Рекомендации по построению термопрофиля.

Построение правильного профиля оплавления является основой процесса оплавления. Если профиль оплавления построен верно, то результатом оплавления паяльной пасты будет надежное паяное соединение и неповрежденный печатный узел. Пайка оплавлением осуществляется в камерных или конвейерных печах. В первом случае отработка профиля пайки осуществляется путем изменения температуры внутри камеры, а во втором – перемещением платы по конвейеру через несколько зон печи – через зоны предварительного нагрева, зоны пайки и зоны охлаждения, каждая из которых имеет свою температуру. Как правило, максимальная температура пайки составляет 220-240°C. Плата находится в печи при максимальной температуре в течение нескольких десятков секунд, после чего производится ее охлаждение. В ряде случаев применяется пайка в инертной среде, при которой осуществляется впуск азота в рабочую область печи. Эта операция используется для сведения к минимуму процесса окисления.

Температурные профили пайки паяльных паст на основе сплава олово-свинец

Выбор температурного режима пайки паяльных паст в значительной степени зависит от типа и состава флюса входящего в состав паяльной пасты, рекомендуемые профили пайки смотрите в описании конкретных типов паяльной пасты. Режимы пайки печатных узлов определяются температурным профилем. На рис. 11 приведен типовой пример “традиционного” температурного профиля пайки для паяльных паст со сплавом Sn62/Pb36/Ag2. Такой профиль пайки оптимизирован для печей с инфракрасным методом нагрева. В современных конвекционных печах при использовании паяльных паст с флюсами, не требующими отмывки, часто применяют “новый” тип профиля пайки (см. рис. 11).

Ниже приведены параметры четырех основных стадий процесса
пайки.

I. Стадия предварительного нагрева позволяет снизить тепловой удар на электронные компоненты и печатные платы. В процессе предварительного нагрева происходит испарение растворителя из паяльной пасты. При использовании паяльных паст на основе наиболее распространенных сплавов Sn62/ Pb36/Ag2 и Indalloy 100 предварительный нагрев рекомендуется осуществлять до температуры 95–130°С, скорость повышения температуры для “традиционного” профиля 2–4°С/ сек, для “нового” 0,5–1°С/сек. Высокая скорость предварительного нагрева в “традиционном” профиле может приводить к преждевременному испарению растворителя, входящего в состав паяльной пасты, и к целому ряду дефектов: повреждение компонентов за счет теплового удара, разбрызгиванию шариков припоя и возникновению перемычек припоя.

II. Стадия стабилизации позволяет активизировать флюсующую составляющую и удалить избыток влаги из паяльной пасты. Повышение температуры на этой стадии происходит очень медленно. Стадию стабилизации также называют «стадией температурного выравнивания», т. к. эта стадия должна обеспечивать нагрев всех компонентов на плате до одинаковой температуры. Максимальная активация флюса происходит при температуре около 150°С. Если стадия стабилизации проводится не достаточное время, результатом
могут быть дефекты типа: “холодная пайка” и эффект “надгробного камня”. Подобные дефекты наблюдаются, как правило, в печах с инфракрасной системой нагрева. Рекомендуемое время стабилизации для “традиционного” профиля составляет 90 – 150 сек. В “новом” профиле время стабилизации 30 сек. считается достаточным. В конце зоны стабилизации температура обычно достигает 150 – 70°С. В случае длительного времени и/или высокой температуры стадии стабилизации флюс может потерять защитные свойства, его активность снижается, это приводит к ухудшению паяемости и разбрызгиванию шариков припоя на стадии пайки.

III. Стадия оплавления. На стадии оплавления температура повышается до расплавления паяльной пасты и происходит формирование паяного соединения. Для образования надежного паяного соединения максимальная температура пайки должна на 30–40°С превышать точку плавления паяльной пасты и составлять 205–225°С (на плате). Время, в течении которого печатная плата находится выше точки плавления (179– 183°С), должно быть в пределах 30–90 сек, предпочтительно не более 60 сек. Скорость повышения температуры в зоне оплавления должна составлять 2–4°С/сек. Помните, что низкая температура пайки обеспечивает слабую смачиваемость, особенно, для компонентов с плохой паяемостью.

IV. Стадия охлаждения важна наравне с другими стадиями. Для обеспечения максимальной прочности паяных соединений скорость охлаждения должна быть максимальной. В тоже время высокая скорость охлаждения может вызвать термоудар по электронным компонентам. Рекомендуемая скорость охлаждения 3 – 4°С/сек до температуры ниже 130°С. Окончательный выбор режимов производится технологом исходя из конструкции печатной платы, типа и размеров компонентов, количества компонентов на печатной плате, особенностей используемого оборудования, результатов экспериментальных паек, типа паяльной пасты. Следует так же учитывать, что реальная температура на плате в процессе пайки будет на 20-40°С ниже установленной в печи.

Особенности пайки бессвинцовых паяльных паст

Выбор температурного режима пайки бессвинцовых паяльных паст в значительной степени зависит от типа и состава флюса входящего в состав паяльной пасты, рекомендуемые профили пайки смотрите в описании конкретных типов паяльной пасты. При переходе на бессвинцовые паяльные пасты необходимо учитывать следующие рекомендации:

1) Использовать конвекционные системы пайки, применение инфракрасных систем нагрева приведет к значительному росту дефектов пайки.
2) Даже для пайки простых изделий конвейерная система пайки должна иметь не менее 4-х зон нагрева. Учитывайте, какой минимальный градиент температур может обеспечить Ваша система пайки, и какую максимальную скорость нагрева допускают электронные компоненты (интегральные микросхемы). Требования по режимам пайки сложных компонентов приведены в международном стандарте J-STD020.
3) Для того чтобы произошло формирование паяного соединения минимальная температура пайки (температура на плате) может быть всего на 15°С выше температуры плавления припоя. Однако при этом необходимо учитывать погрешности измерительного оборудования и разброс температур на плате в зависимости от сложности изделия, поэтому реальныая минимальная температура пайки должна находиться в диапазоне 235 – 245°С