Селективная пайка что это

Селективная пайка

Рус.: Селективная пайка

En.: Selective Soldering

Селективная пайка – метод пайки, при котором воздействию припоя подвергаются только места определенных будущих паяных соединений. Метод применяется в технологии монтажа в отверстия. Селективная пайка позволяет осуществлять пайку отдельных компонентов, не воздействуя на остальные.

Селективная пайка подобна пайке волной припоя, однако волна имеет малые размеры и воздействует только на область будущего соединения. Процесс может быть организован двумя способами: с помощью одного сопла, перемещаемого по программе, либо с помощью оснастки, образующей волны в местах всех паяных соединений. Первый метод более гибок и предпочтителен для мелкосерийного производства, второй метод обладает высокой производительностью, но отличается высокими начальными затратами при запуске нового изделия.

В настоящее время селективная пайка получает все большее распространение благодаря тому, что на современных платах количество компонентов, монтируемых в отверстия, невелико, и пайка волной становится нецелесообразной. Селективной пайкой также может считаться контактная пайка роботами.

(c) «Производственная компания Альтоника» 2010-2021

Центральный офис

115230, Москва, Варшавское шоссе, д. 42 (схема проезда)

Производство

г. Москва, Зеленоградский Административный округ,Сосновая аллея д.6а, строение 2 (схема проезда)

Источник

Селективная пайка – возможности и преимущества

Алексей Попков

Если посмотреть на развитие технологических процессов в электронной промышленности за последние годы, то можно отметить устойчивую тенденцию все более широкого применения печей конвекционного оплавления, которое связано с переходом предприятий на технологию поверхностного монтажа. Все реже применяются и материалы, имеющие в своем составе свинец. Но для большинства российских предприятий невозможно полностью уйти от ТНТ технологии и применения свинцовосодержащих материалов.

Долгое время популярным решением пайки ТНТ компонентов оставались системы пайки волной. С усовершенствованием технологии и оптимизацией процесса разработчики систем обратили внимание на целесообразность применения машин пайки волной. С появлением систем селективной пайки удалось решить следующие задачи:

В течение длительного времени считалось вполне приемлемым паять отдельные компоненты вручную, но благодаря постоянно растущим требованиям по повышению качества продукции и снижению временных затрат на производственные операции, уменьшению неконтролируемых операций, появляются потребности в новых и более соответствующих данным требованиям технологиях производства.

В частности, SMD компоненты можно паять с использованием систем конвекционной пайки. Преимуществом данного метода является одновременная пайка всех установленных компонентов, что в свою очередь снижает стоимость изделий до минимума.

В то же время технология конвекционной пайки имеет ограничения по применению при использовании чувствительных к превышению температуры компонентов поверхностного монтажа.

Дополнительно необходимо учитывать много факторов при использовании систем конвекционной пайки и выборе соответствующего термопрофиля — размеры выводов, контактных площадок, компонентов, количество нанесенной паяльной пасты и т. д.

Селективная пайка — возможности конфигурации

Основной конструктив машины — мощная стальная рама. В данном блоке все оси жестко зафиксированы для каждого модуля (конвейер, зона предварительного нагрева, блок флюсования и блок пайки). Такое жесткое выравнивание по осям обеспечивает высокую точность в позиционировании и надежности работы машины и удовлетворяет все требования, предъявляемые к селективной пайке.

В стандартной машине (рис. 1) плата перемещается над модулем предварительного нагрева, что гарантирует рациональную передачу тепла. После этого механизм захвата берет плату и перемещает ее через устройство флюсования в модуль пайки. В то время как происходит процесс пайки, следующая ПП уже находится в зоне предварительного нагрева, поэтому время прохождения зоны предварительного нагрева не влияет на общее время производительности.

Для достижения наиболее короткого времени рабочего цикла процесс флюсования может выполняться отдельно стоящим внешним координатным модулем флюсования. Совместно с процессом пайки погружением, применение данного модуля флюсования сокращает длительность времени рабочего цикла и не превышает 20 с даже для сложных ПП, с высокой плотностью монтажа.

Моторизованный цепной/роликовый конвейер на входе и выходе системы позволяет проводить одновременную обработку следующих процессов:

В результате значительно уменьшается время цикла.

Устройство перемещения ПП в системе

Обработка изделий в течение процесса флюсования и пайки выполняется при помощи осевой системы перемещения ПП (роботизированная рука с сервоприводами) (рис. 2). Это гарантирует точное позиционирование (0,1 мм) и высокую надежность при перемещении. В некоторых машинах применяется система перемещения SCARA (EPSON) Robot (рис. 3), в таком случае точность позиционирования достигает 0,05 мм при постоянной повторяемости процесса. Машины с осевой системой или роботом имеют систему захватов, которая загружает плату
в машину из конвейерной линии и по окончании процесса пайки выгружает плату обратно в линию.

Система захвата ПП позволяет применять при работе в одной машине различные флюсующие устройства и модули пайки, к примеру, модули миниволны или модули для пайки погружением. Выше приведенные процессы пайки могут также использоваться в дополнение к обычной пайке волной и при одновременном использовании существенно снижают время рабочего цикла.

Устройство захвата и перемещения по осям или при помощи робота состоит из двух основных узлов: зажимной головки с пневматическим наклоном и функцией поворота и системой зажимов. В свою очередь, зажимы могут быть для ПП, гибких ПП или для ПП, подаваемых в паллетах.

Модульная структура установок дает возможность сконфигурировать машину для любых производственных требований. Например, сделать упор на максимальную гибкость системы или высокую производительность. Такая возможность появляется при конфигурации различных модулей предварительного нагрева, флюсования и пайки.

В зависимости от требований могут применяться различные типы захватов: зажимами, натяжителями, вакуумом. Также может быть использован обычный захват или специализированная паллета.

В систему можно устанавливать регулируемые захваты для частичной обработки плат. Обрабатываемая плата может переворачиваться на 180° — это дает возможность обработки верхней и нижней ее сторон.

Системы селективной пайки с использованием миниволны и захватов для перемещения обрабатываемых плат показали себя как надежные, высокоточные системы селективной пайки с высоким качеством обработки плат (рис. 4).

Источник

Селективная пайка

СОДЕРЖАНИЕ

Процессы [ править ]

Процессы сборки, используемые при выборочной пайке, включают:

Менее распространенные процессы селективной пайки включают:

Другие применения для селективной пайки не являются электронными, например, прикрепление выводной рамки к керамическим подложкам, прикрепление выводов катушки, прикрепление SMT (например, светодиоды к печатным платам) и пожарные спринклеры (где предохранитель представляет собой низкотемпературный припой).

Независимо от используемого оборудования для селективной пайки, существует два типа аппликаторов селективного флюса: распылительные и капельно-струйные. Распылительный флюс наносит распыленный флюс на определенную область, в то время как капельно-струйный флюсер более точен; выбор зависит от обстоятельств, связанных с применением пайки. [1]

Миниатюрный волновой фонтан для селективного припоя [ править ]

Широко используется миниатюрный волнообразный источник припоя с селективным припоем, который дает хорошие результаты при оптимизации конструкции печатной платы и производственного процесса. Ключевые требования к селективной пайке фонтанного типа:

Тепловое профилирование [ править ]

Температурный профиль селективного процесса имеет решающее значение, как и для других распространенных автоматических методов пайки. Измерения температуры верхней поверхности на этапе предварительного нагрева должны быть проверены, как и в обычной машине для пайки потоком, кроме того, активация флюса должна быть проверена как достаточная. Поскольку теперь доступно несколько миниатюрных регистраторов данных профилирования, чтобы упростить процесс, например, устройства Solderstar Pro. [2] [3]

Выборочная оптимизация пайки [ править ]

Имеется ряд приспособлений, позволяющих ежедневно проверять процесс выборочной пайки, эти инструменты позволяют периодически проверять параметры машины. Можно измерить такие параметры, как время контакта, скорости X / Y, высоту волны сопла и температуру профиля.

Использование атмосферы азота [ править ]

Селективная пайка обычно проводится в атмосфере азота. Это предотвращает окисление поверхности фонтана и способствует лучшему смачиванию. Требуется меньше флюса и меньше остатков. Использование азота приводит к чистым, блестящим соединениям без необходимости чистки печатной платы или щеток. [4]

Источник

Пайка волной припоя и селективная пайка

Пайка волной на территории России и стран СНГ имеет особое значение. Кроме того, что это недорогой и высокопроизводительный метод пайки, для отечественных производств он позволяет применять традиционные отечественные выводные компоненты и в то же время автоматизировать процесс пайки. Современный процесс волновой и селективной пайки требует высокочистых припоев, качественных флюсов, профессиональных средств для ухода за оборудованием. От качества применяемых технологических материалов для пайки волной (особенно для селективной пайки) зависит не только качество пайки, но и себестоимость одного паяного соединения, и объем затрат на возможный ремонт, и срок эксплуатации оборудования. Правильный выбор материалов может существенно повысить эффективность процесса пайки волной.

Установки пайки волной припоя используются как для групповой пайки компонентов, монтируемых в отверстия, так и для смешанного монтажа. При пайке волной создается стационарная, постоянно обновляемая волна расплавленного припоя. Печатные узлы, подлежащие пайке, движутся в одном направлении поперек «гребня» волны.

Пайка селективной волной осуществляется локально как и нанесение флюса. Вся плата не подвергается нагреву, не покрывается флюсом и не имеет контакта с волной – поэтому эта технология считается более чистой, более экономичной и более повторяемой.

Преимущества пайки волной:

Недостатки, присущие технологии пайки волной:

Практические рекомендации

Выбор флюса

Флюс используется для очистки окисленных поверхностей, подлежащих пайке. Предварительный подогрев необходим для удаления основы флюса, его активации и уменьшения термоудара по компонентам и печатной плате, изготовленным из разнообразных материалов.

Жидкие флюсы находят широкое применение в системах пайки волной и двойной волной припоя с применением технологии монтажа компонентов в отверстия и смешанного монтажа. Некоторые типы флюсов активно применяются для ручной пайки при ремонте и опытном производстве.

Перед началом серийного применения нового типа флюса рекомендуется провести испытания на растекаемость флюса, коррозионное воздействие остатков флюса и изменение поверхностного сопротивления изоляции после пайки. Методы проведения испытаний приведены в стандарте IPC-TM-650. При выборе типа флюса следует руководствоваться требованиями стандарта IPC/ANSI-J-STD-004 («Требования к флюсам для пайки»), а также учитывать:

Общие требования, классификация и методы испытаний жидких флюсов приведены в стандарте IPC/ANSI-J-STD-004 («Требования к флюсам для пайки»).

По стандарту IPC/ANSI-J-STD-004 флюсы делятся на несколько основных типов (см. Табл.1).

Табл. 1. Основные типы флюсов

В производстве электроники наибольшее применение находят следующие типы жидких флюсов:

Флюсы, не требующие отмывки (No Clean)

К данному классу относятся флюсы с низким содержанием твердых веществ — не более 5 %. Флюсы могут иметь разную основу: канифольную (RO), синтетические смолы (RE) или органическую (OR).

Что же такое флюсы, не требующие отмывки после пайки? С одной стороны они должны, обладать довольно высокой активностью, чтобы обеспечить удаление окисной пленки с поверхности контактных площадок и выводов компонентов. С другой стороны, после пайки они должны полностью потерять свою активность, не должны, также как и продукты их взаимодействия с металлами, диссоциировать на ионы, снижать коррозионную стойкость и надежность печатного узла.

Предположение, что в процессе пайки все активные составляющие флюса полностью прореагируют при взаимодействии с окисной пленкой и металлом, не правомерно, т.к. площадь контактных площадок не превышает 10 % от всей поверхности платы. Может показаться, что оба этих свойства находятся в полном противоречии, т.к. при повышении активности флюса и улучшении паяемости должно происходить ухудшение диэлектрических свойств и коррозионной стойкости паяных соединений. Такое утверждение верно, если в качестве активаторов во флюсах используются неорганические вещества, содержащие галогены, а также, если флюс представляет собой смесь органических веществ, которые не взаимодействуют между собой как при смешивании, так и в процессе пайки. В не требующих отмывки флюсах используются различные композиции органических веществ (органические кислоты, канифоли, синтетические смолы, амины, хлорсодержащие органические соединения, различные растворители), которые интенсивно взаимодействуют между собой. Механизм такого взаимодействия для каждого типа флюса различен, но конечный результат один и тот же — высокая активность при пайке и пассивность после ее завершения.

Флюсы на органической основе

Органические флюсы изготавливаются на основе низкомолекулярных органических кислот и растворителей, которые, растворяя их, создают азеотропную смесь, т.е. испаряются вместе с ними. В результате воздействия высоких температур в процессе пайки основная часть активной составляющей флюса испаряется вместе с растворителем. Главными преимуществами данных флюсов являются высокая активность в сочетании с практически незаметными остатками — значительно меньше, чем у канифольных флюсов, а также полная инертность остатков флюса после пайки волной. Остатки органических флюсов легко удаляются в процессе отмывки.

Флюсы на канифольной и синтетической основе

Чистая канифоль и синтетические смолы обладают слабой флюсующей активностью, поэтому в состав таких флюсов вводят тщательно подобранные растворители и активаторы, которые оказывают на них активирующее воздействие за счет разрыва их химических связей и образования свободных функциональных групп (процесс деполиконденсации). После пайки при охлаждении происходит обратный процесс: поликонденсация с образованием сшитого полимера, обладающего высоким уровнем электрических и эксплуатационных свойств.

Канифольные флюсы обладают повышенной температурной стабильностью в процессе пайки. Более высокое содержание твердых веществ по сравнению с флюсами на органической и синтетической основе обеспечивает меньшую вероятность образования шариков и сосулек припоя при пайке, кроме того, канифольные остатки флюса достаточно легко удаляются в процессе отмывки. Однако протекание процессов поликонденсации в канифольных флюсах труднорегулируемое из-за природного происхождения канифоли, поэтому их остатки имеют низкую механическую прочность и высокую хрупкость. Применение канифольных флюсов без последующей отмывки остатков рекомендуется для изделий РЭА, которые эксплуатируются в нормальных климатических условиях.

В синтетических флюсах используются фенольные, полиэфирные и другие синтетические смолы с фиксированным массово-молекулярным распределением, что позволяет регулировать процесс активации и поликонденсации и, следовательно, получать остатки с заданными свойствами (пластичность, механическая прочность, теплостойкость, влагостойкость и др.). Однако остатки таких флюсов будут тяжело удаляться в процессе отмывки.

Флюсы на водной основе, не требующие отмывки

В этих флюсах в качестве носителя активных компонентов вместо спиртов используется вода. Важный момент связан с тем, что для получения стабильного раствора активные компоненты флюса должны быть полностью растворены в носителе.

Вода — более полярный растворитель, чем спирт, и поэтому она имеет улучшенную способность диссоциировать кислоты — активаторы, наиболее широко используемые в современных флюсах с низким содержанием твердых веществ. Высокая способность воды к диссоциации позволяет достичь кислотного числа флюса до 60 мг в пересчете на KOH, что гораздо выше обычного. Такое свойство воды позволяет флюсу на водной основе действовать сразу при контакте с поверхностью, повышает эффективность флюса и, как следствие, качество пайки.

Водосмываемые флюсы (Water Soluble)

Водосмываемые флюсы имеют органическую основу (OR), а также содержат широкий ряд различных активаторов и обладают очень высокой активностью. Водосмываемые флюсы применяются для пайки по никелю, стали и поверхностям с плохой паяемостью. Однако остатки таких флюсов обладают высокой коррозионной активностью и требуют обязательного удаления после пайки.

Флюсы для бессвинцовой технологии

Если раньше, когда бессвинцовая технология только вступила в силу, такую градацию можно было создать и использовать, учитывая, что все новые разработки флюсов создавались с учетом бессвинцовых технологий, то в настоящее время эта градация уже не актуальна. Хотя изначально флюсы для бессвинцовой технологии обладали бОльшей активностью и способностью работать при более высоких температурах пайки.

Все современные флюсы, созданные в последние 5 лет, универсальны и работают с компонентами и платами, созданными по любой технологи. И найти флюс, пригодный только под олово-свинец становится сложной задачей.

Внимание! Все флюсы, содержащие неорганические активаторы, требуют обязательного удаления остатков после пайки. Как правило, остатки таких флюсов легко смываются водой.

Жидкие флюсы для пайки волной могут использоваться для ручной пайки.

Однако при этом не следует забывать, что остатки жидких флюсов после ручной пайки требуют удаления в отличие от процесса машинной пайки. Требование удаления остатков вызвано неполной термической обработкой флюсов при ручной пайке и, следовательно, только частичным выгоранием активаторов. Если принимается решение не удалять остатки флюсов после ручной пайки, необходимо провести испытания на поверхностное сопротивление изоляции и коррозию. Подробно методы испытаний приведены в стандарте IPC-TM-650.

Выбор флюса

Последние годы более частое применение находят флюсы на органической основе благодаря хорошей активности даже для бессвинцовых покрытий, малому количеству остатков и малому количеству твердых частиц, что позволяет без проблем использовать их при нанесении распылением и в системах селективной пайки волной. Флюсы на канифольной и синтетической основе за счет особенности после испарения растворителя оставлять на поверхности печатной платы пленку обеспечивают меньшее количество дефектов, после пайки с их применением остается больше остатков, и они не всегда пригодны для нанесения распылением и использования в системах. Органические флюсы, в которых в качестве растворителя используется вода, накладывают на оборудование требование большой зоны предварительного прогрева для испарения растворителя, но при этом обладают высокой стабильностью и оставляют после пайки мало остатков. Они также наиболее стабильны из-за меньшей испаряемости растворителя и могут наноситься всеми способами флюсования. Остатки водосмываемых флюсов требуют незамедлительного удаления после пайки и могут оказывать влияние на оборудование нанесения флюса.

Рекомендации по процессу пайки

Чтобы добиться хороших результатов пайки, технологические параметры должны быть правильно отрегулированы, и их необходимо поддерживать на заданном уровне. И для регулировки, и для проверки необходимо измерение параметров. Для измерения реальной температуры на поверхности печатного узла, времени используются устройства измерения температурных профилей.

На результат пайки большое влияние оказывает топология печатной платы. Особенно это касается многовыводных компонентов, имеющих большое количество выводов, расположенных близко друг к другу. В таких случаях пайка волной затруднительна, и следует использовать пайку оплавлением. Было отмечено, что даже при оптимальной конструкции контактных площадок изоляционное расстояние между ними часто менее 0,5 мм, поэтому высока вероятность образования перемычек припоя после пайки.

Перед началом сборки в случае необходимости рекомендуется обеспечить предварительную очистку печатных плат. Ионные загрязнения на печатной плате не должны превышать 5 х 10^(-7) г/кв.см.

Основные технологические параметры процесса пайки волной:

Температура при работе с жидкими флюсами

Нанесение флюса рекомендуется осуществлять при температуре окружающей среды 18 – 25 °С.

Параметры конвейера

Угол наклона конвейера рекомендуется устанавливать в пределах 5–9°. Оптимальный угол наклона, обеспечивающий стекание избытка припоя и препятствующий образованию перемычек и сосулек припоя, составляет 7°. Скорость конвейера выставляется с учетом конструкции, ритма работы всей производственной линии, температуры предварительного нагрева и времени контакта печатной платы с волной припоя. В общем случае для обеспечения хорошего качества пайки рекомендуется выставлять скорость в пределах 90–130 см/мин.

Требования к воздуху

Сжатый воздух, используемый в системе флюсования, должен быть очищен от частиц воды и масла и иметь контролируемую температуру.

Методы флюсования

Нанесение флюса обычно осуществляется методом пенного флюсования или распылением.

Нанесение флюса методом распыления

Достоинства флюсования методом распыления

Метод распыления является предпочтительным для получения наилучших результатов:

Перед началом работы произведите осмотр сопел флюсователя на просвет — сопла должны быть чистыми. Если установить давление слишком низким, капли флюса становятся больше и имеют нестабильную форму. В свою очередь, чрезмерно высокое давление может приводить к отражению флюса от печатной платы, бОльшему расходу флюса, загрязнению печатных плат и оборудования. Проверьте количество флюса, нанесенного на печатную плату. Флюс должен покрывать всю поверхность равномерным слоем. В случае наличия «сухих» полос или пятен следует немного увеличить давление и повторить эксперимент. Если проблема не устраняется путем незначительного увеличения давления, корректировку параметров процесса флюсования следует осуществлять в комбинации с изменением других параметров: скорости конвейера и скорости нанесения (перемещения сопел флюсователя). Никогда не изменяйте сразу больше одного параметра. Фиксируйте все изменения параметров процесса флюсования. В случае применения флюсов с высокой плотностью, таких как VOC-free (флюсы на водной основе) давление распыления следует увеличить на 10–20 % по сравнению с флюсами на спиртовой основе.

Метод пенного флюсования

Для нанесения флюса методом пенного флюсования рекомендуется применять трубчатые фильтры, которые образуют мелкопузырчатую пену, обеспечивающую улучшенное смачивание, особенно при сквозной металлизации, по сравнению с обычной пемзой. Кроме того, такие фильтры обладают повышенной надежностью, меньше забиваются, и даже выход из строя одного из элементов не ведет к нарушению производственного процесса. При замене одного типа флюса на другой следует произвести замену флюсующего камня. Перед установкой камень необходимо вымыть в растворителе. Заполните флюсователь до максимального уровня. Верхняя часть флюсующего камня должна находится на глубине не более 4 см ниже поверхности флюса. Начинайте работу с минимального давления, постепенно увеличивая его, добейтесь стабильной и качественной формы пены. Конкретная величина давления зависит от конструкции системы пайки. Отрегулируйте расстояние между пеной и печатной платой. Следует исключить затекание флюса на верхнюю сторону печатной платы.

Использование флюсов на водной основе

Из-за высокого поверхностного натяжения чистая вода очень плохо пенится, что делает их идеальными для нанесения распылением. Добавление небольшого количества ПАВ в сочетании с высоким поверхностным натяжением воды дает стабильную пену. Присутствие ПАВов в качестве активных компонентов флюса обеспечивает высокую стабильность пены и качественное флюсование.

Контроль плотности флюса

Для обеспечения устойчивого качества пайки необходим регулярный контроль качества и состава флюса и при необходимости его коррекция. Для поддержания постоянного уровня твердых частиц, – раза в смену необходимо проводить измерение плотности и корректировку состава флюса путем добавления растворителя. В случае необходимости уровень содержания твердых частиц корректируется добавлением свежего флюса. Как правило, в условиях производства плотность флюса определяется посредством измерения ареометром. Измерительная шкала в требуемом диапазоне должна иметь точность измерения 0,001 г/см. При измерении ареометр должен свободно плавать в среде, не касаясь краев. Замер температуры очень важен, так как изменение ее на 1 °С вызывает изменение плотности на величину, равную 0,0001 г/см. Поэтому коррекция плотности путем добавления растворителя всегда осуществляется в пересчете на плотность при 20 °С.

Контроль уровня содержания твердых частиц осуществляется очень простым гравиметрическим способом. Этот процесс не связан со значительными расходами и позволяет получить очень точный результат:

Выбор режимов предварительного нагрева

Предварительный нагрев необходим для:

Выбор температуры предварительного нагрева зависит от конструкции печатных плат, а также от температуры испарения растворителя и температуры, необходимой для активации флюса. Для флюсов на спиртовой основе общепринятыми являются определенные режимы.

При выборе температуры предварительного нагрева нужно использовать температуру предварительного нагрева, рекомендованного производителем флюса. Эту информацию легко найти в технических данных на конкретный флюс. При использовании флюсов на водной основе необходимо увеличить температуру предварительного нагрева до 130–150 °С (на печатной плате) для полного испарения воды. Особенное внимание следует уделить тщательному подогреву при работе с многослойными печатными платами, который должен обеспечить качество пайки сквозных металлизированных отверстий. Изменение температуры на стадии предварительного нагрева должно осуществляться со скоростью не более 2 °С/сек. В случае недостаточного прогрева и неполного удаления растворителя флюса при пайке происходит выделение газов в волну припоя, это ухудшает смачивание и может приводить к непропаям выводов компонентов.

Флюсы на водной основе требуют бОльшей энергии испарения: 531 кал/грамм против 167 кал/грамм для изопропилового спирта. Поэтому необходима температура предварительного нагрева немного больше. Положительный эффект этого обнаруживается при пайке волной бессвинцового припоя. Расчеты (см. Таб. 2.) наглядно показывают, что использование флюсов на водной основе уменьшает термоудар ΔT на печатную плату на 20-30 °C.

Табл. 2. Расчет величины термоудара при пайке свинцовыми и бессвинцовыми припоями

Источник