Варианты пайки сегодня (перевод статьи из журнала «SMT007 Magazine», октябрь 2019, автор колонки – Ray Prasad компания «Ray Prasad Consultansy Group»)

Варианты пайки сегодня
(перевод статьи из журнала «SMT007 Magazine», октябрь 2019, автор колонки — Ray
Prasad компания «Ray Prasad Consultansy Group»)

Есть разные методы пайки такие, как ручная, волновая, пайка оплавлением (например, в вакууме, конвекционная) и селективная. Некоторые из этих процессов используются многие годы, тогда как другие появились недавно. Все эти процессы имеют уникальные характеристики, преимущества, недостатки и применения. Например, нет процесса, который может конкурировать с экономной волновой пайкой сборок плат со сквозными отверстиями. Аналогично, если на плате только
компоненты поверхностного монтажа, то преимуществом в выборе процесса пайки обладает конвекционное оплавление.

Если Вы должны столкнуться с платами смешанной сборки, с компонентами поверхностного монтажа и в сквозные отверстия, как это происходит сегодня для более, чем 95% электронной продукции, то выбор процесса пайки становится более сложным, особенно, если Вы используете лужёные компоненты и покрытые олово-свинцом на одной плате.

Варианты пайки

Пайка в паровой фазе (VPS), также известная, как конденсационная пайка, прошла через изменения популярности. С выбора процесса в начале 1980-х, его использование значительно сократилось по двум причинам: проблемам с самим процессом VPS и с улучшениями в процессе конвекционного оплавления. Проблемы VPS находятся в основном в области более высоких дефектов таких, как смачивание в основном выводов компонентов J-формы и положением чип
компонентов.

Однако, случаи со смачиванием в паровой фазе значительно сократились, так как компоненты с подогнутыми выводами редки сейчас. Они, в основном, заменены на компоненты с выводами снизу (ВТС) и с «крылом чайки» (Gull Wing). На сегодня паровой процесс также улучшен, так как большинство установок имеют встроенную систему подогрева. Конвекционная система обеспечивает эффективный и однородный подогрев без характерных проблем VPS и является
наиболее распространённым процессом пайки оплавлением.

Варианты пайки для совместимости

С широко распространённым использованием бессвинцовой пайки компании должны пересмотреть их варианты, особенно, когда они связаны с совместимостью сверху и снизу.
Совместимость снизу — ситуация, когда большинство компонентов с покрытием олово-свинец, а некоторые — облужены. Совместимость сверху — обратная: большинство компонентов бессвинцовые, а некоторые — с олово-свинцом. Совместимость сверху редко возникает как
проблема, а снизу — очень частая ситуация.
Совместимость снизу наиболее частая проблема в военном и космическом применении, так как эта промышленность не полностью адаптирована к бессвинцовым компонентам ввиду того, что поставщики компонентов не рассматривают их как экономичные для продажи и с облужванием и
с олово-свинцом. Все бессвинцовые компоненты могут паяться, используя пасту олово-свинцового припоя и профиль оплавления для олово-свинца, исключая случаи с бессвинцовыми BGA. Некоторые компании меняют бессвинцовые шарики на олово-свинцовые при существенных затратах и пайке таких BGA, используя процесс для олово-свинца.

Между тем, некоторые используют профиль с более низкой пиковой температурой, чем профиль без свинца, но при более высокой температуре, чем у оловянно-свинцового профиля — по сути, это — профиль, который является компромиссом между оловянно-свинцовым и бессвинцовым.

В любой ситуации есть проблема пайки компонентов с различными требованиями к подогреву и есть существенные компромиссы. Вы не можете перейти к высокой температуре оплавления только для нескольких бессвинцовых BGA, так как большинство компонентов с олово-свинцом будут, вероятно, повреждены. И Вы не можете оставаться с профилем для олово-свинца потому, что бессвинцовые шарики BGA не будут полностью оплавляться и изменяться, что необходимо
для надёжности пайки. Более детально этот предмет будет рассмотрен в последующей колонке.

Селективная пайка смешанных сборок
Платы смешанных сборок, содержащие как поверхностно монтируемые компоненты (SMT), так и компоненты сквозных отверстий, охватывают большинство производимой продукции. Что Вы предпринимаете в такой ситуации? Ниже представлены некоторые наиболее используемые варианты пайки для рассмотрения.

1. Использование неметаллических структур — наиболее распространённый метод пайки компонентов сквозных отверстий на плате смешанной сборки. Однако, этот метод работает только когда плата правильно сконструирована. Другими словами, структура требует нескольких переделок, чтобы перейти к окончательной, которая откроет компоненты сквозных отверстий и полностью закроет поверхностно-монтируемые компоненты снизу. Этот вариант может быть очень затратным, зависящим от смешанной продукции в производстве, и требующий много места для хранения структур.

2. Другим, часто упоминаемым, методом является использование фонтана припоя для металлических структур, закрывающих расплав. Припой подаётся как фонтан в требуемых местах под выводами сквозных отверстий. Эти структуры также могут быть очень затратными, требовать много времени и усилий на разработку и производство. Дефектов пайки может быть больше из-за изменения фонтана припоя в динамике истечения волны. Это не часто употребляемый процесс.

3. Специфичный по месту или «танцующая волна», где роботизированный носитель перемещает фонтан припоя, более известен, так как количество компонентов монтажа в сквозные отверстия убывает с годами. Это превосходный процесс, если есть только несколько компонентов на плате. В этом методе, плата — стационарна, а фонтан припоя перемещается к выступающим выводам. Фонтан припоя паяет каждый вывод или ряд выводов индивидуально. Эти установки пайки по месту имеют встроенный флюсователь, подогрев и фонтан припоя, повторяя стандартный процесс волновой пайки. Такие установки — гибкие, не требуют фиксирующих структур, используют различные профили пайки, включая гораздо более высокие температуры фонтана припоя, чем у стандартной волны припоя (например, 290−300°С для селективной пайки, вместо 255−265°С — для волны). Вам потребуется отдельная установка или отдельная волна для лужения и олово-свинца.

4. Есть различные и другие методы селективной пайки такие, как ручная, сфокусированным светом, диодным лазером в особых применениях из-за стоимости и по техническим причинам. Например, пайка диодным лазером — новая технология, но не каждый чувствует комфорт на передовом крае.

5. Используется также расплав припоя или ремонт. Однако, бессвинцовый припой в расплаве, как найдено, убывает или корродирует с медью из металлизированных сквозных отверстий, если продолжительность пайки или извлечения вывода при ремонте имеют тенденцию к увеличению (например, почти 60 секунд, гораздо дольше, чем примерно 5 секунд при волновой пайке). Таким образом, необходимо помнить об эрозии меди, когда используется расплав припоя, особенно при ремонте (убывание и замещение) компонентов сквозных отверстий.

Заключение

Каков наилучший метод для пайки в основном и для селективной пайки — в особенности? Это зависит от вашего использования и капиталовложений. Для выбора правильного варианта для вашего применения рассмотрите объём производства, смешанность и комплексность, а затем — через технические и бизнес затруднения к правильному варианту для вашей продукции. Вам потребуется, по крайней мере, два различных варианта пайки для работы как с компонентами поверхностного монтажа, так и — в сквозные отверстия для вашей продукции смешанного монтажа.

*************************
Возможности сотрудничества обеспечивают информационную поддержку и технологическое сопровождение сборочно-монтажного производства и изготовления печатных плат. Планы выпуска продукции успешно подкреплены правильным выбором оборудования и необходимых материалов регулярной поставки. Должная организация производства при взаимодействии даёт преимущество в рыночной реализации.
Просьба использовать следующий контакт:
Санкт-Петербург, Таллиннское шоссе, 206
Электронная почта: office@bmptek.ru
Тел. +7 (921) 895−1422, (812) 994−9502
Управляющий проекта — Алексей Леонов