плат с припоем

Отрегулировать расстояние между волной и печатной платой

Плохая паяемость плат и компонентов Проконтролировать паяемость плат и компонентов.

Загрязнение печатных плат Очистить платы перед сборкой

Разбрызгивание шариков припоя

Определяется по очень маленьким сферическим каплям припоя, разбрызганных по поверхности печатной платы.

Причины. Методы корректировки

Выделение газа. Неполное испарение растворителя флюса на стадии предварительного нагрева. Присутствие влаги. Увеличить время или температуру предварительного нагрева. Обеспечить просушку печатных плат перед сборкой.

Неравномерность волны

Повысить равномерность волны

Высокая плотность флюса

Откорректировать плотность флюса

Низкая температура предварительного нагрева Увеличить температуру предварительного нагрева

Высокая скорость конвейера Снизить скорость конвейера

Пористая структура паяльной маски Используйте качественную паяльную маску

Перемычки припоя

Причины

Методы корректировки

Недостаточная активность или количество флюса Использовать более активный флюс, увеличить плотность флюса

Низкая температура пайки Увеличить температуру пайки.

Недостаточный подогрев печатных плат Увеличить температуру, время предварительного нагрева.

Загрязнение припоя, попадание шлама на плату

Откорректировать содержание примесей в припое, удалить шлам

Неправильная ориентация микросхем по направлению к волне припоя

Конструкция печатных плат должна соответствовать требованиям стандарта IPS-SM-782A

Неоптимальный угол выхода платы из волны припоя Откорректировать угол наклона конвейера.

Сосульки и шипы припоя

Причины

Методы корректировки

Недостаточная активность или количество флюса Использовать более активный флюс, увеличить плотность флюса.

Высокая скорость конвейера Снизить скорость конвейера

Неоптимальный угол выхода платы из волны припоя Откорректировать угол наклона конвейера.

Оптимальный угол - 7°

Низкая температура пайки Увеличить температуру пайки

Большие открытые контактные площадки Изменить конструкцию платы. Использовать более активный флюс

Плохая паяемость плат Очистить платы перед сборкой

7. Очистка плат после пайки

Обычная ПП содержит много внутренних полостей (в том числе и под компонентами), имеющих выход на поверхность через узкие вертикальные зазоры между компонентами или их выводами. Эти полости способны удерживать продукты разложения флюса и другие загрязнения, которые могут стать источниками коррозии или причиной проникновения внутрь корпусов компонентов веществ, вызывающие повышенные токи утечки. Усиленные попытки очистить плату, например, с помощью органических растворителей, сами по себе могут вызвать механические повреждения или коррозию.

Как правило, загрязнения бывают либо полярными (ионы), либо неполярными. Свободные ионы, особенно электроотрицательные, обладающие высокой химической активностью, быстро вступают в реакцию с металлом коммутационных дорожек и вызывают коррозию. Неполярные загрязнения ухудшают адгезию припоя, свойства защитного покрытия и электрический контакт для функционального испытания микросборки.

Органические растворители в соответствии с их очистной способностью можно разделить на три группы. Гидрофобные - не смешиваются с водой, используются для растворения органических загрязнений, например канифоли и жиров. Гидрофильные - смешиваются с водой, растворяют полярные и неполярные соединения, причем последние в меньшей степени, чем гидрофобные растворители. Азеотропные - представляют собой в основном смесь вышеуказанных типов растворителей. В их состав обязательно входят такие ингредиенты, как фреон-113 или тетрахлордифторэтан, с добавками спиртов и стабилизирующих ингредиентов.

Очистка изделий с применением растворителей может быть реализована погружением плат в ванну с растворителем, равномерным по полю платы или направленным в виде струй опрыскиванием, либо комбинацией обоих методов. Может применяться ультразвуковое перемешивание при очистке плат в ванне с растворителем. На эффективность очистки может повлиять ряд факторов, в том числе расположение компонентов. Компоненты должны размещаться на поверхности платы таким образом, чтобы их корпуса не загораживали друг друга при движении потока растворителя. Прерывания движения платы и остановки во время пайки волной припоя должны быть сведены к минимуму, чтобы флюс нигде не задерживался в полостях платы. Если используются чувствительные компоненты, рекомендуется обрабатывать микросборки в потоке растворителя. При этом необходимо обеспечить максимальную однородность потока растворителя, а интервал времени между пайкой и очисткой уменьшить до минимума.

8. Контроль печатных плат

На всех стадиях сборочно-монтажных операций выполняются операции контроля: входной контроль, операционный контроль, выходной контроль. По степени охвата большинство операций относятся к сплошному контролю, т.е. проверке подвергаются все модули. Обнаруженные дефекты фиксируются в сопроводительной документации на узел для последующего устранения, для статистического учета и с целью выявления и устранения причин их появления. Протоколирование дефектов в соответствии с программой ведет и автоматическое оборудование.

Визуальный контроль с помощью оператора - самый распространенный способ. Оборудование - микроскоп с увеличением от 2 до 10 крат. Качество контроля зависит от квалификации оператора. Такой контроль применяется в лабораторных условиях или на опытном производстве. В сборочных линиях контроль осуществляют автоматические установки.

Автоматическая оптическая инспекция (АОИ). Автоматизированный контроль реализуется в ходе четырех основных этапов технологического процесса: нанесения припойной пасты, позиционирования компонентов, отверждения адгезива и проверки после пайки.

Очень важна оптимизация процесса трафаретной печати припойной пасты, поскольку она служит источником дефектов пайки (перемычек и непропаев), а дефекты, связанные с пайкой, являются основной причиной отбраковки изделий на выходном контроле. Настоятельно рекомендуется контроль собранных плат после отверждения адгезива. Вследствие недостаточного или чрезмерного количества нанесенного адгезива компоненты могут оказаться приподнятыми под углом по отношению к поверхности платы или установленными с разворотом (смещенными в плоскости платы).

Это способствует появлению дефектов при пайке. Отсутствие конвейера для транспортировки коммутационных плат и перемещение плат вручную (после позиционирования компонентов) в камеру для отверждения адгезива может привести к смещению компонентов.

АОИ позволяет контролировать:

- нанесение припойной пасты (недостаточное, избыточное, неточное, позиционирование трафарета);

- качество позиционирования компонентов (отсутствие/наличие компонента, точность позиционирования, включая разворот по горизонтали и вертикали, несоответствие полярности или номера вывода, дефект вывода, наличие посторонних предметов);

- качество паяного соединения (короткое замыкание, непропай, несмачиваемость, излишек или недостаток припоя).

Основой АОИ является формирование изображений объектов и анализ характерных особенностей их элементов. Двухмерное изображение объекта формируется оптическими матрицами. Для повышения контрастности изображения используют дополнительное освещение инспектируемой поверхности. Типичными параметрами установки являются: стандартное поле зрения (порядка 30х50 мм) и поле высокочеткого зрения (порядка 6х8 мм), скорость сканирования (до 18ч36 см²/сек) и количество одновременно обрабатываемых изображений (как правило, более 70). Используются монохромные системы, двух- и трехцветовые (самые распространенные). Фон теплового излучения от платы и компонентов может создавать помехи, компенсация помех выполняется программными средствами. Изображение оцифровывается, и формируется матрица, несущая информацию об объекте. Сформированная картинка может сравниваться с эталонным изображением платы или с информацией о сборке на основании данных CAD и Gerber-файлов. Такие системы позволяют выполнять 100%-ный контроль плат со скоростью до 150 000 компонентов в час, но чувствительны к смене материала платы и компонентов. Большинство АОИ хорошо обнаруживают дефекты расположения компонентов и с меньшим успехом различают дефекты нанесения припойной пасты или качество пайки.

Оптические системы на основе лазеров могут формировать 3-х мерное изображение объектов. Они применяются и для двумерного анализа сборок, особенно в тех случаях, когда наблюдаемые элементы имеют малую высоту или небольшое различие по контрасту (отверстия, реперные точки). Лазерные системы в составе автоматических сборщиков не формируют изображение объекта, а анализируют отражение от компонента, и если присутствует тень вместо отраженного луча, то компонент пропущен при установке и система выдает соответствующее сообщение.

Рентгеновские контрольные технологические установки (РКТУ). Для контроля качества внутренних слоев ПП и качества пайки некоторых типов компонентов применяется анализ изображений, полученных с помощью рентгеновских установок. Изображение внутренних слоев МПП и паяных соединений шариковых выводов корпусов типа BGA, скрытых под днищем микросхемы, может быть получено благодаря высокой проникающей способности рентгеновских лучей и разной способности материалов поглощать рентгеновские кванты. Проникающая способность излучения зависит от его энергии, которая определяется напряжением на рентгеновской трубке. Для пластика ПП достаточно напряжения в 30 кВ, для исследования паяных контактов BGA компонента требуется напряжение 100 кВ. Опасности для персонала такое излучение не представляет, поскольку оно полностью поглощается достаточно тонкими металлическими защитными стенками.

Рентгеновские лучи позволяют получать изображения с разрешением от 0,5 до единиц микрон. Существуют определенные сложности формирования увеличенного изображения объекта в рентгеновских лучах, поскольку для них не существует линз и других элементов обычной оптики. Основная задача лежит на алгоритмах обработки изображения, конвертированного детектором квантов в электрический сигнал. Достаточно хорошо с помощью РКТУ идентифицируются дефекты пайки (непропаи и короткие замыкания), скрытые под корпусами микросхем. С помощью рентгеновского контроля можно обнаружить дефекты типа пустот внутри паяных соединений. Широкое применение рентгеновский контроль нашел в производстве МПП для обнаружения дефектов ширины внутренних проводящих дорожек, расслоения диэлектрика и других. Однако установки весьма дороги, для них характерна низкая скорость контроля, повышенные эксплуатационные расходы.

Электрический контроль. При тестировании электрическим методом платы устанавливаются на адаптеры, построенные по принципу «поля контактов». Для обнаружения коротких замыканий и обрывов используется низкое напряжение (10 В). Высоким напряжением (500 В) тестируется изоляция на утечку и пробой. Наличие тестовых контактов в переходных отверстиях позволяет с высокой точностью локализовать обрывы. Тестирование плат при помощи этого метода занимает несколько секунд. Самой ответственной частью тестеров является тестовый контакт, так как именно от качества контактирования зависит достоверность информации. Тестовые контакты содержат подпружиненную контактирующую часть.

Тестирование многослойных ПП имеет определенные сложности. Обычные способы («поле контактов», «летающие пробники») позволяют найти цепи с имеющимися короткозамкнутыми слоями или проводниками, однако они не определяют их точного местоположения. Если учесть, что стоимость некоторых МПП достаточно велика, то можно говорить о рентабельности оборудования, позволяющего локализовать и устранять такие дефекты. Для точного определения места межслоевого короткого замыкания применяется оборудование, работающее по методу «векторного поиска». Суть его в том, что на область предполагаемого дефекта подается напряжение питания, после чего отслеживается зависимость изменения величины протекающего тока от положения пробника на ПП. В основе приборов с такой технологией применяются очень точные миллиомметр, микровольтметр и миллиамперметр.

9. Заключение

Данная курсовая работа посвящена анализу существующих технологических процессов монтажа на поверхность, рассмотрены основные виды технологических процессов монтажа ЭРЭ. Рассмотрены различные методы пайки, более подробно был раскрыта инфракрасная пайка.Также была проведена сравнительная характеристика этого метода пайки с другими(спайкой в парогазовой фазе и пайкой волной припоя).

В курсовой работе даны рекомендации по взятию проб для правильного получения результатов анализа, а также методы корректировки с дефектами пайки волной припоя. Также были освящены методы нанесения флюса и припойной пасты. В заключении рассматривались методы контроля печатных плат.

В результате анализа и проделанной работы, был сделаны выводы о том, что применение ИК пайки является перспективным направлением в технологии поверхностного монтажа, которой обеспечивает уменьшение затрат на эксплуатацию оборудования при одновременном повышении качества паяных соединений.

ИК нагрев выгодно отличается тем, что имеет более простое оборудование, которое намного экономичнее и более целесообразно для поверхностного монтажа современных изделий.

10. Список литературы

1. Основы технологии поверхностного монтажа/ Сускин В.В. - Рязань: Узорочье, 2001 - с.160.

2. Медведев А.М. Печатные платы. Конструкции и материалы. - М.: Техносфера, 2005.

3. Из истории технологий печатных плат. Электроника: НТБ, 2004, № 5.

4. Новинки электронной техники. Фирма Intel возвещает эру трехмерных транзисторов. Альтернатива традиционным планарным приборам // Электроника-НТБ, 2002, № 6.

5. Медведев А.М. Технология производства печатных плат. - М.: Техносфера, 2005.

6. Мэнгин Ч., Макклеланд С.Технология поверхностного монтажа.М:Мир.1990

7. Зворыкин Д.В., Прохоров Ю.И. Применение лучистого инфракрасного нагрева в электроннлй промышленности.М.:Энергия 1990.

8.Кундас С.П., Достанко А.П.,Ануфриев Л.П. Технология поверхностного монтажа/Минск:Армита.2000

9. Ватанабе Риочи. Замечательная идея от фирмы Samsung // Компоненты и технологии. Приложение: Технологии в электронной промышленности, 2005, № 5.

10. Http://www.urazaev.narod.ru

11. Цветков Ю. Микротехнология - универсальная основа производства современной электроники // Компоненты и технологии. Приложение. Технологии в электронной промышленности, 2005, № 4.

12. Медведев А.М. Летняя конференция - 2005 Европейского института печатных схем // Компоненты и технологии. Приложение: Технологии в электронной промышленности, 2005, № 4.

13. Http://lmis2.epfl.ch/articles/pdt/16.pdf

14. Ляйзинг Г., Штар Й. Тенденции развития печатных плат // Компоненты и технологии. Приложение: Технологии в электронной промышленности, 2005, № 5.

15. Справочник по композиционным материалам. Под ред. Д. Любина. Пер. с англ. - М.: Машиностроение, 1988.

16. Уразаев В.Г. Все взаимопроникает, все… // Компоненты и технологии. Приложение: Технологии в электронной промышленности, 2005, № 1.

17. Петров В. Серия статей "Законы развития систем" // Http://www.trizland.ru/trizba.php?id=108

18. Алферов Ж.И. Полупроводниковая электроника в России. Состояние и перспективы развития // Электроника: НТБ, 2003, № 4.

19.www.ersa.ru

20.www.ostec.ru/smt

21.Монтаж на поверхность: Технология. Контроль качества/ В.Н. Григорьев, А.А. Казаков, А.К. Джинчарадзе и др.; Под общей редакцией И.О. Шурчкова М.: Издательство стандартов, 1991 - с.184.

22. Краткий справочник по поверхностному монтажу/ http://www.pribor.ru www.aimsolder.com.

23. ГОСТ 17325. Пайка. Термины и определения.

Размещено на Allbest.ru