Пайка волной и оплавлением:всестороннее сравнение сборки печатных плат

Поскольку современная электроника отличается малым весом, повышенной эффективностью и высокой скоростью, каждый этап производственного процесса также соответствует этой философии, включая сборку печатных плат (PCB). Пайка сыграла важную роль в определении успеха электронных продуктов, поскольку электрические соединения возникают благодаря точной пайке. По сравнению с ручной пайкой автоматическая пайка получила широкое распространение из-за ее преимуществ, заключающихся в высокой точности и скорости, а также требований к большому объему и высокой экономической эффективности. В качестве ведущих технологий пайки при сборке для обеспечения высококачественной сборки наиболее широко применяются пайка волновой пайкой и пайка оплавлением; однако различия между этими двумя технологиями по-прежнему многих сбивают с толку, и пока неясно, когда следует использовать каждую из них.

Прежде чем формально сравнивать пайку волной и пайку оплавлением, очень важно понять различия между пайкой, сваркой и пайкой (рис. 1). Короче говоря, сварка — это процесс, при котором два одинаковых металла плавятся для соединения друг с другом. Пайка — это процесс, при котором два куска металла соединяются вместе путем нагрева и плавления наполнителя или сплава при высокой температуре. Пайка на самом деле представляет собой низкотемпературную пайку, а ее наполнитель называется припоем.

Когда дело доходит до сборки печатной платы, пайка осуществляется с помощью паяльной пасты. Пайка паяльной пастой, содержащей опасные вещества, такие как свинец, ртуть и т. д., называется свинцовой пайкой, а пайка паяльной пастой без опасных веществ — бессвинцовой пайкой. Свинцовую или бессвинцовую пайку следует выбирать в соответствии с конкретными требованиями продуктов, для которых будут предназначены собранные печатные платы.

Пайка волной

Как следует из названия, пайка волной используется для соединения печатных плат и деталей посредством жидкой «волны», образующейся в результате перемешивания двигателя. Жидкость на самом деле представляет собой растворенное олово. Осуществляется в аппарате волновой пайки (рис. 2).

Процесс пайки волной состоит из четырех этапов:напыление флюса, предварительный нагрев, пайка волной и охлаждение.

<ли>

Напыление флюса. Чистота металлических поверхностей является основным элементом, обеспечивающим качество пайки, в зависимости от функций паяльного флюса. Паяльный флюс играет решающую роль в обеспечении бесперебойной пайки. Основные функции флюса для пайки включают удаление оксида с металлической поверхности плат и выводов компонентов; защита печатных плат от вторичного окисления в ходе термического процесса; снижение поверхностного натяжения паяльной пасты; и передают тепло.

<ли>

Предварительный нагрев. На поддоне по цепи, подобной конвейерной ленте, платы проходят через тепловой туннель для осуществления предварительного нагрева и активации флюса.

<ли>

Волновая пайка. Поскольку температура постоянно повышается, паяльная паста становится жидкой, и от краев платы, проходящей выше, образуется волна. Компоненты могут быть прочно приклеены к плате.

<ли>

Охлаждение. Профиль пайки волной соответствует температурной кривой. Когда температура достигает пика на этапе пайки волной, она снижается, что называется зоной охлаждения. После охлаждения до комнатной температуры плата будет успешно собрана.

Рисунок 2. Образец машины для пайки волной.

Поскольку печатные платы размещаются на поддоне и готовы к пайке волновой пайкой, время и температура тесно связаны с производительностью пайки. Что касается времени и температуры, то необходим профессиональный аппарат для пайки волной, тогда как знания и опыт сборщика печатных плат редко можно легко получить, поскольку они зависят от применения современных технологий и деловой ориентации.

Если температура установлена слишком низкая, флюс не будет плавиться должным образом, что снижает способность вступать в реакцию и растворять оксид и грязь на поверхности металла. Кроме того, сплав не будет образовываться флюсом и металлом, если температура недостаточно высока. Следует учитывать и другие факторы, такие как скорость несущей полосы, время контакта волны и т. д.

Вообще говоря, даже несмотря на то, что используется одно и то же оборудование для пайки волной, разные сборщики обеспечивают разную эффективность производства из-за методов работы и уровня знаний о том, как управлять машиной.

Пайка оплавлением

Пайка оплавлением обеспечивает постоянное склеивание компонентов, которые сначала временно прилипают к контактам на печатных платах, с помощью паяльной пасты, которая расплавляется под действием горячего воздуха или другой проводимости теплового излучения. Пайка оплавлением осуществляется в машине, называемой печью для пайки оплавлением (рис. 3). Как следует из определения, электрические компоненты временно прикрепляются к контактным площадкам перед пайкой с помощью паяльной пасты.

Этот процесс в основном состоит из двух этапов. Сначала паяльная паста аккуратно наносится на каждую контактную площадку с помощью трафарета для паяльной пасты. Затем компоненты размещаются на площадках с помощью подъемно-транспортного станка. Настоящая пайка оплавлением не начнется, пока не будут сделаны все необходимые приготовления.

<ли>

Предварительный нагрев. Этот шаг служит двум целям во время пайки оплавлением. Во-первых, это позволяет собирать платы так, чтобы они постоянно достигали необходимой температуры для полного соответствия тепловому профилированию. Во-вторых, он отвечает за удаление летучих растворителей, содержащихся в паяльной пасте. В противном случае качество пайки будет нарушено.

<ли>

Термическое замачивание. Подобно пайке волной, пайка оплавлением также зависит от флюса, содержащегося в паяльной пасте. Соответственно, температура должна достичь уровня, при котором флюс может активироваться, иначе флюс не сможет играть свою роль в процессе пайки.

<ли>

Пайка оплавлением. Эта фаза наступает при достижении пиковой температуры, позволяющей расплавить и оплавить паяльную пасту. Контроль температуры играет решающую роль в процессе пайки оплавлением. Слишком низкая температура препятствует достаточному оплавлению паяльной пасты; слишком высокая температура может привести к повреждению компонентов или плат технологии поверхностного монтажа (SMT). Например, корпус матрицы шариков (BGA) содержит несколько шариков припоя, которые будут расплавлены во время пайки оплавлением. Если температура пайки не достигает оптимального уровня, шарики могут расплавиться неравномерно, а пайка BGA может пострадать из-за доработок.

<ли>

Охлаждение. Температура понизится вскоре после достижения максимальной температуры. Охлаждение приводит к затвердеванию паяльной пасты, надолго фиксирующей детали на контактных площадках плат.

Рисунок 3. Пайка оплавлением выполняется в печи для пайки оплавлением.

Пайка оплавлением может применяться как при сборке SMT, так и при сборке по технологии сквозных отверстий (THT), но используется преимущественно в первом случае. Когда дело доходит до пайки оплавлением на сборке THT, обычно полагаются на метод «штифт в пасте» (PIP). Сначала паяльная паста заполняет отверстия на платах. Затем в отверстия вставляются контакты компонентов, при этом немного паяльной пасты выходит на другую сторону платы. Наконец, для завершения пайки применяется пайка оплавлением.

Пайка волной и пайка оплавлением

Разницу между пайкой волной и пайкой оплавлением нельзя игнорировать, поскольку многие пользователи понятия не имеют, какой из них выбрать при покупке услуг по сборке печатных плат. Модификация пайки обычно приводит к изменениям во всем процессе производства сборки. Эти изменения включают эффективность производства, стоимость, время выхода на рынок, прибыль и т. д.

Рисунок 4 иллюстрирует разницу между этапами процесса пайки. Существенная разница между пайкой волной и пайкой оплавлением заключается в распылении флюса — пайка волной содержит этот этап, а пайка оплавлением — нет. Флюс позволяет устранить диоксиды и снизить поверхностное натяжение в паяемом материале. Флюс работает только при его активации, что требует строгого соблюдения температурного и временного контроля. Поскольку при пайке оплавлением флюс содержится в паяльной пасте, содержание флюса должно быть соответствующим образом организовано и достигнуто.

Рисунок 4. Различия между этапами процесса пайки волной и пайки оплавлением.

Дефекты пайки кажутся неизбежными. Определить, какая технология пайки создает больше дефектов, чем другая, невозможно, так как процесс каждый раз разный. Несмотря на неизбежность возникновения дефектов пайки, их частоту можно снизить, если сборщики соблюдают профессиональные правила сборки и полностью осведомлены о характеристиках и характеристиках всего оборудования на производственной линии. Кроме того, инженерный состав должен быть квалифицированным и регулярно проходить обучение, чтобы идти в ногу с прогрессом современных технологий.

Вообще говоря, пайка оплавлением лучше всего подходит для сборки SMT, а волновая пайка лучше всего подходит для сборки THT или DIP. Тем не менее, печатная плата почти никогда не содержит чистых SMD (устройств для поверхностного монтажа) или компонентов сквозного монтажа. При смешанной сборке обычно сначала выполняется SMT, а затем THT или DIP, поскольку температура, необходимая для пайки оплавлением, намного выше, чем температура, необходимая для пайки волной. Если последовательность двух сборок изменить, то твердая паяльная паста может снова расплавиться, а хорошо спаянные компоненты будут иметь дефекты или даже упадут с платы.

Эту статью написала Дора Янг, технический инженер компании PCBCart, Ханчжоу, Китай. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.



Литий-воздушный против литий-ионного:экспертная оценка и сравнение производительности Печатная электроника:гибкие и недорогие инновации завтрашнего дня