Пайка печатных плат (оплавлением, наплавлением). Оборудование, режимы

Основной установкой в техпроцессе поверхностного монтажа по-видимому следует считать печь пайки. Задача этого технологического оборудования (печи пайки) - обеспечить возможность создания температурного профиля, оптимального для формирования качественного паяного соединения.

Качество реализации этой задачи оказывает значительное влияние на формирование качественного паяного соединения.

Профиль (рис.31) должен обязательно содержать этапы предварительного нагрева, выдержку для активации флюса, этапы оплавления и охлаждения.

Наиболее распространенный вопрос, касающейся печей оплавления, это вопрос «Сколько же зон должно быть в печи?» - Количество зон обусловлено в первую очередь требуемой производительностью линий, т.к. большое кол-во зон позволяет увеличить скорость конвеера, сохраняя при этом необходимый профиль пайки. Кроме того, чем больше зон в печи, тем более гибко возможно формирование профиля пайки.

Оптимальным количеством зон для многономенклатурного производства с точки зрения соотношения: производительность/гибкость / простота подбора термопрофиля / стоимость - будет вариант когда печь имеет 4-6 зон нагрева.

Следующий вопрос: камерные или конвеерные печи?

Для мелко серийного, прототипного производства вполне подходят установки камерного типа. В камерных печах имеется всего один объем в котором температура меняется с течением времени по заранее заданному профилю, причем каждый профиль заносится в память установки и может иметь несколько зон (те же 4-6). Производительность таких печей ниже по сравнению с печами конвейерного типа, но они занимают существенно меньше места в цеху и дешевле. Камерные печи так же как и конвейерные могут быть оснащены модулем подачи азота или аргона для осуществления пайки в среде инертного газа.

Поэтому при выборе СТО очень важно соблюсти оптимальное соотношение цена/качество пайки. Выбор опять-таки за технологами.

Среди оборудования для пайки оплавлением наиболее распространенным является оборудование для конвекционной пайки . По сравнению с другим способами пайки оплавлением конвекционная пайка обладает рядом преимуществ.

По сравнению с ИК пайкой это:

- Отсутствие зависимости от цвета компонента ( связано с физикой поглощения излучения).

- Отсутствие зависимости от высоты компонента ( связано с наличием градиента температуры в зависимости от расстояния до источника излучения).

То есть оборудование конвекционной пайки лишено главного недостатка печей ИК пайки - наличия градиента температуры на компонентах разной высоты и цвета.

По сравнению с пайкой в паровой фазе это:

- Возможность реализации бескислородной пайки при использовании наполнения азотом. На конвейерных конвекционных установках при оснащении их системами подач инертного газа (азота) удается добиваться очень высокого качества формирования паяных соединений, сравнимых с пайкой в паровой фазе, а оборудование конвекционной пайки дешевле установок пайки в паровой фазе по стоимости владения и значительно более гибкое и универсальное в многономенклатурном техпроцессе.

- Гибкость выбора профиля.

Эти печи имеют как правило 6-10 зон, что позволяет гибко формировать различные профили нагрева (для различных припоев и для клея) (запись «рецепта» в программе и вызов его из памяти оборудования возможен одним кликом).

Указанные преимущества обуславливают широкое распространение конвекционной пайки и снижение распространения ИК пайки и пайки в ПФ.

Следующий вопрос - волна или селективная пайка?

Оба эти метода относятся к пайке наплавлением (flow soldering), когда паяные соединения формируются припоем из установки непосредственно во время операции пайки. В отличии от рассмотренных ранее методов пайки оплавлением (reflow soldering), когда нанесение дозы припоя и формирование паяного соединения при нагреве свыше температуры расплавления припоя принципиально разнесены по разным операциям. При этом волна, как правило, используется при наличие в электронных модулей большого количества компонентов монтируемых в отверстия (рис 32).

Перед пайкой волной электронный модуль должен быть профлюсован. На рис. 33 приведены различные варианты технической реализации этого этапа. Модуль флюсования может быть интегрирован в установку пайки волной.

В последнее время получило широкое распространение использование волны и для пайки электронных модулей с поверхностным монтажем. В основном этот метод применяется в серийном производстве по-видимому в связи с его высокой производительностью. Типовой пример печатной платы с поверхностным монтажем под пайку волной – компьютерные материнские платы (вар. 3, рис.16,на стр 26). Но волна используется и для более сложных конфигураций рисунков с компонентами поверхностного монтажа. При этом неоходимо иметь ввиду, что использование волны при пайке печатных плат с элементами поверхностного монтажа требует учета определенных условий:

- Качество пайки зависит от расположения ламелей относительно направления движения волны.

- Имеют место эффекты тени.

- Метод склонен к образованию сосулек и перемычек припоя.

- Для уменьшения окисления припоя рекомендуется использовать припои с минимальным количеством примесей или добавлять в припой добавки-антиокислители.

Рис. 34 иллюстрирует проблемы пайки волной связанные с направлением движения электронных модулей относительно волны припоя; непропаи, связанные с эффектом тени; элементы рисунка посадочных мест, минимизирующие образование сосулек и перемычек припоя.

Еще одним вариантом, позволяющим хотя бы частично решить описанные выше проблемы и использовать волну для пайки электронных модулей с поверхностным монтажем, (хотя бы некоторые из них , например материнские платы компьютеров) стала т. н. «двойная волна» (рис. 35). Она состоит из турбулентной и ламинарной волны. При сохранении высокой производительности первая илиминирует проблему направления и тени ( т. е бурлит и проникает во все труднодоступные места). Вторая подбирает сосульки и перемычки, возникшие после первой.

Селективная же пайка (рис. 36) является альтернативой ручному монтажу и позволяет полностью автоматизировать весь техпроцесс пайки электронных модулей смешанного монтажа, содержащих компоненты, монтируемые и на поверхность и в отверстия. Использование установок селективной пайки существенно снижает влияние субъективного фактора., а также позволяет пропаивать места с интенсивным теплоотводом.

Установки селективной пайки бывают с разной степенью формирования числа паек за раз. Чем больше паек, формируемых за раз, тем меньше универсальность. Как правило, эти установки используются в случаях когда на электронных модулях поверхностного монтажа имеется относительно небольшое количество соединений в отверстия. При этом партии электронных модулей достаточно велики, либо существенна воспроизводимость паяных соединений (актуально снижение субъективного фактора).