Вводные сведения

МОНТАЖ УЗЛОВ С ПЕЧАТНЫМИ ПЛАТАМИ

Цель работы

Ознакомить студентов с технологией сборки и пайки плат с печатным монтажом.

Вводные сведения

Техника печатных схем дает возможность механизировать монтажные (получение соединительных печатных проводни­ков схемы) и сборочные операции, включающие установку радиодеталей на плату и пайку всех монтажных соединений.

В зависимости от типа производства находят применение следующие технологические процессы сборки и пайки плат с печатным монтажом:

1) при создании лабораторных образцов и в единичном производстве — установка радиодеталей вручную пайка электропаяльником;

2) в мелкосерийном и серийном производствах — уста­новка радиодеталей вручную, механизированная пайка;

3) при массовом производстве радиоаппаратуры — уста­новка радиодеталей на плату и пайка монтажных соединений механизированным способом.

В данной лабораторной работе рассматриваются техно­логические операции по первому варианту сборки и пайки плат с печатным монтажом.

К радиодеталям, устанавливаемым на печатную плату, предъявляется ряд требований:

— форма и размер корпуса радиодеталей, а также конст­рукция и расположение выводов должны быть стандартизо­ваны, при этом номенклатура типоразмеров должна быть ми­нимальной;

— форма радиодеталей должна быть простой и удобной для установки на печатную плату;

— допуски на габаритные размеры корпусов конденсато­ров и резисторов не должны превышать ±0,25 мм;

— выводы должны обладать достаточной жесткостью, обеспечивающей сохранность заданной им формы изгиба и взаимного расположения перед установкой на плату;

— конструкция радиодеталей должна обеспечивать воз­можность пайки выводов круглого сечения на расстоянии Д/2+1,5 мм от корпуса (Д — диаметр корпуса).

Наиболее приемлемой формой навесных радиодеталей является цилиндрическая с осевыми выводами. Наиболее при­меняемыми типами радиодеталей для печатных схем явля­ются резисторы МЛТ-0,25-2, ОМЛТ-0,25-2 и др., конденса­торы БМ-2, МБМ, БМГ и др., диоды Д9 и др.

В современных конструкциях функциональных печатных узлов навесные детали, как правило, размещаются на одной стороне основания, а другая сторона используется для печат­ного монтажа. Такое конструктивное решение упрощает креп­ление навесных деталей, делает возможным осуществление механизации сборочных работ и пайки.

Для получения качественных паяных соединений на печат­ных платах необходимо соблюдать следующие требования:

1) спаиваемые поверхности должны быть тщательно очи­щены от загрязнений. жиров и окислов:

2) место панки должно быть прогрето до температуры пайки;

3) применяемый при пайке флюс должен обладать высо­кой активностью, чтобы была обеспечена полная смачивае­мость соединяемых поверхностей припоем.

Соблюдение первого требования находится в зависимости от условий хранения плат, предварительного защитного по­крытия и качества подготовки печатных проводников перед пайкой. Часто платы покрываются электролитическим оловянно-свинцовым сплавом. Защита слоем припоя не только обе­спечивает антикоррозийную стойкость платы, но и в значи­тельной степени облегчает папку, так как при этом не тре­буется дополнительной очистки. При изготовлении функцио­нального узла в лабораторных условиях печатная плата хра­нится без защиты в течение некоторого времени, и поэтому требуется подготовка для удаления образовавшейся окисной пленки на печатных проводниках.

Соблюдение второго требования при пайке печатных плат достигается оптимальным временем прогрева при выбранном температурном режиме. Перегрев места пайки может при­вести к отслаиванию печатных проводников за счет разных температурных коэффициентов линейного расширения осно­вания платы, а также выгорания клея БФ-4, с помощью ко­торого фольга приклеивается к диэлектрику, и образования газов. которые силой своего давления приподнимают фольгу. Недостаточный прогрев может привести к снижению меха­нической прочности паяного соединения. При пайке печатных плат, как и при пайке обычных монтажных соединении, за время пайки при выбранной температуре происходит взаим­ная диффузия меди и олова, а также образование эвтектики, т. е. твердого раствора этих компонентов. В последнем слу­чае олово растворяет поверхностные слои меди на глубину нескольких долей или единиц микрометра и таким образом обеспечивается взаимное проникновение компонентов. После остывания моста пайки за счет этих двух факторов образу­ется механически прочное соединение с хорошей электропро­водностью.

Выполнение третьего условия качественной пайки опреде­ляется выбором флюса. Наибольшая активность флюсов должна проявляться при температуре на 20—30° С меньше температуры плавления припоя. Кроме того, флюсы, приме­няемые для пайки печатных плат, не должны вызывать коррозию соединяемых металлов и должны обладать хорошими изоляционными свойствами. При пайке печатных плат при­меняют только бескислотные флюсы. Остатки бескислотных флюсов не вызывают коррозии изделия, что является их ценным качеством. Наибольшее распространение получила ка­нифоль, обладающая свойством растворять окислы меди при температуре нагрева свыше 150^оС. Флюсующее действие ка­нифоли объясняется содержанием в ней абиетиновой кислоты(С₂₀Н₃₀0₂), которая растворяет некоторые окислы. В про­цессе пайки абиетиновая кислота нейтрализуется содержа­щимся в канифоли терпентином, вследствие чего остатки флюса не вызывают коррозии соединения.

Канифоль негигроскопична и является хорошим изолято­ром, что также относится к ее достоинству как флюса, при­меняемого для монтажных работ. Для пайки используются как натуральная канифоль в кусках, так и ее растворы в этиловом спирте. Обычно для пайки используется флюс КЭ, содержащий 15% канифоли и 85% этилового спирта.

Канифоль относится к малоактивным флюсам и применя­ется при пайке предварительно облуженных или хорошо под­готовленных поверхностей, с которых механическим путем удалены окислы.

Для улучшения способности канифольных флюсов очи­щать поверхность в них вводится ряд органических и неорга­нических веществ. Эти вещества называют активаторами, а флюс после их добавки — активированной канифолью. В ка­честве активаторов служат анилин, феноловый ангидрид, солянокислый диэтиламин. салициловая кислота и др. Эти добавки вводятся в флюс каждая в отдельности или в раз­личных комбинациях. Для пайки монтажных соединений наи­лучшим является флюс с анилином. Такой флюс обладает высокой активностью и дает остаток, который не только не вызывает коррозии соединения, но образует твердую сплош­ную пленку, защищающую соединение от воздействия внеш­ней среды. Рецепты таких флюсов составлены так, что боль­шая часть активатора при температуре пайки разлагается или испаряется и коррозия проводников не возникает.

Выбор марки припоя определяется прежде всего термо­стойкостью печатной платы. Исходя из этого, необходимо вы­бирать марки припоев, имеющих температуру плавления не выше 200° С.

При пайке меди наиболее широко применяются оловянно-свинцовые припои. Олово с медью образует сплав, состоящий из твердого раствора и химического соединения (Cu₃Sn). Свинец добавляют в припой для снижения его стоимости.

Для пайки монтажных соединений рекомендуются припои ПОС-40 и ПОС-61. Припой ПОС-40 плавится при температуре 235° С. обладает достаточно высокими электро- и теплопро­водностью. Припой ПОС-61 является самым легкоплавким оловянно-свинцовым сплавом; он плавится при температуре 183°С и рекомендуется в тех случаях, когда при пайке недопустим нагрев деталей. Кроме того, при температуре пай­ки он обладает лучшей текучестью, чем припой ПОС-40.

Как известно, температура пайки монтажных соединений превышает температуру точки плавления припоя на 22—67° С. При пайке печатных плат припоем ПОС-61 температура паяльника выбирается в пределах 240—250°С.

Перегрев паяльника относительно температуры плавления приводит:

— к повышению текучести припоя, что обеспечивает быстрое затекание припоя в зазор между стенками установоч­ных отверстий и выводами навесных деталей:

— к снижению поверхностного натяжения припоя, что способствует оформлению пайки в виде полусферы с гладкой поверхностью (исключается образование «сосулек»):

— к улучшению смачиваемости места пайки, что обеспе­чивает покрытие припоем всей площади контактной площадки.