82. Конвекционная пайка. Температурный профиль пайки. Инфракрасная 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, селективную пайку мини-волной 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 /9/ и в учебном пособии /1/, 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.

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 электромонтажные 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 характеристик 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, содержащийся в паяльной пасте.

2. Тепловое насыщение, осуществляемое в процессе повышения температуры до 170 С (для припоя ПОС-61) в течение 120-180 секунд. 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 ПОС-61), 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 секунд.

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. Имеются печи, в которых создается наиболее щадящий режим теплового воздействия на РМ за счет применения до 7 зон формирования температурно-временного профиля пайки