Подготовительно-заключительные операции при групповой пайки

К подготовительным операциям про­цесса групповой пайки относятся обез­жиривание, нанесение маски, флюсо­вание, а к заключительным – удале­ние маски, отмывка флюса, сушка и контроль. При обезжиривании плату погружают в органический раствори­тель на 7-10 с так, чтобы верхняя сторона покрывалась слоем раствори­теля на 0,5-1 мм.

Защитные маски одноразового ис­пользования штампуют из бумажной ленты, покрытой клеем, смачивают водой с помощью пульверизатора, плотно прижимают к плате на 2- 4 мин. После пайки платы бумажная маска удаляется промывкой в горячей воде. Маски многоразового использо­вания изготавливают из нержавеющей стали, их прижимают к плате с помо­щью термостойкой резины. В настоя­щее время применяют защитные ком­паунды, которые являются маской в процессе пайки, а также влагозащит­ным покрытием. В составе компаун­дов – эмаль, полимеризующий агент, вазелиновое масло. Жизнеспособность компаунда 3 ч.

Флюсование осуществляют следую­щими способами: погружением в ванну с флюсом, вращающимися щетками, напылением, волной или с помощью пены. Нанесение флюса погружением малопроизводительно, не обеспечива­ет однородного и равномерного покрытия платы флюсом, требует строго выдерживать глубину погружения пла­ты во флюс. Поэтому данный метод используется в индивидуальном и мелкосерийном производстве.

Нанесение флюса вращающимися щетками обеспечивает механизацию процесса флюсования (рис. 6.12).

Рис.6.12. Нанесение флюса вращающимися щетками.

1-емкость с флюсом 2 - резервуары, 3- флюс, 4 - вспенивающий

элемент, 5 - плата, 6 - щетки, 7 - пена, 8 – сетка.

Од­нако нерабочие части щеток, не по груженные во флюс, при остановке устройства засыхают, ворс на них сли­пается.

Нанесение флюса методом распыле­ния с помощью одной пары сопел при расстоянии до платы 300 мм обеспе­чивает флюсование платы шириной до 100 мм. Для более широких плат при­меняют две и более пар сопел. В уста­новке для нанесения флюса распылением (рис. 6.13) флюс из резервуара поступает через кран в электромаг­нитный клапан и оттуда в регулируе­мое жиклерное устройство и дозирую­щее сопло пульверизатора. Там флюс захватывается потоком воздуха, выхо­дящим из воздушного сопла пульве­ризатора. Сжатый воздух подается че­рез регулятор давления и ресивер. Ма­гистраль 2 служит для продувки кана­лов клапана, жиклеров и сопла при их засорении остатками флюса.

Рис.6.13. Нанесение флюса распылением:

1-электромагнитный клапан; 2-магистраль продувки; 3,5-сопла;

4-кожух; 6-жиклер; 7-регулятор давления.

Оборудование для нанесения флюса в виде пены (рис. 6.14) состоит из внутреннего / и наружного 2 резервуа­ров, соединенных между собой таким образом, чтобы жидкий флюс 3 свобод­но перетекал из одного отсека в дру­гой.

Рис.6.14. Схема установки для нанесения флюса в виде пены.

1,2-резервуары; 3-флюс; 4-вспенивающий элемент; 5-плата; 6-щетки; 7-пена; 8-сетка.

Во внутреннем резервуаре уста­новлены жестко связанные между со­бой вспенивающие элементы 4, вы­полненные из пористых материалов (керамики, фетра, войлока) в виде дисков, трубок. При подаче через от­верстие в элемент 4 сжатого воздуха флюсующий состав во внутреннем ре­зервуаре вспенивается выходящим воз­духом в виде «шапки» пены 7 и под­нимается над резервуаром. Наружный резервуар закрывается сеткой 8, кото­рая способствует ускоренному превра­щению пены снова в жидкость. Для поддержания равномерного уровня по­верхности пены над выходным отвер­стием используют вертикальные щет­ки 6. Расход флюса восполняется из емкости. Весьма важным фактором для образования равномерного по высоте гребня пены является однородность размеров ячеек пористого материала, из которого изготовлены вспениваю­щие элементы 4.

Устройство для образования волны флюсующей жидкости (рис.6.15) имеет вращающуюся крыльчатку, на­гнетающую жидкость в специальный канал, на выходе которого образуется стоячая волна флюса.

Рис.6.15. Нанесение флюса с помощью волны:

1-крыльчатка; 2-электродвигатель; 3-плата;

Регулирование высоты волны осуществляется изме­нением числа оборотов электродвига­теля Скоростной напор потока флюса позволяет не только покрывать флюсом нижнюю сторону платы, но и обеспечивает проникновение его в ме-таллизированные отверстия много­слойных плат. Излишки флюса удаля­ются с платы щеткой. Недостатки уст­ройства – его сложность, увеличен­ные габариты линии пайки.

Подсушка флюса перед пайкой в со­четании с предварительным подогре­вом печатных плат во многом опреде­ляет качество паяных соединений, особенно в крупносерийном и массо­вом автоматизированном производст­ве. Поскольку в состав флюсов в ка­честве растворителей входят спирт и вода с температурами кипения 80 и 100°С соответственно, то при сопри­косновении жидкого флюса с рас­плавленным припоем при температуре 230-250 °С происходит бурное кипе­ние флюса с образованием значитель­ного количества газов и паров. За счет этого в припое образуются газовые раковины и паровые «карманы», при­водящие к пористости соединений. Кроме того, поверхностные слои при­поя, контактирующие с жидким флю­сом, за счет его испарения существен­но охлаждаются, что ухудшает смачи­ваемость поверхности. Поэтому при подсушке флюса важно добиться пол­ного испарения растворителя из флю­сующего состава. Такая задача реша­ется нагревом нижней (паяемой) по­верхности плат до температуры 85°С, если растворителем служит спирт, и до 100°С, если растворителем являет­ся вода. В результате предварительно­го подогрева плат перед пайкой уменьшается тепловой удар в момент соприкосновения платы с расплавлен­ным припоем, что снижает коробле­ние плат при пайке.

Нагрев плат осуществляют в каме­рах радиационной сушки, где тепло­вое излучение от ИК-лампы отражает­ся с помощью рефлектора и направ­ляется на плату вентилятором, что создает конвективный поток воздуха. Недостатки подобного устройства – стекание остатков флюса и возникно­вение дымления, что снижает интен­сивность ИК-излучения. Чтобы избе­жать этого, радиационные излучатели / (рис.6.16) располагают под углом к горизонтальной поверхности платы 2, а для излишков флюса устанавливают специальные сборники 3, которые легко чистить.

Рис.6.16. Подогрев плат в камере боковыми нагревателями.

Для защиты поверхности расплав­ленного припоя применяют специаль­ные жидкости, которые кроме защиты от окисления выполняют ряд функ­ций: восстанавливают оксиды меди; снижают поверхностное натяжение припоя и увеличивают его смачиваю­щую способность; уменьшают напла­вы припоя на широких проводниках, а также сокращают количество таких дефектов, как перемычки и сосульки; позволяют на 10-20 °С снижать температуру пайки, что уменьшает тепло­вое воздействие на полупроводнико­вые приборы.

Основными компонентами защит­ных жидкостей являются: минераль­ные масла на основе углеводородов с высокой термической стабильностью, жировые масла растительного или жи­вотного происхождения, обладающие смачивающими свойствами, кремний-органические жидкости и др.

Защитная жидкость должна обладать следующими свойствами:

- температура вспышки в открытом месте должна превышать температуру пайки (для ТП-22 температура вспышки 230 °С, а самовоспламенения 300 °С);

- обладать высокой термической стабильностью при температуре расплавленного при­поя (230-260 °С), например в течение 1-2 смен работы линии пайки; слабо испаряться (не более 3-4 %) в тече­ние смены; не снижать электрические параметры платы;

- легко удаляться обычными растворителями;

- показатель кислотности свежей защитной жидко­сти не должен превышать 14 мг КОН.

В качестве защитных жидкостей при групповой пайке используют ЖЗ-1, ТП-22, ВМ-71, ЖЗФ-350, ЖЗК-400.

Способы подачи жидкости в зону пайки могут быть различными: с по­мощью валика, соприкасающегося с волной припоя; капельным методом; внутрь объема припоя. Расход жидко­сти составляет 2-4 дм³ за смену. Эко­номия припоя благодаря применению защитной жидкости достигает 0,5 кг за смену.

Как правило, после пайки на плате остается еще некоторое количество флюса и продуктов его разложения. Они могут вызвать коррозию, деграда­цию паяных соединений и ухудшить электрические параметры схемы. Не­обходимость очистки платы после пайки определяется в зависимости от требуемой степени надежности аппа­ратуры, условий ее эксплуатации, на­значения изделия. При использовании защитных масел очистка обязательна во всех случаях. Для очистки и про­мывки плат применяют различные растворители и составы, включая во­ду. Общее правило при этом заключа­ется в следующем: моющие составы должны быть способны растворять как связующее вещество, так и основ­ной материал флюса.

Удаление остатков канифольных флюсов осуществляют спиртом, спир-тобензиновой смесью, трихлорэтиленом, четыреххлористым углеродом. Однако эти жидкости пожароопасны и токсичны. Ранее широко применя­лись фтор- и хлоруглеродистые рас­творители – фреоны, которые него­рючи, малотоксичны, химически стой­ки и являются универсальными рас­творителями. Обладая низким поверх­ностным натяжением, фреон прони­кает в углубления и под скопления за­грязнений, а благодаря исключитель­ной способности к смачиванию легко смачивает и вытекает из самых маленьких зазоров, захватывая частицы загрязнений. Особенно экономичны фреоны хладон-113 и Ф-114В с темпе­ратурой кипения 47,57 и 47,25 °С соот­ветственно.

В установке КР-1 очистку плат от канифольных флюсов вели спирто­фреоновои смесью (1:10) в ваннах предварительной и окончательной от­мывки. Для интенсификации процес­са очистки применяют подогрев и циркуляцию моющего раствора. Боль­шую степень автоматизации очистки платы обеспечивает роботизирован­ный комплекс «Прима-1», в котором автоматически поддерживаются задан­ные температура и время очистки. В двух ваннах предварительной и окон­чательной очистки непрерывно идет процесс регенерации растворителя, что обеспечивает его полную замену через 2 ч. Содержание канифоли в ванне окончательной очистки не пре­вышает 0,25 %. Очистка производится хладоном при вибрации промышлен­ной частоты с амплитудой 0,1-1,5 мм. Весь цикл очистки не превы­шает 5 мин, в том числе предваритель­ная сушка 1-2 мин, выдержка над ван­ной 0,5 мин, выдержка в каждой ванне 1-2 мин. Недостаток – нежелатель­ные экологические последствия фрео­новых технологий.

Очистка плат после пайки с приме­нением водорастворимых флюсов про­изводится горячей водой (50-60 °С) с добавками поверхностно-активных ве­ществ (ПАВ). Очистка на роботизиро­ванной линии «Прибой-1» выполняется по следующей схеме:

- очистка в мою­щей среде – 10 мин, 60°С;

- стекание раствора – 0,5 мин;

- ополаскивание в воде – 5 мин, 60°С;

- ополаскивание в деионизованной воде – 5 мин, 25°С;

- предварительная сушка – 30 мин, 60°С;

- окончательная сушка – 180 мин, 25°С.

Эта технология очистки позволяет без снижения качества избавиться от спиртобензиновой и спиртофреоновои смесей, а также предотвратить загряз­нение окружающей среды парами ор­ганических растворителей.

Контроль качества очистки от ос­татков паяемых флюсов проводят ви­зуальным осмотром под микроскопом типа МБС-2 с увеличением в 8-10 раз, а также люминесцентным или кондуктометрическим методом. Люми­несцентный метод основан на явлении флюоресцентного свечения веществ, входящих в состав флюсов (канифоли, салициловой кислоты и др.). Источни­ками излучения при облучении платы являются лампы СВД-129А, ПРК-5 со светофильтром УФС-6. Наличие загряз­нений определяют по видимому свече­нию остатков на поверхности платы в темной камере: голубое- для кани­фоли марки «В» и салициловой ки­слоты, желтое- для канифоли марки «А». Точность метода - до 10 г/см.

Кондуктометрический метод осно­ван на измерении сопротивления дис­тиллированной воды до и после кон­трольной отмывки в ней проверяемых флюсов. Допускается снижение со­противления до значения не более 2-10 Ом/см³.