6.5.1. Термопрофиль

Термовременные профили оплавления обычно рекомендуются поставщиками паяльных паст. Минимальную температуру выбирают, исходя из температуры плавления эвтектического припоя, так чтобы произошло полное смачивание спаиваемых поверхностей для образования правильной паяной галтели. При этом приходится учитывать размер сферических частиц припоя и характер флюса в паяльной пасте, активность спаиваемых поверхностей, теплоемкость компонентов, глубину пропая. Для эвтектического припоя Sn63/Pb37 это температура Т₁, от 200 до 225 °С. Типично для других сплавов минимальная температура Т₁, приблизительно на 15...20 °С выше температуры ликвидуса.

Верхнее ограничение температуры пайки Т₂ создает максимально возможная температура кратковременного нагрева компонентов, специально устанавливаемая в их сертификатах, если это ограничение оправдано низкой устойчивостью компонентов к режимам пайки. С учетом метрологической погрешности верхний предел нагрева устанавливают на 5° меньше установленной для самого «нежного» компонента. Если наличие таких компонентов не дает возможности установить нормальный температурный диапазон пайки, их устанавливают и паяют вручную или локально лазером.

Превышение температуры Т₂ и времени пребывания в зоне плавления опасно не только для «нежных» компонентов, но и возможностью интенсивного образования интерметаллоидов, термодеструкции материалов плат и компонентов, снижающих надежность электронных изделий.

Очевидно, температурный градиент, устанавливающийся в печи, должен укладываться в диапазон (Т₂ – Т₁). Чтобы не выйти из этих пределов, в печи создают несколько зон, так чтобы скорость нагрева-охлаждения при движении конвейера не превышала 4 °С в секунду или меньше. На рис. 12 показан типичный температурный профиль при пайке оплавлением. В первой зоне предварительного нагрева плата нагревается до 100 °С. Во второй зоне, непосредственно перед зоной плавления, нагрев достигает уровня 150...170 °С (для Sn63/Pb37). Зону оплавления изделие проходит за 20...30 с так, чтобы температура его нагрева в экстремуме уложилась в диапазон (Т₂ – Т₁). Скорость охлаждения также должна быть регламентирована.

Рис. 6.37. Классификационный температурный профиль, рекомендуемый стандартом IPC JEDEC J STD 020С

Для измерения температурного профиля обычно используют термоста-тированный блок термопар, так что холодные спаи находятся в термостате, а горячие - в точках измерения. Блок снабжен устройством записи температуры. Большая часть таких приборов питаются автономно от встроенных аккумуляторов. Термопары подсоединяют к «легким» и «тяжелым» компонентам, на краях платы и вблизи центра. Таким образом удается получить максимально достоверные результаты измерений.

Классификационный температурный профиль, рекомендуемый стандартом IPCJEDECJSTD020С (июль 2004 г.) показан на рис. 6.37 с расшифровкой контрольных точек в табл. 6.4.

Таблица 6.4. Параметры классификационного температурного профиля, рекомендуемая стандартом IPC JEDEC J STD 020C (июль 2004 г.)

Параметры профиля	Sn-Pb	Pb - free
Скорость нарастания температуры от Tsmax до Тр	3 °С в секунду, макс	3 °С в секунду, макс
Предварительный нагрев Tsmin Tsmax Время нарастания от Tsmin до Tsmax	100 °С 150°С 60... 120 секунд	150 °С 200°С 60... 120 секунд
Параметры оплавления Температура перехода TL Время оплавления tL	183°С 60... 150 секунд	217°С 60... 150 секунд
Параметры профиля	Sn-Pb	Pb - free
Максимальная температура	см. табл. 4 - 1	см. табл. 4-2
Время нахождения в температур­ном диапазоне от (Tip - 5) до Тр	10 ... 30 секунд	20 ... 40 секунд
Скорость снижения температуры	6 °С в секунду, макс	6 °С в секунду, макс
Время нарастания температуры от 25 °С до Тр	6 минут максимум	8 минут максимум

При пайке компонентов обратной стороны платы трудно рассчитывать, что тяжелые компоненты на нижней стороне удержатся за счет поверхностного натяжения припоя. Для определения необходимости их приклейки обычно руководствуются упрощенной оценкой: масса компонента в граммах, деленная на суммарную монтажную площадь компонента в квадратных дюймах, не должна превышать 30.

Пайка в атмосфере азота стала обычным явлением в производствах, где желают достичь высокого уровня надежности. Использование нейтральной среды обусловлено недостаточной активностью флюсов в растворении окислов втечение всего цикла пайки, термоокислительной деструкцией материалов электроизоляционных элементов конструкций электронных модулей. Пайка в атмосфере азота оставляет гораздо меньше дефектов и в меньшей степени травмирует материалы. А если говорить об использовании дешевых финишных покрытий печатных плат на основе органических ингибиторов (OSP — organic solderability preservatives), то повторная пайка, которая бывает нужна для пайки второй стороны платы, особенно нуждается в нейтральной среде для предотвращения окисления монтажных площадок. Конечно, использование азота требует организации станции непрерывного газоснабжения, но альтернативой ему может быть только обильное нанесение флюса с относительно большим объемом сухого остатка, требующего тщательной отмывки и соответствующих расходов.

Независимо от высокого уровня автоматизации сборочно-монтажных работ по-прежнему остаются актуальными ручные паяльные и ремонтные станции фирм Расе, Weller (Cooper Tools), ERSA. К этому ряду прибавилась фирмы Kohler и MARTIN. Безусловно, ремонтные и наладочные работы должны быть снабжены всеми видами инструментов для демонтажа, снятия лака, напайки перемычек, очистки, подлакировки и т.д.