Реферат: Технология соединения деталей радиоэлектронной аппаратуры

Технология соединения деталей радио –электронной аппаратуры.

Соединениедеталей пайкой, благодаря доступной и недорогой технологии, известно оченьдавно и по сей день широко применяется, несмотря на появление синтетическихклеев и шпатлевок. В этом обзоре речь пойдет о пайке так называемыми мягкимиприпоями на основе олова, позволяющими ограничить нагрев деталей температуройоколо +250°С. Итак, что же нужно для пайки? Начнем с припоев. По поводутемпературы: для припоя 63/37 с температурой плавления 183°С рекомендуемыйрежим пайки 230°С. Припой нужно не только расплавить, но и обеспечитьрастекаемость и смачиваемость, отсюда небольшое превышение температурыплавления. Кстати, не надо путать температуру припоя с температурой жалапаяльника, для которого рекомендуется в среднем 315°С. Дело в том, что тепло всоединение передается не мгновенно, поэтому для поддержания 230°С в течениенужного времени в точке пайки необходим контакт с паяльником, нагретым до 315°Сдлительностью 1-1.5 сек. Уменьшение температуры и времени может привести кнеполной смачиваемости паяемой поверхности, увеличение — способствует процессудиффузии меди в припой и образования интерметаллического слоя CuPbSn. Это уженовое вещество с низкой проводимостью и механически хрупкое. По всем стандартамэтот слой не должен превышать 0.5 мкм, иначе соединение считается не прочным.Дозировка припоя, конечно, необходима для образования соединения правильнойформы, что обеспечивает с одной стороны прочность, с другой — возможностьвизуального контроля. Общее правило можно сформулировать примерно так: всемениски должны иметь вогнутый, но максимально приближенный к прямому контур.Если мениск выпуклый невозможно будет визуально отличить надежное соединение отне пропаянного, на котором припой принял выпуклую форму за счет поверхностногонатяжения. Однако сам процесс дозировки проблемой не является. Для монтажаразличных компонентов существую несколько приемов оптимизации количестваподаваемого припоя. Вот несколько характерных примеров.
1. Монтаж DIP корпусов и всех компонентов, устанавливаемых в отверстия.Клиновидный наконечник паяльника, слегка обложенный (только для того чтобыобеспечить надежный тепловой контакт) устанавливается на контактактную площадкупечатной платы, одновременно контактируя с выводом компонента. Другой рукойподается флюсосодержащий проволочный припой, который плавится о нагретуюконтактную площадку. Расплавленный флюс и припой стекает в металлизированноеотверстие, заполняя его. Подача прекращается сразу после образования мениска
между торчащим из платы выводом и контактной площадкой. Высота мениска должнабыть равна половине диаметра контактной площадки.
2. Пайка поверхностных микросхем. В этом случае применяется так называемая«мини волна». Это наконечник паяльника, срезанный под углом. Срезимеет углубление для увеличение сил поверхностного натяжения. Компонентустанавливают на плату, флюсуют, заполняют «мини волну» каплей припояи проводят ей сразу по всем выводам. При движении наконечника каждый контакт«погружается» в волну примерно на 1 секунду, забирая из нееоптимальное количество припоя. Лишний припой втягивается в наконечник за счетповерхностного натяжения. Т.е. дозировка припоя происходит автоматически. Такимприемом можно выполнять монтаж любых поверхностных компонентов кромекерамических CHIP конденсаторов ну и, конечно, BGA.
3. Монтаж CHIP компонентов горячим воздухом (термофеном) на паяльную пасту. Приэтой операции требования к дозировке самые высокие. Можно, конечно, наноситьпасту с помощью шприца, но это требует действительно «искусствооператора», так как после нанесения каждой капли паста продолжаетвыделяться за счет остаточного в шприце давления. Профессиональный метод — этоприменение пневмодозатора с вакуумной отсечкой.

Несколько секретов производственныхтехнологий.

О блестящей поверхности.
Такая поверхность достигается достаточным количеством флюса, минимальнымперегревом места пайки, свежим припоем эвтектического состава 63/37, как и былосказано выше. Минимизируя время прогрева, можно избежать заметного растворениямеди в припое и образования кристаллов интерметаллида SnPbCu, при наличиикоторых, естественно, не получить блеска. Как добиться этого? Нужно достаточномассивное медное, в идеале — серебряное (обуславливает значительнуютеплоемкость), с многослойным NiCrFe покрытием (гарантирует от растворенияматериала жала в припое), жало, достаточно мощный нагреватель (легкокомпенсирует потери тепловой энергии на расплавление припоя и нагрев местапайки) и система термостатирования (стабилизирует температуру жала). Нуженчистый трубчатый припой и хорошо подготовленные поверхности. Нагрев долженосуществляться минимально необходимое время. Любые отступления от этих условий ведут к необходимости длительныхтренировок. При ручной пайке качество «достигается упражнением».

Холодная спайка.

Некоторые предметы, как известно, нельзя спаять привысокой температуре, не подвергнув порче. Для таких предметов рекомендуетсяследующий состав. Осажденная в порошкообразномсостоянии медь перемешивается в фарфоровой ступкес концентрированной серной кислотой дополучения некрутой тестообразной массы, к общему весовому количеству которойдобавляют постепенно, при постоянном размешивании, 70 частей ртути. Когда таким образом получится однороднаяамальгама, ее хорошо промывают в горячей воде для удаления кислоты и затем даютей остыть. Спустя 10-12часов амальгама становится настолько твердой, что режетолово. В таком виде состав уже вполне готов к употреблению, для чего егонагревают до консистенции размягченного воска и спаивают предметы; остыв, этаамальгама очень крепко держит спаянные части.

Простой способлужения.

Берут 10 весовых частей повареннойсоли, распускают в 20 частях азотной кислоты,после чего к этому раствору добавляют 10 частей хлористогоолова (оловянной соли) и 2,5 части хлористогоаммония (нашатыря). К полученной смеси добавляют еще 40 весовых частей соляной кислоты и затем разбавляют ее небольшимколичеством воды. Приготовленная таким образом смесь вполне готова купотреблению. Подлежащий лужению предмет должен быть предварительно очищенсамым тщательным образом, затем все части его, которые не должны быть покрытыполудой, старательно натираются салом, после чего предмет погружают вприготовленную вышеуказанным способом смесь, в которой и оставляют, пока слойполуды не достигнет надлежащей толщины. Тогда, вынув предмет, остается толькотщательно вымыть его, чтобы он был вполне годен к употреблению. Помимоисправления или обновления полуды на посуде указанным способом можно покрыватьоловом для предохранения от ржавчины разного рода мелкие металлическиепредметы: рыболовные крючки, капканы, проволоки и т.д.

Сообщениеоловянному припою медного цвета.

 Как известно,для припоя медных частей чаще всего употребляется олово, но такой припойотличается одним недостатком: в местах спайки олово некрасиво выделяется белымпятном или белой полосой на медном фоне спаянных частей. Для устранения такогонедостатка рекомендуется следующий несложный прием: места припоя покрываютсянасыщенным раствором медного купороса, для чего10 частей купороса растворяют в 35 частях воды и покрытые части припоярастирают, затем железной проволокой и этим способом омедняют спайку, послечего вторично покрывают спайку раствором из 1 части насыщенной купоросной медии 2 частей насыщенного цинкового купороса и растирают такое покрытие цинковойпалочкой. Обработанные таким образом места спайки могут быть отполированы итогда выступающие части оловянного припоя совершенно сливаются с медным тономспаянных частей.

Канифоль, флюс — чем они отличаются, когда и что применять?

<span Times New Roman",«serif»; color:red">Канифоль

<span Times New Roman",«serif»;color:black">:неочищенная канифоль — есть материал кустаря времен Северной войны.Использовать его в современной электронике крайне нежелательно. Однако, этодопустимо для пайки электротехнических изделий или плат с крупными проводниками,и где плотность монтаж стремиться к 0 компонентов на кв. м. платы. Проблемы втом, что она (то есть канифоль) содержит кучу натуральных примесей, которыепосле модификации под воздействием тепла и кислоты становятся опасными с точкизрения коррозии и электрической проводимости.
Раствор канифоли в спирте или бензине: ничего не меняет от вышеописанногослучая. Вся та же гадость, + грязь привнесенная с бензином и спиртом. Такиеплаты надо мыть всем, что попадает под руку, поскольку не мы видим толькоменьшую часть примесей, и они смываются далеко не всем.

Одно замечание, мы говорим оразных канифолях. Есть канифоль, которая лежит у каждого дома на антресолях,есть канифоль, которой маэстро Растрапович канифолит смычок, есть канифоль,производимая гигантами типа Multicore или Alpha Metalls для нужд электронногокапитала. Это три большие разницы. Даже в отечестве существовало разделениеканифоли на марки: А, Б, может, и далее. Для монтажа РЭА допускалось применениеканифоли марки А.

Как определить? — Визуально!Наилучшая имеет светло — желтый свет, прозрачна, без включений. Мы упомянулиMulticore, их припой самый «крутой» потому, что он содержит не одну,а целых 5 или 6 жил флюса в проволочном припое. Полагаю, что наличие большогоколичества каналов с флюсом обеспечивает лучшее распределение флюса поповерхности расплавленного припоя, а это ведет к лучшей очистке поверхности отокислов меньшим количеством флюса, что, в свою очередь, минимизирует количествозолы и шлама

<span Times New Roman",«serif»;color:red">Флюсы

<span Times New Roman",«serif»;color:black"> электронного класса: Основное ихотличие заключается в степени кислотности. Чем старее паяемый вами контакт, чембольше на нём окислов, чем эти окислы устойчивее к кислоте, тем выше должнабыть кислотность флюса. <span Times New Roman",«serif»; color:red">МЫТЬ ИЗДЕЛЕЕ ПОСЛЕ ПАЙКИ НУЖНО ВСЕГДА.<span Times New Roman",«serif»; color:black"> Вы никогда не можете быть уверенным, что осталось на плате послевашего ковыряния её паяльником, и как это повлияет на дальнейшуюработоспособность изделия. Количество флюса должно быть минимально, нодостаточно для осуществления своих функций: удаления грязи, окислов,обеспечение растекания и формообразования припоя.

<span Times New Roman",«serif»; color:red">Маркировки припоев.

Всё что я буду писать, нижепереписано из ОСТа 4 ГО.033.200, то есть описание того, как это должно быть,если бы эти припои производились под контролем ГосТехНадзора на заводеуказанном в ОСТе — «РязЦветМет». Как есть на самом деле не знаю. Всеприпои содержат 59-61% олова, остальное свинец. Буква «П» в концеозначает, что припой повышенной чистоты. Буква «М» означаем, что вприпое должна быть медь в диапазоне 1.2-2.0%. Температура плавления, Liquidus(окончание полного плавления):
ПОС61; ПОС61-П — 190 град.°С
ПОС61М — 192 град. С
Временное сопротивление разрыву при 20 град.°С
ПОС61; ПОС61-П — 42.18 Х 10^6 н/кв. м
ПОС61М — 44.18 Х 10^6 н/кв. м
Теплопроводность:
ПОС61; ПОС61-П — 50.24 Вт/(м*К)
ПОС61М — 48.98 Вт/(м*К)
Удельное электрическое сопротивление:
ПОС61; ПОС61-П — 0.139 х 10^-6 (Om*m)
ПОС61М — 0.143 х 10^-6 (Om*m)
ПОС61М не разрешен к лужению и пайке в тиглях и ваннах из-за повышеннойсклонности к зернистости сплава при затвердевании, и густоты расплава, чтоухудшает его технологические свойства.

Паяльник

Керамический нагревательнапоминает печатную плату, но не настеклотекстолите, а на керамике и все это скручено в трубу. Наконечникустанавливается либо снаружи либо внутри этой трубы. Достоинство такойконструкции (на мой взгляд, сомнительное) в малой тепловой инерционности, т.е.паяльник после включения может выйти на рабочую температуру за 10 сек. Однакопри работе на многослойных платах или в иных условиях сильного тепло отводаначинает сказываться относительно низкая теплопроводность керамики (посравнению с медью) и система не успевает компенсировать тепло потери итемпература падает.

 Нихромовый нагреватель интересен только, если онвыполнен на медном сердечнике. Нагревается он относительно медленно, на 300градусов за 1 минуту, зато никаких проблем с компенсацией теплопотерь. Т.е. нетнеобходимости делать запас в задание температуры. Различие в теплопроводностиусиливается из-за разной системы крепления наконечника. У паяльников РАСЕ, например,наконечник прижимается боковым винтом по всей длине к медному сердечникунагревателя. Площадь теплового контакта очень большая. В случае с керамикойсильный прижим использовать нельзя вследствие хрупкости материала, т.о.наконечник одевается или вставляется в нагреватель с воздушным зазором,препятствующим теплопередаче. И, наконец, надежность! Известно, что керамика,выдерживает высочайшие температуры, но при этом плохо переносит быстрый нагреви охлаждение, образуя микротрещины. Современная технология ручной пайкипредполагает, что на рабочем месте имеется влажная губка для снятия припоя ииных наслоений с рабочей поверхности жала. Набрав некоторое количество припоя сфлюсом, оператор совокупляет спаиваемые детали, жало с припоем и, если надо, дополнительноеколичество припоя. Вся масса припоя переходит в жидкое состояние, припойрастекается по месту пайки. Оператор ждет немного (неопределенное время — вотоно, искусство оператора!), затем удаляет жало, место пайки остывает, припойзатвердевает. Что дальше? Дальше, скорее всего, оператор кладет паяльник наподставку. Некоторое количество материала спаиваемых деталей перешло в припой,который остался на жале. Паяльник лежит, интерметаллиды растут… Операторснова берет паяльник, процесс повторяется. Как правило, жало начинают чистить,когда зола флюса начинает мешать работе. Очищайте жало перед предварительнымнабором припоя!!! Тогда припой в месте пайки будет свежим, без интерметаллидови окислов припоя, — именно это я имел в виду. Многие юго-восточныепроизводители стали применять для очистки жала вместо губки клубокметаллической стружки. Очищает жало очень эффективно + более безвредно.

Техника безопасности

Чтобыответить точно на вопрос, чем вы дышите, нужно точно знать, чем и что выпаяете. Все перечисленные материалы выделяют одно и тоже, поскольку состоят изодних и тех же составляющих: олова, свинца, иногда кадмия, сурьмы, канифоли,всевозможных натуральных и синтетических растворителей и имульгатовор.
Таким образом вы, я так подозреваю, дышите парами всех, или одного из,перечисленных металлов и их окислами. Канифоль и синтетические добавкимодифицируются и вступают в реакцию. Чаще всего в ваши трохеи, бронхи и прочиеальвиоллы попадают как пары компонентов флюсов (смотри техпаспорт на припой ифлюс, и пасту) так и их модификанты, в основном фенолы и альдегиды всегоперечисленного выше. Добавим сюда букет органических кислот и солей (в томчисле и свинца) и получим в итоге дивный букет алергентов.
Аллергия — это самое приятное, что можно получить в итоге многодневноговдыхания предложенного «меню». Следующее по мере приятности — повышенное раздражение слизистой оболочки и слабая сопротивляемость краспираторным заболеваниям. Людям, чьи предки страдали от астмы, мы нерекомендуем долго находиться рядом с паяльником. И на конец, не хочу васпугать, но при определенном стечении обстоятельств, и предрасположенности иливрожденной склонности, или просто случайно… Я не видел сам, но говорят, чтои… ну вообще и раком.
Ваше здоровье дорого для нас, поэтому применяйте все что можно. Но самоеэффективное средство — это вечерние прогулки на свежем воздухе, и дымоулавителиPACE. В заключение сделаем важное замечание. Любые работы с переноснымэлектроинструментом, если он не снабжен корпусом с двойной изоляцией (апаяльник не снабжен!), допускаются вне помещений с изолирующим полом только принапряжении питания не более 36 В. К сожалению, мощных паяльников с такимрабочим напряжением вы не найдете. Поэтому, чтобы обезопасить себя, наскольковозможно, от поражения током, следует предпринять определенные меры.

Не пренебрегайте правиламиэлектробезопасности, ведь ваша жизнь дороже!