Технологические основы индивидуальной пайки

Индивидуальная пайка применяется при монтаже блоков в условиях мелкосерийного производства, а также во всех случаях ремонтных работ. ТП индивидуальной пайки состоит из следующих операций: фиксации соединяемых элементов, нанесения дозированного количества флюса и припоя, нагрева места пайки до заданной температуры и выдержки в течение фиксированного времени, охлаждения соединения без перемещения паяемых деталей, очистки и контроля качества соединения.

Для обеспечения надежности паяных соединений предусматривают:

· механическое закрепление элементов и монтажных проводников на контактных лепестках и гнездах при объемном монтаже;

· выбор оптимальных зазоров в конструкции паяных соединений между поверхностями монтажных элементов.

При пайке оловянно-свинцовыми припоями такие зазоры определяются по формуле

,

где d _отв — диаметр металлизированного отверстия; d _в — диаметр вывода ЭРЭ.

Основные типы монтажных соединений в производстве ЭА показаны на рис.6.16. Пайка выводов 1 в неметаллизированные отверстия печатных плат 2 (рис. 6.16, а) отличается тем, что припой 3 не полностью заполняет монтажное отверстие. Вследствие этого снижается механическая прочность соединения, повышается вероятность отслоения контактных площадок 4. Соединение с полным пропаем металлизированного отверстия (рис. 6.16, б) получается при рациональном выборе зазора и большом времени пайки в условиях хорошей смачиваемости металлизированного отверстия. Соединение, показанное на рис. 6.16, в, формируется при точном совмещении вывода с контактной площадкой (фиксация элемента).

рис. 6.16. Типы монтажных соединений

Температура пайки выбирается из условия наилучшей смачиваемости припоем паяемых деталей и отсутствия значительного теплового воздействия на паяемые элементы. Практически она на 20—50 °С выше температуры плавления припоя. Как видно из графической зависимости (рис. 6.17), на участке А смачивание недостаточное, С — максимальное, В — оптимальное (не вызывает перегрева припоя и паяемых материалов).

рис. 6.17. Зависимость площади смачивания от температуры припоя

рис. 6.18. Термический цикл пайки паяльником

Требуемый температурный режим при индивидуальной пайке обеспечивается теплофизическими характеристиками применяемого паяльника:

· температурой рабочего конца жала;

· степенью стабильности этой температуры, обусловленной динамикой теплового баланса между теплопоглощением паяемых деталей, теплопроводностью нагревателя и теплосодержанием паяльного жала;

· мощностью нагревателя и термическим КПД паяльника, определяющими интенсивность теплового потока в паяемые детали.

В технологии ЭА поддержание на заданном уровне температуры жала паяльника является весьма важной задачей, поскольку при формировании электромонтажных соединений на печатных платах с использованием микросхем, полупроводниковых приборов и функциональных элементов, термочувствительных и критичных к нагреву, возможны выход из строя дорогих и дефицитных элементов, снижение надежности изделия. Особенно критична к температурному режиму ручная пайка паяльником, которая имеет следующие параметры: температура жала паяльника 280—320 °С, время пайки не более 3 с. Однако из-за интенсивной теплоотдачи сначала в припой, набираемый на жало, а затем в паяемые элементы температура рабочей части жала паяльника снижается на 30—110 °С и может выйти из оптимального температурного интервала пайки (рис. 6.18).

Соотношение времени пайки и продолжительности пауз между пайками должно обеспечить восстановление рабочей температуры паяльного жала. Длительность восстановления зависит от теплопроводности жала, его длины, эффективной мощности нагревателя и степени охлаждения при пайке. Рекомендуемые мощности паяльников: для пайки ИМС и термочувствительных ЭРЭ 4, 6, 12, 18 Вт, для печатного монтажа 25, 30, 35, 40, 50, 60 Вт, для объемного монтажа 50, 60, 75, 90, 100, 120 Вт.

КПД паяльников имеет в настоящее время тенденцию к повышению от 35 до 55 % в связи с применением внутреннего обогрева жала вместо внешнего. Напряжение питания нагревателя выбирается равным 24, 36, 42 В, а в бытовых паяльниках — 220 В.

Стабилизация температуры рабочего жала паяльников достигается несколькими способами:

· тиристорным терморегулятором, состоящим из датчика температуры, закрепляемого в паяльном жале на расстоянии 30—40 мм от рабочего торца и схемы управления. Точность регулирования температуры непосредственно в датчике достигает ± 2 °С, однако на рабочем конце жала она достигает ± 5—10 °С за счет инерционности теплового поля (прибор "Термит");

· нагревателем с переменным электросопротивлением, зависящим от температуры. Например, в монтажном паяльнике фирмы Philips (Германия) нагревательный элемент состоит из агломерата свинца и бария, сопротивление которого возрастает в сотни раз при нагревании выше точки Кюри, в результате чего сила тока снижается и паяльник остывает, а после охлаждения ниже точки Кюри процесс развивается в обратном порядке;

· использованием магнитного датчика, изменяющего свои свойства при нагреве выше точки Кюри, в результате чего в паяльнике фирмы Weller (США) происходит отключение нагревателя;

· использованием массивного паяльного жала и близким расположением нагревателя.

Паяльные жала характеризуются следующими геометрическими параметрами: длиной, диаметром, формами загиба жала и заточки рабочего конца. Длина жала зависит от пространственного расположения паяных соединений и может быть от 10 мм (микропаяльники) до 30—50 мм (паяльники для объемного монтажа). Диаметр жала должен в 15—25 раз превышать диаметр проводника и выбирается из ряда предпочтительных диаметров: 0,5; 0,8; 1,5; 3; 5; 8; 10 мм.

Форма загиба жала выбирается в зависимости от глубины монтажа и интенсивности тепловой нагрузки, а также пространственного расположения паяемых соединений (табл. 6.6, рис. 6.19).

Табл. 6.6. Унифицированный ряд загиба паяльных жал

Индекс жала	Угол загиба, град.	Характеристика применения
Глубина монтажа	Интенсивность нагрузки	Расположение соединений
А		Большая	Любая	Разнотипное
Б		Средняя	Средняя	Однотипное
В		Небольшая	То же	Многообразие пространственного положения
Г		То же	Высокая

Рис. 6.19. Формы загиба и заточки паяльных жал

Форма заточки жала зависит от плотности монтажа, размеров контактных площадок, интенсивности тепловой нагрузки (рис. 6.19, табл. 6.7).

Табл. 6.7. Унифицированный ряд заточки паяльных жал

Номер заточки	Конфигурация жала	L, мм	Характеристика применения
Плотность монтажа	Размер контактных площадок	Интенсивность тепловой нагрузки
	Две рабочие плоскости		Высокая	Небольшой	Небольшая
	То же		То же	Средний	Средняя
	»		Средняя	Большой	Высокая
	Одна рабочая плоскость		Высокая	Средний	Средняя
	Три рабочие плоскости		Средняя	Средний	То же
	Увеличенная поверхность	до 1	Высокая	Небольшой	»

Для унификации паяльных жал введены следующие их обозначения из трех знаков: первый определяет диаметр жала, второй (буква) — угол загиба жала, последний (цифра) — номер заточки, например 8Б6, 5А4 и т. д.

Эрозионная стойкость жала паяльника определяет его долговечность. Обычное медное жало из-за интенсивного растворения в припое после 1000 паек теряет форму и нуждается в заточке. Для защиты жала применяют гальваническое покрытие никелем толщиной 90—100 мкм, что удлиняет срок службы жала примерно вдвое. Перспективное решение проблемы — применение порошковых спеченных сплавов медь—вольфрам. Повышенная термо- и износостойкость вольфрама удачно сочетается с хорошей теплопроводностью меди. Гарантированная пористость материала улучшает смачивание жала припоем.

Паяльник фирмы Weller для ремонтно-монтажных работ имеет: время нагрева жала до температуры 270°С — 6 с; встроенную подсветку зоны пайки; время работы от кадмиевой батарейки — около 10 ч; три сменных жала диаметрами 0,8; 1,5; 2,5 мм и длиной 63 мм; удобный дизайн, обеспечивающий включение питания нажатием кнопки непосредственно перед выполнением пайки. Эта фирма выпускает устройства типа HEAT-A-DIL для распайки ИМС и ремонта электронных блоков на печатных платах, имеющие сменные насадки для ИМС с различным количеством выводов и экстракторы для демонтажа ИМС с печатных плат.

Фирма Pace Inc. (США) выпустила микропортативный прибор MP-1 для припаивания и распаивания элементов, предназначенный для ремонтных работ в различных условиях и работающий от сети 220 В или 12-вольтной батареи. Время нагрева паяльника — 1 мин, обеспечивается надежный контроль температуры наконечника паяльника.

Ряд зарубежных фирм выпускает паяльные станции, состоящие из стабилизированного блока питания, паяльника с набором сменных жал и вакуумного отсоса припоя из зоны пайки, представляющего собой конструкцию типа медицинского шприца с пружиной.

Дата добавления: 2014-01-07