Хвильові способи пайки - студопедія

Спосіб пайки хвилею (wave soldering), вперше запропонований в 1955 р в Анг-ща, - в даний час самий рас-рення в промисловості для пайки друкованих плат великосерійному-го і масового виробництва ЕА. Пре-майна цього способу полягають у високій продуктивності внаслідок її вія механізованого руху плат щодо припою і можливості створення автоматизованих устано-вок, що включають повний комплекс операцій: знежирення, флюсування, підігрів, пайку, відмивання від флюсу і сушку, у взаємодії плати з чистою поверхнею припою в корот-кий проміжок часу, що знижує термоудар, викривлення діелектрика, перегрів елементів. Недоліки - велика маса припою у ванні (100 - 500 кг), підвищені габарити обору-нання, більше окислення припою.

Технологічні основи методу пай-ки хвилею обумовлені характером взаємодії потоку припою і плати. Головною умовою високої роздільної здатності пайки хвилею, що дозволяє без перемичок, містків і бурульок припою паяти плати з малими за-зорамі між друкованими провідниками, є створення тонкого і рівномірний-ного шару припою на провідниках плати, що в свою чергу сприяє фор-мування паяних з'єднань «скелет-ної» форми. Процес пайки складається з трьох етапів: входження плати в при-співай (точка А на рис. 6.4), контактування з припоєм (відрізок АВ) і ви-ходу з припою (точка В).

Рис.6.4. Схема взаємодії хвиль припою і плати:

а- одностороння хвиля; б - двостороння хвиля.

На першому етапі напрямок фон-танірованія хвилі VA сприяє видаленню парів флюсу із зони реак-ції (як при симетричній двусто-ронней, так і при спрямованій односторонньої хвилі). На другому етапі смуга розтікання припою по платі АВ в поєднанні зі швидкістю конвеєр-ера Ук визначає час пайки. При двосторонньої хвилі цей час біль-ше, що забезпечує більш повне за-конання припоєм металізований-них отворів. Збільшення часу взаємодії, однак, підвищує товщину припою на друкованих провід-никах до певної межі.

Остаточне формування тол Київщини шару відбувається на виході плати з хвилі припою в точці В При цьому в однобічній хвилі про-дольная складова швидкості фон-танірованія VB віднімається з швидкості конвеєра, при цьому змиваються надлишки припою і тоншає залишати-шийся шар припою .

При односторонній хвилі більш сприятливими є горизон-тальне положення конвеєра, поло-гаю форма і можливо велика ско-кість циркуляції припою. Глибина «пірнання» зазвичай становить 0,6-0,8 товщини плати, але може досягати 1,5-2,0 товщини з носовою козир-ком в передній частині касети. У дво-сторонньої хвилі швидкість VB склади-ється зі швидкістю конвеєра VК і сприяє утворенню напливів. Таким чином, у двосторонній хвилі необхідно прагнути до підвищення кута нахилу, збільшення крутизни хвилі та зменшення швидкості фон-танірованія.

Одностороння хвиля застосовувалася в установці пайки АП-4, яка мала конвеєр, що рухався зі швидкістю до 1,5 м / хв, і блок створення хвилі. Внаслідок ряду недоліків ця уста-новка знята з виробництва. Двусто-ронняя хвиля використовується в лінії пайки ЛПМ-300 та встановлення TDF фірми Hollis, що мають швидкість кон-Вейєри до 2,5 м / хв, пінний флюсователь, підсушування флюсу.

В технології групової пайки електронних блоків на ПП поряд з односторонньою і двосторонньою пара-боліческіе хвилями застосовують віл-ни інших профілів (рис.6.5): пло-ську (або широку), вторинну (або «відображену»), дельта-, лямбда і омега-хвилі.

Мал. 6.5Профілі волі для групової пайки:

а -плоский, б подвійна, в -Дельта, г -лямбда

Плоска, або широка, хвиля має протяжність до 70-90 мм, що збіль-лічівает площа контакту між платою і припоєм і дозволяє підви-шать продуктивність процесу пайки за рахунок збільшення швидкості руху плати до 3 м / хв (установ-ка ASTRA фірми Hollis (США)). Як і добная конфігурація хвилі позволя-ет отримувати якісні паяні з-єднання при меншій температурі припою, ніж при пайку хвилею пара-боліческіе форми. До недоліків даної хвилі відноситься збільшена відкрита поверхню розплаву, спо-влас утворення оксидних плівок в припої. Вторинна хвиля об-разуется за рахунок похилого отражате-ля з одного боку сопла, що забезпечує утримання певного коли-пра припою у вигляді хвилі меншої висоти. Температура у вторинній віл-ні менше, ніж в основний. За рахунок взаємодії плати і вторинної хвилі відбувається оплавлення бурульок припою і повторна пайка з'єднань.

Дельта-хвиля характеризується сто-ком припою в одну сторону, для чого одна стінка сопла виконана удли-ненной, а також великим напором припою, що забезпечує більш глиб-кую хвилю, яка застосовується для пайки елементів з подовженими ви-водами, наприклад роз'ємів з виведення-ми під накрутку. Недолік - біль-Шая залежність висоти хвилі від ступеня нагнітання припою і праця-ність її підтримки на постійному рівні.

Лямбда-хвиля, запропонована фір-мій Electrovert (Канада), використовує насадку складної форми, має перед-ний з боку плати крутий слив припою і довгий практично гори-зонтальним профіль хвилі на виході плати. На вході плати в хвилі фор-мируется прискорений потік припою, що володіє хорошим змочувальним дією і проникаючою здатне-стю На виході встановлюється практично нульова швидкість плати щодо припою, а поступове збільшення кута між платою і по-поверхнею припою усуває образо-вання напливів та бурульок. Такий про- філь хвилі дозволяє вести качест-судинну пайку багатошарових плат з щільним монтажем і використовується в установці WSV фірми Electrovert, де висота хвилі регулюється від 13 до 19 мм при швидкості конвеєра до 5,4 м / хв.

Серійно випускаються лінії ме-ханізірованной пайки ЛПМ-300 і ЛПМ-500 вже не задовольняють за своїми технічними параметрами сучас-менним вимогам, тому на від-ділових підприємствах вони піддалися модернізації. Так, на базі ЛПМ-300 розроблена установка УПМ-300, маю-щая:

- плавне регулювання швидкості руху транспортера від 0,3 до 3,0 м / хв;

- електромагнітний розподільник повітря, який припиняє піноутворення флюсу при виключенні дві-гатель транспортера;

- пристрій для автоматичної зупинки плати над секцією термо-радіаційного сушіння для кращого підігріву плат товщиною понад 1,5 мм;

- подачу захисної рідини як на хвилю припою, так і на поверхню плати в ванні.

На лінії SOLTEX (Голландія) осу-ється двоступенева пайка за наступною схемою: пінне флюсового-ня - підігрів - пайка протягуванням третьому по поверхні припою зі скоро-стю 1,5 м / хв - охолодження - про-різання висновків фрезою з подзаточкой і пневматичним реверсом - очищення щітками - флюсування - піді-грев - пайка хвилею припою. При цьому скорочується витрата припою, забезпечується однорідність паяних з'єднань із заданою висотою виводи-дов над поверхнею плати.

У 80-х рр. при масової пайку віл-ної припою виникли нові пробле-ми. Подальша мікромініатюріза-ція компонентів привела до збільшен-ня щільності компонування, розміри провідників на платі зменшилися до 0,25 мм, а зазори - до 0,125 мм, число висновків на компонент зросла з 2-3 до 68. З'явилися безвиводние «чіпові» компоненти, монтовані поверхнею. Традиційні уста-новки вже не забезпечували виконан-ня основної функціональної мети хвильової пайки - залишати на платі рівно стільки припою, скільки требу-ется для освіти надійного електро-тричних контакту. Що залишається на платі надлишок припою викликає обра-тання з'єднань заливний форми, які менш надійні, ніж з'єднань-ня видимого контуру, і сприяє виникненню перемичок і бурульок припою.

Прикладом нового підходу до техно-логії масової пайки хвилею припою є концепція «повітряного але пані», запропонована фірмою Hollis En-gineering (рис. 6.6).

Рис.6.6. Схема «повітряного ножа».

Потік гарячого повітря, спрямований на плату 1. уда-ляет з її поверхні надлишки при-співаючи, перемички і бурульки. Сопло 2 виготовляється з нержавіючої сталі і має достатню масу для удер-жания тепла. Вбудовані нагрівачі всередині сопла забезпечують нагрівання повітря до температури 375-390 ° С при тиску 0,3 МПа. Гарячий воз-дух спрямовується на паяемую сторону плати через 6-8 с після її виходу з хвилі під кутом 40-42 ° на расстоя-ванні до 20 мм від поверхні плати. Оскільки нагрів повітря сопровожда-ється значними витратами електро-енергії, установки оснащують автомати-ної системою, що включає по-дачу повітря при виході плати з хвилі. «Повітряний ніж» використовує-ся в установках GBS Mark 3 і SPS фірми Hollis, що мають модулі двой-ної хвилі припою, попередній ІК-підігрів плат з двох сторін і максимальну швидкість конвеєра - до 3,6 м / хв.

Для обмеження кількості при-співаючи на друкованих провідниках в техно-логії масової пайки застосовують па-яльние маски у вигляді сухої фотополі-мірної плівки, що наноситься на по-поверхню плати вакуумним ламінов-вання і експонується ультра-фіолетовим випромінюванням. Маска типу BAKREL фірми Du Pont (США) ма-тово-зеленого кольору має гарну адгезію до поверхні плати, устра-няет освіту перемичок припою і захищає друкований монтаж від Клима-тичних впливів. Маски випус-каються товщиною 50, 75 і 100 мкм і забезпечують необхідну геометрію паяних з'єднань з фотографіч-ської точністю.

До сих пір технологія хвильової пайки не вимагала високої кваліфі-кації виконавця, так як багато змінні фактори процесу не контролювалися. Скорочення шлюбу і забезпечення високого відсотка ви-ходу придатних збірок (до 90% і вище) можливе шляхом комп'ютеризації процесу хвильової пайки. Комп'ютер дозволяє не тільки покращувати качест-під з'єднань, але і збільшувати в 10 і більше разів швидкість контролю. Для реалізації комп'ютерного управ-ня необхідно для кожної електрон-ної збірки сформувати матрицю параметрів, таких як тип друкованої плати, довжина висновків елементів, ско-кість і ширина конвеєра, температура підігріву плати, щільність флюсу, температура пайки та ін. Компьютері- зация дозволяє забезпечувати ста-більність якості паяних з'єднань-ний в масовому виробництві. Мікро-процесорними системами управ-ня оснащені установки SPS фірми Hollis, Gemini 400 FM фірми Sensbey (Японія), NFS300 фірми Zevatron (Німеччина).

Для утворення хвилі припою в установках пайки використовують механічні-етичні нагнітачі, тиск повітря або газу, УЗ-коливання і електромагнітних-нітних нагнітачі. Механічний нагнітач працює за наступним принципом (рис.6.7). У замкнуту порожнину /, на кінці якої устанав-ливают сопло 2, постійно нагнітає-ся розплавленийприпой за допомогою крильчатки, розташованої на валу 5, пов'язаному клиноременной переда-чий з електродвигуном. Плата 4 вхо-дит в хвилю припою під кутом а. Ви-сота гребеня хвилі 3 регулюється через трансформаційних змін числа обертів електродвиг-гатель постійного струму шляхом изме-нения напруги живлення за допомогою на-гою регульованого автотрансформа-тора. Така конструкція найбільш проста, проте недоліком її являє-ся наявність в розплаві припою вра-щающую деталей. Це вимагає до-виконавчими блокувань від включе-ня двигуна при нерозплавленому припое.

Мал. 6.7 Схема механічного нагнітача

Ще простіше використовувати для ство-ня хвилі припою тиск повітря або газу, що подається в замкнуту порожнину. Однак на практиці примі-ня повітря призводить до окислення припою, а використання інертного газу економічно недоцільно.

Для створення невеликої по розмі-ру хвилі припою можуть використовувати-ся УЗ-коливання, що вводяться в припой за допомогою спеціального випромінювача. Однак конструктивно складно «Хіба-мовити» випромінювач з ванною припою, хвиля має дуже невеликі розмі-ри і утруднена пайка плат з зви-ними розмірами. Тому більш раціонально вводити УЗ-коливання в хвилю припою, створювану механічного-ськими нагнітачами.