14. Классификация групповых симультанных способов пайки.

Избирательная пайка обеспечивает выборочную пайку контактов через специальную фильеру (образующую (с помощью системы сопел)) селективную мультиструйную с малой высотой подачу припоя), изготовленную из нержавеющей стали. Между объектом и фильерой зажимается слой термостойкой резины. При избирательной пайке уменьшается температура платы, снижается нагрев ТМК и расход припоя. Применяют ее в условиях массового производства, когда изготовление специальной фильеры экономически целесообразно.

Каскадная пайка отличается перемещением объекта против волнообразного течения припоя , что способствует обеспечению свободной от окислов поверхности припоя и, тем самым, улучшению качества пайки, но при этом усложняется конструкция привода объекта и возникают трудности закрепления ТМК.

Хорошее качество пайки обеспечивает способ погружения объекта в заполненную сеткой (например, из никеля с размером окон 0,2´0,2 мм) ванну , которая превращается в капиллярный питатель. При соприкосновении объекта с сеткой припой выдавливается через ее ячейки и вследствие капиллярного эффекта заполняет зазор между выводами ТМК и металлизированными отверстиями. При обратном движении объекта избыток припоя затягивается капиллярами сеточного набора, что предотвращает образование сосулек. Различие в длине выводов не сказывается на качестве пайки из-за гибкости сетки.

Пайка волной припоя является самым распространенным способом групповой симультанной пайки ячеек ЭУ. Она заключается в том, что объект монтажа перемещается через гребень волны припоя. Ее преимуществами являются: высокая производительность, возможность создания комплексно-автоматизированного оборудования, ограниченное время взаимодействия припоя с объектом, что снижает термоудар, коробление диэлектрика, перегрев ЭРК. Главным условием высокой разрешающей способности пайки волной припоя, позволяющей без перемычек, мостиков и сосулек припоя паять ячейки с малыми зазорами между печатными проводниками (до 150 мкм), является создание тонкого и равномерного слоя припоя на проводниках.

15. Разновидности пайки оплавлением дозированного припоя.

1)Пайка оплавлением дозированного припоя в парогазовой среде (ПОДП в ПГС) (конденсационная пайка) обеспечивает равномерный нагрев и оплавление всех мест пайки одновременно, независимо от геометрии ПМК, КП и контактных площадок на ней. Этот способ высокопроизводителен и в настоящее время не более дорогостоящ, чем ПДВП. ПОДП в ПГС осуществляется в парах жидкости-теплоносителя (фреона), нагретой до температуры кипения, обычно равной 215 °С. Плата с установленными и зафиксированными на ней компонентами (как монтируемый объект) помещается в рабочую зону контейнера и предварительно нагревается. Далее объект перемещается в зону насыщенного пара кипящего фреона, где температура объекта повышается до 215 °С. Пар в этом случае вытесняет из контейнера воздух (препятствуя тем самым окислительным процессам во время пайки), затем обволакивает объект и начинает конденсироваться на его поверхностях, отдавая при этом скрытую теплоту парообразования. Благодаря тепловому равновесию между жидкостью (теплоносителем) и ее паром, температура всей системы остается постоянной без применения терморегуляторов. Припой (в составе припойной пасты, предварительно сформированной на КП), находящийся в зоне насыщенного пара фреона, расплавляется и образует паянные соединения. Скорость передачи тепла при ПОДП в ПГС можно представить как , где h - коэффициент теплопередачи, который определяется коэффициентом теплопроводности, коэффициентом вязкости и плотностью конденсирующегося пара; A - площадь поверхностей объекта, принимающих тепло; температура соответственно пара (как источника тепла) и нагреваемого объекта.

При общем рассмотрении ПОДП в ПГС в сравнении с другими способами пайки – просто реализуемый симультанный прецизионный процесс, который в сущности протекает в равновесной системе (так как температура источника тепла и объекта пайки одинаковы), способной самоустанавливаться и самостабилизироваться (с высокой точностью выдерживания температурного режима пайки) при одновременном двустороннем монтаже на КП (из разных материалов и различной геометрической формы) любых конструкций ПМК, осуществляемом в бескислородной высокочистой, химически инертной, негорючей технологической среде, что может быть использовано для организации робастной* технологии. В современных промышленных технологических установках ПОДП в ПГС периодического и непрерывного действия используются усовершенствованные системы вентиляции (с регулируемой скоростью оттока воздуха из рабочей зоны) и конденсации (соответственно улавливающие и конденсирующие пары теплоносителя и возвращающие их в рабочую зону), а также системы рециркуляции жидкости-теплоносителя, низко располагаемые (по отношению ко входу и выходу конвейерной ленты) рабочие паровые зоны и другие средства, которые в комплексе позволяют свести к минимуму утечки фреонов.

2)Пайка оплавлением дозированного припоя с применением излучательного нагрева по своей природе отличается от конвекционной и кондукционной главным образом большей скоростью переноса тепла, отсутствием прямого контакта с источником излучения и управляемой проникающей способностью излучения в материалы конструктивов ЭУ. Если площади излучателя и объекта соизмеримы, то количество тепла , передаваемого от источника излучения к нагреваемому объекту можно представить в виде выражения: где - поправочный коэффициент, учитывающий геометрические факторы поля видимости объекта для конкретного вида излучения; σ - постоянная Стефана-Больцмана; E - излучательная способность источника излучения; A- площадь излучаемой поверхности; - температура излучателя; - температура нагреваемого объекта.

При соответствующем подборе спектра излучения, а также материалов конструктивов объекта, способных поглощать, отражать либо пропускать излучение, можно изменять проникающую способность излучения во время его взаимодействия с нагреваемым объектом, тем самым управлять процессом излучательного нагрева.ПОДП с излучательным нагревом – термодинамически неравновесный процесс, так как температура излучателя существенно отличается от температуры объекта (например, для ТС с ИК-излучением T1 ≈300 − 800 °С, а T2 ≈ 210 − 230 °С), что требует прецизионного контроля технологических параметров процесса пайки и управления ими.

3)В ТПМ для симультанной пайки используется преимущественно ПОДП с ИК-нагревом (в диапазоне длин волн ИК-излучения 1,3− 5,0 мкм). Пайка в этом случае осуществляется в негерметичной системе (рис. 11.5, а) с применением двух типов источников ИК-излучения: плоских керамических панельных (в количестве от 4 до 20), работающих в режиме средневолнового рассеянного ИК-излучения (при этом 60% тепла передается объекту за счет естественной конвекции (так как в рабочей камере присутствует газообразная среда) и 40% при помощи излучения) и локальных концентрированных (ламповых) излучателей (в количестве 2…8), работающих в режиме коротковолнового ИК-излучения (при этом доля конвекционной составляющей в общем количестве тепла, передаваемого объекту, не превышает 5%, а 95% тепловой энергии доставляется к объекту излучением). Отношение излучательной к конвекционной составляющей в общем количестве передаваемому объекту тепла выбирается как можно меньшим, если требуется избежать больших градиентов температуры в нагреваемом объекте, и как можно большим для уменьшения времени облучения объекта, т. е. повышения эффективности процесса пайки.

4)В производстве ЭУ на многослойных КП иногда используют ПОДП с комбинированным нагревом, т. е. комбинацию ИК-излучения и кондукционного (контактного) нагрева. Контактный нагрев осуществляется нагреваемой конвейерной лентой (реже – нагретой плитой) и позволяет в комбинации с излучательным несколько сократить время пребывания изделия в установке пайки и обеспечивает более эффективное выравнивание температуры объекта пайки по сравнению с применением только излучательного нагрева, хотя и используется в основном при монтаже ячеек ЭУ на платах с повышенной нагревостойкостью.

5)ПОДП с применением лазерного излучения характеризуется высокой когерентностью, направленностью и плотностью потока в сравнении с ИК-излучением. При использовании самого современного технологического оборудования ПОДП лучом лазера можно назвать способом пайки с последовательно-групповым (т. е. средним) уровнем автоматизации, так как для реализации пайки на самом высоком уровне автоматизации (т. е. симультанной ПОДП) потребовалось бы количество лазерных лучей, как минимум равное числу паянных соединений (современные ЭУ могут содержать более 10000 паянных соединений). Лазерная ПОДП не является альтернативой другим способам ПОДП, а скорее их удачно дополняет, например, при монтаже (и демонтаже) особо сложных ЭУ с повышенной плотностью монтажа и сложными конструкциями ПМК (в том числе термочувствительными), существенно отличающимися массой и габаритами. А главное – лазерная ПОДП незаменима для монтажа специальной высоконадежной аппаратуры, когда главным является качество и надежность паянных соединений, а не производительность технологического оборудования.