книги из ГПНТБ / Федоров А.М. Основы контроля печатных схем

Внутри помещения платы транспортируются в-от­ крытой таре, а из одного помещения в другое или с од­ ного предприятия на другое только в закрытой. Это исключает возможность механических повреждений плат, попадания влаги и других загрязнений.

Хранить платы необходимо в горизонтальном поло­ жении в сухих отапливаемых помещениях при темпера­ туре окружающего воздуха в интервале + (5+35)° С, относительной влажности 65+15% и отсутствии агрес­ сивных паров. Условия хранения плат в складских по-

Рис. 51. График зависимости прочнос­ ти сцепления фольги с основанием от температуры:

1 — фольгированный стеклотекстолит СФ-Н;

2 — фольгированный стеклотекстолит СФ

к пайке, залог предотвращения возникновения коррозии на проводниках и контактных площадках.

На основании многолетних наблюдений за окружаю­ щей средой в складских помещениях и в сборочно-мон­ тажных цехах установлено, что температура^такой сре­ ды здесь поддерживается в соответствии с установлен­ ными пределами, а относительная влажность в разное время года в отдельные дни может достигать 95—98%. Усредненные значения влажности и температуры за 5 лет показаны на рис. 52, 53.

191

too

Ä? 90

I w

Qj

§ 30

Ö

§20

^/0

I 2 3 4 5 6 7 8 9 10 It 12

время, месяц.

Рис. 52. Усредненные значения изменения относительной влажности производственных помещений

время, месяц.

Рис. 53. Усредненные значения колебаний температуры производственных помещений

Если влажность повышенная, процесс влагопоглоще-, ния незащищенного диэлектрика плат происходит быст­ ро и заканчивается в основном в первые 1—2 часа (рис. 54, 55). Защита печатных плат консервирующими лаками (рис. 54, 55) и хранение их в запаянных поли­ этиленовых мешках тормозит процесс влагопоглощения, однако не исключает его полностью [71]. Это — свиде­ тельство того, что результат, достигнутый благодаря ка­ чественной сушке при изготовлении плат, может быть сведен к нулю вследствие поглощения ими влаги из воз-1 духа, когда аппаратура длительное время изготовля­ лась в сборочно-монтажных цехах.

192

Рис. 54. Поглощение влаги печатными платами из гетинакса, защищенными лаками (относительная влажность 95—98%, температура 20°С):

Рис. 55. Поглощение влаги образцами из стеклотекстолита с различными покрытиями (относительная влажность 95—98%, температура 20°С):

1 — б е з л а к а ; 2 — л а к н а о с н о в е с м о л ы П Н - 9 ; 3 — л а к А К -546

7 З а к. *1261

Очень важно, чтобы в запаянных полиэтиленовых мешках соблюдалась ' минимальная влажность. Для этого в них закладываются осушающие вещества, из ко­ торых наибольшее распространение получил силика­ гель. Он пригоден для многократного использования. Чтобы установить, насколько силикагель насыщен вла­ гой, он пропитывается раствором хлористого кобальта. Силикагель—индикатор (ГОСТ 8984—59), если он со­ держит влагу, изменяет окраску с голубого цвета на розовый.

Количество влагопоглотителя, необходимого для упаковки, зависит от таких факторов, как объем про­ странства, ограниченного упаковкой; поверхность упа­ ковки; влажность прокладочного материала, упакован­ ного с платами, и влажность воздуха в момент упаковки; влагопроницаемость упаковки; заданный срок тран­ спортировки и хранения плат на складах.

В общем случае количество влагопоглотителя мож­ но рассчитать, используя формулу [72]:

где G — количество силикагеля, а;

S — площадь упаковочной пленки, лі2;

т— время хранения, месяц;

р— паропроницаемость пленки при 90%-ной отно­ сительной влажности, температуре 38° С в те­

чение 24 ч, г/м 2\

Q — прокладочный материал, а.

Величины паропроницаемости упаковочных пленок приведены в табл. 43 [73].

Чтобы ориентировочно оценить количество влагопо­ глотителя, необходимого для упаковки с платами, мож­

в упаковке брать 3 кг силикагеля.

Мешочки для силикагеля делаются из бумаги, при­ меняемой для изготовления микаленты, и укладывают­ ся в мешочки из отбеленной бязи или полотна. Перед употреблением силикагель необходимо тщательно про­ сушить в течение 3 ч при температуре 150—170° С. Развешивается влагопоглотитель в мешочки не более чем за 1 ч до упаковки. .Отработанный силикагель-

194

осушитель, влажность которого выше 2%; надо восстано­ вить. Для этого он помещается в алюминиевые или стальные противни слоем толщиной 2—3 см, а затем ус­ танавливается в сушильный шкаф. Сушить силикагель необходимо в течение 3—4 ч, периодически помеши­ вая. Регенерация силикагеля-индикатора начинается при 120 ± 3° С.

Замасленный силикагель восстановлению и дальней­ шему использованию не подлежит. Высушенный сили­ кагель хранится в чистой сухой герметичной таре или в стеклянных бутылках с притертыми пробками, зали­ тыми парафином или воском.

Получают силикагель путем обработки раствора си­ ликата натрия или калия соляной или серной кислота­ ми с последующим обезвоживанием образовавшегося студенистого осадка кремниевой кислоты. Следует учи­ тывать, что в некоторых случаях в силикагеле могут присутствовать остатки кислот. Если отмечаются резкие перемены температур, солнечная радиация, эти остатки, выделяясь из силикагеля, - могут усиливать коррозию металлов и загрязнять диэлектрик печатных плат.

На ухудшение паяемости плат главным образом влияет внешняя среда, содержащая агрессивные веще­ ства и соединения. Исследования [75] причин, вызыва­

Г Л А В А 5

ПАЙКА ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА

В отечественной п зарубежной промышленности пе­ риодически возникает дискуссия о применении электро­ монтажной пайки или сварки. Практически использу­ ются оба вида этих соединений, однако пайка перед сваркой имеет р *і д преимуществ. Заключаются они в следующем:

1.Пачка обеспечивает прочно-плотную дуффузионную (межкристаллическую) связь без оплавления и де­ формации кристаллов основного металла, а следова­ тельно, и без искажения геометрической формы соединя­ емых деталей.

2.Пайка создает неограниченные возможности сое­

динения не только металлов и сплавов, но и металлизи­ рованных неметаллических материалов (радиокерамики, стекла, пластмасс и др.).

3. Используя метод паяния, можно создавать соеди­ нения и в металлизированных отверстиях и на плоских поверхностях плат.

4. В технологическом отношении пайка обеспечивает неоднократный демонтаж и монтаж узлов без разруше­ ния основного металла и геометрической формы мон­ тажных электрорадиоэлементов. Поэтому электромон­ тажная пайка при изготовлении радиоаппаратуры нашла сегодня широкое применение.

Являясь основой сборки печатной схемы, пайка ис­ пользуется для создания механического и электрическо­ го соединения выводов, установленных на плате элек­ трорадиоэлементов с монтажными проводниками.

В условиях эксплуатации радиотехнических изделий наиболее полно реализуются принципы взаимозаменяе­ мости унифицированных блоков (вышедших из строя)

1!)Я

и деталей путем их замены и повторной пайки. Это спо­ собствует увеличению срока службы аппаратуры при небольших затратах на ее ремонт.

Механическое соединение достигается за счет того, что припой, смачивая вывод и поверхность контактной

электрического контакта, имеющего малое переходное сопротивление, можно получать даже тогда, когда удельное сопротивление самого припоя выше, чем у- ос­ новного металла паяемых деталей.

Рассуждение о том, что пайка — тривиально простой процесс, является ошибочным. Пайка сопровождается сложными физическими процессами, происходящими при взаимодействии расплавленного металла с поверх­ ностями соединяемых деталей. Качество пайки, опреде­ ляемое такими процессами, как диффузия, кристалли­ зация, растворение и другие, зависит от физико-хими­ ческих свойств припоя, флюса, температурного режима, времени, свойств окружающей среды, материалов сое­ диняемых деталей, состояния их поверхностей. Здесь наблюдаются физико-химические, физические, хими­ ческие и тепловые процессы. Каждый из них сам по се­ бе является сложным, а их совокупность во взаимодей­ ствии в значительной мере усложняет весь процесс пайки. Число переменных, определяющих рассматривае­ мый процесс, превышает 10, причем физико-химическая природа многих из них существенно различна. Анализ такой системы оказывается чрезвычайно трудным.

Известно, насколько сложно анализировать электри­ ческие цепи, но при этом приходится иметь дело с фун­ кциями четырех перемённых (R, L, С, U); в процессе анализа «простейшей пайки» их более 10, к тому же их физико-химическая природа различна.

Если использовать в качестве приближенной оценки N возможных сочетаний параметров, каждый из кото­ рых может либо оказывать влияние на конечное состоя­

199

цепи N = 24 = 32; а для процесса пайки N = 210 = 1024. Благодаря применению такой меры оценки, процесс пайки оказывается более чем в 30 раз сложнее электри­ ческой цепи. Результат несколько неожиданный, но объ­ ективный.

Впечатной плате, поступающей на пайку, отража­ ются все особенности технологических процессов, вы­ полнявшихся при ее создании, начиная от процессов изготовления радиоэлементов и платы и кончая процес­ сами сборки платы. Эти особенности показывают, что качество пайки в значительной мере определяет кон­ струкция и технология изготовления платы, что необхо­ димо учитывать в технологическом процессе пайки.

Входе пайки происходит взаимное растворение и диффузия припоя и основного металла в приповерхност­ ном, весьма тонком слое соединяемых металлов.

Втонком слое в месте спая образуется твердый рас­ твор спаиваемых металлов и припоя, за счет чего и осуществляется соединение |[77—79].

Процесс пайки характерен тем, что металл соединяе­ мых деталей не плавится, а соединение создается при остывании припоя. После прогрева и расплавления при­ пой должен растечься по поверхности паяемого материа­ ла, а это возможно только в том случае, если расплавлен­ ный припой хорошо смачивает поверхность твердого

металла.

Таким образом, оущность процесса пайки заключает­ ся в создании условий для смачивания паяемых дета­ лей припоем.

Рассматривая процесс пайки, ваЖно отметить, что ос­ новным условием смачивания должна быть жидкотеку­ честь припоя, то есть припой должен находиться в жид­ ком состоянии и иметь определенную величину поверх­ ностного натяжения на границе с паяемым металлом [80]. Однако свинцово-оловянный расплавленный при­ пой без флюса плохо смачивает паяемые детали. По­ этому главную роль в создании необходимых условий смачивания выполняет флюс и подготовка плат и эле­ ментов под пайку.

Требования, предъявляемые к флюсам, особенности их выбора и применения при пайке, специфика подготов­ ки элементов и печатных плат к пайке изложены ниже.'

200