Опубликовано в журнале "Печатный монтаж"№6/2016
Ефанов Валерий, старший менеджер по продажам технологического оборудования ООО "Совтест АТЕ"
Тенденция миниатюризации SMT-компонентов не оставила в стороне и традиционные выводные компоненты, монтируемые "в отверстия", все еще широко используемые в электронных изделиях. Уменьшение габаритов компонентов и увеличение их функциональности неизбежно приводит к уменьшению шага их выводов. Это, в свою очередь, создает сложности при пайке таких компонентов. Компания Vitronics Soltec, имея большой опыт и являясь мировым лидером в области разработки и производства машин и технологических процессов пайки, предлагает свои решения для пайки Fine pitch компонентов, монтируемых в отверстия на ПП.
СЕЛЕКТИВНАЯ ПАЙКА
Близкое расположение друг к другу выводов компонентов, монтируемых в отверстия на ПП, создает сложности при их пайке. Особенно это касается компонентов, выводы которых располагаются в один или несколько рядов. Наиболее распространенным дефектом при пайке таких Fine pitch компонентов является образование перемычек между выводами компонента. Наиболее эффективным, по сравнению с ручной пайкой и пайкой волной, в данном случае является применение селективной пайки, так как она обеспечивает:- лучшую повторяемость по сравнению с пайкой волной и ручной пайкой;
- стабильность прогрева выводов компонентов;
- менее жесткие требования к конструкции печатной платы;
- сокращение количества образуемых шлаков;
- меньший расход флюса.
- пайка смачиваемыми наконечниками;
- пайка несмачиваемыми наконечниками;
- пайка мультиволной.
ПАЙКА СМАЧИВАЕМЫМ НАКОНЕЧНИКОМ
Для пайки используется специальный паяльный наконечник конической формы, наружная поверхность которого полностью смачивается припоем (рис.1). Расплавленный припой вытекает из наконечника во всех направлениях и равномерно стекает по его стенкам. Во время пайки печатная плата располагается горизонтально над наконечником. Благодаря тому, что припой вытекает из наконечника равномерно со всех его сторон, пайка таким наконечником методом протягивания может осуществляться в любом направлении по осям X и Y.
Рис.1. Смачиваемый наконечник для пайки Fine pitch компонентов
Пайка смачиваемым наконечником проводилась на нескольких печатных платах, содержащих компоненты с шагом выводов 1,27 и 1,0 мм и имеющих раз- личные диаметры контактных площадок и различную длину выступающей части вывода компонента со стороны пайки. В результате пайки оценивалось влияние конструктивных и технологических параметров на процесс образования перемычек между выводами во время пайки. По результатам пайки установлено, что значительное влияние на процесс образования перемычек оказывает длина части вывода, выступающей со стороны пайки: перемычки при пайке отсутствовали только в тех случаях, когда эта длина была небольшой. Для гарантированного отсутствия перемычек при пайке Fine pitch компонентов длина вывода, выступающего со стороны пайки, должна находиться в пределах от 0,2 до 0,5 от шага выводов компонента.
Результаты пайки показаны на рис.2 и рис.3.
Рис.2. Результаты пайки смачиваемым наконечником компонентов с шагом выводов 1,27 мм
Рис.3. Результаты пайки смачиваемым наконечником компонентов с шагом выводов 1,0 мм
ПАЙКА НЕСМАЧИВАЕМЫМ НАКОНЕЧНИКОМ
Несмачиваемый наконечник (рис.4) обеспечивает формирование направленной миниволны припоя – аналогично процессу, происходящему при волновой пайке.
Рис.4. Несмачиваемый наконечник
Наконечники изготавливаются из специального термостойкого материала и обладают значительно более длительным сроком службы, чем смачиваемые наконечники. К тому же с помощью несмачиваемых наконечников можно осуществлять пайку при более плотном монтаже компонентов на ПП.
С целью повышения качества пайки несмачиваемыми наконечниками и исключения дефектов образования перемычек между выводами компания Vitronics Soltec разработала и внедрила в своих машинах селективной пайки опцию SDC – "азотный нож". Принцип действия этой опции заключается в том, что во время пайки, осуществляющейся методом протягивания, на передний фронт миниволны подается направленный поток горячего азота (рис.5). При этом предотвращается захлестывание припоя через переднюю часть наконечника и тем самым исключается образование перемычек между выводами компонентов.
Рис.5. Пайка несмачиваемым наконечником: слева – без системы SDC; справа – с использованием системы SDC
Как и в первом случае, пайка проводилась на нескольких платах, содержащих компоненты с шагом выводов 1,27 и 1,0 мм и имеющих различные диаметры контактных площадок и различную длину выступающей части вывода компонента со стороны пайки.
По результатам пайки (рис.6) установлено, что значительное влияние на ее качество оказывает объем потока азота, подаваемого через систему SDC. При этом определено, что перемычки не образуются при значительно большей длине выступающей части выводов, чем при пайке смачиваемым наконечником. Для гарантированного отсутствия перемычек при пайке Fine pitch компонентов с помощью несмачиваемого наконечника с системой SDC длина выступающей части вывода может находиться в пределах от 0,7 до 1 от шага выводов компонентов, при этом объем подаваемого через систему SDC азота должен составлять от 8 до 10 л/мин.
Рис.6. Результаты пайки несмачиваемым наконечником компонентов с шагом выводов 1,0 мм
ПАЙКА МУЛЬТИВОЛНОЙ
Мультиволна представляет собой систему с несколькими наконечниками (мультиплита, рис.7), сконфигурированными под конкретную плату и обеспечивающими групповую пайку всех выводов на ПП методом погружения их в стоячую волну, сформированную в каждом наконечнике. Пайка мультиволной обеспечивает максимальную производительность при сохранении всех преимуществ селективной волны.
Рис.7. Мультиплита
Для обеспечения одинаковой высоты волны и температурной стабильности припоя в наконечнике, независимо от его диаметра и формы, каждый наконечник имеет систему бокового слива – SideFlow (рис.8). Система SideFlow позволяет формировать в наконечнике стоячую волну без перелива припоя через край наконечника и обеспечивает в нем стабильность температуры припоя.
Рис.8. Наконечники с системой бокового слива SideFlow
Для улучшения результатов пайки и исключения образования перемычек между контактами, особенно при пайке Fine pitch компонентов, компания Vitronics Soltec использует на наконечниках запатентованную систему экранов (рис.9).
Рис.9. Система экранов на наконечнике
Пайка Fine pitch компонентов с помощью мультиволны выполнялась на таких же платах, как и в предыдущих случаях.
По результатам пайки установлено, что, как и при пайке смачиваемым наконечником, значительное влияние на качество пайки оказывает длина части вывода, выступающей со стороны пайки, и наличие на наконечнике экрана. Перемычки при пайке наконечником с экраном отсутствовали только у компонентов с шагом выводов 1,27 мм и более и с небольшой длиной вывода. Для гарантированного отсутствия перемычек при пайке Fine pitch компонентов длина части вывода, выступающей со стороны пайки, должна находиться в пределах от 0,2 до 0,5 от шага выводов компонента, а также необходимо наличие на наконечнике экрана.