Введение

Процесс пайки электроники

Волновая пайка — это процесс массовой пайки, используемый при производстве печатных плат. Печатная плата проходит над ванной с расплавленным припоем, в которой насос создает восходящий поток припоя, напоминающий стоячую волну. При контакте платы с этой волной компоненты припаиваются к плате. Волновая пайка применяется как для сборки печатных плат с сквозными отверстиями, так и для поверхностного монтажа. В последнем случае компоненты приклеиваются к поверхности печатной платы (PCB) с помощью оборудования для установки, а затем проходят через волну расплавленного припоя. Волновая пайка в основном используется для пайки компонентов с сквозными отверстиями. Поскольку компоненты с сквозными отверстиями в значительной степени заменены компонентами поверхностного монтажа, волновая пайка во многих крупномасштабных электронных приложениях уступила место методам оплавления припоем. Однако волновая пайка все еще широко используется там, где технология поверхностного монтажа (SMT) не подходит (например, для мощных устройств и разъемов с большим количеством контактов) или где преобладает простая технология сквозных отверстий (некоторые крупные бытовые приборы).

Процесс волновой пайки

Существует много типов машин для волновой пайки; однако основные компоненты и принципы этих машин одинаковы. Основное оборудование, используемое в процессе, включает в себя конвейер, перемещающий плату через различные зоны, ванну с припоем, используемую в процессе пайки, насос, создающий волну припоя, распылитель для флюса и предварительный нагревательный модуль. Припой обычно представляет собой смесь металлов. Типичный свинцовый припой состоит из 50% олова, 49,5% свинца и 0,5% сурьмы. Директива об ограничении использования опасных веществ (RoHS) привела к постепенному переходу от "традиционного" свинцового припоя в современном производстве к бессвинцовым альтернативам. Обычно используются сплавы олово-серебро-медь и олово-медь-никель, при этом один из распространенных сплавов (SN100C) содержит 99,25% олова, 0,7% меди, 0,05% никеля и менее 0,01% германия.

Поток

Поток в процессе волновой пайки имеет основную и вторичную задачу. Основная задача – очистить компоненты, подлежащие пайке, главным образом от оксидных пленок, которые могли образоваться. Существует два типа флюсов: коррозионные и некоррозионные. Некоррозионные флюсы требуют предварительной очистки и используются, когда необходима низкая кислотность. Коррозионные флюсы обеспечивают быструю пайку и требуют минимальной предварительной очистки, но обладают более высокой кислотностью.

Предварительная нагрев

Предварительный нагрев ускоряет процесс пайки и предотвращает термический шок.

Уборка

Некоторые типы флюсов, называемые "без остатка", не требуют очистки; их остатки безвредны после процесса пайки. Как правило, флюсы без остатка особенно чувствительны к условиям технологического процесса, что может делать их нежелательными в некоторых областях применения.

Влияние скорости охлаждения

Важно, чтобы печатные платы охлаждались с разумной скоростью. Если они охлаждаются слишком быстро, то плата может деформироваться, а пайка может быть нарушена. С другой стороны, если печатная плата охлаждается слишком медленно, то она может стать хрупкой, и некоторые компоненты могут быть повреждены из-за тепла. Плату следует охлаждать либо мелким распылением воды, либо охлажденным воздухом, чтобы уменьшить повреждения платы.

Термическая профилировка

Термическая профилировка — это измерение температуры в нескольких точках на печатной плате для определения тепловой истории, которую она переживает в процессе пайки. В электронной промышленности SPC (статистический контроль процесса) помогает определить, находится ли процесс под контролем, путем сравнения с параметрами оплавления, заданными технологиями пайки и требованиями к компонентам. Для продуктов, таких как Solderstar WaveShuttle и Optiminer, были разработаны специальные приспособления, которые проходят через процесс и могут измерять температурный профиль, время контакта, параллельность волны припоя и ее высоту. Эти приспособления в сочетании с аналитическим программным обеспечением позволяют инженеру-технологу устанавливать и контролировать процесс волновой пайки.

Высота волны сварки

Высота волны припоя — ключевой параметр, который необходимо оценивать при настройке процесса волновой пайки. Время контакта между волной припоя и платой, подлежащей пайке, обычно устанавливается в пределах от 2 до 4 секунд. Это время контакта регулируется двумя параметрами машины: скоростью конвейера и высотой волны. Изменение любого из этих параметров приведет к изменению времени контакта. Высота волны обычно регулируется увеличением или уменьшением скорости насоса. Изменения можно оценивать и проверять с помощью закаленного стеклянного листа. Если требуется более детальная регистрация, доступны приспособления, которые цифровым образом записывают время контакта, высоту и скорость волны. Кроме того, некоторые волновые паяльные машины предоставляют оператору возможность выбора между гладкой ламинарной волной и волной "танцовщицей" с немного большим давлением.