Продолжение табл. 4

1	2	3
Транзисторы с жестко ориентированными выводами. Зарубежный аналог корпуса SOT.		В блистерленте, прямоточной кассете
Микросхемы в пластмассовых и керамических корпусах с двухсторонним и четырехсторонним расположением планарных выводов. По ГОСТ /10/ исполнение 1 соответствует корпусу подтипа 41, а исполнение 2 – корпусу подтипа 42.	Исполнение 1 Исполнение 2	В таре-спутнике
Микросхемы в пластмассовых и керамических корпусах с жестко ориентированными выводами или в виде контактных площадок. Корпуса подтипов 43, 44, 45, 51. Зарубежные аналоги корпусов SOP, QFP, QFN, PCLP, PLCC, SOJ, BCC.	Исполнение 1 Исполнение 2	В пенальной кассете, в таре-спутнике, в блистер-ленте, в матричном поддоне

Продолжение табл. 4

1	2	3
	Исполнение 3 Исполнение 4
Микросхемы на гибком носителе с выводами из медной или алюминиевой фольги. Зарубежные аналоги TAB, TAPE–PACK.		В блистерленте.
Микросхемы в пластмассовых и керамических корпусах BGA с шариковыми матричными выводами.		В пенальной кассете, в блистерленте

Таблица 5

Номер конструктивного исполнения	Размеры компонента, мм
	Длина	Ширина	Высота	Диаметр
1	1-15,2	0,5-13,7	0,35-4,8
2	1,6-5,9			1-2,5
3	2-7,95	1,2-5,9	1,2-4,3
4	1,2-6,85	0,8-5,6	0,6-2,95

Факторами, определяющими размеры миниатюрных компонентов, являются стоимость, которая увеличивается с уменьшением их габаритов, и точность оборудования, соответствующая заданным требованиям воспроизводимости сборки.

Автоматическое и полуавтоматическое оборудование используют как самостоятельные технологические единицы, либо объединяют его в линии комплексной подготовки компонентов или в сборочные линии. Комплексная подготовка компонентов особенно эффективна в условиях многономенклатурного производства, так как при этом достигается более полная загрузка оборудования. Для повышения производительности линии снабжают транспортными модулями, накопителями, системами диагностики качества сборки, программаторами для подготовки программи другими устройствами.

4.4 Пайка

Технология пайки играет ключевую роль в обеспечении надежности РМ. Задача качественной пайки приобрела особенную актуальность при широком переходе на миниатюрные КПМ. Решение этой задачи в большой степени определяется способом пайки.

Для монтажа компонентов применяют пайку электропаяльником, пайку паяльными станциями, пайку одиночной волной и двойной волной припоя, парофазную пайку, лазерную пайку, пайку ИК излучением, конвекционную пайку и др.

Каждый способ пайки характеризуется своими технологическими возможностями, достоинствами и недостатками, исходя из которых необходимо принимать решение о целесообразности его применения. При выборе способа пайки следует учитывать два фактора:

-конструктивное исполнение РМ (расположение компонентов на ПП, плотность монтажа);

-размеры и материалы корпусов компонентов, допустимые их тепловые перегрузки.

С учетом этих факторов и сведений, приведенных в учебнике /1/ и в учебном пособии /6/ рассмотрим способы пайки.

Пайка паяльником. Обычный паяльник до сих пор используется для монтажа компонентов. Главный недостаток паяльника - невозможность получения идентичных по качеству паяных соединений.

Пайка паяльными станциями. По существу паяльные станции с контактным нагревом представляют собой усовершенствованный паяльник. Область применения паяльных станций – единичное, опытное и мелкосерийное производство.

Паяльные станции, в которых термоинструментом является паяльное жало, обладают следующими свойствами /11/:

-эффективным управлением температурой жала, осуществляемым автоматической системой регулирования;

-достаточным запасом по мощности для быстрой «подкачки» тепла в место пайки и поддержании температуры;

-воспроизводимостью результатов пайки независимо от степени износа жала или его замене;

-антистатическим исполнением;

-универсальностью, т. е. возможностью монтажа разнотипных КМО и КПМ (за исключением МС в корпусах типа BGA).

В наиболее совершенных станциях имеется возможность подключения к компьютеру для управления, регистрации или документирования параметров ТП.

Для монтажа компонентов всех типов, включая МС в корпусах BGA, используют паяльные станции, осуществляющие пайку горячим воздухом. Как и в станциях с контактным нагревом, в станциях с бесконтактным нагревом имеются устройства контроля и точного регулирования температуры, благодаря которым обеспечивается воспроизводимость и повторяемость свойств паяных соединений.

Пайка одиночной волной припоя. Процесс пайки волной припоя достаточно хорошо автоматизирован. Автоматизированные установки, кроме модуля пайки, оборудованы модулями пенного или волнового флюссования, сушки флюса, подогрева ПП, воздушным ножом, устройствами управления конвейером.

Способ пенного флюсования может быть использован для нанесения флюса на поверхность ПП без металлизированных монтажных отверстий, поскольку он не обеспечивает смачивание жидким флюсом труднодоступных поверхностей. При наличии в ПП металлизированных монтажных отверстий применяют способ волнового флюсования, позволяющий наносить флюс на все монтажные поверхности. Проникновение флюса в узкие зазоры между поверхностями монтажных отверстий и выводами компонентов происходит под действием избыточного давления, создаваемого волной флюса, и капиллярных сил.

Тепловая обработка собранных РМ, предшествующая пайке, протекает в две стадии. Первая стадия – нагрев ПП до температуры 80-100 С с целью удаления из флюса растворителя с низкой температурой кипения. Флюс должен быть полностью высушен с тем, чтобы пайка не сопровождалась кипением остатков растворителя и связанным с этим процессом выделением газов и паров, вызывающих вытеснение припоя с паяемых поверхностей и газовую пористость паяных соединений.

Во время второй стадии РМ нагревают с достаточно большой скоростью до температуры 120-150 С для снижения теплового удара во время пайки и дополнительного аккумулирования тепла, способствующего сокращению времени требуемого прогрева участков ПП волной припоя.

Характеристиками пайки волной припоя являются: форма и высота волны, ширина зоны растекания припоя, угол наклона конвейера и скорость его движения. Количественные значения характеристик даны в /1, 6/.

Используют симметричные и несимметричные волны (омега – волну, лямбда–волну, Т–образную волну и др.); наиболее эффективная несимметричная лямбда - волна, которой паяют РМ с высокой плотностью печатного монтажа. Производительность пайки лямбда – волной в два – три раза выше производительности пайки симметричной волной.

Некоторые установки пайки оборудуют воздушным ножом, который способствует уменьшению числа перемычек между металлическими элементами ПП. Нож располагается сразу же за участком прохождения волны припоя и включается в работу когда припой находится еще в расплавленном состоянии на плате. Узкий поток нагретого воздуха, движущийся с высокой скоростью, уносит с собой излишки припоя, тем самым разрушая перемычки.

Пайка одиночной волной припоя применяется только для присоединения к ПП выводов КМО.

Пайка двойной волной припоя. Когда впервые появились РМ с КПМ, их монтаж, как и КМО, производился одиночной волной припоя. Было выяснено, что при одной волне припоя возникают непропаи элементов КПМ из-за теневого эффекта, вызываемого тем, что взаимодействующая с припоем поверхность РМ имеет значительную рельефность, поскольку на ней размещены КПМ. В результате этого перемещение РМ с определенной скоростью относительно волны припоя приводит к образованию с тыльных сторон КПМ теневых зон (зон, не смачиваемых припоем). Теневые зоны образуются не только самими КП, но и соседними близко расположенными компонентами.

Потребовалось изменение ТП пайки путем введения второй волны. Первая волна узкая и турбулентная смачивает припоем монтажные элементы, расположенные на фронтальных и тыльных торцах КПМ, а вторая ламинарная и пологая волна удаляет излишки припоя и завершает формирование галтелей.

Пайка двойной волной припоя используется в технологии смешанного монтажа. На стороне ПП, контактирующей с волной припоя, предпочтительным является размещение простых КПМ, выдерживающих воздействие расплавленного припоя.

Парофазная пайка. При этом способе ПП с компонентами, удерживаемыми дозами паяльной пасты, погружаются в насыщенный пар, образуемый в процессе кипения жидкости. Пары жидкости конденсируются на ПП, отдавая скрытую теплоту парообразования изделию.

В качестве жидких теплоносителей используются фторсодержащие жидкости, например фторуглерод РС-70. Эта жидкость имеет температуру кипения 215 С, т. е. несколько выше плавления паяльных паст на основе припоя ПОС 61.

Разогрев РМ происходит с большой скоростью. Поэтому необходим предварительный подогрев ПП и компонентов для снижения термоудара. Когда температура изделия достигает температуры жидкости, процесс конденсации прекращается, паяльная паста расплавляется и образует галтели между монтажными элементами и контактными площадками ПП.

Достоинства парофазной пайки - равномерный нагрев ПП, постоянная температура пайки, высокое качество соединений, получаемое при выполнении следующих требований:

-изделия должны быть тщательно очищены;

-ПП, (особенно многослойные) должны пройти тепловую обработку с целью предотвращения газовыделений во время пайки;

-флюс перед пайкой должен быть высушен.

Недостаток парофазного способа пайки – невозможность пайки РМ со смешанным монтажом и высокая стоимость оборудования.

Лазерная пайка. По сравнению с другими способами пайки лазерная пайка обладает рядом преимуществ. Вовремя пайки ПП и корпуса компонентов практически не нагреваются, что позволяет монтировать термочувствительные компоненты. В связи с ограниченной областью приложения теплового воздействия резко снижаются температурные механические напряжения между монтажными элементами компонентов и контактными площадками ПП.

Возможна пайка при высокой плотности печатного монтажа с размерами контактных площадок 25 мкм и более без образования перемычек между соседними соединениями.

Процесс лазерной пайки полностью автоматизирован; существующее оборудование имеет высокую производительность /1/. Существенный недостаток лазерной пайки заключается в большой энергоемкости. Твердотельный лазер, используемый в технологии пайки, имеет энергетический КПД около одного процента.

Пайка ИК излучением. Существует две разновидности этого способа: пайка фокусированным лучом и групповая пайка с общим нагревом. Характерным для пайки фокусированным лучом является низкая локальность, в связи с чем имеет место не только нагрев припоя (паяльной пасты), но и перегрев ПП.

Этот недостаток, а также сложность автоматизации ТП сдерживают применение пайки фокусированным лучом.

Групповая пайка применяется при изготовлении несложных РМ, что связано с тремя основными недостатками общего ИК нагрева.

1.Компоненты разогреваются до различных температур из-за неодинаковой поглощательной способности материалов их корпусов.

2. Высокие компоненты могут закрывать более низкие, создавая тень, т. е. зоны , где высока вероятность непропая. Некоторые компоненты могут закрывать свои монтажные элементы.

3. Нестабильность распределения температуры внутри отдельных зон печи.

Конвекционная пайка. Способ пайки основан на нагреве воздуха в замкнутом объеме за счет подачи в этот объем горячего воздуха со скоростью достаточной для его перемешивания и выравнивания температуры во всем объеме. Данным способом реализуется передовая технология пайки вследствие того, что можно формировать различный температурно-временной профиль нагрева и охлаждения РМ с учетом их конструктивного исполнения, структуры и параметров компонентов.

В конвейерных печах конвекционной пайки для формирования необходимого температурно-временного профиля обработки РМ используется многозонный режим нагрева и охлаждения. Температурно-временной профиль включает в себя четыре стадии. Характеристики одного из возможных профилей приведены ниже.

1. Предварительный нагрев РМ до температуры 140 С со скоростью не превышающей 5 градусов в секунду в случае крупноформатных компонентов в керамических корпусах. Во время этой стадии удаляется растворитель из флюса (флюсующей композиции) во избежание их разбрызгивания при пайке.

2. Тепловое насыщение, осуществляемое в процессе повышения температуры до 170 С (для припоя ПОС61) в течение 120-180 с. Сущность теплового насыщения состоит в следующем. Компоненты, особенно МС со сложной структурой, представляют собой неоднородные по теплофизическим свойствам объекты. Поэтому динамика нагревания разных участков (локальных объемов) компонента неодинаковая; участки с большей теплопроводностью нагреваются быстрее по сравнению с участками с меньшей теплопроводностью. Это приводит к тому, что на первой стадии нагревания РМ в компоненте возникает градиент температуры. Чтобы избежать значительного разброса температур внутри компонента и риска его повреждения во время пайки (температура обычно 220 С при пасте из припоя ПОС61), на второй стадии РМ нагревается с малой скоростью, достаточной для выравнивания температур в компоненте. В результате последующее увеличение температуры на 50 С даже с большой скоростью не приводит к существенному температурному градиенту внутри компонента. Выравнивание температур во время второй стадии имеет особое значение при пайке BGA- компонентов, шариковые выводы которых находятся под корпусом, и их нагрев возможен только сквозь корпус компонента.

3. Быстрое нагревание РМ до 220 С и оплавление припоя; время выдержки составляет около 10 с.

4. Охлаждение РМ до комнатной температуры.

Стадии предварительного нагрева и теплового насыщения у разных термопрофилей отличается только длительностью, которая зависит от размеров компонентов, сложности их структуры, толщины и количества слоев ПП.

По такому циклу работают все промышленные печи конвекционной пайки.

4.5.Отмывка модулей

Интенсификация процесса отмывки РМ осуществляется в основном способом подачи высоконапорных тонких струй жидкости на поверхность изделия, способом барбатажа (перемешиванием жидкости проходящим через нее воздухом, подаваемым под большим давлением) и ультразвуковым способом.

Значения параметров ультразвуковой отмывки следует назначать с большой осторожностью, так как неправильно выбранный режим обработки приводит к разного рода дефектам таким как эрозионные разрушения проводников и поверхностей компонентов, отслоение проводников от диэлектрика, нарушение герметичности компонентов и др.

Первостепенное значение в появлении названных дефектов имеют амплитуда звуковых колебаний и время их воздействия. При больших амплитудах ультразвуковых колебаний в жидкости может возникать кавитация, вызывающая разрушающее воздействие на объект обработки, которое усиливается с течением времени. Степень воздействия зависит также от свойств и температуры среды; с увеличением температуры время полной очистки РМ сокращается, а вероятность появления дефектов возрастает. Поэтому предпочтение надо отдавать докавитационным режимам, хотя при этом увеличивается время отмывки.

Ультразвуковой способ отмывки в сочетании с такими жидкостями как Прозон существенно повышает производительность. Для отмывки можно применять процессы, основанные на использовании только жидкости Прозон и комбинации Прозон-растворитель или Прозон-вода. Типовой процесс с использованием жидкости Прозон включает отмывку РМ ультразвуковым или другими способами при температуре 50-60 С, ополаскивание, финишную обмывку в жидкости Прозон и сушку. Ополаскивание можно рассматривать как способ минимизации расхода жидкости Прозон. Обычно Прозон из ванны ополаскивания переносится по мере необходимости в ванну первичной отмывки.

Сушка РМ производится обдувом горячим воздухом. Сушке следует уделять достаточное внимание, чтобы обеспечить испарение жидкости Прозон из-под корпусов компонентов.

Имеют место случаи, когда сушка жидкости Прозон занимает значительное время. Для сокращения времени сушки финишную отмывку проводят в растворителе с низкой температурой кипения и высокой испаряемостью. Обычно применяют спирт с низким молекулярным весом, полностью смешиваемый с жидкостью Прозон и не приводящий к образованию осадка флюса на ПП. Однако смесь жидкости Прозон и спирта имеет низкую точку воспламенения и поэтому должны приниматься соответствующие меры безопасности.

Повышение испаряемости жидкости Прозон может быть также достигнуто ополаскиванием водой без дополнительных затрат, связанных с низкой точкой вспышки растворителя. Смесь воды и жидкости Прозон имеет достаточную испаряемость. Вода полностью смешивается с жидкостью Прозон, смесь оставляет остатки флюса в растворе и предотвращает их осаждение на ПП. Финишную отмывку проводят в деионизированной воде.

4.6. Ремонт модулей

Ремонт РМ пока что остается неизбежным видом работ производства РЭС. В процессе ремонта РМ устраняют разные дефекты, в том числе заменяют бракованные компоненты на годные или их перепаивают при неправильной установке. Незаменимым устройством для демонтажа и последующего монтажа компонентов является паяльная станция с четко выраженными ремонтными функциями, комплектуемая разнообразными поддерживающими инструментами и приспособлениями. Целевое назначение имеет ремонтный центр, включающий паяльную станцию и набор соответствующего инструмента (дозатор паяльной пасты, флюса и клея, вакуумный пинцет для удаления и установки компонентов, миниатюрную дрель для ремонта ПП т. п.)

Существует три способа демонтажа компонентов - контактный, инфракрасный и конвекционный.

Технология демонтажа контактным способом заключается в использовании профильных насадок к паяльнику (термопинцету), повторяющих конфигурацию корпусов КПМ и учитывающих форму их выводов. Необходимо использовать насадки с хорошей теплопередачей и не требующие высокотемпературных термоинструментов. Сочетание низкой температуры инструментов с высокой теплопередачей насадок является важным для предотвращения отслоения от диэлектрика контактных площадок, что может проявляться в большей степени у ПП, предназначенных для поверхностного монтажа компонентов.

Степень теплопередачи насадки зависит от того, насколько хорошо и обильно покрыты припоем ее рабочие поверхности. Поэтому перед операцией демонтажа КПМ на рабочие поверхности насадки наносят значительное количество припоя, а выводы демонтируемой МС флюсуют обычно безотмывочным флюсом, не растекающимся за пределы рабочей области до его активации разогретым инструментом. Для демонтажа многовыводных корпусов с малым шагом рекомендуется залить выводы МС припоем с целью равномерного прогрева при последующем выпаивании. В случае МПП, когда выводы соединены с печатными проводниками, имеющими различную теплоотводящую массу, плату целесообразно предварительно прогреть до температуры около 100 С с тем, чтобы уменьшить вероятность повреждения проводников за счет механических напряжений термического происхождения.

Во время демонтажа все рабочие поверхности насадки должны контактировать с выводами, так как в противном случае не произойдет одновременное расплавление припоя в демонтируемых паяных соединениях. Небольшие МС прилипают к насадке из-за сил поверхностного натяжения и поднимаются без дополнительной помощи. Когда сил поверхностного натяжения недостаточно для удержания МС на насадке, прибегают к вакуумному пинцету.

Компоненты небольшого размера (CHIP, MELF, SOD) и транзисторы в корпусах типа SOT могут быть демонтированы термопинцетом с игольчатыми или лопаточными в виде губок насадками. Игольчатые насадки диаметром 0,2 мм позволяют демонтировать мельчайшие компоненты, а лопаточные насадки – двухрядные планары с числом выводов до 28.

Насадками демонтируют МС со штыревидными выводами, монтируемыми в отверстия. Особенностью насадок является наличие соответствующего числа углублений для прохождения выступающих из ПП выводов. Насадка устанавливается на выводы с обратной стороны ПП; после расплавления припоя МС извлекается пинцетом. Затем отверстия в плате очищаются от припоя разогретой впитывающей медной оплеткой, пропитанной безотмывочным флюсом. Следует отметить, что медная оплетка разной ширины применяется также для очистки контактных площадок после демонтажа КПМ.

Штыревые линейки и выводы дискретных компонентов (резисторов, конденсаторов и др.) удобно выпаивать из отверстий вакуумным термоотсосом. Инструмент представляет собой нагреватель с соплом для отсоса припоя. Важным моментом является выбор отсасывающего сопла. Внутренний его диаметр должен быть не меньше диаметра отверстия в ПП; внешний диаметр подбирают так, чтобы он накрывал контур печатного проводника вокруг отверстия. Для демонтажа МС в сопло поочередно вводят ее выводы, расположенные с обратной стороны платы, и наконечником инструмента совершают круговые движения пока не расплавится припой в отверстии, после чего производят вакуумную очистку отверстия от припоя.

Существенным фактором эффективной очистки отверстия от расплавленного припоя является уровень разрежения воздуха в наконечнике инструмента. Эта задача решается путем использования мощных вакуумных насосов и специальных технических решений, позволяющих после открытия вакуумного клапана отсасывать припой с большей скоростью.

Паяльники (термопинцеты) с профильными насадками применимы для демонтажа МС с числом выводов не более двухсот. Объясняется это тем, что в крупноформатных насадках возникает градиент температуры, препятствующий качественному демонтажу.

Демонтаж сложных по конструктивному исполнению МС проводится инфракрасным или конвекционным нагревом.

Инфракрасным способом демонтируются КПМ и КМО. Среди них МС в корпусах BGA с большими размерами и любым шагом выводов, МС в корпусах QFP и другие, а также разнообразные разъемы. Процедура инфракрасного выпаивания компонентов не отличается большой сложностью. Сначала устанавливают РМ с демонтируемым компонентом в рабочую зону установки. После прогрева ПП нижним ИК – излучителем до 100 – 120 С со скоростью примерно 2 С/мин включают верхний ИК – излучатель (ИК - пушку). Как только произойдет расплавление припоя, МС, удерживаемую вакуумной присоской, удаляют с платы и опускают на антистатическую плошку.

Не меньшими возможностями обладает конвекционный способ демонтажа. В процессе отпаивания компонентов горячим воздухом наиболее важным является равномерность и одновременность расплавления всех паяных соединений, что достигается применением сопел достаточно сложной конструкции. Широкий диапазон легко сменяемых сопел обеспечивает демонтаж различных компонентов вплоть до МС в корпусах размером 43Х 43 мм.

Компоненты удаляют с ПП либо вакуумным пинцетом, либо механическими инструментами. Для этой цели разработаны инструменты, позволяющие захватывать любой компонент.

Пайка компонентов осуществляется контактным и конвекционными способами.

Пайка компонентов контактным способом проводится с помощью специальных жал и насадок.

При пайке ЧИП – компонентов узким потоком горячего воздуха на контактные площадки ПП наносят дозы паяльной пасты, устанавливают компонент, подсушивают и оплавляют пасту. Во время подсушивания пасты интенсивность горячего воздуха должна быть небольшой; паста обрабатывается с расстояния примерно 20 мм, после стадии высушивания (паста становиться серой) наконечник рабочего инструмента следует приблизить к компоненту так, чтобы выполнить все паяные соединения одновременно. Небольшие перемещения наконечника инструмента над ЧИП – компонентом обеспечивает равномерное распределение тепла. Узким потоком воздуха могут быть пропаяны планары большого размера, например МС в корпусах PLCC и QFP.

Наряду с локальным нагревом применяют общий нагрев компонентов горячим воздухом. Примером использования общего нагрева является групповая пайка контактов МС в пластиковых и керамических корпусах BGA. Компоненты в пластиковых корпусах поставляются с припаянными к нижней поверхности шариками из эвтектического припоя ПОС61. Этого припоя достаточно для образования качественного паяного соединения. Поэтому при пластиковых корпусах требуется только флюсование контактных площадок ПП. Необходимо использовать флюс, не требующий отмывки, так как удаление его после монтажа компонента затруднено ограниченным доступом к монтажным контактам последнего.

В МС с керамическими корпусами шарики изготовлены из тугоплавкого припоя Sn – Pb, они выполняют только лишь роль опоры компонента и при пайке не расплавляются. В этом случае можно через трафарет или дозатором нанести на ПП паяльную пасту, которая обеспечит соединение шариков с контактными площадками платы.

BGA – компонент устанавливают в сопле и совместно позиционируют на плате, затем в сопло подается горячий воздух под минимальным давлением, которое достаточно лишь для поддержания над компонентом нужной температуры. Благодаря внутренним перегородкам сопла воздух распределяется таким образом, чтобы был равномерный нагрев компонента. Воздух вытесняется через специальные прорези в сопле; их наличие исключает механическое воздействие воздуха на компонент.

Для пайки BGA – компонентов на МПП (более четырех слоев) необходим нижний подогрев РМ потоком горячего воздуха со скоростью не опасной для платы и компонентов в керамических корпусах.

4.7. Влагозащита модулей

Влагозащитные материалы, наносимые на поверхность ПП, должны обладать рядом свойств:

-большим электросопротивлением, малыми диэлектрическими потерями и невысокой диэлектрической проницаемостью;

-низкой влагопроницаемостью, стойкостью к воздействию химически активных агентов, содержащихся в воздушной среде, и микроорганизмов;

-адгезией к диэлектрику ПП, печатным проводникам и другим материалам;

-полностью отверждаться при температурах, не вызывающих вредного воздействия на термочувствительные компоненты;

-гидрофобизирующей способностью (способностью не смачиваться водой) и др.

Среди хорошо известных покровных материалов в наибольшей степени удовлетворяют изложенным требованиям лаки УР – 231, ФЛ – 582, ЭП – 730 и ЭП – 9114. Некоторые эксплуатационные и технологические свойства этих лаков приведены в табл. 6.

Таблица 6

Тип лака	Вид климатичес-кого исполнения	Рабочий интервал температур,ºС	Грибос-тойкость, балл	Режим сушки последнего слоя
				Температура, ºС	Время, ч
1	2	3	4	5	6
УР-231	У2, ХЛ2, УХЛ2, Т2, О2, ОМ2, В2	-60 - +120	1	60 - 70	8 - 9
ФЛ-582	У2, Т2, О2, ОМ2, В2	-60 - +120	1	60 - 70	10 - 12
ЭП-730	У2, ХЛ2, Т2, УХЛ2, О2, ОМ2, В2	-60 - +120	2	60 - 70	9 - 10

Продолжение табл. 6

1	2	3	4	5	6
ЭП-9114	У2, ХЛ2, УХЛ2, Т2, О2, ОМ2, В2	-60 - +120	3	60 - 70	8 - 9

Во второй колонке табл. 6 буквы означают климатические зоны, а цифры – условия на объекте размещения РЭС: У – зона умеренным климатом, ХЛ – зона с холодным климатом, УХЛ – зона с умеренным и холодным климатом, Т – зона с тропическим климатом; для всех климатических зон: 0 – на суше, ОМ – на море, В – на суше и на море; 2 – помещения, где колебания температуры и влажности воздуха несущественно отличаются от колебаний на открытом воздухе и имеется свободный доступ наружного воздуха (палатка, кузов, навес, кожух комплексного устройства).

Грибостойкими считаются материалы, у которых стойкость к воздействию плесневых грибов от 0 до 2 баллов.

ТП влагозащиты РМ содержит операции изоляции мест, не подлежащих покрытию, подготовки влагозащитного материала, нанесения слоя материала на ПП, сушки и удаления изоляции.

Для качественной влагозащиты РМ необходимо выполнить следующие требования.

1. Перед влагозащитой поверхность ПП должна быть очищена (подраздел 4.5).

2. Сушка должна быть проведена так, чтобы присутствующая в РМ влага была полностью удалена.

3. Места, не подлежащие покрытию, должны быть защищены специальными заглушками или антиадгезионными составами и лаками (составы АК – 535, XII – 1,XII- 2, лаки ХС – 567, ХВ – 5196).

4. Вязкость материала должна составлять от 11 до 15 с при ее определении по вискозиметру ВЗ – 246.

Влагозащитные материалы наносят способами окунания с последующим центрифугированием, распыления, а также кистью. Центрифугирование необходимо для получения равнотолщинного покрытия по всей поверхности ПП. При этом снижается дефектность покрытия и уменьшается разброс паразитных емкостей.

Число слоев покрытий составляет от 2 до 4. Увеличение числа слоев способствует сокращению общей пористости покрытия и, соответственно, повышению влагоустойчивости РМ. Независимо от числа слоев толщина покрытия должна быть не более 0,06 мм.

Каждый последующий слой наносят после сушки предыдущего слоя.

Технология влагозащиты РМ на основе лаков УР – 231, ЭП – 730, ФЛ – 582 и ЭП – 9114 достаточно трудоемкая из-за нанесения нескольких слоев покрытия и отличается большой длительностью его сушки. Кроме того, она не обеспечивает требуемый уровень влагозащиты РМ с высокой плотностью размещения КПМ. Одна из причин этого связана с тем, что практически не удается получить монолитное без пор покрытие даже при нанесении максимального числа слоев.

В связи с этим представляют интерес другие технологии и материалы влагозащиты РМ. В последние годы все большее распространение получает технология влагозащиты РМ способом вакуумной пиролитической полимеризации /12/. Защитными материалами являются парилен и хлорпарилен.

Покрытие, формируемое из паровой фазы, имеет одинаковую толщину на открытой поверхности, острых кромках и гранях и в труднодоступных местах (зазорах, глухих и сквозных отверстиях); оно не содержит ионогенных примесей, которые вызывают появление токов утечки. Существенно то, что при низких температурах (5–25 С) может быть получено покрытие разной толщины (от единиц ангстрем до 60 мкм) за один технологический цикл.

Парилен и хлорпарилен рекомендуются для влагозащиты РМ с КПМ.

К новым материалам относятся составы типа «Эпилам» и композиция «Поливоск» /13,14/.

Материалы «Эпилам» – фторсодержащие поверхностно-активные вещества в растворителях. Получаемые из них гидрофобизирующие покрытия обладают малой влагопроницаемостью, хорошими электроизоляционными свойствами, а также флюсующей способностью, что облегчает выполнение ремонтных работ.

Композиция «Поливоск» – дисперсия низкомолекулярного полиэтилена в органическом растворителе с добавками, предотвращающими термическое старение покрытия. Композиция «Поливоск» имеет высокую химическую стойкость, приемлемые электрические свойства и низкую влагопроницаемость. Температурный интервал работы этой композиции от – 40 до + 140 С.

Технология влагозащиты РМ материалами «Эпилам» «Поливоск» проста и не требует дорогостоящего оборудования.

4.8. Выходной контроль модулей

Выходной контроль служит для окончательного определения качества РМ. Его оценивают по результатам контроля правильности установки КМО и КПМ, геометрических параметров и структуры паяных соединений, чистоты отмывки ПП, состояния влагозащитных покрытий и проведения тестирования РМ.

Установка КМО должна соответствовать требованиям стандарта /15/. Дискретные компоненты и МС поверхностного монтажа должны быть размещены на ПП так, чтобы их выводы (монтажные элементы) не выходили за пределы контактных площадок. Оптимально симметричное расположение КПМ относительно контактных площадок.

Практика показывает, что при производстве РМ значительная доля неисправностей вызвана некачественной пайкой. Поэтому, неслучайно операции контроля паяных соединений уделяется должное внимание. Для оценки качества паяных соединений применяют неразрушающий и разрушающий контроль. К неразрушающему контролю относится такой контроль, при котором в паяном соединении не происходит каких-либо изменений, влияющих на его свойства. При разрушающем контроле паяное соединение либо разрушается, либо имеет место недопустимое изменение свойств объекта контроля.

Распространенным видом проверки качества паяных соединений является визуальный контроль, осуществляемый невооруженным глазом, с помощью луп и систем визуального контроля, имеющих высокую разрешающую способность и позволяющих получать стереоскопическое изображение объекта.

Одновременно с визуальным контролем паяных соединений проверяют правильность установки и отсутствие поврежденных компонентов, наличие перемычек припоя между элементами ПП и др.

При осмотре необходимо учитывать, что в пайкое соединение должно быть не шероховатым, глянцевым или матовым без темных пятен и посторонних включений, без трещин, пор и усадочных раковин. В случае монтажа КМО и МС с планарными выводами соединение должно быть скелетным с вогнутыми галтелями, т. е. таким чтобы в массе припоя просматривались контуры монтажных элементов (рис.9)

Продолжение рис. 9

Рис. 9. Скелетная форма паяного соединения: 1-контактная площадка;

2-металлизированное отверстие; 3-вывод компонента

Допускается заливная форма паяного соединения, при которой контуры монтажных элементов не просматриваются и полностью скрыты припоем (рис. 10)

Продолжение рис. 10

Рис. 10. Заливная форма паяного соединения: 1-контактная площадка;

2-металлизированное отверстие; 3-вывод компонента

Паяное соединение с неполным заполнением припоем металлизированного отверстия не бракуется, если припой смачивает стенки отверстия по всей высоте γ и со стороны корпуса образуется вогнутая галтель ₁ не менее 1/3  (рис. 11)

Рис.11. Паяное соединение с неполным заполнением

металлизированного отверстия: 1-металлизированное

отверстие; 2-вывод компонента

У ЧИП – компонентов с высотой металлизации не менее 1,2 мм высота галтели h должна быть не менее 1/3 Н. Если высота Н более 1,2 мм, то высота галтели должна быть не менее 0,4 мм (рис. 12).

Рис. 12. Форма паяного соединения у ЧИП – компонентов: 1-ЧИП –

компонент; 2-металлизация на корпусе контакта; 3-контактная

площадка

Выводы компонентов в корпусах SO, SOT должны быть пропаяны не менее чем 75 % длины их монтажных частей.

Рентгеновский метод применяют для выявления внутренних дефектов паяного соединения. Наиболее эффективным является рентгенотелевизионный вариант этого метода, обеспечивающий обнаружение малых трещин, пор и инородных включений.

В рентгеновских установках реализуется принцип рентгеноскопии или принцип рентгенографии. Рентгеноскопия – визуализация теневого рентгеновского изображения на экране, а рентгенография – получение теневого изображения на рентгеновской пленке. Диагностические возможности рентгеновского метода определяются проникающей способностью рентгеновского излучения и чувствительностью. При прохождении через объект контроля пучка рентгеновских лучей с определенной длиной волны интенсивность излучения уменьшается по экспоненциальному закону:

, (4.1)

где I₀ – интенсивность излучения без ослабления; I – интенсивность излучения на глубине x объекта; μ – линейный коэффициент ослабления излучения.

Выражение (4.1) можно представить в таком виде:

, (4.2)

где px – масса вещества в столбике сечением 1 см² и длиной x см; μ/ρ – массовый коэффициент ослабления, характеризующий ослабление интенсивности излучения слоем, содержащим один грамм вещества на каждый квадратный сантиметр.

При px=1

, (4.3)

Коэффициент μ растет с увеличением атомного номера материала и уменьшается с ростом энергии излучения Е, связанной с длиной волны λ выражением

, (4.4)

где h – постоянная Планка.

В рентгеновских трубках минимальная длина в ангстремах рентгеновского излучения равна

λ_min = 12,395V, (4.5)

где V – напряжение анода, кВ.

Следовательно, чем больше анодное напряжение, тем больше энергия Е и тем глубже в материал проникает рентгеновское излучение. Излучение с большой проникающей способностью называют жестким, а с небольшой проникающей способностью - мягким. Анодное напряжение выбирают с учетом материала и толщины контролируемого объекта.

Интенсивность излучения, проходящего через объект с дефектом типа трещины, поры или инородного включения, определяются по формуле

, (4.6)

где μ₁ – линейный коэффициент ослабления излучения в дефекте; Δx- протяженность дефекта по направлению излучения.

Разделив (4.6) на (4.1), получим

, (4.7)

При наличии в паяном соединении пор и трещин μ₁ < μ и I₁ > I; если имеется включение с плотностью большей, чем у материала объекта контроля, то μ₁ > μ и I₁ < I. Изменение интенсивности излучения проявляется в виде темных или светлых пятен на экране или рентгеновской пленке.

Чувствительность рентгенографии и рентгеноскопии характеризуется разрешающей способностью и контрастностью изображения на экране и пленке: предельная разрешающая способность определяется числом различных линий на отрезке шириной 1 мм. Чувствительность рентгенотелевизионного микроскопа зависит от чувствительности рентгеновского блока, преобразователя рентгеновского излучения в электрический сигнал и телевизионной системы.

Отечественный рентгенотелевизионный микроскоп МТР – 3И имеет предельную разрешающую способность 20 линий/ мм, а увеличение размеров изображения в телевизионном канале составляет до 35 раз.

В микроскопе РС – 1 фирмы Nicolet используется система увеличения в 20 – 50 раз с цветным телевизором. Предельная разрешающая способность около 100 линий / мм.

Для контроля качества пайки компонентов в корпусах BGA и других КПМ разработана рентгеновская установка СРХ с увеличением 400 раз.

Дефектные паяные соединения выявляют активным и пассивным методами теплового контроля. Активный метод базируется на том, что дефекты паяного соединения препятствуют передаче тепла и искажают характер его распространения между разогретыми монтажными элементами. В результате этого на границе с повышенным тепловым сопротивлением возникает градиент температур, который фиксируется инфракрасными измерительными приборами.

Разогрев монтажных элементов производится в стационарном и нестационарном режимах. При стационарном режиме монтажные элементы разогреваются одновременно источником тепловой энергии. В этом случае могут быть выявлены дефекты (трещины, пустоты, включения), ориентированные перпендикулярно направлению теплового потока. Различимость дефектов в стационарном режиме меньше, чем в случае нестационарного (динамического) нагрева. Динамический нагрев производится локальным источником тепла, перемещающимся по наиболее благоприятной для выявления дефектов траектории. Выбор траектории перемещения локального теплового источника позволяет оценить качество паяного соединения по характеру распределения температуры монтажных элементов и по ее изменению на отдельных участках с течением времени.

При пассивном методе теплового контроля оценивается собственное тепловое излучение изделия, подключенного к источнику питания. Дефектность паяного соединения характеризует тепловыделение, зависящее от величены протекающего по цепи тока и переходного сопротивления системы металл – припой – металл.

Тепловой контроль осуществляется ИК - радиометрами, ИК – профилографами, например установкой типа Laser Inspect, созданной фирмой Vansetti Systems (США). В ней измерение уровня сигнала ИК – детектора выполняется сначала при максимальном нагреве паяных соединений, а затем через каждые 20 – 30 мс в течение 5 с. Полученные результаты используются для построения временных зависимостей измерения температур паяных соединений в процессе охлаждения РМ. По этим зависимостям судят об избытке или недостатке припоя в соединениях. «Холодную» пайку выявляют по возрастанию сигнала из-за более высокой поглотительной способности поверхности. Поры и трещины в паяном соединении обнаруживают вследствие большого поглощения ИК – излучения.

Измерения шумов паяных соединений несут важную информацию об их надежности. Шумы паяного соединения представляют собой случайные флюктуации его сопротивления, происходящие под действием внешних и внутренних факторов. Информация о качестве и надежности паяного соединения может быть получена в процессе измерения фликерной и лавинной составляющих шума. Спектральная плотность мощности фликерной составляющей обратно пропорциональна частоте f, поэтому эту составляющую шума называют шумом типа 1 / f. В паяном соединении шум типа 1 / f вызывается релаксацией внутренних напряжений, перестройкой структуры из за неоднородности химического состава паяного шва и другими явлениями.

Лавинный шум обычно связан с тем, что при протекании тока в паяном соединении с нестабильной и плохой проводимостью возникают микроплазменные области, в которых реализуется режим электрического пробоя. Лавинный шум проявляется в виде всплеска спектральной плотности мощности на относительно высоких частотах.

Механическим испытаниям подвергают непосредственно изделия или образцы, вырезанные из изделий, и контрольные образцы, приготовленные для создания определенного нагружения. Для определения механических свойств паяных соединений изделия и образцы испытывают на растяжение, сдвиг и изгиб.

Металлографические исследования проводят с целью определения кристаллической и фазовой структуры паяных соединений, размера диффузионных зон и выявления распределения дефектов в паяном шве.

Виды дефектов паяных соединений, причины их возникновения и меры по их устранению представлены в табл. 7.

Таблица 7

Вид дефекта	Причины возникновения	Меры по устранению
1	2	3
Полное или частичное несмачивание припоем паяемых поверхностей	Наличие окисной пленки и загрязнений на паяемых поверхностях	Проверить паяемость. При необходимости очистить поверхности от загрязнений и подвергнуть их горячему лужению
	Недостаточный нагрев изделия	Проверить температуру пайки, при необходимости увеличить температуру. Проверить скорость перемещения ПП относительно волны , при необходимости уменьшить скорость. Проверить температуру предварительного подогрева ПП, при необходимости увеличить температуру подогрева
	Не обеспечивается флюсование	Проверить условия флюсования и активность флюса. Увеличить количество флюса на паяемых поверхностях. Использовать более активный флюс.

Продолжение табл. 7

1	2	3
	Полное или частичное отсутствие контакта паяемой поверхности с припоем	Проверить наличие контакта ПП с припоем, при необходимости увеличить высоту волны и глубину погружения платы в припой. Проверить параллельность ПП относительно волны припоя. При необходимости устранить непараллельность. Проверить величину прогиба платы
Неполное заполнение припоем зазора между стенками металлизирован-ных отверстий и выводами	Неоптимальный зазор в соединении	Проверить зазор, при необходимости изменить конструкцию изделия
	Не выдержан режим нагрева	Обеспечить равномерный подогрев изделия до оптимальной температуры
	Повышенная вязкость флюса	Проверить наличие остатков флюса в зазорах. Уменьшить вязкость флюса, добавив в него растворитель
	Недостаточная глубина погружения в припой	Проверить глубину погружения ПП в припой, увеличить высоту волны припоя и глубину погружения платы
Усадочные раковины	Большой зазор в соединениях	Проверить зазор. При необходимости изменить конструкцию изделия
	Быстрое неравномерное охлаждение паяного соединения	Проверить температуру предварительного подогрева ПП, при необходимости увеличить температуру подогрева

Поры в паяном соединении

Дефекты металлизации стенок отверстий ПП (разрывы, несплошности и т. п.)

Проверить качество ПП. Устранить нарушения в технологии изготовления ПП

Продолжение табл. 7

1	2	3
	Испарение влаги и выделение газов из диэлектрика ПП	Подвергнуть ПП сушке
	Избыток растворителя во флюсе, наличие в нем воды	Проверить температуру сушки флюса перед пайкой. Проверить условия и срок хранения флюса, при необходимости заменить партию флюса
Наплывы припоя	Недостаточный нагрев паяемых поверхностей изделия	Увеличить температуру и время пайки. Уменьшить скорость движения транспортера
	Неправильно установлен угол наклона на транспортере	Проверить угол выхода платы из припоя, установить угол наклона транспортера
	Плохое смачивание припоем поверхностей	Создать условия для хорошего смачивания
	Недостаточная активность флюса Малое количество флюса	Проверить активность флюса. При необходимости заменить флюс. Увеличить количество наносимого флюса
	Наличие примесей в припое	Проверить химический состав припоя. При необходимости заменить припой
Перемычки припоя между соседними соединениями	Недостаточная активность флюса Малое количество флюса	Проверить активность флюса. При необходимости заменить флюс. Увеличить количество наносимого флюса

Продолжение табл. 7

1	2	3
	Недостаточный нагрев паяемых поверхностей изделия	Проверить температуру предварительного подогрева ПП и температуру пайки. При необходимости увеличить температуру подогрева и пайки
	Высокая скорость движения транспортера	Проверить скорость движения транспортера; уменьшить скорость движения транспортера
	Неоптимальный угол выхода ПП из волны припоя	Проверить угол выхода платы из припоя, изменить угол наклона транспортера
	Неоптимальное направление движения ПП через волну припоя	Проверить расположение длинных проводников по направлению движения ПП. Повернуть ПП на 90  в кассете
Шероховатая, зернистая поверхность припоя в паяном соединении	Попадание окислов в места образования паяных соединений	Очистить зеркало припоя и устройства от окислов
	Образование кристаллов интерметаллидов	Проверить химический состав припоя на отсутствие меди, золота, серебра и примесей других металлов, вызывающих образование интерметаллидов
	Интенсивное растворение в припое паяемых материалов	Уменьшить время и температуру пайки
Трещины в паяном соединении, «холодная пайка»	Смещение деталей в момент кристаллизации припоя	Проверить работу транспортера. Устранить вибрации и удары во время охлаждения РМ

Продолжение табл. 7

1	2	3
Отсутствие галтелей или малая их высота на тыльных сторонах безвыводных КПМ	Неудовлетворительное смачивание тыльных сторон КПМ при пайке двойной волной припоя	Изменить параметры двойной волны. Расположить ПП так, чтобы большая сторона КПМ была перпендикулярна волне припоя. Уменьшить плотность размещения КПМ на ПП
Выводы компонентов в корпусах SO, SOT попаяны меньше 75 % их монтажных частей	Недостаточное дозирование паяльной пасты	Увеличить дозу паяльной пасты

Контроль качества удаления флюсов с поверхности ПП производят визуальным осмотром, люминесцентным и нефелометрическим методами.

Люминесцентный метод основан на явлении флуоресцентного свечения веществ, входящих в состав флюсов, при освещении РМ лампами ультрафиолетового излучения. Остатки канифоли марки А вызывают желтое свечение, а канифоли марки В – голубое свечение.

Нефелометрический метод заключается в определении оптической плотности водно – спиртовых растворов канифоли в зависимости от концентрации в них канифольного флюса после контрольной отмывки РМ. Для контроля приготавливают эталонные растворы с различной концентрацией флюса. Эталонные растворы сравнивают по оптической плотности с пробой жидкости, которой производилась контрольная отмывка РМ.

В зарубежных устройствах типа СМ 11 и СМ 20, а также в устройствах отмывки ICOM 8000 М и ICOM 8000 L контроль качества отмывки осуществляется путем измерения проводимости очищенного раствора изоприлового спирта и деионизированной воды, в котором обрабатывался РМ. Качество отмывки считается хорошим, если содержание загрязнений не более 1,5 _* 10^-2 мкг / мм² /16/.

Визуальным осмотром проверяют также наличие дефектов влагозащитных покрытий (табл. 8).

Таблица 8

Вид дефекта	Причины возникновения	Меры по устранению
1	2	3
Мелкие углубления (раковины) в пленке	Не оптимальный состав растворителей, высокая вязкость материала	Добавить поверхностно – активные вещества для уменьшения поверхностного натяжения; понизить вязкость материала
Пузыри и поры	Нарушение процесса сушки, связанное с высокой скоростью испарения низкокипящих растворителей и задерживанием в полимерной пленке паров; нарушение технологии нанесения покрытий из-за неправильно подобранного давления воздуха при пневмораспылении; попадание воздуха ванну с материалом	Уменьшить температуру и скорость сушки покрытия; уточнить давление воздуха при пневмораспылении; установить скорость погружения РМ не более 0,2 м / мин при нанесении покрытия способом окунания
Потеки, наплывы	Излишняя толщина покрытия	Уменьшить толщину пленки; изменить способ нанесения покрытия; при влагозащите окунанием установить и строго выдерживать определенное положение РМ в момент его извлечения и выдержки
Отсутствие пленки на некоторых участках	Слабая адгезия; несовместимость наносимого материала с имеющимися покрытиями или основанием; наличие на поверхности гидрофобизирующих материалов	Провести подготовку поверхности; заменить материал покрытия; ввести в состав растворителей специальную добавку, обеспечивающую химическое взаимодействие материала с основанием и ранее нанесенными покрытиями.

Влагозащитные свойства покрытия в значительной степени зависят от его толщины. Для определения значения этого параметра применяют установку типа УВТ 1. Она измеряет толщину покрытия от 5 до 100 мкм с погрешностью ± 4 %./16/

Тестирование РМ производится специальным оборудованием (рабочей станцией S 96, автоматическими тестерами АТЕ 3900 и др.). Оборудование обеспечивает поиск и анализ производственных дефектов, функциональное и внутрисхемное тестирование РМ.