2.3. Процессы нагрева при пайке

2.3.1. Общие вопросы монтажной пайки

Различают селективный нагрев монтажных точек и групповой.

При селективной пайке нагрев ведется от точки к точке, так что все монтажное изделие и монтируемые элементы при этом остаются холодными. К селективной пайке относятся пайки нагретым инструментом: паяльником, нагретым электродом, ИК-, световым или лазерным лучами.

Процесс пайки состоит из флюсования места пайки, нагрева до расплавления и смачивания его припоем, фиксации вывода элемента относительно контактной площадки и остывании в фиксированном состоянии. Только ручной паяльник совмещает в себе одном эти функции. Но паяльник — ручной инструмент, управляемый человеком, поэтому процесс пайки паяльником с трудом поддается управлению. В связи с этим λ-характеристика паек, выполненных вручную, по всем стандартам оценивается на два-три порядка хуже максимально достижимой. Остальные виды селективной пайки поддаются разделению операций: нанесение флюса, припоя, придавливание для соприкосновения соединяемых поверхностей, нагрев соединяемых элементов до полного смачивания, остывание.

Флюсование, как правило, ведут любым групповым или селективным (с помощью дозатора) способом.

Если для качественной пайки необходимо дозированное нанесение припоя, его осуществляют либо «жирным» лужением соединяемых поверхностей, либо селективным нанесением паст припоя. Пасту припоя — вязкую смесь флюса с тонко диспергированным припоем — наносят на монтажные элементы печатных плат либо методом трафаретной печати, либо селективно манипулятором с дозатором - диспенсером. Точное дозирование нанесения пасты необходимо для образования галтели припоя правильной формы, соответствующей размеру (объему) паяного узла с образованием скелетной пайки. Передозировка пасты приводит к образованию заливной (неразрешенной) пайки. Недостаточная доза не позволяет полностью сформировать качественный паяный узел.

При импульсной пайке (одной из разновидностей селективной пайки) тепловая энергия поступает в зону пайки путем кондуктивной теплопередачи от поверхности специального электрода, нагреваемого импульсом тока. Цикл пайки состоит из:

• придавливания холодным электродом группы выводов к монтажным элементам печатной платы;

• включения импульса тока для нагрева электрода до расплавления заранее нанесенного припоя;

• выдержки для образования сплавного соединения;

• выключения тока и остывания электрода и пайки;

• подъема электрода (снятия давления электрода на выводы компонента);

• перехода инструмента в новую позицию.

Такая последовательность манипуляций при импульсной пайке позволяет жестко регламентировать режимы пайки при недостаточной определенности положения выводов компонентов над поверхностью монтажных площадок.

При лучевых методах селективной пайки прижим выводов к монтажным элементам должен обеспечиваться точной формовкой выводов и строгой дозировкой нанесения припоя перед пайкой. Фиксация прижима выводов осуществляется приклеиванием корпуса компонента к плате.

Групповые методы нагрева при пайке предполагают общий нагрев всего электронного узла до температур пайки или односторонний нагрев поверхности, на которой расплавляют припой для образования паяных галтелей: пайка волной припоя, ИК-нагрев, конвекционный нагрев в печи в среде инертного газа, конденсационный нагрев подготовленного узла в парах высококипящей жидкости, погружение в горячую жидкость.

Чтобы предотвратить термоудар, перед основной зоной пайки или перед вводом изделия в нагретую среду его предварительно и постепенно подогревают. Этим существенно снимаются температурные градиенты и вызываемые ими значительные термомеханические напряжения, что существенно поднимает надежность электронных узлов.

Использование групповых методов пайки сопровождается интенсивным нагревом монтажной подложки. В качестве материалов подложек в подавляющем большинстве случаев используют композиционные материалы: стеклоэпоксидные композиты, гетинаксы, полиэфирные композиты. Все они имеют макрокапиллярность и уже только за счет этого гигроскопичны. Гетинаксы, например, поглощают до равновесного состояния 3% влаги. При быстром нагреве до температур паек влага интенсивно (за несколько секунд) испаряется, пары за короткое время пайки не успевают выйти из объема нагрева и создают внутреннее давление, способное разорвать или расслоить изделие. Для предотвращения «термического взрыва» перед групповой пайкой необходимо предусматривать глубокую сушку плат и последующее хранение высушенного задела в сухом боксе или вакуумной упаковке.