37. Основные операции технологии поверхностного монтажа. Оплавление припойной пасты. Методы нагрева. Брак оплавления.

Пайка оплавлением. Процесс оплавления припоя, содержащегося в паяльной пасте, выполняется в печах путем нагрева печатной платы с компонентами. Нагрев может осуществляться различными способами: инфракрасный (ИК), конвекционный нагрев и нагрев в паровой фазе. Наиболее широкое распространение получил конвекционный нагрев.

ИК-нагрев осуществляется ИК лампами. Основным недостатком ИК-метода является зависимость температуры от степени черноты нагреваемой поверхности, в результате чего корпуса компонентов часто нагреваются до бόльших температур, чем паста. Из-за неравномерности нагрева данный метод в настоящее время самостоятельно практически не применяется. В некотором оборудовании ИК-метод используется в комбинации с конвекцией. Конвективная пайка осуществляется с помощью потоков горячего воздуха или азота. Печи, предназначенные для серийного производства, позволяют получить достаточно равномерный нагрев. Возможность применения азота позволяет получать более качественные паяные соединения. Пайка в паровой фазе осуществляется путем передачи тепла от испаренного теплоносителя. Данный метод является самым безопасным для изделия, но и самым дорогим.

После операции пайки, в зависимости от типа применяемой пасты, плата может подвергаться отмывке и сушке.

На верхних слоях ПП всегда печатаются рисунок, надписи, маркировка и другая графическая информация, ориентированные в положительных осях ординат. Условно изображение такого рисунка на фотошаблоне принято называть прямым. Рисунок на нижних слоях ПП повернут относительно оси ординат на 180.

Условно изображение такого рисунка на фотошаблоне назы­вают зеркальным.

Контактную печать изображения рисунка на резист проводят с ФШ, обращенного эмульсионной стороной к резисту, чтобы исклю­чить рассеянье света на подложке. Поэтому для получения в резисте прямого изображения рисунка верхних слоев изготавливают фото­шаблон с зеркальным изображением рисунка ПП.

Для получения в резисте зеркального изображения рисунка нижних слоев изготавливают фотошаблон с прямым изображением рисунка ПП. Фотошаблоны, используемые для печати рисунка на резист, называют рабочими фотошаблонами - РФШ.

Из выше сказанного следует, что технология изготовления фо­тошаблонов для МПП должна обеспечивать изготовление следую­щих типов фотошаблонов:

• ФШ с негативным и позитивным изображением рисунка,

• ФШ с прямым и зеркальным изображением рисунка.

38. Основные операции технологии поверхностного монтажа. Контроль. Отмывка. Ремонт модулей.

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ОПЕРАЦИЙ ПРИ ПРИМЕНЕНИИ ПАЙКИ ВОЛНОЙ

При применении пайки волной после разупаковки и очистки платы и подготовки компонентов обычно выполняется следующий набор операций.

1. Нанесение клея. Нанесение клея выполняется с помощью ручного или автоматического дозатора из специальных шприцов, в которых клей поставляется. Клей наносится в области расположения компонентов, монтируемых на поверхность, таким образом, чтобы обеспечить приклейку компонента к плате, но не покрыть клеем контактные площадки. Клей, как правило, наносится по одной капле на компонент, или по две капли, образующие «седло». Последний способ применяется обычно для компонентов в цилиндрических корпусах (например, MELF) для предотвращения скатывания компонента. Установка компонентов на клей необходима для их фиксации, в противном случае компоненты могут быть смыты волной припоя.

2. Установка компонентов, монтируемых на поверхность. Установка компонентов производится аналогично установке при применении пайки оплавлением.  Точность установки компонента при использовании клея должна быть достаточно высокой, поскольку компоненты фиксируются клеем, и характерного для пайки оплавления самовыравнивания не происходит. Обычно точность установки определяется размерами и расположением контактных площадок.  Следует заметить, что для компонентов с матричным расположением выводов (BGA, CSP, QFN) пайка волной не применяется, поскольку их контактные поверхности расположены под корпусом компонента, и в их зону доступ волны невозможен.

3. Полимеризация клея. Полимеризация клея завершает процесс фиксации компонентов. Обычно полимеризация производится в сушильных шкафах при повышенной температуре и необходимой вентиляции. Процесс полимеризации определяется типом применяемого клея.

4. Установка компонентов в отверстия. Эта группа операций полностью аналогична установке компонентов при применении технологии монтажа в отверстия. Компоненты должны фиксироваться для обеспечения правильности их положения в процессе пайки. При применении смешанной технологии с пайкой волной компоненты, монтируемые в отверстия, устанавливаются со стороны, противоположной компонентам, монтируемым на поверхность.

5. Нанесение флюса. Флюс наносится на поверхность платы со стороны пайки, т.е. с той стороны, на которую установлены поверхностно монтируемые компоненты.

6. Пайка волной. Пайка волной осуществляется аналогично методу монтажа в отверстия. Компоненты, предназначенные для монтажа на поверхность, выдерживают воздействие волны припоя в течение нескольких секунд, поэтому волна может проходить непосредственно по корпусам компонентов. Корпус компонента может препятствовать попаданию припоя на контактные площадки, образуя, так называемую, теневую зону. Для устранения этого эффекта платы проектируются таким образом, чтобы волна двигалась вдоль сторон микросхем, на которых располагаются выводы, и поперек ЧИП-компонентов. Если микросхема имеет выводы по четырем сторонам, она устанавливается на плату под углом 45.

ОЧИСТКА (ОТМЫВКА ФЛЮСА)

Операция очистки не является специфической для поверхно­стного монтажа и использует те же методы и средства, что и в тра­диционной технологии объемного монтажа (монтажа в отверстия)(применяется отмывка флюса струей воды, отмывка в ультразвуковых ваннах). Эти средства зависят от типов применяемых флюсов или припойных паст. Для изделий, к которым применяются повышенные требования по надежности и стойкости к климатическим и механическим воз­действиям, при отмывке необходим контроль качества отмывки (например, по степени загрязнения отмывочной среды на выходе процесса).

Контроль монтажа.

До недавнего времени основным видом контроля правильно­сти монтажа и качества паяных соединений был визуальный кон­троль оператора с применением оптических средств увеличения (проекторы, микроскопы).

На смену визуальным методам контроля приходят методы автоматизированного видеоконтроля на базе устройств рас­познавания образов, а также методы объективного контроля качест­ва пайки на базе лазерной техники.

Для автоматического видеоконтроля используется оборудова­ние, анализирующее 3-х мерное отображение образа смонтирован­ного узла и сравнивающее его с эталонным образцом ("золотой пла­той") или запрограммированным идеальным образцом. Оборудова­ние подобного типа несколько раньше появилось для контроля двухмерных рисунков фотошаблонов и слоев 1111. Использование более совершенных систем освещения ( лазерных источников, бес­теневых ламп ) позволяет вести анализ трехмерных отображений смонтированных узлов. Такого рода устройства в качестве встроен­ных узлов используются также с монтажных установках для контро­ля правильности совмещения .

Одним из новых объективных методов контроля качества пая­ных соединений является метод лазерного контроля.

Паяные соединения облучаются импульсом твердотельного лазера. Время импульса обычно 30 мсек. , длина волны излучения 1,0 мкм. После окончания импульса температура исследуемого со­единения поднимается на несколько градусов , затем снижается . Контроль за интенсивностью остывания проводится с помощью ИК арсенид-индиевого детектора. Кривая остывания ( в зависимости от времени ) анализируется в автоматическом цикле и дается заключе­ние - находится исследуемая пайка в рамках выбранных критериев или выходит за них, т. е. является бракованной .

РЕМОНТ МОДУЛЕЙ

Замена сложных поверхностно монтируемых компонентов в большинстве случаев невозможна без специального оборудования. Во многом это определяется малым шагом выводов компонентов, а иногда и подкорпусной разводкой матричных компонентов.

Импульсная пайка занимает с точки зрения методологии про­межуточное положение: по отношению к корпусу - это монтаж ин­дивидуальный, и " по-корпусной"; по отношению к выводу - это групповая пайка , так как припаиваются одновременно все выводы корпуса. Пайка ведется инструментом, повторяющим конфигурацию контактных площадок, нагрев осуществляется за счет джоулева теп­ла при пропускании тока через материал инструмента. Наилучшие результаты получаются при предварительном нанесении на КП и выводы припоя толщиной примерно 20 мкм.

Основным преимуществом способа является малое термиче­ское воздействие на корпус, что позволяет использовать этот метод для компонентов с пониженной термостойкостью. Локализация зо­ны нагрева в районе одного корпуса позволяет использовать этот метод для ремонтных операций