Контроль паяемости элементов конструктивов

Паяемость, по сути, является мерой способности монтируемой поверхности смачиваться припоем и определяется не только физико-химическими свойствами контактируемых при монтаже материалов технологической среды и самих конструктивов, но и качеством подготовки паяемых поверхностей до осуществления сборки и монтажа ЭУ. Хорошая паяемость закладывает основу для реализации высококачественного монтажа, так как с ней связаны основные аспекты процесса пайки:

• возможность припоя создавать паянные соединения;

• обеспечение высокой смачиваемости паяемых поверхностей;

• тепловые характеристики сопрягаемых при пайке материалов конструктивов (в том числе их устойчивость к температурным воздействиям);

• выбор оптимальных условий выполнения монтажа.

Для контроля паяемости существует более 10 различных методов ее косвенной оценки по различным критериям качества.

В частности, степень смачиваемости паяемых поверхностей припоем характеризуется значением краевого угла (или угла смачивания) паяемых элементов конструктивов (рис.9.2, а-г), значение которого должно соответствовать для обеспечения хорошей паяемости.

При определении угла смачивания используют контрольные (тестовые) контактные площадки ПП или образцы-свидетели реальных изделий, либо образцы-имитаторы, изготавливаемые из материалов реальных объектов производства и подготавливаемые аналогично рабочей партии изделий, а затем непосредственно перед контролем припаивают вывод-имитатор НК к контактной площадке платы-имитатора (или свидетеля) в реальном технологическом режиме, после чего делают срез образца и замеряют угол смачивания (см.рис.9.2,г).

Рис.9.2. Смачиваемость паяемых поверхностей припоем; а – отсутствие смачиваемости (угол смачивания); б – частичное смачивание в – полное смачивание (); г – определение угла смачиваемости; 1 – контактная площадка платы; 2 – припой; 3 – сечение вывода компонента.

Если контроль паяемости осуществляется по площади смачивания то образей погружают в расплавленный припой на время, соответствующее времени облуживания или пайки, а затем визуально определяют качество и площадь смачивания припоем поверхности образца (более 95% от всей площади поверхности образца должно быть однородно покрыто припоем). Благодаря простоте реализации, этот метод получил наибольшее распространение.

Контроль паяемости по площади растекания дозы припоя по образцу позволяет выявить зависимость паяемости от небольших изменений действующих факторов в процессе облуживания или пайки. Паяемость плоских поверхностей может быть оценена по коэффициенту растекания, который характеризуется отношением площади, занимаемой припоем после расплавления и растекания, к площади, занимаемой дозой припоя в исходном состоянии (т.е. до оплавления и растекания):

.

Паяемость считается удовлетворительной, если , а высота расплавленной дозы припоямм (рис.9.3). Метод более трудоемок, чем предыдущий, но может быть пригоден для отработки режимов пайки, выбора припоя, флюса и т.д. и требует дозировки припойного материала.

Оценка паяемости по времени смачивания (метод рассечения капли) заключается в определении времени смачивания образца, погружаемого в каплю припоя. На нагретом столике расплавляют дозу припоя, до образования капли. В каплю припоя погружают вывод НК или другой требуемый проводник так, чтобы он рассек каплю на две части, и начинают отсчет времени. Пока вывод не успел нагреться, он припоем не смачивается и делит каплю припоя на две части. По мере нагрева вывода припой начинает его смачивать и обтекать. В момент полного смачивания вывода припой касается зонда датчика, и отсчет времени прекращается. Время смачивания в этом случае должно быть нормированным.

Рис.9.3. К определению коэффициента растекания; 1 – тестовая контактная площадка образца; 2 – припой после растекания; 3 – исходная доза припоя (до оплавления и растекания).

Менискометрический контроль паяемости заключается в измерении высоты мениска, поднявшегося по выводу НК над поверхностью расплавленного припоя в ванне под действием сил поверхностного натяжения. Чем лучше паяемость выводов, тем больше высота мениска. Высоту мениска измеряют с помощью специальной оптической головки или бинокулярного микроскопа, а затем сравнивают с нормированным значением высоты мениска.

Контроль паяемости металлизированных отверстий по времени их заполнения припоем осуществляется следующим образом. На нагретом столике расплавляют дозу припоя, затем контролируемый образец ПП (с отверстием и установленным на нем зондом датчика, связанным с таймером) приводят в контакт с расплавленным припоем, при этом таймер включается и начинается отсчет времен. Постепенно, смачивая стенки отверстия, припой поднимается вверх и касается зонда. В этот момент реле автоматически прекращает отсчет времени. Прибор снабжен принтером и стандартным интерфейсом для выдачи данных в автоматизированную систему контроля и управления ТП.

Метод менискографии (или балансный метод) рекомендуется для исследований, в частности, при поиске причин плохой паяемости изделий в условиях производства; при определении свойств материалов для пайки, включая различные покрытия; для оценки влияния различных факторов на качество пайки и т.п. Данный метод основан на оценке паяемости по величине сил, действующих между образцом и припоем при погружении образца в расплавленный припой, и их измерении во времени. В этом случае можно получить большую информацию о процессах, происходящих при облуживании или пайке, чем в случаях использования других методов. Прибор – менискограф оснащен датчиками и пишущими устройствами, что позволяет получить кривую смачивания и тем самым регистрировать динамику исследуемого процесса (рис.9.4). Вначале, пока торец образца 1 не касается припоя, силы в системе отсутствуют и сигнала датчика нет. При подъеме ванны торец образца погружается в припой. Пока образец не успел нагреться, смачивания нет, мениск припоя вогнут вниз. На образец действует только сила его выталкивания из припоя (см. рис.9.4). В следующий момент времени образец прогревается и начинает смачиваться припоем, возрастающая сила поверхностного натяжения (смачивания) припоя начинает все больше уравновешивать силу выталкивания (см. ход кривых 3 и 4 до появления горизонтального (балансного) участка на рис.9.4). При полном нагреве образца кривая смачивания выходит на горизонтальный участок, где значение силы смачивания равно, а положительный мениск припоя на образце достигает максимальной высоты. При извлечении образца из припоя сила взаимодействия между припоем и образцом может достигать величиныс учетом гидравлической выталкивающей силы, пропорциональной массе припоя, вытесненного образцом. Мерой паяемости в данном методе служит значение силыи времени, за которое она достигает этого значения.

Рис.9.4. Схема принципа реализации контроля паяемости выводов НК с применением менискографии; 1 – образец; 2 – припой; 3 – характер изменения выталкивающей силы; 4 – характер изменения силы поверхностного натяжения.

Несмотря на информативность, метод менискографии не пригоден для оценки паяемости выводов ПМК малой массы (из-за существенного снижения чувствительности метода с уменьшением массы компонентов). Для контроля паяемости выводов ПМК разработан метод совместного использования принципов менискографии и капли припоя с подбором дозы припоя при оценке паяемости ПМК с разной формой выводов.