Пайка печатных плат
Для получения удовлетворительной пайки компонентов на печатных платах в условиях производства нужно создать стабильный технологический процесс и шепетильно проконтролировать его. При проведении и налаживании контроля нужно знать обстоятельства происхождения и темперамент недостатков, каковые смогут оказать влияние на надежность паяного соединения.
При ручной пайке контроль многих параметров затруднителен. Данный вид пайки печатных плат представляет собой медленный и изнурительный процесс, в котором тяжело поддерживать заданную рабочую температуру с высокой точностью. Колебания напряжения источника питания и изменение угла наклона кончика паяльника смогут очень сильно поменять температуру пайки и привести к образованию недостатков.
Помимо этого, то, что считается удовлетворительным при пайке двух проводов, далеко не всегда удовлетворяет при пайке печатных плат.
В практике существует тенденция повышать температуру и наряду с этим уменьшать рабочее время пайки, дабы повысить производительность труда. Приложение высокой мощности на малое время может обеспечить хорошую адгезию в соединении. Но, как было отмечено ранее, увеличение температуры выше оптимальной может вызвать окисление и образование сухих соединений.
В этом параграфе рассматриваются неприятности, каковые нужно решить для обеспечения надежных соединений при пайке печатных плат.
Нехорошее смачивание
В случае если присоединяемая поверхность только частично покрыта расплавленным припоем, отмечается нехорошее смачивание. К примеру, при пайке меди это проявляется в виде точечных отверстий и участков обнаженной меди на поверхности. вид и Цвет этих участков быстро отличен от вида самого припоя. Нехорошее смачивание возможно позвано следующими обстоятельствами:
1. Загрязнение посторонними веществами, такими, как масла, краски, смазки либо воск. Их возможно удалить промывкой органическими растворителями. Время от времени используется очистка плат абразивом.
Наряду с этим необходимо выполнять меры безопастности, дабы избежать внедрения частиц абразива в поверхность платы.
2. Наличие абразивов на поверхности металла. Для устранения таких слоев металла употребляется травление.
3. Попадание на поверхность печатной платы либо компонента кремнийорганических масел, каковые довольно часто употребляются для смазки литьевых форм. Полное удаление таких масел фактически нереально, исходя из этого их применение должно ограничиваться теми случаями, где требования к пайке менее твёрды. Использование кремнийорганических масел как защитных слоев на поверхности расплавленного припоя при пайке волной припоя кроме этого может привести к плохому смачиванию печатной платы.
Вправду, при нагреве эти масла выделяют пары, каковые смогут повторно конденсироваться на паяемой поверхности.
4. Наличие плотных налетов, каковые не растворяются флюсом. Появление этих налетов, в большинстве случаев, связано с предшествующими стадиями обработки либо позвано неправильными условиями хранения печатных плат. В случае если отмечается появление таких налетов, это не свидетельствует, что необходимо в обязательном порядке применять второй флюс.
Дабы улучшить свойство поверхности к пайке, целесообразно подвергать ее травлению перед пайкой.
5. Недостаточное время пайки либо через чур низкая ее температура. Наряду с этим расплавленный припой или через чур малое время контактирует с местом пайки, или имеет через чур низкую температуру. Нужно, дабы температура припоя была выше точки его плавления на 35 … 60 °С.
Рис. 1. Несмачивание
Рис. 2. Холодное, либо нарушенное, паяное соединение.
По своим проявлениям несмачивание подобно рассмотренному выше нехорошему смачиванию. Появляется оно по причине того, что на участках плат, где нет адгезии припоя с поверхностью, припой стягивается с поверхности под действием сил поверхностного натяжения. Обстоятельства несмачивания поверхности припоем подобны тем, каковые приводят к плохому смачиванию.
Дабы узнать, смачивается ли поверхность припоем, нужно применять его узкие слои.
Несложная вторичная пайка печатных плат, в которых отмечается несмачиваппе, в большинстве случаев, не усиливает дела. Перед повторной пайкой припой должен быть удален с поверхности механически.
Холодные, либо нарушенные, паяные соединения
Соединениями для того чтобы типа, в большинстве случаев, являются неоднородные паяные соединения с изломами. Они наблюдаются , если компоненты сдвигаются довольно печатной платы на протяжении охлаждения паяного соединения (рис. 5).
Сдвиг паяного соединения в ходе образования приводит к излому. В случае если обнаруживаются нарушения сдвига припоя и признаки компонентов в ходе охлаждения, то это ставит под сомнение целостность для того чтобы паяного соединения.
Рис. 3. Избыточный слой припоя.
Трещины в слоях припоя вызываются разными коэффициентами теплового расширения материалов, участвующих в соединении. Их образование возможно устранить выбором материалов с меньшими тепловыми коэффициентами.
В течение некоего времени уровень качества пайки печатных плат оценивалось по образованию круглых и достаточно «толстых» слоев припоя. По этому критерию контролер оценивал уровень качества блока. Но толстые слои припоя, т. е. его избыток на печатной плате, не снабжают ни увеличения механической прочности соединения, ни увеличения его токонесущей способности.
Соединение с избытком припоя на печатной плате продемонстрировано на рис. 6. Видно, что в этом случае нельзя проследить ни за размещением вывода в соединения, ни за чертями участка пайки.
В случае если при пайке образуются слон избыточного припоя, нужно применять один из следующих способов:
1. Поменять угол наклона, дабы припой имел возможность стекать с поверхности и образовывать узкие слои. Целесообразно применять угол наклона 1… 7° к горизонтальному направлению перемещения плат.
2. В случае если выбор угла наклона верен, уменьшить избыток припоя возможно пара повысив температуру припоя либо увеличив время пайки. Изменение одного либо обоих этих параметров в большинстве случаев повышает температуру слоя припоя и исходя из этого обеспечивается стекание.
3. Предварительный нагрев плат кроме этого может содействовать устранению избытка припоя в паяных соединениях, потому, что повышает неспециализированную температуру блока и усиливает очистку поверхности флюсом.
4. Для устранения избытка припоя возможно применять кроме этого изменение плотности флюса. К примеру, чем выше плотность флюсов на базе канифоли, тем лучше обеспечивается возможность стекания припоя.
Образование сосулек в большинстве случаев отмечается при пайке погружением либо пайке волной припоя печатных плат, но оно видится кроме этого при ручной пайке выводов и компонентов. Сосулька является избыткомприпоя, что при затвердевании образует конус с острой вершиной (рис. 7).
В большинстве случаев для их кончиков удаления и расплавления сосулек употребляется вторая волна припоя.
В большинстве случаев, образование сосулек припоя происходит по следующим обстоятельствам:
1. Нехорошая свойство к пайке печатных плат. Это возможно выяснить по несмачиванию либо нехорошему смачиванию печатной платы вблизи основания сосульки, где участок платы не закрыт припоем. Маленького размера слой припоя, в большинстве случаев имеющийся при образовании сосулек, затрудняет оценку качества смачивания.
Данный недостаток устранить достаточно тяжело, потому, что состояние металла платы не улучшается при повторном нанесении припоя.
Рис. 4. Образование сосулек припоя.
Рис. 5. Образование перемычки из припоя
2. Наличие в печатной плате громадных незаполненных отверстий. Сосулька образуется из припоя, что попадает в отверстие в ходе пайки и при затвердевании под действием силы тяжести вытягивается из него и образует сосульку. Таковой недостаток не образуется в том случае, если в отверстия засунуты выводы компонентов.
3. При пайке вручную образование сосулек возможно позвано пониженной температурой кончика паяльника, что возможно устранить, повысив температуру либо увеличив время пайки. Образование сосулек определяется кроме этого и числом припоя на кончике паяльника. В случае если его в том месте через чур много, то сосульки образуются кроме того при верном выборе времени и температуры пайки.
Прилипание припоя к поверхности диэлектрика между участками металлизации приводит к образованию перемычек. Главные обстоятельства этого пребывают в следующем:
Рис. 6. Белые осадки на неочищенных платах
1. Наличие воды, лаков и подобных покрытий. В случае если материалы, применяемые для покрытия печатных плат, не совместимы с флюсами, они не смогут быть удалены нагретым флюсом в ходе пайки. При флюсовании происходит размягчение этих материалов, они -становятся липкими и, так, удерживают часть припоя, которая соприкасается с этим участком поверхности.
2. Контакт окалины припоя с печатной платой возможно устранить. Применяя защитный слой над припоем, возможно значительно уменьшить возможность образования таких перемычек.
По окончании пайки либо очистки плат время от времени обнаруживаются -осадки белого цвета. В большинстве случаев по природе собственной они являются органическими, и, по-видимому, не воздействуют на поверхностное сопротивление плат. Но такие поверхности имеют нехорошей внешний вид.
Появление белых осадков возможно позвано применением водяных лаков, в каковые погружается схема, в особенности в случае если это ветхие лаки. Такие осадки возможно устранить используя сильные растворители для очистки плат по окончании пайки.
Обстоятельством появления белых осадков возможно неправильное отверждение диэлектрика печатной платы. Это явление случайно обнаруживается в некоторых партиях печатных плат, изготовленных из конкретной партии диэлектрика. В этом случае нужно перейти на другую партию материала.
Разрушение материала платы растворами, применяемыми при обработке, кроме этого может привести к появлению белых осадков. Рекомендуется, дабы время нахождения платы в обрабатывающем растворе было минимальным и все операции проводились при вероятно более низкой температуре. Это особенно нужно при
применении оловянно-никелевых металлизирующих растворов. К этому же приводит несовместимость флюса и защитных покрытий с другими органическими покрытиями на поверхности печатной платы. Это особенно значительно для некоторых типов резистов (на базе меламиловых смол) и при применении водных флюсов.
Эту проблему решает изменение типа использование и флюса неводных флюсов.
Старение канифольного флюса в условиях влажности дает обычные белые осадки, в случае если плата в течение нескольких недель пребывала при повышенной влажности. Правильный механизм этого явления не совсем ясен. Предполагается, что оно связано с образованием трещин на поверхности флюса и абсорбцией жидкости.
Повторный нагрев таковой платы ведет к тому, что остатки флюса опять становятся прозрачными, но пара более чёрными.
Рис. 7. Белые осадки на плате в следствии старения канифольного флюса
Часто обстоятельством образования белых осадков на печатных платах вычисляют флюсы. По-видимому, это не верно, потому, что изменение типа флюса только иногда ликвидирует появление осадка. Но найдено, что или связующие вещества флюса, или его остатки смогут замаскировать наличие белых осадков.
Кое-какие виды канифольных флюсов содействуют удалению белых осадков на стадии очистки плат. Появление белых осадков возможно позвано применением водяных лаков, в каковые погружается схема, в особенности в случае если это ветхие лаки. Такие осадки возможно устранить используя сильные растворители для очистки плат по окончании пайки.
Довольно часто на печатной плате либо слоях припоя на верхней и нижней стороне платы наблюдаются чёрные осадки. Их появление, в большинстве случаев, обусловлено неправильным обращением с флюсом либо неполным его удалением. Дабы не допустить таковой недостаток, нужно иметь в виду следующее:
1. Канифольные флюсы, не удаленные срочно по окончании пайки, смогут привести к появлению на печатной плате темнокоричневых осадков. Удаление канифольных флюсов через пара часов по окончании пайки затруднительно. Эта операция обязана производиться срочно по окончании пайки.
2. Кислотные флюсы, покинутые на поверхности платы, смогут быть обстоятельством ее потемнения либо некоего подтравливания. Данный недостаток ликвидируется немедленным устранением кислотных флюсов и их нейтрализацией либо применением особых флюсов для ретуши печатных плат. Эти флюсы довольно мягкие, они употребляются лишь на уже паянных блоках.
3. В то время, когда температура пайки превышает температуру стабилизации органического материала, отмечается обгорание органических флюсов. В этом случае рекомендуется осуществлять контроль температуру пайки.
Появление осадков зеленого цвета в электронных блоках в большинстве случаев связано с коррозией. В большинстве случаев тяжело различить чисто зеленый и голубоватый цвет осадков, что возможно обусловлен не продуктами коррозии, а вторыми химическими веществами. Но, в большинстве случаев, зеленые осадки говорят о наличии недостатков, в особенности в тех случаях, в то время, когда зеленые осадки медлительно появляются в ходе старения либо хранения платы.
Разглядим обстоятельства их образования.
При пайке чистой меди либо сплавов, содержащих медь, неканифольными флюсами довольно часто образуются зеленые осадки. Продукты коррозии, которые содержат ионы Cu, постоянно имеют голубоватый либо зеленоватый оттенок. Появление зеленого осадка, в то время, когда канифольные флюсы не используются, в большинстве случаев говорит о несоблюдении технологического процесса очистки платы.
В случае если зеленые осадки найдены, нужна тщательная проверка блока. Способ устранения этих осадков зависит от их типа и источника материала. Наряду с этим принципиально важно знать свойства растворов, применяемых при обработке платы, включая флюсы.
Химически удалить такие осадки достаточно легко, в случае если сама операция очистки не повреждает блок либо плату.
При химическом сотрудничестве между хвойной кислотой и окислами меди, содержащейся в белой канифоли, образуются бронзовые солн хвойной кислоты. Они имеют зеленый цвет и их довольно часто принимают за продукты коррозии. Эти материалы, если они образуются из химически хвойной окиси кислоты и чистой меди, являются хорошими изоляторами и не содержат ионных загрязнений, каковые способны привести к появлению токов утечки либо ухудшить другие электрические характеристики платы.
Время от времени по окончании пайки на платах обнаруживаются остатки персульфатов и других продуктов, применяемых при подготовке и травлении печатных плат. Источник их происхождения легче выяснить, в случае если известны характеристики всех растворов, применяемых в ходе обработки печатных плат. Такие остатки нужно удалять с поверхности плат.
Простые способы контроля чистоты плат до пайки смогут всецело устранить их повторное появление.
Рис. 8. Белые продукты коррозии в следствии загрязнения хлоридами
Рис. 9. Раковины
Белые продукты коррозии на выводах компонентов либо железных поверхностях особенно довольно часто наблюдаются при применении сплавов с высоким содержанием свинца. На рис. 11 продемонстрированы белые осадки, появившиеся при сотрудничестве хлоридных загрязнений со свинцом.
Потенциальным источником отказов в блоках, паянных оловянно-свинцовым сплавом, есть наличие хлоридов. В случае если употребляются канифольные флюсы, то негигроскопичная канифоль герметизирует эти хлориды и предотвращает образование белых продуктов коррозии. Но, в случае если канифоль удаляется с поверхности, а активаторы хлоридного типа и другие хло-ридные загрязнения остаются, реакция, приводящая к появлению белых осадков, начинается весьма скоро.
К недостаткам пайки относятся кроме этого раковины и проколы. Обычная раковина на печатной плате продемонстрирована на рис. 9. Данный тип недостатка в большинстве случаев отличают от проколов, т. е. отверстий меньшего диаметра. Но прокол довольно часто скрывает намного большую полость и его кроме этого возможно разглядывать как раковину и как показатель нарушения однородности слоя припоя. Проколы либо раковины на поверхности показывают на то, что и в других слоях припоя смогут существовать газовые раковины, каковые не вышли на поверхность.
Большая часть раковин и проколов обнаруживается на нижней стороне печатной платы. В случае если нижняя часть печатной платы охлаждается через чур скоро и газовые раковины не успевают расшириться до таковой степени, дабы газ выделился на поверхность, то образуется полый слой припоя с громадными заполненными газом полостями.
Органические загрязнения
Загрязнения для того чтобы рода как на печатных платах, так и на проволочных выводах смогут привести к образованию газов, что приводит к появлению раковин, заполненных газом полостей и проколов в слоях припоя. Источником органических загрязнений есть как оборудование, применяемое для автоматического размещения компонентов на плате и формовки выводов, так и неправильное обращение с платами и их хранение.
В большинстве случаев для устранения всех органических загрязнений достаточна несложная очистка поверхности мягким растворителем. Но кремнийогранические масла и подобные кремнийсодержащие продукты время от времени нереально устранить простыми растворителями. При таких условиях очень нужно поменять составы, применяемые для разъединения и смазки форм, дабы обеспечить пайку без образования соединений вызывающего большие сомнения качества.
Влага на печатных платах появляется в следствии захвата растворов, применяемых при металлизации и других видах технологической обработки. В случае если плата изготовлена из недорогих неспециализированных материалов, она способна поглотить влагу. Влага накапливается под пористым железным покрытием либо в щелях в сквозных отверстий, каковые появились, к примеру, при штамповке.
В большинстве случаев при пайке выделяется достаточно тепла, которое испаряет растворы и ведет к образованию раковин. В этом случае рекомендуется применять минимальное время предварительного нагрева перед сборкой либо пайкой, приблизительно 2 ч при 80 °С.
Применение осветлителей в металлизационных растворах (особенно при золочении) кроме этого ведет к образованию раковин. В то время, когда осветлители, каковые в ходе электрофореза были осаждены на плату вместе с золотом и металлизирующими растворами, нагреваются до температур пайки, они испаряются и образуют раковины и проколы. Дабы избежать этого, направляться поменять раствор, применяемый для металлизации, так, дабы он содержал предельное число органического материала и осветляющего реагента.
Время от времени в ходе доводки пайки припой «взрывается» при прикосновении к соединению горячим паяльником. Внимательное изучение говорит о том, что наряду с этим на поверхностях наблюдаются масла и брызги припоя. Это происходит, в случае если масло вместе с припоем под давлением поступает на плату при довольно низкой температуре.
В случае если время пайки мало и температура через чур низка, масло захватывается слоями припоя, при повторном нагреве оно расширяется и приводит к разрыву соединения. В таких случаях полезно расширить продолжительность пайки либо применять более большую температуру, и использовать предварительный нагрев верхней стороны печатной платы, дабы слой припоя более продолжительное время был в расплавленном состоянии.
направляться различать два случая образования матового припоя: в то время, когда операция пайки проводится достаточно продолжительно и неожиданно припой делается тусклым и в то время, когда запускается новая линия и слои припоя сначала получаются тусклыми.
Вероятные обстоятельства этого следующие:
1. Наличие железных примесей при пайке к золоченым поверхностям. Тогда единственным средством устранить недостаток есть проверка качества припоя с целью сведения к минимуму содержания как железных, так и неметаллических примесей. В то время, когда содержание примесей в припое низко, но однако образуются матовые соединения, это, в большинстве случаев, обусловлено растворением золота в припое.
В подобном случае нужно снизить растворимость золота либо применять второй материал. Отметим, что губчатое золотое покрытие растворяется существенно стремительнее, чем твёрдое и плотное.
2. Некое потускнение припоя на соединении возможно позвано влиянием флюса на тёплую поверхность. Так, всецело активизированные канифольные флюсы, долгое время находящиеся на поверхностях, смогут слабо протравить эту поверхность и придать ей матовость. Дабы не допустить уже припаянных компонентов, нужно срочно промыть плату по окончании пайки и после этого опять нагреть ее и снять припой.
Применение некоторых неорганических кислотных флюсов может привести к образованию матового налета окиси хлорида цинка. Данный тип загрязнения удаляется промывкой в 1%-ном растворе соляной кислоты.
3. Потускнение спаев кроме этого возможно связано с применением сплавов, содержащих недостаточное количество олова.
Зернистость припоя в большинстве случаев проявляется на узких участках его слоя в виде комочков либо мелких зернышек, каковые выступают над поверхностью. Другая часть припоя имеет обычный вид, и эти зернистые частички на нее не воздействуют. Обстоятельство образования зернистого припоя пребывает в формировании интерметаллических кристаллов при сильном загрязнении припоя металлом базы.
Для устранения недостатков нужно совершить анализ состава припоя и заменить его, если он содержит через чур большой процент металла, к которому проводится пайка.
Время от времени, в особенности при пайке волной припоя, шлак засасывается на рабочую часть волны припоя. Так, и припой и шлак под давлением поступают на рабочие поверхности платы. Захват шлака слоем припоя может привести к появлению зернистости.
В этом случае нужно остановить процесс и очистить насос для подачи припоя.
Зернистость припоя возможно кроме этого позвана включением больших частиц посторонних материалов в выводы компонентов. Их возможно найти при проверке обнаженных выводов до и по окончании пайки.
Время от времени на поверхности паяных соединений образуется желтый оттенок либо желтоватая пленка. В большинстве случаев это итог действия через чур большой температуры пайки. При появлении желтой пленки нужно проверить исправность средств контроля температуры.
В то время, когда избыток припоя закорачивает два соседних проводника, образуются перемычки. Одной из обстоятельств образования перемычек возможно несовершенная конструкция оборудования для пайки. В случае если плата неимеетвозможности передвигаться через припой так, дабы направление проводящих дорожек было параллельно направлению ее перемещения, то поворот проводящей дорожки на 90° постоянно будет воображать опасность с позиций вероятного образования перемычки.
Дабы уменьшить эту опасность, нужно так выбрать направление перемещения платы, дабы в этом направлении размешалось вероятно меньшее число изгибов проводящих дорожек. Помимо этого, возможно применить припойный резист. Образование перемычек возможно кроме этого позвано загрязненным припоем либо наличием шлака на поверхности припоя.
