24artstroy.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как пользоваться паяльной пастой

Как пользоваться паяльной пастой?

Автор: Игорь

Дата: 15.10.2017

  • Статья
  • Фото
  • Видео

На сегодняшний день пайка паяльной пастой признана эффективным способом для соединения контактов поверхности микросхем и печатных плат. Вместе с этим, существуют определённые трудности работы, которые можно охарактеризовать как сложность технологического процесса в домашних условиях и как пользоваться флюсом для пайки подскажут советы и рекомендации специалистов. Основные преимущества технологии можно выразит в следующем:

  • Нанесение паяльной пасты допустимо к печатным платам с очень мелкими деталями и компонентами.

Нанесение паяльной пасты на плату

  • Не требуется использование паяльника с высокой рабочей температурой, можно применять паяльный фен или паяльники со средними нагрузочными характеристиками.
  • Паста применяется для тех случаев, когда нет других вариантов обеспечения качественного соединения поверхности.

Какой должна быть

Паяльная паста должна соответствовать определенным требованиям:

  • не окисляться;
  • быстро не распадаться на слои;
  • сохранять свойства вязкости и клейкости;
  • оставлять исключительно удаляемые отходы после пайки;
  • не разбрызгиваться при воздействии источника нагрева с высокой концентрацией;
  • не оказывать отрицательное влияние на плату с технической точки зрения;
  • поддаваться воздействию традиционных растворителей.

Разновидности

Современный рынок предлагает продукцию от брендов ALPHA, HERAEUS, Felder и т.д. Все пасты для паяльных работ классифицируются по следующим признакам:

  • по составу припоя — без галогена или галогенсодержащие;
  • по необходимости в дополнительном отмывании;
  • по типу припоя — без свинца или свинцовые;
  • по температурным показателям — высоко-, средне-, низкотемпературные.

Если состав не смывается, в нем содержится канифоль. В такой ситуации для промывки элементов необходимо воспользоваться специальными растворителями.

Условия хранения

На многокомпонентные паяльные смеси влияют внешние факторы. Условия, выполнение которых требуется для правильного хранения, указывают на упаковке. С ними следует ознакомиться и неукоснительно соблюдать.

Обязательно указывают не только температуру, пригодную для хранения, но и диапазон ее возможных отклонений.

Обычно, при температуре хранения, превышающей 30 ℃, смесь необратимо ухудшается. Очень холодное окружение может ухудшить выполнение функций активаторами, содержащимися в припое или термопасте.

Большое значение имеет время, через которое паста приобретает комнатную температуру. Важно знать:

  • как долго ее нужно перемешивать;
  • какая температура и влажность воздуха должны выдерживаться при использовании пасты;
  • сколько ее можно хранить при указанных условиях.

При влажном воздухе в паяльной массе из-за впитывания воды могут появляться шарики припоя. Срок, условия хранения паяльных паст отличаются, зависят от состава. Ели выполнять указания производителей, то качество пайки будет соответствовать ожиданиям.

Берем светодиоды на чипах Epistar и «звездочки» — охлаждающие площадки из фольгированного алюминия

При помощи зубочистки наносим пасту на место пайки и прижимаем туда светодиоды

Греем с обратной стороны термофеном (можно утюгом или газом). Получаем готовые светодиоды на «звездочках» с очень хорошим тепловым контактом

Весь процесс можно посмотреть на видео

Проверяем тепловой контакт при помощи тепловизора

  1. У светодиода припаяны только выводы. Термопасты нет.
  2. Светодиод припаян паяльником с КПТ-8
  3. Светодиод припаян тепмофеном с MCN-300

Распределение тепла при описываемом методе пайке гораздо более равномерное, нагревание более медленное, а остывание, наоборот, быстрее, чем при других методах пайки. Подробнее о результатах моих исследований можно узнать в этой статье

Паяльная паста как пользоваться при пайке?

Михаил Нижник, генеральный директор, ООО «Группа МЕТТАТРОН»
Александр Черный, технолог, ООО «Группа МЕТТАТРОН»

В первой и второй частях мы рассмотрели состав паяльных паст, влияние составляющих на конечный результат, а также факторы, определяющие качество печати. В продолжении цикла обратимся к термическим характеристикам паст и особенностям THT-монтажа.

ТЕРМОПРОФИЛЬ

Рассмотрим состояние и поведение паяльной пасты во время процесса оплавления (рис. 32).

Рис. 32. Обзор зон термопрофиля

Начальный набор температуры

При повышении температуры растворители начинают испаряться. Характер испарения определяется индивидуальными температурами испарения используемых во флюсе растворителей. Смолы и тиксотропные материалы начинают размягчаться. Характер размягчения зависит от температур размягчения отдельных компонентов, лежащих в диапазоне 100–140°С.

Быстрый набор температуры может привести к разбрызгиванию пасты в результате закипания флюса и образованию перемычек. Плавный набор температуры позволит избежать подобных дефектов.

Стадия предварительного нагрева

На этой стадии растворители должны полностью улетучиться из пасты. Происходит активация флюса и равномерное распределение тепла в подложке.

Флюс становится очень мягким, переходит в жидкое состояние, равномерно обволакивает частицы припоя, растекается по подложке и защищает частицы припоя от повторного окисления.

Одновременно с повышением температуры и плавлением компонентов флюса «включаются» канифоли и активаторы, которые удаляют пленку окиси с частиц порошка припоя и с подложки.

Высокая температура в зоне предварительного нагрева может привести к плохому смачиванию подложки и окислению припоя вследствие быстрого испарения активаторов флюса. В случае плохого смачивания следует снизить температуру.

Если температура выводов компонентов растет быстрее, чем прогревается вся площадка, то слишком короткая зона предварительного нагрева приведет к тому, что при расплавлении припоя он переместится на выводы. В месте пайки выводов соберется излишнее количество припоя, который контактирует с соседними выводами. Поэтому если перемычки припоя возникают на этой стадии процесса, то необходимо провести регулировку зоны предварительного нагрева.

Рис. 33. «Седлообразный» профиль нагрева

Второй набор температуры

Когда частицы припоя достигают температуры плавления (точки ликвидуса), припой расплавляется, реагирует с флюсом, очищается от окисей, и происходит пайка.

Для большинства паяльных паст рекомендуемое время нахождения припоя в расплавленном состоянии составляет 30–40 с, чтобы обеспечить полное плавление припоя и достаточное время на смачивание спаиваемых поверхностей в случае, если в изделии установлены весьма теплоемкие компоненты.

Медленный набор температуры между зоной предварительного нагрева и точкой ликвидуса может привести к окислению шариков припоя, что приведет к плохому смачиванию выводов компонентов и подложки. В случае плохого смачивания, следует использовать более быстрый набор температуры между зоной предварительного нагрева и точкой ликвидуса.

Низкая температура и недостаточное время нахождения в зоне оплавления может стать причиной образования пустот. В случае образования большого количества пустот, следует увеличить время нахождения или (и) увеличить температуру в зоне оплавления (> 45 с).

ТИПЫ ТЕРМОПРОФИЛЯ

В конвекционных печах оплавления используются два профиля нагрева: линейный и седлообразный (см. рис. 33). Хотя рекомендуется работать по показанному на рисунке 32 седлообразному профилю, давайте посмотрим, что стоит за каждым из этих подходов.

Когда пайка оплавлением только начала внедряться в технологию поверхностного монтажа, количество компонентов на поверхности изделия было не очень большим, и разница в теплоемкости отдельных элементов была незначительной. Простая конфигурация платы позволяла без особых проблем работать с плавным набором температуры, без зоны предварительного прогрева.

Миниатюризация привела к повышению плотности монтажа и к появлению весьма теплоемких элементов типа корпусов BGA и QFP.

Большой разброс теплоемкости отдельных компонентов не давал добиться теплового равновесия при нагреве по линейному закону (и даже по седлообразному), да еще в обычных инфракрасных печах с проблемами затенения и разницы теплопоглощения из-за цвета изделий.

Тогда появился процесс пайки оплавлением в паровой фазе, который позволял добиться весьма хорошей равномерности прогрева. Однако от него вскоре пришлось отказаться из-за развития трещин, отрыва компонентов от подложки при резком нагреве, токсичности растворителей и запрета на использование фторуглеродных растворителей CFC.

Затем появился популярный сейчас процесс пайки в конвекционных печах, который обеспечивает гораздо более равномерный прогрев, чем инфракрасные печи.

Что касается причины, по которой в нем используется седлообразная кривая нагрева, то она заключается в стремлении добиться с помощью принудительной циркуляции такого же теплового равновесия, которое было характерно для процесса пайки в паровой фазе.

Рис. 34. Прогрев компонентов разной
величины при линейном и
седлообразном температурном профиле

При разработке кривой нагрева более важно учитывать характер и конструкцию электронных компонентов и подложки, нежели поведение паяльной пасты в ходе нагрева. Пример: измерим температуру пайки бескорпусного конденсатора и микросхемы в корпусе BGA (см. рис. 34). Разница в теплоемкости влияет на скорость прогрева и температуру.

При седлообразном термопрофиле пайки компоненты с большей теплоемкостью догоняют по температуре остальные компоненты до начала следующего участка набора температуры. Это уменьшает разницу температур компонентов в точке пайки.

На рисунке 35 показана разница в поведении вязкости паст при линейном и седлообразном термопрофиле. Более резкий набор температур в седлообразном профиле обуславливает необходимость использования большего количества типов растворителей с разной температурой кипения.

Рис. 35. Изменение вязкости пасты
при линейном и седлообразном профиле нагрева

Работать можно и с линейным, и с седлообразным профилем, лишь бы передавалось количество тепла, необходимое для испарения растворителей. При настройке термопрофиля нужно тщательно учесть все аспекты, влияющие на равномерный нагрев всех поверхностей (как компонентов, так и печатной платы), чтобы обеспечить качественную пайку каждого компонента.

Исходя из опыта технологов, работающих на производстве, можно сказать, что неверно выбранный размер и форма апертур гораздо сильнее влияют на качество пайки и появление дефектов (перемычек и бусинок припоя), чем не совсем корректно подобранный термопрофиль.

Оценка надежности готовых изделий

При использовании безотмывочных паст после пайки на поверхности печатной платы остается некоторое количество остатков флюса. Требуемый уровень надежности определяется заказчиком в зависимости от характера изделий. В соответствии с международным стандартом IPC, электронные изделия делятся на три класса:

Читать еще:  Оборудование для пайки полиэтиленовых труб

Class 1 — изделия общего назначения. Для них допустимо некоторое количество дефектов, и критерии надежности к ним предъявляются минимальные. Пример: компьютерная мышь.

Class 2 — изделия, нарушение функционала которых чревато последствиями. Это бытовая техника, электроника в автомобилях. Например, телевизор при выгорании печатной платы может вызвать пожар.

Class 3 — изделия, от бесперебойной работы которых зависит здоровье и жизнь людей. Это системы жизнеобеспечения, авиастроение. Зачастую в третьем классе изделий выделяются подклассы, которые можно условно назвать «Military» и «Space». Class 3C — газоанализатор в угольной шахте; Class 3B — военная техника; Class 3A — система жизнеобеспечения на МКС.

Как говорилось в первой статье цикла, паяемость и надежность зачастую антагонистичны, поскольку все активаторы (органические кислоты, галогены) коррозионно агрессивны и могут снизить надежность в зависимости от их содержания в остатках флюса.

Рис. 36. Механизм возникновения ионной миграции

Рис. 37. Пример диаграммы SIR

При проверке надежности продукта проверяют следующие показатели:

— Проверка деградации электроизоляционных свойств пасты (см. рис. 36, 37 и 38). Это испытание характеризует флюс по степени снижения сопротивления изоляции жесткого гребеночного электрода в условиях высокой влажности и температуры. Флюс испытывают на поверхностное сопротивление по методике IPCTM-650 при 85°С и относительной влажности 85%. Если остатки флюса, в которые входят смолы, активаторы и тиксотропные материалы, гигроскопичны и хотя бы частично диссоциируют на ионы, то сопротивление изоляции падает.

Рис. 38. Дендриты

Компания «KOKI», кроме классических методов, применяет собственные, более жесткие испытания.

— Коррозия. Для испытания флюса на коррозионную агрессивность (см. рис. 39) применяют два метода: тест на коррозию медной пластины и медного зеркала. В зависимости от применяемых стандартов (IPC, JIS и т. д.), методики будут отличаться. Детали методик смотрите в соответствующих стандартах.

— Ионные загрязнения. Это испытание оговаривается в стандарте MIL. При погружении оплавленной платы в водный раствор изопропилового спирта на ионографе по сопротивлению определяют количество ионных остатков. Полученную величину сопротивления пересчитывают в NaCl (г/см 2 ). Уровень ионных остатков, допустимый по МIL для паст с флюсом RMA, не должен превышать 3,1 г/см 2 . Однако, поскольку этот тест определяет ионное загрязнение, вызванное не только флюсом, но и подложкой и компонентами, то получаемые результаты используют только для справки.

Рис. 39. Тест на коррозионную стойкость

Остатки флюса

Флюс паяльной пасты состоит из растворителей и твердых веществ: смол, активаторов, тиксотропных материалов. Содержание твердых веществ во флюсах паяльных паст «KOKI» составляет до 60–70%, причем большая часть этих веществ после пайки остается на поверхности изделия в виде остатка.

Поскольку столь большое количество твердых веществ поддерживает заданные реологические и другие свойства пасты, то понятно, что, не прибегая к пайке в среде азота, снизить их содержание технически трудно.

При разработке новых флюсов производители стремятся к тому, чтобы смолы во флюсе были по возможности бесцветными — это улучшает косметический вид платы после пайки.

Контролепригодность изделий

По мере миниатюризации электронных компонентов и роста плотности монтажа становится все труднее разместить на плате необходимые контрольные точки для проверки цепей. Поскольку при отсутствии таких площадок щупы тестера контактируют непосредственно с галтелью припоя, состояние и расположение остатков флюса на месте пайки становится важным фактором тестируемости схемы.

Типичные факторы, затрудняющие контакт щупа с металлом, и меры преодоления проблем приводятся в таблице 5.

Таблица 5. Факторы, затрудняющие тестирование изделия, и методы их преодоления

ФакторыМеры преодоления
Объемный остаток флюсаПоскольку толстый осадок снижает проводимость и ухудшает контакт щупа, следует, насколько это возможно, снизить содержание твердых веществ
Растекаемость флюсаКак и в приведенном выше случае, для лучшего контакта желательно иметь по возможности более тонкий слой остатков флюса. Флюс следует составлять так, чтобы во время пайки он обтекал кромку припоя и оставлял на нем как можно более тонкий слой осадка
Твердость остаткаПри ударе пробника по остатку флюса он растрескивается, и его кусочки прилипают к носику щупа, что ухудшает электропроводность. Поэтому нужно подбирать компоненты флюса так, чтобы его остатки сохраняли определенную пластичность
Конструкция тестера (тип щупа, контактное давление, местоположение контакта и т.д.)Использование одноштырьковых пробников, увеличение давления при контакте и т.д.

Однако реализовать хорошую тестируемость по приведенным рекомендациям на практике проблематично, и вот почему:

— Уменьшение количества твердых составляющих флюса отрицательно скажется на других характеристиках пасты, таких как печатаемость, срок жизни, клейкость, паяемость.

— Растекание флюса можно регулировать использованием смол, канифолей и тиксотропных материалов с низкой температурой плавления. Например, температура плавления канифоли марки WW («прозрачная, как вода») составляет всего 80°С, но ее применение в композиции флюса вызывает серьезные проблемы с осадкой пасты.

— Твердость остатков флюса. Подобно растекаемости, твердость остатков флюса теоретически можно регулировать с помощью легкоплавких смол. На деле же для стойкости к осадке приходится вводить смолы с более высокой температурой размягчения, например смолы, полимеризованные абиетиновой кислотой. Такие смолы размягчаются при температуре порядка 140°С, и из-за них растрескиваются остатки флюса. После тщательных проработок специалисты компании «KOKI» пришли к выводу, что для предотвращения растрескивания остатков флюса они должны сохранять некоторую пластичность, чтобы щуп тестера легко проходил через слой остатков флюса даже при комнатной температуре.

Рис. 40. Окисление в воздушной среде и в среде азота

ОСОБЕННОСТИ ПАЙКИ ОПЛАВЛЕНИЕМ В СРЕДЕ АЗОТА

Паяльные пасты с размером зерна менее 10 мкм сильно окисляются при нагреве в атмосферном воздухе, потому что отношение площади поверхности частицы припоя к ее объему обратно пропорционально радиусу частицы, а толщина окисной пленки не зависит от размера частицы. Чем мельче размер зерна, тем большее количество металла окислится.

Для предотвращения повторного окисления паяльной пасты в процессе оплавления применяется пайка в среде азота. В конвекционную печь оплавления подается не атмосферный воздух, а практически чистый азот с содержанием кислорода Паяльные пасты: Все о главном. Часть 1

Инструменты и материалы

Несколько слов про необходимые для этой цели инструменты и расходные материалы. Прежде всего это пинцет, острая иголка или шило, кусачки, припой, очень полезен бывает шприц с достаточно толстой иголкой для нанесения флюса. Поскольку сами детали очень мелкие, то обойтись без увеличительного стекла тоже бывает очень проблематично. Еще потребуется флюс жидкий, желательно нейтральный безотмывочный. На крайний случай подойдет и спиртовой раствор канифоли, но лучше все же воспользоваться специализированным флюсом, благо выбор их сейчас в продаже довольно широкий.

В любительских условиях удобнее всего такие детали паять при помощи специального паяльного фена или по другому — термовоздушной паяльной станцией. Выбор их сейчас в продаже довольно велик и цены, благодаря нашим китайским друзьям, тоже очень демократичные и доступны большинству радиолюбителей. Вот например такой образчик китайского производства с непроизносимым названием. Я такой станцией пользуюсь уже третий год. Пока полет нормальный.

Ну и конечно же, понадобится паяльник с тонким жалом. Лучше если это жало будет выполнено по технологии «Микроволна» разработанной немецкой фирмой Ersa. Оно отличается от обычного жала тем, что имеет небольшое углубление в котором скапливается капелька припоя. Такое жало делает меньше залипов при пайке близко расположенных выводов и дорожек. Настоятельно рекомендую найти и воспользоваться. Но если нет такого чудо-жала, то подойдет паяльник с обычным тонким наконечником.

В заводских условиях пайка SMD деталей производится групповым методом при помощи паяльной пасты. На подготовленную печатную плату на контактные площадки наносится тонкий слой специальной паяльной пасты. Делается это как правило методом шелкографии. Паяльная паста представляет собой мелкий порошок из припоя, перемешанный с флюсом. По консистенции он напоминает зубную пасту.

После нанесения паяльной пасты, робот раскладывает в нужные места необходимые элементы. Паяльная паста достаточно липкая, чтобы удержать детали. Потом плату загружают в печку и нагревают до температуры чуть выше температуры плавления припоя. Флюс испаряется, припой расплавляется и детали оказываются припаянными на свое место. Остается только дождаться охлаждения платы.

Вот эту технологию можно попробовать повторить в домашних условиях. Такую паяльную пасту можно приобрести в фирмах, занимающихся ремонтом сотовых телефонов. В магазинах торгующих радиодеталями, она тоже сейчас как правило есть в ассортименте, наряду с обычным припоем. В качестве дозатора для пасты я воспользовался тонкой иглой. Конечно это не так аккуратно, как делает к примеру фирма Asus когда изготовляет свои материнские платы, но тут уж как смог. Будет лучше, если эту паяльную пасту набрать в шприц и через иглу аккуратно выдавливать на контактные площадки. На фото видно, что я несколько переборщил плюхнув слишком много пасты, особенно слева.

Посмотрим, что из этого получится. На смазанные пастой контактные площадки укладываем детали. В данном случае это резисторы и конденсаторы. Вот тут пригодится тонкий пинцет. Удобнее, на мой взгляд, пользоваться пинцетом с загнутыми ножками.

Вместо пинцета некоторые пользуются зубочисткой, кончик которой для липкости чуть намазан флюсом. Тут полная свобода — кому как удобнее.

Читать еще:  Пайка медной проводки

После того как детали заняли свое положение, можно начинать нагрев горячим воздухом. Температура плавления припоя (Sn 63%, Pb 35%, Ag 2%) составляет 178с*. Температуру горячего воздуха я выставил в 250с* и с расстояния в десяток сантиметров начинаю прогревать плату, постепенно опуская наконечник фена все ниже. Осторожнее с напором воздуха — если он будет очень сильным, то он просто сдует детали с платы. По мере прогрева, флюс начнет испаряться, а припой из темно-серого цвета начнет светлеть и в конце концов расплавится, растечется и станет блестящим. Примерно так как видно на следующем снимке.

После того как припой расплавился, наконечник фена медленно отводим подальше от платы, давая ей постепенно остыть. Вот что получилось у меня. По большим капелькам припоя у торцов элементов видно где я положил пасты слишком много, а где пожадничал.

Паяльная паста, вообще говоря, может оказаться достаточно дефицитной и дорогой. Если ее нет в наличии, то можно попробовать обойтись и без нее. Как это сделать рассмотрим на примере пайки микросхемы. Для начала все контактные площадки необходимо тщательно и толстым слоем облудить.

На фото, надеюсь видно, что припой на контактных площадках лежит такой невысокой горочкой. Главное чтобы он был распределен равномерно и его количество на всех площадках было одинаково. После этого все контактные площадки смачиваем флюсом и даем некоторое время подсохнуть, чтобы он стал более густым и липким и детали к нему прилипали. Аккуратно помещаем микросхему на предназначенное ей место. Тщательно совмещаем выводы микросхемы с контактными площадками.

Рядом с микросхемой я поместил несколько пассивных компонентов керамические и электролитический конденсаторы. Чтобы детали не сдувались напором воздуха нагревать начинаем свысока. Торопиться здесь не надо. Если большую сдуть достаточно сложно, то мелкие резисторы и конденсаторы запросто разлетаются кто куда.

Вот что получилось в результате. На фото видно, что конденсаторы припаялись как положено, а вот некоторые ножки микросхемы (24, 25 и 22 например) висят в воздухе. Проблема может быть или в неравномерном нанесении припоя на контактные площадки или в недостаточном количестве или качестве флюса. Исправить положение можно обычным паяльником с тонким жалом, аккуратно пропаяв подозрительные ножки. Чтобы заметить такие дефекты пайки необходимо увеличительное стекло.

Паяльная станция с горячим воздухом — это хорошо, скажете вы, но как быть тем, у кого ее нет, а есть только паяльник? При должной степени аккуратности SMD элементы можно припаивать и обычным паяльником. Чтобы проиллюстрировать эту возможность припаяем резисторы и пару микросхем без помощи фена одним только паяльником. Начнем с резистора. На предварительно облуженные и смоченные флюсом контактные площадки устанавливаем резистор. Чтобы он при пайке не сдвинулся с места и не прилип к жалу паяльника, его необходимо в момент пайки прижать к плате иголкой.

Потом достаточно прикоснуться жалом паяльника к торцу детали и контактной площадке и деталь с одной стороны окажется припаянной. С другой стороны припаиваем аналогично. Припоя на жале паяльника должно быть минимальное количество, иначе может получиться залипуха.

Вот что у меня получилось с пайкой резистора.

Качество не очень, но контакт надежный. Качество страдает из за того, что трудно одной рукой фиксировать иголкой резистор, второй рукой держать паяльник, а третьей рукой фотографировать.

Транзисторы и микросхемы стабилизаторов припаиваются аналогично. Я сначала припаиваю к плате теплоотвод мощного транзистора. Тут припоя не жалею. Капелька припоя должна затечь под основание транзистора и обеспечить не только надежный электрический контакт, но и надежный тепловой контакт между основанием транзистора и платой, которая играет роль радиатора.

Во время пайки можно иголкой слегка пошевелить транзистор, чтобы убедиться что весь припой под основанием расплавился и транзистор как бы плавает на капельке припоя. К тому же лишний припой из под основания при этом выдавится наружу, улучшив тепловой контакт. Вот так выглядит припаянная микросхема интегрального стабилизатора на плате.

Теперь надо перейти к более сложной задаче — пайке микросхемы. Первым делом, опять производим точное позиционирование ее на контактных площадках. Потом слегка «прихватываем» один из крайних выводов.

После этого нужно снова проверить правильность совпадения ножек микросхемы и контактных площадок. После этого таким же образом прихватываем остальные крайние выводы.

Теперь микросхема никуда с платы не денется. Осторожно, по одной припаиваем все остальные выводы, стараясь не посадить перемычку между ножками микросхемы.

Вот тут то нам очень пригодится жало «микроволна» о котором я упоминал вначале. С его помощью можно производить пайку многовыводных микросхем, просто проводя жалом вдоль выводов. Залипов практически не бывает и на пайку одной стороны с полусотней выводов с шагом 0,5 мм уходит всего минута. Если же такого волшебного жала у вас нет, то просто старайтесь делать все как можно аккуратнее.

Что же делать, если несколько ножек микросхемы оказались залиты одной каплей припоя и устранить этот залип паяльником не удается?

Тут на помощь придет кусочек оплетки от экранированного кабеля. Оплетку пропитываем флюсом. Затем прикладываем ее к заляпухе и нагреваем паяльником.

Оплетка как губка впитает в себя лишний припой и освободит от замыкания ножки микросхемы. Видно, что на выводах остался минимум припоя, который равномерно залил ножки микросхемы.

Надеюсь, я не утомил вас своей писаниной, и не сильно расстроил качеством фотографий и полученных результатов пайки. Может кому-нибудь этот материал окажется полезным. Удачи!

С уважением, Тимошкин Александр (TANk)

Материалы для пайки печатных плат в технологии поверхностного монтажа: клеи, флюсы, паяльные пасты

Клеи для печатных плат

Клеи используются для установки и удержания компонентов на поверхности печатных плат. Клей для печатной платы может потребоваться, если, например, при смешанной технологии монтажа поверхностно-монтируемые компоненты подвергаются пайке волной припоя. Кроме того, на двухсторонние печатные платы приходится наклеивать крупные компоненты, чтобы избежать их падения во время переворота платы для следующего этапа пайки оплавлением припоя. В таких случаях масса компонента обычно превышает силу поверхностного натяжения расплавленного припоя, которая удерживает на плате компоненты меньшего размера. Клей для платы должен быть в состоянии выдерживать температурный режим пайки волной или пайки оплавлением припоя, а также химическое воздействие флюсов. Клеи могут также потребоваться для закрепления больших поверхностно-монтируемых устройств на печатной плате. Эти дополнительные меры необходимы для обслуживания, которое может сопровождаться механическими ударами и вибрацией (клеи, как правило, не используется для монтажа в отверстия, так как фиксация выводов в отверстиях обеспечивает достаточное закрепление компонентов на печатной плате до и во время пайки. После пайки компоненты, смонтированные в отверстия платы достаточно устойчивы, чтобы выдержать сильные удары и вибрацию. Тем не менее в очень жестких условиях приклейка элементов к плате может быть использована для закрепления компонентов, монтируемых в отверстия подложки).

Рисунок 1 — Использования клея для фиксации компонентов на печатной плате

Важно контролировать количество клея, наносимого на поверхность печатной платы — его должно быть достаточно, чтобы надежно закрепить компоненты. С другой стороны, излишки клея на плате могут попасть на контактную площадку и выводы компонентов, что снизит качество пайки. Некоторые клеи для плат склоны разжижаться или «течь», поскольку разделяются на отдельные компоненты из которых и состоит само клеящее вещество. Растекающиеся составные компоненты клея могут попасть на соседние поверхности, которые подвергаются пайке. В случае очень плотного размещения компонентов на печатной плате избыток клея или растекание его компонентов могут загрязнять контактные площадки компонентов, что нарушает их фиксацию на знакоместах, а затем качество пайки.

Хотя основная функция клея на печатной плате — это закрепление компонентов на месте во время пайки, остатки клея остаются на поверхности и после пайки, поэтому они не должны мешать последующим этапам монтажа или негативно влиять на долгосрочную надежность электронного блока. Например, некоторые эпоксидные клеи легко впитывают влагу и другие органические соединения.

Эти поглощенные материалы могут выделяться при последующих температурных колебаниях и в процессе эксплуатации загрязнять поверхности печатной платы и компонентов. Поэтому так важно выбрать клеящие материалы, которые специально сертифицированы для конкретного применения.

Клеящие материалы, используемые в электронном монтаже, обычно изготавливают на основе эпоксидных смол и силиконов.

В соответствии с физико — химическими свойствами клеящие вещества подразделяют на четыре категории:

  • термореактивные клеи;
  • термопластичные клеи;
  • эластомеры;
  • термоотверждаемые многокомпонентные клеи.

Каждая группа отличается своим составом, типом отверждения и свойствами до и после отверждения. Процесс отверждения клеев для печатных плат, который обычно требует повышенный температурный профиль, не должен снижать свойства электронных компонентов и самих слоистых материалов печатной платы. Понятно, что дополнительный этап отверждения клея на поверхности платы замедляет весь процесс монтажа.

Рисунок 2 — Пример клея для установки компонентов на печатную плату

Термореактивные клеи затвердевают на плате под действием теплоты или в результате каталитической реакции, которая приводит к образованию перекрестных связей полимерных цепей. Сразу после отверждения эти материалы приобретают большую прочность и не размягчаются при повышении температуры. Эпоксидные смолы — одна группа термореактивных клеев, которые широко используются в монтаже электронных приборов, поскольку они не теряют своих клеящих свойств при высоких температурах пайки волной или оплавлением припоя. Кроме того, эпоксидные смолы устойчивы к воздействию растворителей и моющих растворов на водной основе. Эпоксидные клеи для печатных плат выпускают в виде готовой однокомпонентной смеси, в которой присутствуют и отвердитель, и смола, или в виде двух отдельных компонентов, которые нужно смешивать перед использованием. Хотя однокомпонентные эпоксидные клеи удобны с точки зрения монтажа, их хранение и применение нужно строго контролировать, чтобы предотвратить отверждение до использования. Двухкомпонентные эпоксидные клеи затвердевают под действием высоких температур в диапазоне от менее 100 °С до 125 и даже 150 °С, в течение от 1 до 4 часов в зависимости от конкретных рекомендаций производителя. При отверждении термореактивных клеев на печатных платах, наблюдается очень малая дегазация. Благодаря своей жесткости, приобретаемой под действием высоких температур, эти материалы способны создавать очень высокие остаточные напряжения, которые возникают в результате различного теплового расширения корпусов компонентов, эпоксидного клея и подложки печатной платы. Прочность термореактивных клеев осложняет ремонт или доработку платы. Для удаления этих клеев с поверхности плат обычно требуются механическое соскабливание и абразивная обработка, которые могут повредить компоненты и печатные платы.

Читать еще:  Медная смесь для пайки

Термопластичные клеи размягчаются при воздействии высоких температур. Эти клеи не так прочны, как термореактивные эпоксидные клеи. Однако при назначении менее строгих допусков эти клеящие материалы могут оказаться более предпочтительными для монтажа, особенно когда вероятно возникновение высоких остаточных напряжений в результате температурных колебаний во время пайки. Термопластичные клеи для печатных плат менее устойчивы к растворителям и моющим средствам на водной основе. Эти клеи, как правило, легко поглощают данные жидкости, что приводит к увеличению их объема (разбуханию), и выделяют больше газов, чем термореактивные клеи.

Температура отверждения термопластичных материалов ниже, чем у термореактивных клеев, а продолжительность отверждения меньше. Некоторые композиции затвердевают при комнатной температуре, что делает их подходящими для монтажа термочувствительных компонентов, при различных температурных коэффициентах линейного расширения паяемых материалов или вероятности возникновении больших остаточных напряжений. Еще одним преимуществом термопластичных клеев является их быстрое размягчение при повышенных температурах, следовательно, их легко удалить для доработки печатной платы.

Эластомерные клеи являются подгруппой термопластичных клеев. Эти материалы могут быть очень вязкими и в то же время обладают высокой упругостью. Силиконовые (резиновые) клеи являются примерами данной группы клеящих материалов. Отсутствие жесткости ограничивает применение этих клеев для получения паянных соединений. Температуры отверждения эластомеров относительно низки, а некоторые композиции затвердевают при комнатной температуре. Тем не менее, отверждение некоторых силиконовых клеев сопровождается значительной дегазацией, более того, выделяющиеся вещества вызывают коррозию металлических поверхностей (например, уксусная кислота).

Термоотверждаемые многокомпонентные клеи представляют собой смеси (или сплавы) эластомерных материалов и эпоксидных смол, которые выделены в особую группу клеев термореактивного типа. Эти клеи разработаны для обеспечения как высокой конструктивной прочности, так и достаточной жесткости (податливости), чтобы противостоять повреждениям вследствие тепловых или механических ударов. Примером клеев данной группы является эпоксидно-полиамидный клей.

Все эти материалы были разработаны для получения свойств, необходимых для различных технологий нанесения клеящих материалов на печатные платы в процессе монтажа. Однако эти свойства не остаются оптимальными в течение неопределенного срока. Клеи проходят две стадии деградации. Первая стадия — срок годности материала, время в течение которого клей сохраняет свои свойства в закрытой упаковке. В коде даты производитель указывает срок годности на основе изменений механических свойств (прочность, пластичность и др.) и физических свойств (стеклование, плотность, вязкость в жидком состоянии и т.д.), возможных для данного клея. Плотность и вязкость непосредственно влияют на качество на несения клея.

Вторая стадия деградации начинается, когда контейнер с клеем открывают, смешивают компоненты, если нужно, и загружают в оборудование для нанесения на печатную плату. Воздействие воздуха, даже при комнатной температуре, может вызвать отверждение клея до начала монтажа. Отверждение может изменять плотность и вязкость клея, и, следовательно, влиять на качество нанесения. Признаками некачественного клея являются забивание аппаратов для нанесения клея, износ или течение нанесенного клея или полосы клея, оставленные инструментом при перемещении с одного места на другое.

Флюсы для пайки печатных плат в технологии поверхностного монтажа.

Нанесение флюсов имеет ограниченное применение при поверхностном монтаже (кроме смешанной технологии, которая включает в себя пайку волной припоя). Флюсы для пайки наносят не одновременно с припоями, например, для пайки волной припоя, при смешанной технологии или для закрепления компонентов в матричных корпусах, у которых шарики припоя обеспечивают создание качественных паянных соединений. На самом деле, нанесение флюсов наиболее широко используется для установки компонентов в DCA/FC-корпусах. Для получения соединений DCA-корпусов часто требуется очень небольшое количество припоя, который будет трудно контролировать или точно нанести с помощью типичного печатного оборудования и трафаретов. Поэтому припоя в шариках на корпусе оказывается достаточно и при монтаже наносится только флюс. Паяльные флюсы для электронного монтажа в основном выпускают в виде жидкостей. Низкая вязкость мешает точному трафаретному нанесению флюсов на печатные платы, поэтому используется распыление. Однако печатные платы нужно подвергать пайке сразу после нанесения флюса, поскольку из флюсового покрытия начинаются испаряться летучие и другие компоненты.

Рисунок 4 — Нанесение флюса на шарики припоя перевернутого кристалла

В случае применения DCA-компонентов флюс для пайки наносится непосредственно на компоненты. Процесс флюсования схематически показан на рисунке 4. Кристалл помещают в ванну с очень тонким слоем флюса. Толщина слоя определяет количество паяльного флюса, которым будет покрыт кристалл после удаления из ванны. Применяемый флюс должен быть достаточно липким, чтобы закрепить и удержать кристалл на подложке во время транспортирования в печь. Из-за большой площади поверхности ванны летучие компоненты флюса для пайки быстро испаряются, поэтому ванну необходимо регулярно пополнять.

Паяльные пасты.

Нанесение (печать) паяльной пасты является наиболее широко используемым средством распределения флюсов и припоев на контактные площадки для получения паянных соединений путем пайки оплавлением припоя. Основными компонентами паяльной пасты являются металл припоя и флюс для пайки. Металлический припой обычно составляет 80—90 % массы пасты. За исключением припоев, содержащих индий и цинк, металл припоя оказывает незначительное влияние на свойства паяльных паст на основе оловянных сплавов. С точки зрения трафаретной печати пасты, важными свойствами являются размер частиц паяльного порошка и массовые проценты или «металлическая нагрузка» пасты.

Флюсы используются в разнообразных вариантах — на основе канифоли, или несмываемые, или с низким содержанием твердых частиц, или водорастворимые. Флюс также должен обеспечить удержание компонентов на печатной плате перед пайкой оплавлением припоя. Другими ингредиентами паяльной пасты являются тиксотропные реагенты. Именно тиксотропные реагенты вместе с металлом припоя и флюсом определяют вязкость паяльной пасты.

Рисунок 5 — Пример паяльной пасты для поверхностного монтажа печатных плат

От вязкости зависит качество нанесения пасты при любой технологии (дозаторами, трафаретной печатью и т.д.). Вязкость и, следовательно, свойства пасты, необходимые для качественного нанесения, меняются с течением времени: медленно — в закрытом контейнере или быстро — под действием воздуха. Необходимо строго следить за выполнением рекомендаций производителя и сроком годности пасты перед ее использованием для монтажа печатных плат. Паяльные пасты плохого качества ответственны за большую часть брака паянных соединений при поверхностном монтаже.

Как паять SMD-компоненты?

Порядок работ

Процесс пайки при тщательном подходе к теории и получении определенного опыта не является сложным. Итак, можно всю процедуру разделить на несколько пунктов:

  1. Необходимо поместить SMD-компоненты на специальные контактные площадки, расположенные на плате.
  2. Наносится жидкий флюс на ножки детали и нагревается компонент при помощи жала паяльника.
  3. Под действием температуры происходит заливание контактных площадок и самих ножек детали.
  4. После заливки отводится паяльник и дается время на остывание компонента. Когда припой остыл — работа выполнена.

Процесс пайки SMD-компонентов

При выполнении аналогичных действий с микросхемой процесс пайки немного отличается от вышеприведенного. Технология будет выглядеть следующим образом:

  1. Ножки SMD-компонентов устанавливаются точно на свои контактные места.
  2. В местах контактных площадок выполняется смачивание флюсом.
  3. Для точного попадания детали на посадочное место необходимо сначала припаять одну ее крайнюю ножку, после чего компонент легко выставляется.
  4. Дальнейшая пайка выполняется с предельной аккуратностью, и припой наносится на все ножки. Излишки припоя устраняются жалом паяльника.

Паяльник с острым жалом 24 В.

Как паять при помощи фена?

При таком способе пайки необходимо смазать посадочные места специальной пастой. Затем на контактную площадку укладывается необходимая деталь — помимо компонентов это могут быть резисторы, транзисторы, конденсаторы и т. д. Для удобства можно воспользоваться пинцетом. После этого деталь нагревается горячим воздухом, подаваемым из фена, температурой около 250º C. Как и в предыдущих примерах пайки, флюс под действием температуры испаряется и плавится припой, тем самым заливая контактные дорожки и ножки деталей. Затем отводится фен, и плата начинает остывать. При полном остывании можно считать пайку оконченной.

Фен для паяния мелких деталей

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector