1.2. Сравнение пайки и сварки

Под пайкой понимается связывание или дополнение металлов в твердом состоянии путем введения в зазор связующего металлического материала (припоя). Если температура плавления припоя лежит ниже 450С, то говорят о мягкой пайке, если выше - о твердой пайке.

При сварке контактируемые металлы приводятся в соприкосновение в определенной зоне в жидком состоянии и при остывании они образуют общие кристаллы. Это возможно только для одинаковых или подобных металлов и сплавов.

Общим для пайки и сварки является то, что контактирование происходит на соответствующей границе фаз благодаря металлическим связям.

При выборе метода контактирования необходимо учитывать следующие факторы:

• вид контактируемых материалов;

• надежность;

• экономичность;

• термическая устойчивость КУ и компонентов;

• механическая устойчивость КУ и компонентов;

• постоянство характеристик метода;

Преимуществами метода сварки перед методом пайки являются:

• отсутствие необходимости в присадочном материале;

• использование незначительных расстояний между проводниками, т.к. нет опасности возникновения перемычек;

• возможность большой тепловой перегрузки соединения;

• незначительная тепловая перегрузка компонента и печатной платы благодаря точной дозировке энергии в малом объеме;

• механическая прочность соединения, соответствующая прочности контактируемых материалов;

• вибропрочность соединения;

• незначительные примеси (загрязнение в виде окисных пленок ) не нарушают процесс сварки;

Недостатки сварки по сравнению с пайкой:

• необходимость точного определения сварочных параметров (особенно количества энергии) ;

• повышенные требования к допускам геометрических размеров соединяемых материалов;

• точное позиционирование;

• невозможность одновременного контактирования многих выводов.

Наиболее распространенными являются термокомпрессионная и ультразвуковая сварки (рассматривали при изучении методов контактирования МСБ).

Пайка включает в себя следующие технологические операции:

• 

  получение металлических поверхностей устранением поверхностных слоев с помощью флюса

• нагрев выше точки плавления

• вытеснение флюса с помощью припоя

• растекание жидкого припоя по металлической поверхности - процесс смачивания

• диффузия атомов из твердой металлической фазы в жидкий припой

и наоборот образование зоны сплава

• очистка паяного соединения – удаление

остатков флюса, способствующего коррозии.

1.3. Методы пайки печатных плат

1.3.1. Методы контактирования компонентов со штыревыми выводами.

Здесь для контактирования используется только та сторона ПП, где производится пайка.

Проволочные выводы, выступающие из платы на высоту до 3 мм, присоединяются групповыми методами пайки - пайка погружением. Для защиты металлической поверхности от нежелательного воздействия припоя (образование перемычек в узких местах), используются паяльные маски из защитного лака.

Пайка погружением:

При пайке погружением, собранная плата, стороной пайки, погружается в расплавленный припой (паяльная ванна ). В платах с металлизированными отверстиями, припой должен подняться до установочной стороны, что повышает надежность контакта.

В связи с быстрым переходом тепла от жидкого припоя к твердым контактирующим металлам, время пайки устанавливается 1-2 сек.

Чтобы потери тепла ванны были незначительными, сторона пайки ПП предварительно нагревается. Это позволяет избежать теплового удара чувствительных к нагреву материалов.

В промежутках между пайками с поверхности ванны удаляются продукты окисления, загрязняющие припой. Удаление происходит механическим очисткой или фильтрованием.

При пайке погружением, паяльная ванна выполняет еще и функцию активации флюса. Летучие компоненты при подогреве улетучиваются, а активная часть флюса - канифоль - равномерно покрывает паяную поверхность.

Различают следующие методы пайки погружением: с неподвижным и подвижным зеркалом припоя.

Пайка погружением с неподвижным зеркалом припоя

• Пайка погружением с вертикальным перемещением.

При этом припой не должен переливаться на установочную сторону.

Недостатки:

Плохо улетучиваются пары флюса.

После вынимания, образуются сосульки.

• Погружение с наклоном.

Плата соприкасается с поверхностью ванны под углом 5-7. Здесь более благоприятные условия для удаления флюса и продуктов реакции. Сосульки возникают в меньшей степени.

• Пайка протягиванием

Плата протягивается по поверхности с помощью специального держателя.

Достоинство: Возможность пайки без окисной пленки, т.к. перед держателем расположен очиститель.

Недостаток: Более длительное время пайки увеличивает тепловое воздействие на поверхность ПП. На образование сосулек из припоя влияет соотношение между скоростями отрыва и прохождения.

Производительность: При длине ванны в 1м и пути протягивания 0,7м со скоростью 5-8 м/мин паяется 200-400 плат в час.

• Пайка с колебательными движениями.

Плата опускается вертикально в ванну и во время пайки перемещается по поверхности ванны туда и обратно. При этом лучше улетучиваются остатки флюса, продукты реакции и газы.

• Пайка с маятниковыми колебаниями

Слегка изогнутая ПП зажимается в держателе, который приводит плату в движение касательно поверхности ванны.

Достоинство: Тепловая нагрузка незначительна.

Недостаток: Возможно нарушение фиксации компонентов при изгибе.

Область применения: Для горячего лужения выводов компонентов.

Пайка погружением с подвижным зеркалом припоя

Струйная пайка - это селективный метод пайки печатных плат через шаблон, представляющий собой систему сопл. Применение шаблона позволяет паять только один вид плат, поэтому данный способ применяется только при больших партиях однотипных плат.

Каскадная пайка. Припой при протекании

образует волнообразную поверхность. Плата перемещается навстречу течению.