Способ пайки печатных плат

Виды пайки печатных плат

Электронные микросхемы создаются одним из двух способов:

Первый метод монтажа является поверхностным, второй — выводным. СМД вид пайки печатных плат характеризуется фиксацией чип-компонентов на металлизированные дорожки, нанесенные на плату, ДИП — пайкой контактных элементов в отверстия на пластине. 25-30 лет назад подавляющее большинство микросхем создавалось выводным способом. Однако с тех пор поверхностный монтаж стабильно набирал популярность и сегодня является основным методом изготовления печатных плат.

Если необходимо создать сложную и функциональную микросхему, используются оба вида пайки. Диэлектрическая пластина содержит и фольгированные дорожки, и металлизированные отверстия. На нее монтируются сначала СМД-элементы, затем — ДИП. При смешанном монтаже компоненты фиксируются на полуавтоматических станках и вручную.

Преимущества и недостатки поверхностной технологии пайки печатных плат

Стабильно возрастающая популярность SMD-монтажа обусловлена рядом его достоинств:

• высокая степень автоматизации производства печатных плат;
• сокращение времени изготовления микросхем;
• возможность использования обеих сторон диэлектрической пластины в качестве рабочих поверхностей;
• компактность электронных компонентов и готовой платы;
• снижение себестоимости микросхем за счет минимизации ручного труда.

При поверхностном монтаже чип-элементы устанавливаются в несколько этапов:

• на контактные площадки наносится припойная паста с помощью трафаретов;
• устанавливаются электронные компоненты на полуавтоматических станках;
• осуществляется групповая пайка плат в печи.

Все эти операции обособлены. Поэтому каждый элемент паяется не отдельно, а вместе с остальными. Выходит, экономится время на фиксацию всех компонентов. Паяльная паста содержит флюс и припой. В исходном виде она представляет собой мелкозернистый порошок, который при нагреве становится жидким.

SMD-монтаж осуществляется с применением полуавтоматического оборудования. При такой технологии пайки печатных плат паста наносится распределителями, компоненты устанавливаются гриммерами, непосредственно пайка выполняется в печах. Это не только ускоряет производственный процесс, но и удешевляет его, ведь минимизируется ручной труд высокооплачиваемых инженеров.

Поверхностные микросхемы отличаются легкостью и компактностью. Это особенно актуально при современных тенденциях уменьшения веса и габаритов как бытового, так и производственного оборудования. Однако СМД-монтаж имеет не только преимущества, но и недостатки:

• необходимость наличия дорогостоящих полуавтоматических станков;
• потребность в использовании электронных компонентов высшего качества;
• невозможность предотвращения производственного брака при неверных настройках оборудования (в отличие от ручного труда опытного инженера);
• необходимость строгого соблюдения температурного режима при групповой пайке.

Поверхностные элементы можно паять и вручную. Однако решение этой задачи целесообразно осуществлять на полуавтоматических станках. Они дорого стоят, но позволяют наладить серийное производство микросхем любой сложности в сжатые сроки. Монтируемые компоненты должны быть высокого качества и при пайке важно учитывать их термо-технические характеристики. Малейший перегрев приводит к повреждению элементов и готовая плата становится нерабочей. Поэтому СМД-монтаж следует доверить профессионалам специализированного центра по изготовлению микросхем, которые быстро и гарантированно предоставят необходимый результат.

Преимущества и недостатки выводного способа пайки печатных плат

Хотя поверхностный монтаж является основным методом изготовления микросхем, сквозной также используется при создании сложных и многослойных плат. Его отличительная особенность заключается в том, что выводы ДИП-компонентов фиксируются в отверстиях диэлектрической пластины, а не на металлизированные дорожки. Основные достоинства сквозной пайки:

• предотвращение производственного брака за счет ручного выполнения операций опытным инженером;
• возможность использования компонентов среднего качества;
• основной рабочий инструмент — ручной паяльник, а не дорогостоящие полуавтоматические станки.

При таком способе пайки микросхем каждый элемент обрабатывается по отдельности. Поэтому предотвращается риск перегрева и повреждения компонентов, характерный для поверхностного монтажа. Однако наряду с преимуществами, выводная пайка имеет и недостатки:

• увеличение срока производства платы за счет выполнения всех операций вручную;
• повышение себестоимости микросхемы;
• необходимость пред- и постпроизводственной обработки плат;
• увеличение веса и габаритов готового изделия.

На станках операции выполняются шаблонно и быстро. В ручном же режиме на пайку каждого элемента уходит больше времени. Поэтому ДИП-платы изготавливаются в разы дольше СМД. Труд квалифицированных инженеров также обходится дороже, чем настройка и поддержание работы полуавтоматических станков. Сами же элементы имеют большие выводы, которые проходят пластину насквозь. Значит, нужно сверлить отверстия на плате и обрезать бугорки припоя после монтажа.

Основные методы пайки печатных плат

Электронные микросхемы создаются двумя способами:

• вручную;
• на полуавтоматическом оборудовании.

Каждый из методов характеризуется обязательным применением ручного труда. Однако при поверхностном монтаже его доля минимальная, при выводном — максимальная. Базовый процесс производства печатных плат осуществляется в несколько этапов:

• изучение технической документации;
• создание диэлектрических заготовок, их обработка (металлизация, создание отверстий);
• изготовление трафаретов для нанесения припойной пасты;
• подбор комплектующих и подготовка производства;
• нанесение паяльной пасты;
• установка SMD-компонентов;
• групповая пайка плат в печи;
• отмывка и сушка микросхем (удаление остатков флюса, припоя);
• ручной монтаж DIP-элементов;
• проверка ОТК.

Если плата изготавливается исключительно выводным способом, трафареты не создаются, ведь флюс и припой наносит инженер вручную. Однако подавляющее большинство микросхем создается преимущественно поверхностным методом, при котором сначала наносится паста на контактные площадки, а затем устанавливаются все СМД-компоненты. И только после их пайки выполняется монтаж ДИП-элементов.

ПОВЕРХНОСТНЫЙ И ВЫВОДНОЙ МОНТАЖ: В ЧЁМ ОТЛИЧИЯ

ПОВЕРХНОСТНЫЙ И ВЫВОДНОЙ МОНТАЖ: В ЧЁМ ОТЛИЧИЯ

Источник

Способы пайки плат

Компоненты электронных схем, составляющих основу большинства современных приборов и устройств, как правило, соединяются методом пайки, с использованием технологии печатного монтажа.

Для этой цели используются печатные платы, представляющие собой пластинки из диэлектрического материала, на поверхности которого нанесены токопроводящие дорожки, соединяющие места крепления выводов электронных компонентов.

Волновой метод

В процессе серийного производства электронных приборов, крепление компонентов на печатных платах осуществляется на конвейерных линиях заводов. При этом применяется пайка волной припоя.

Суть этой технологии, появившейся в 50–х годах прошлого века, заключается в следующем.

Печатные платы с установленными на них электронными компонентами движутся по специальному конвейеру. В процессе движения, места пайки покрываются флюсом, плата предварительно прогревается, после чего проходит над ванной с расплавленным припоем.

Ванна оборудована специальными соплами, создающими волну, возвышающуюся над поверхностью припоя в ванне.

Плата расположена таким образом, что места пайки контактируют с поверхностью волны при перемещении платы вдоль ванны. В этот момент происходит смачивание припоем контактных площадок на плате и выводов припаиваемых деталей.

Сила поверхностного натяжения жидкого припоя не даёт ему стечь полностью с поверхности платы, что обеспечивает спаивание деталей с контактными площадками.

Настройка технологических параметров

Для получения качественных паяных соединений, необходима настройка технологических параметров паяльной линии. Во-первых, формой и ориентацией сопла формируется гребень волны оптимального профиля, во-вторых, движущаяся над ванной плата располагается под некоторым углом к поверхности расплава.

Правильно выбранные параметры процесса позволяют избежать брака в виде перемычек между токоведущими дорожками и наплывов (сосулек) на выводах деталей.

Для этой же цели может использоваться технология пайки двойной волной. В этом случае, первая волна припоя имеет турбулентный характер, что позволяет лучше смачивать паяемую поверхность и проникать припою в монтажные отверстия платы.

Вторая волна, имеющая более плавное ламинарное течение, смывает огрехи в виде лишних капель и наплывов припоя, формируя при этом окончательную геометрию гантелей.

Пайка волной не всегда автоматизирована. Например, на многих сборочных конвейерах Китая и других стран Азии, установка деталей на плату, последующая обработка флюсом и обмакивание платы в ванну с припоем выполняют люди.

При этом плата берётся руками посредством специального захвата и обмакивается в ванну жидкого припоя.

Крепление smd компонентов

Способ пайки волной чаще применяется для плат, компоненты которых монтируются с одной стороны платы, а контактные площадки и токоведущие дорожки – с другой.

Штыревые выводы элементов вставляются при этом в сквозные отверстия платы и припаиваются с обратной её стороны. Однако большинство современных электронных схем конструируется под использование так называемых smd-компонентов, закрепляемых поверхностной пайкой. Такие детали припаиваются к плате с той же стороны, на которой они установлены.

Применение волновой технологии пайки для таких элементов имеет ряд особенностей:

• при пайке волной smd-компонентов плата должна быть ориентирована вниз предварительно приклеенными к ней деталями;
• волна расплавленного припоя омывает при этом корпуса деталей.

Таким образом, smd-компоненты перед пайкой должны быть приклеены к плате специальным клеем. При этом иногда имеют место случаи отклеивания деталей во время их контакта с волной расплава, что приводит к появлению брака.

Кроме этого, не все электронные компоненты способны выдержать температурный режим, возникающий в процессе «купания» в жидком припое. Эти обстоятельства ограничивают применение волновой технологии.

Следует добавить ещё одну отрицательную черту, присущую этой технологии пайки. Большое количество расплавленного припоя в ванне, постоянно контактирующее с открытым воздухом, приводит к активному образованию окисла.

Применение паяльной пасты

Для крепления smd-компонентов на плате обычно применяются другие технологии пайки. Как правило, все они основаны на использовании паяльной пасты. В этот состав входит порошкообразный припой, флюс и наполнитель.

Паяльная паста наносится на контактные площадки платы и выводы установленных на них деталей.

После этого плата направляется в специальную печь, где производится нагрев соединений одним из способов:

• парогазовой смесью;
• источниками инфракрасного излучения;
• способом конвекции.

В процессе нагрева происходит плавление паяльной пасты и спайка контактов.

Автоматизированные технологии

В ситуациях, когда электронные компоненты имеют выводы с очень малым шагом, при пайке разъёмов, имеющих большое количество выводов, и в других случаях, требующих использования очень тонких технологий, обычно применяется паяльный робот.

Робот-манипулятор для пайки плат представляет собой прецизионное устройство, содержащее координатный стол, на который устанавливается плата с размещёнными на ней деталями и паяльной головки, перемещающейся по трём координатным осям.

Головка оборудована механизмом подачи припоя и устройством для вакуумного отсоса его излишков.

Роботизированная автоматическая пайка плат существенно уступает волновому способу по скорости, поэтому используется только в тех случаях, когда последний применить невозможно.

Кроме собственно пайки, роботы часто используются для установки деталей на плате непосредственно перед их спайкой. Отдельные элементы, установка которых в силу их сложной нестандартной формы (трансформаторы, дроссели, некоторые виды микросхем) плохо поддаются автоматизации, устанавливаются вручную.

Поэтому, даже на крупных сборочных конвейерах известных фирм, выпускающих электронное оборудование, присутствуют участки, на которых сборку осуществляют люди.

Кроме этого, контроль качества продукции также часто выполняется людьми. Платы с дефектами, которые могут быть устранены, направляются на доработку, выполняемую паяльником вручную.

Работа в домашних условиях

При сборке самодельных электронных устройств, радиолюбители самостоятельно изготавливают печатные платы. При наличии желания и элементарной подготовки, этому не сложно научиться.

Изготовить печатную плату можно, используя имеющиеся рисунки дорожек на плате, более подготовленные могут самостоятельно сделать эскиз платы, имея принципиальную электрическую схему устройства. Для изготовления печатной платы берётся лист фольгированного изоляционного материала.

Это может быть гетинакс или стеклотекстолит, покрытый тонким слоем меди с одной или двух сторон, в зависимости от того, какая требуется плата – односторонняя или двухсторонняя.

На бумаге чертится эскиз рисунка токопроводящих дорожек, затем он переносится на поверхность медного слоя, в нужных местах просверливаются сквозные отверстия для установки деталей, а рисунок покрывается слоем краски или лака.

После высыхания покрытия выполняется травление платы, то есть, погружение её на некоторое время в один из составов, разъедающий слой меди, не покрытый краской. Обычно для этих целей используется либо хлорное железо, либо раствор кислоты, либо смесь медного купороса с поваренной солью.

После вытравливания меди, лак или краска смывается растворителем, полученный рисунок лудится обычным паяльником, после чего можно приступать к установке деталей и припаиванию их к плате.

Перед лужением, дорожки следует тщательно обезжирить и зачистить мелкой наждачной бумагой. Выводы деталей перед установкой также нужно зачистить, можно также залудить, это облегчит последующий процесс пайки.

Пайка производится хорошо разогретым паяльником, на жале которого должна оставаться капля припоя. Если расплавленный паяльником припой не удерживается на жале, скорее всего, паяльник перегрет.

Для контроля его температуры лучше пользоваться регулятором напряжения или паяльной станцией. Контакт паяльника с деталью должен быть коротким. После смачивания припоем вывода детали и площадки на плате, паяльник сразу убирается.

Это исключит возможность выхода детали из строя в результате перегрева и обеспечит ровное и красивое растекание капли припоя.

Для пайки плат и электронных компонентов следует выбирать мягкие сорта припоев на основе олова. Требуемую прочность пайки в этом случае обеспечит самый мягкий припой, при этом, его применение облегчит работу и уменьшит тепловую нагрузку на детали.

Поскольку выводы электронных компонентов обычно уже залужены, а дорожки платы выполнены из меди, в качестве флюса можно использовать только канифоль, или её спиртовой раствор.

Умение паять платы может пригодиться также при выполнении самостоятельного ремонта вышедшей из строя электроники.

Источник