Пайка волной припоя — это процесс объемной пайки, используемый для изготовления печатных плат . Печатная плата пропускается над поддоном с расплавленным припоем, в котором насос создает подъем припоя, который выглядит как стоячая волна . Когда печатная плата соприкасается с этой волной, компоненты припаиваются к плате. Пайка волной припоя используется как для сквозных печатных плат, так и для поверхностного монтажа . В последнем случае компоненты приклеиваются к поверхности печатной платы (ПП) с помощью оборудования для размещения , прежде чем пройти через волну расплавленного припоя. Пайка волной припоя в основном используется для пайки компонентов сквозных отверстий.
Поскольку компоненты сквозного монтажа в значительной степени были заменены компонентами поверхностного монтажа , пайка волной была вытеснена методами пайки оплавлением припоя во многих крупномасштабных электронных приложениях. Тем не менее, пайка волной все еще широко используется там, где технология поверхностного монтажа (SMT) не подходит (например, большие силовые устройства и разъемы с большим количеством выводов) или где преобладает простая технология сквозного монтажа (некоторые крупные приборы ).
Существует множество типов машин для пайки волной припоя, однако основные компоненты и принципы работы этих машин одинаковы. Основное оборудование, используемое в процессе, — это конвейер, который перемещает печатную плату через различные зоны, поддон с припоем, используемый в процессе пайки, насос, который создает фактическую волну, распылитель для флюса и подложка для предварительного нагрева. Припой обычно представляет собой смесь металлов. Типичный свинцовый припой состоит из 50% олова, 49,5% свинца и 0,5% сурьмы. [1] Директива об ограничении использования опасных веществ (RoHS) привела к продолжающемуся переходу от «традиционного» свинцового припоя в современном производстве в пользу бессвинцовых альтернатив. Обычно используются как сплавы олова-серебра-меди, так и олова-меди-никеля, причем один из самых распространенных сплавов (SN100C) состоит из 99,25% олова, 0,7% меди, 0,05% никеля и <0,01% германия. [2]
Флюс в процессе пайки волной припоя имеет первичную и вторичную цель. Первичная цель — очистить компоненты, которые должны быть спаяны, в основном от любых оксидных слоев, которые могли образоваться. [3] Существует два типа флюса: едкий и неедкий. Неедкий флюс требует предварительной очистки и используется, когда требуется низкая кислотность. Едкий флюс быстрый и требует небольшой предварительной очистки, но имеет более высокую кислотность. [4]
Предварительный нагрев помогает ускорить процесс пайки и предотвратить тепловой удар . [5]
Некоторые типы флюсов, называемые «безотмывочными» флюсами, не требуют очистки; их остатки безопасны после процесса пайки. [6] Обычно безотмывочные флюсы особенно чувствительны к условиям процесса, что может сделать их нежелательными в некоторых приложениях. [6] Однако другие виды флюсов требуют стадии очистки, на которой печатная плата промывается растворителями и/или деионизированной водой для удаления остатков флюса.
Качество зависит от правильной температуры нагрева и от правильной обработки поверхностей.
Для создания припоя используются различные комбинации олова, свинца и других металлов. Используемые комбинации зависят от желаемых свойств. Наиболее популярными комбинациями являются сплавы SAC (Tin(Sn)/Silver(Ag)/Copper(Cu)) для бессвинцовых процессов и Sn63Pb37 (Sn63A), который представляет собой эвтектический сплав, состоящий из 63% олова и 37% свинца. Эта последняя комбинация прочная, имеет низкий диапазон плавления, быстро плавится и застывает (т. е. нет «пластичного» диапазона между твердым и расплавленным состояниями, как у старого сплава 60% олова / 40% свинца). Более высокие составы олова придают припою более высокую коррозионную стойкость, но повышают температуру плавления. Другой распространенный состав - 11% олова, 37% свинца, 42% висмута и 10% кадмия. Эта комбинация имеет низкую температуру плавления и полезна для пайки компонентов, чувствительных к теплу. Требования к окружающей среде и производительности также влияют на выбор сплава. К распространенным ограничениям относятся ограничения по свинцу (Pb), когда требуется соответствие RoHS, и ограничения по чистому олову (Sn), когда важна долгосрочная надежность. [7] [8]
Важно, чтобы печатные платы охлаждались с разумной скоростью. Если они охлаждаются слишком быстро, то печатная плата может деформироваться, а припой может быть нарушен. С другой стороны, если печатная плата охлаждается слишком медленно, то печатная плата может стать хрупкой, а некоторые компоненты могут быть повреждены из-за нагрева. Печатную плату следует охлаждать либо мелкодисперсным распылением воды, либо воздушным охлаждением, чтобы уменьшить количество повреждений платы. [9]
Тепловое профилирование — это процесс измерения нескольких точек на печатной плате для определения теплового отклонения, которое она проходит в процессе пайки. В электронной промышленности SPC (статистический контроль процесса) помогает определить, находится ли процесс под контролем, измеряя его в соответствии с параметрами оплавления, определенными технологиями пайки и требованиями к компонентам. [10] Такие продукты, как Solderstar WaveShuttle и Optiminer, были разработаны как специальные приспособления, которые проходят через процесс и могут измерять температурный профиль, а также время контакта, параллельность волн и высоту волн. Эти приспособления в сочетании с аналитическим программным обеспечением позволяют инженеру-технологу устанавливать и затем контролировать процесс пайки волной. [11]
Высота волны припоя является ключевым параметром, который необходимо оценить при настройке процесса пайки волной припоя. [12] Время контакта между волной припоя и спаиваемым узлом обычно устанавливается в пределах от 2 до 4 секунд. Это время контакта контролируется двумя параметрами на машине: скоростью конвейера и высотой волны; изменение любого из этих параметров приведет к изменению времени контакта. Высота волны обычно контролируется путем увеличения или уменьшения скорости насоса на машине. Изменения можно оценить и проверить с помощью закаленной стеклянной пластины; если требуется более подробная запись, доступны приспособления, которые в цифровом виде регистрируют время контакта, высоту и скорость. Кроме того, некоторые машины для пайки волной припоя могут предоставить оператору выбор между гладкой ламинарной волной или волной «танцора» с немного более высоким давлением.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )