Букин отчет. 2 Элементы технологического процесса сборки. Техническая документация

• Название: 2 Элементы технологического процесса сборки. Техническая документация
• Дата: 03.04.2023
• Размер: 1.17 Mb.
• Имя файла: Букин отчет.doc
• Тип: Реферат; #1032997
• страница: 2 из 3

Монтаж радиодеталей на печатной плате может вестись как горизонтально, так и вертикально. Выбор того или иного расположения радиодеталей диктует электрической схемой конкретного электронного блока, размерами самих деталей и печатной платы.
.

Рисунок 6 – Подготовка к монтажу

Если при монтаже оказывается, что два. резистора имеют общую электриче­скую точку, то пайку целесообразнее вести с вертикальным расположением рези­сторов — это экономит место и число дорожек. В отдельных случаях возможно расположение радиодеталей со стороны подложки.

Тогда сверлом диаметром 1 мм на дорожках сверлятся отверстия, выводы радиодеталей пропускаются в отверстия и припаиваются к дорожкам. В соответст­вии с электрической схемой отдельные дорожки могут соединяться перемычками из голого или изолированного медного провода.

Обеспечение механической жесткости монтажа осуществля­ется.путем увеличения площади пайки. Для выполнения этих условий выводы большинства радиодеталей необходимо отгибать, чтобы не получился прямой стык (рис. 2) с помощью пассатижей с длинными губками или пинцетом.

При монтаже небольших электролитических (оксидных) конденсаторов пе­ред пайкой выводов к плате на выводы надевается небольшой кружок из резины толщиной 5...6 мм с отверстиями.

Во время пайки радиодеталей, особенно полупроводниковых приборов, необходимо максимально использовать теплоотвод — пассатижи с длинными губ­ками или пинцет, чтобы не перегреть радиодеталь. Время пайки деталей не должно превышать 2...3 с.

После пайки всех деталей и проверки монтажа на соответствие электриче­ской схеме необходимо очистить промежутки между дорожками резаком, так как расплавленное олово могло затечь между дорожками и перемкнуть их. Кроме этого, необходимо убрать остатки флюса - сперва механически с помощью скаль­пеля, затем кисточкой, смоченной спиртом.

По окончании пайки всех деталей, проверки монтажа и очистки платы элек­тронный блок (иногда отдельные каскады) необходимо проверить в действии, по­сле чего всю плату с деталями покрывают несколькими слоями водостойкого лака с горячей просушкой (под лампой) каждого слоя: эта мера предотвратит коррозию деталей в условиях повышенной влажности.

В последнюю очередь припаивают провода, идущие к электронному блоку (или от него), и также покрывают места паек водостойким лаком.
3 Инструмент и приспособления для пайки
3.1Виды электрических паяльников и их устройство
Паяльник — это электрический прибор, состоящий из нагревательного эле­мента, стержня, изоляционной ручки, электрического шнура и сетевой вилки. Де­шёвые паяльники как раз и состоят из этих частей. Под действием электрического тока нагревательный элемент разогревается и тепло передаётся стержню (жалу). Стержень, как правило делают из меди. Температура жала паяльника держится в районе 180-300 С.


Рисунок 7 - Технологический процесс сборки из­делия.
Флюс — вещество, облегчающее пайку и предотвращающие окисление спаиваемых поверхностей. Если не применять флюс, то припой не будет ровно по­крывать спаиваемые поверхности проводников. Флюсы нейтрализуют плёнку окисла на поверхности металла. Наш флюс пришел в маленькой металлической баночке

Припой — легкоплавкий сплав, которым производят пайку. Основным при­поем при радиомонтаже является сплав свинца и олова. Можно конечно использо­вать и чистое олово, но оно дорогое, поэтому применяют оловянно-свинцовые сплавы. По прочности пайки оловянно – свинцовые припои не уступают чистому олову. Наиболее распространены припои ПОС-61 и ПОС-40. Цифры 61 и 40 обо­значают процентное содержание олова в сплаве. ПОС-61 содержит 61% олова, в ПОС-40, соответственно 40%. Чем больше в припое свинца, тем он темнее. Естест­венно, кроме стандартных припоев есть и улучшенные, обладающие тем или иным свойством (легкоплавкостью, прочностью, стойкостью к агрессивным средам).
Наш припой пришел в небольшой пластиковой колбочке.

Рисунок 8 – Свинцовые припои
Выполнены с нихромовой спиралью. Через нее проходит электрический ток. У инновационных моделей паяльников существует контроль нагрева наконечника с помощью термодатчика, который подает сигнал, чтобы вовремя отключить спи­раль, когда температура достигла рабочего режима. Термодатчик выполнен по принципу термопары.

Электропаяльники с нагревателем из нихрома имеют несколько разных ис­полнений. Простые паяльники имеют в конструкции нихромовую спираль. Она намотана на корпус из изоляционного материала. Внутри вставлен нагревающийся стержень. В современных конструкциях нихром встроен в изоляторы, кото­рые уменьшают потерю тепла, увеличивают теплоотдачу.

Существуют также конструкции паяльников, у которых нагреватель керами­ческий, в виде стержня. Он нагревается от подведенного напряжения к его контак­там. Такие нагреватели признаны, как более совершенные. Они имеют свои досто­инства: быстрый нагрев, повышенный срок службы (если к нему бережно отно­ситься), широкий интервал мощности и температуры.

Паяльник индукционного типа. В этом устройстве стержень нагревается ин­дукционной катушкой. Наконечник выполнен с покрытием из ферромагнитного материала. В этом материале катушка образует магнитное поле, от которого наво­дится ток, нагревающий сердечник паяльника.

Импульсные паяльники. Такой тип паяльников относится к особой катего­рии. Порядок их включения таков: нажимают кнопку пуска и держат ее в нажатом состоянии. Наконечник паяльника быстро нагревается, за несколько секунд, дости­гает рабочей температуры. Осуществляется пайка необходимого места. После пайки кнопка выключается, происходит охлаждение паяльника.


Рисунок 9 – Конструкции паяльников
3.2Мягкие и твердые припои, их свойства и применение.
Пайка твердыми припоями примечательна тем, что при ее проведении уча­сток стыковки изделий должен прогреваться до температур порядка 450-ти граду­сов и более.

Такие припои называются тугоплавкими, а полученное с их помощью соеди­нение сохраняет свои прочностные характеристики даже при сильном термиче­ском нагреве.

В отличие от твердых пайка мягкими припоями предполагает использование низкотемпературных расходных материалов, которые обеспечивают надежное сцепление при значительно меньшем нагреве (порядка 200-300 ℃).

Они, как правило, применяются, при пайке изделий, эксплуатируемых в нормальных температурных условиях, и не гарантируют сохранения контакта при сильном нагреве.

Возможности твердых припоев широко используются в тех сферах, где тре­буется получать шов, по своим прочностным свойствам занимающие промежуточ­ное положение между сваркой и низкотемпературной пайкой.

При этом особое внимание уделяется сохранению структуры материалов в зоне контакта, которые после обработки не должны терять первоначальных харак­теристик. Твердосплавные соединения чаще всего востребованы в следующих си­туациях: производство металлорежущего инструмента, резцов с твердосплавными рабочими вставками; при изготовлении емкостей и сосудов, производимых на ос­нове цветных металлов и из нержавейки; в автомастерских (при ремонте радиато­ров и отдельных элементов трансмиссии), а также в тех местах, где применение сварки крайне нежелательно; при монтаже и ремонте трубок из твердых медных сплавов, установленных в холодильном и теплообменном оборудовании и рабо­тающих в условиях «критических» температур или повышенного давления; для надежного и прочного соединения тонкостенных предметов и деталей, испыты­вающих при эксплуатации повышенные нагрузки и упругие деформа­ции. Применение техники твердой пайки в домашних условиях предполагает нали­чие газовой горелки, посредством которой можно обеспечить высокую степень на­грева в зоне контакта. Помимо этого, потребуется сам тугоплавкий припой, плавя­щийся при температурах свыше 450 градусов, а также специальная активная до­бавка, называемая флюсом.

Лишь при выполнении этих требований в результате паяльных работ удается получить достаточно надежное и твердое паяное соедине­ние.



Рисунок 10 – Пайка твердыми припоями
3.3 Флюсы, их назначение и применение.
Флюсы — вещества, обеспечивающие удаление окисей спаиваемых метал­лов, образуемых при нагреве, а также защиту очищенных перед пайкой металлов от окисления. Флюсы способствуют также лучшему растеканию припоя при пайке.

Флюсы выбирают в зависимости от соединяемых пайкой металлов или спла­вов и применяемого припоя, а также от вида монтажно-сборочных работ. Темпера­тура плавления флюса должна быть ниже температуры плавления припоя.

По действию, оказываемому на металл, флюсы разделяютна активные (ки­слотные), бескислотные, активированные, антикоррозийные и защитные.

Активные флюсы содержат в своем составе соляную кислоту, хлористые и фтористые металлы и т. д. Эти флюсы интенсивно растворяют оксидные пленки на поверхности металла, благодаря чему обеспечивается высокая механическая проч­ность соединения. Однако остаток флюса после пайки вызывает интенсивную кор­розию соединения и основного металла.

При монтаже электроаппаратуры применение активных флюсов не допуска­ется, так как с течением времени их остатки разъедают место пайки.

Активизированные флюсыготовят на основе канифоли с добавлением не­больших количеств солянокислого или фосфорнокислого анилина, салициловой кислоты или солянокислого диэтиламина. Эти флюсы применяют при пайке боль­шинства металлов и сплавов (железо, сталь, нержавеющая сталь, медь, бронза, цинк, нихром, никель, серебро), в том числе и оксидированных деталей из медных сплавов без предварительной зачистки. Активированными флюсами являются флюсы ЛТИ, в состав которых входит этиловый спирт (66 - 73%), канифоль (20 - 25%), солянокислый анилин (3 - 7%), триэтаноламин (1 - 2%). Флюс ЛТИ дает хо­рошие результаты при использовании оловянистых припоев ПОС-5 и ПОС-10, обеспечивая повышенную прочность спая. Для пайки меди и медных сплавов, кон­стантана, серебра, платины и ее сплавов применяют антикоррозийные флюсы. Они содержат в своем составе фосфорную кислоту с добавлением различных органиче­ских соединений и растворителей. В состав некоторых антикоррозийных флюсов входят органические кислоты. Остатки этих флюсов не вызывают корро­зии. Антикоррозийный флюс ВТС состоит из 63% технического вазелина, 6,3% три­этаноламина, 6,3% салициловой кислоты и этилового спирта. Остатки флюса удаляют протиркой детали спиртом или ацетоном.

Защитные флюсы предохраняют ранее очищенную поверхность металла от окисления и не оказывают химического воздействия на металл. К этой группе от­носятся неактивные материалы: воск, вазелин, оливковое масло, сахарная пудра и др.

Для пайки твердыми припоями углеродистых сталей, чугуна, меди, медных сплавов в основном пользуются бурой (тетраборат натрия), которая представляет собой белый кристаллический порошок. Плавится она при температуре 741° С.

Для пайки латунных деталей серебряными припоями флюсом служит смесь 50% хлористого натрия (поваренной соли) и 50% хлористого кальция. Температура плавления 605° С.

Для пайки алюминия применяют флюсы, у которых температура плавления ниже температуры плавления применяемого припоя. Эти флюсы обычно содержат 30—50% хлористого калия.

Для пайки нержавеющих сталей, твердых и жароупорных сплавов медью, медно-цинковыми и медно-никелевыми припоямиприменяется смесь, состоящая из 50°/о буры и 50% борной кислоты, с добавлением хлористого цинка.

Для удаления остатков флюса после пайки твердыми припоями используют горячую воду и волосяную щетку.
3.4Пайка монтажных соединений. Технология монтажной пайки.
Пайка представляет собой процесс механического и электрического соеди­нения ИЭТ путем смачивания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления за счет отверждения паяного шва.

Главными вопросами выбора, определяющими наилучшие технико-эконо­мические показатели ЭА являются: марка припоя; метод пайки.

+ Традиционно используемый эвтектический сплав ПОС-61 (имп. Sn63/Pb37) обладает наилучшими показателями – низкой температурой плавления, хорошей смачиваемостью

В производстве, сплавы SnAgCu рассматриваются как наиболее перспектив­ные. Наиболее лидирующие припои на их основе следующие: Sn3,9Ag0,6Cu; Sn3,8Ag0,7Cu; Sn3,0Ag0,5Cu, табл. 30.

На испытаниях SnAgCu проявляет функциональную эквивалентность эвтек­тическому сплаву SnPb(Ag). Однако SnAgCu плавится при 217°С, что на 34°С больше, чем SnPb.

Печатные платы, компоненты, флюсы, подверженные высоким температурам пайки, испытывают большие термодинамические воздействия, которые могут про­воцировать разрушения, дефекты и снижать надежность межсоединений. Дина­мику этих процессов можно оценить из известных представлений об ускорении процессов термодеструкции. С увеличением температуры на каждые 8°С количе­ство дефектов будет увеличиваться в два раза.

Более высокие температуры бессвинцовой пайки обусловливают необходи­мость в коренном пересмотре технологий и материалов по всей цепочке производ­ства электронных изделий. Процесс управления бессвинцовой пайкой более тру­ден, поскольку проходит в узких диапазонах технологических режимов. С повы­шением температуры формируется шлак, отслаиваются контактные площадки, взрываются компоненты (эффект "попкорн"). Необходим тщательный подбор флюсов. Очень важно, чтобы флюс работал в широком диапазоне температур: 130 - 320°С.

Чтобы избежать проблем расслоения и коробления оснований печатных плат, их необходимо изготавливать из материалов с большей температурой стекло­вания (Tg) - около 150°С и выше. Группа материалов типа FR-1, FR-2, FR-3 с Tg = 125°С, обычно используемая при пайке сплавом SnPb, уже не годится для пайки сплавом SnAgCu. Особенно критично поведение материала основания в процессе горячего облуживания.

Материалы FR-4 имеют Tg в диапазоне 130 - 150°С, что приемлемо для бес­свинцовой пайки. Но стоимость таких материалов более чем на 30% выше. Для удешевления в состав армирующих компонентов вводят целлюлозную (СЕМ-1) или стеклянную (СЕМ- 3) бумагу (CEM - Composite Epoxy Material).

+Компоненты – наиболее слабое звено в бессвинцовой пайке. Вся масса компонентов, находящаяся сегодня в обращении, предназначена для пайки SnPb-припоями.


Рисунок 11 – Индуктор установки

3.5 Контроль надежности пайки
Контроль при выполнении монтажных соединений включает наблюдение за соответствием ТП требованиям документации, в том числе материалов, режимов, а также оценку качества соеди­нений. Оценка внешнего вида производится в сравне­нии с эталон­ными образцами. Пайка должна быть гладкой и блестящей с пра­вильно оформленными галтелями, а сварка—с заданной сте­пенью обжатия выво­дов. Этому виду контроля подвергаются все соединения.

Визуальным осмотром могут быть выявлены такие дефекты паяных соеди­нений, как непропай, перемычки, сосульки, натеки припоя, холодная пайка, при­липание припоя к поверхности пла­ты, трещины, белый и темный осадки на плате (рис. 11.15).

Непропай чаще всего возникает из-за несоблюдения соотноше­ния размеров между диаметром вывода dв и отверстием в пла­те dотв:

(T-Tпл)(dотв—dв)=15—17,

где Т—температура припоя в ванне; Тпл — температура плавле­ния припоя.

Увеличение температуры припоя увеличивает его теплосодер­жание и обес­печивает проникновение в более узкие зазоры.

Минимальный зазор для металлизированных отверстий состав­ляет 70 ... 100 мкм, для неметаллизированных (dотв—dв)< < 0,25 мм.

Другой причиной непропаев является наличие оксидов в при­пое и истощение олова в ванне. Скорость окисления в перекачи­ваемой ванне в 18 раз выше, чем в спокойной.

Так как олово имеет большее сродство к кислороду, чем сви­нец, то оксидный слой обогащается оловом, а ванна обедняется им. Поэтому в паяльную ванну дол­жен добавляться припой, обо­гащенный оловом.

В системах с волновой пайкой применяются кремнийорганиче-ские масла (ТП-22) для подачи на волну с целью восстановления окислов

Sn02+4RСООН->(RСОО-)4Sn+2Н20

+РЬО + 2RСООН-> (RСОО-) 2 РЬ + Н2О

однако металл находится в связанном состоянии, поэтому коррек­ция необхо­дима.

Третьей причиной непропаев является загрязнение ванны при­месями таких металлов, как цинк, алюминий, кадмий, которые не могут быть устранены коррек­цией. Эти примеси увеличивают вяз­кость припоя, замедляют проникновение при­поя в зазоры и вызы­вают непропаи. Полная замена припоев в ванне проводится при превышения содержания кадмия более 0,005 %, а цинка и алюми­ния—0,001 %. Медь допускается в количестве не более 0,5%.

Белый осадок на платах может возникнуть из-за несовмести­мости флюса и материала ПП. Удаляется он промывкой в подо­гретой воде с применением щеток. Темный осадок является ре­зультатом неправильного использования флюса. Силь­ный предва­рительный подогрев плат вызывает потемнение остатков канифоль­ных флюсов. Кислотные флюсы при их плохой отмывке вызывают также потемнение на поверхности плат, которые потом невозмож­но удалить. Поэтому нужна тща­тельная промывка плат сразу же после пайки, иногда с применением веществ, ней­трализующих кислотные флюсы.

Сосульки—типичный дефект при пайке ПП, вызванный чаще всего низкой температурой припоя или недостаточным временем пайки. Их устраняют путем регулировки параметров пайки, изме­нением угла выхода платы из припоя, приме­нением обдува горя­чим воздухом (“воздушный нож”).

Холодная пайка—дефект, образующийся при смещении вы­водов ЭРЭ при кристаллизации припоя или отсутствии сплавления припоя с поверхностью паяе­мой детали. Указанный дефект можно исправить вторичной пайкой соединений.

Натеки вызваны избытком припоя в местах соединений, что увеличивает расход припоя. Целесообразно повысить темпе­ратуру пайки, увеличить плотность флюса или увеличить угол выхода платы из волны припоя.

Оценка структуры проводится выборочно для образцов-свиде­телей. Качест­венное соединение не должно иметь трещин, пор и других дефектов; ширина диф­фузионной зоны рекомендуется в пределах 0,9 ... 1,1 мкм. Для оценки' соединений используют телевизионно-рентгеновский микроскоп МТР-3 либо металлогра­фиче­ское исследование на микрошлифах.

Прочность на отрыв проверяется при выборочном контроле на образцах-сви­детелях с помощью разрывных машин.

Переходное сопротивление контакта измеряют миллиомметром методом вольтметра и амперметра. Для различных размеров про­водников, соединенных пайкой, переходное сопротивление имеет значение: при 0 0,6 мм—2.. .3 мкОм, при 0 0,14 мм—4.. .5 мкОм.

Оценка по модуляции электрического сигнала позволяет вы­явить до 60 % общего числа дефектов. Контролируемая схема подключается к генератору сигна­лов, настроенному на определен­ную частоту (например, 2 ... 3 кГц), и через двух­каскадный уси­литель к осциллографу или динамику. При вибрации или тряске ап­паратуры в дефектных соединениях возникает сигнал с часто­той, отличающейся от частоты настройки.

Оценка по температурному перепаду является одним из самых перспектив­ных методов для объективного контроля паяных соеди­нении. Предварительный нагрев платы может быть различным, но чаще всего используют нагрев электриче­ским током. Контро­лируемую плату подключают к источнику питания и после ус­та­новления теплового равновесия ее со стороны соединений скани­руют инфра­красным датчиком специального устройства для ви­зуализации и сравнения с тем­пературой аналогичной точки эталонной платы. Дефектные соединения имеют температуру на 1 ... 5° выше номинальной. Контрольная операция легко авто­мати­зируется при применении микропроцессорных систем управ­ления.

+Даже 100%-и контроль монтажных соединений может выявить только яв­ные дефекты исполнительского характера, а скрытые де­фекты, например микро­скопические неоднородности, которые только в процессе эксплуатации развива­ются до опасных принципиально могут быть обнаружены лишь при долговремен­ной работе системы.