Оптимизация технологии пайки экранирующих перегородок для печатных плат Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2014 №3(12), С. 69-72

ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ,

__СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

УДК 621.791.3:621.3.049.77

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПАЙКИ ЭКРАНИРУЮЩИХ ПЕРЕГОРОДОК ДЛЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

© 2014 г. Н.В. Ермолаева, А.Н. Соромотин

Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл.

В работе разработан технологический маршрут пайки экрана к печатной плате с применением технологии поверхностного монтажа. Осуществлен подбор паяльной пасты и метод ее нанесения, экспериментальным образом получен оптимальный режим пайки для конвекционной печи.

Ключевые слова: технология поверхностного монтажа, экранирующая перегородка, пайка, паяльная паста.

Поступила в редакцию 01.09.2014 г.

К печатным платам, применяемым в оборудовании и аппаратуре для атомных электрических станций, предъявляется ряд жестких требований к надежности, защите от воздействий электрических и магнитных полей, обеспечению теплового режима, быстрого доступа для настройки и замены неисправных элементов. Таким образом, обеспечение надежного и качественного теплоотвода для печатных плат является важной и актуальной технологической задачей.

На практике для обеспечения эффективной теплоотдачи широко применяются экранирующие металлические перегородки. Целью настоящей работы является оптимизация технологии пайки экранирующих перегородок для печатной платы для улучшения электрических характеристик, снижения стоимости приборов, повышения их ремонтопригодности. Для реализации поставленной цели было предложено применить технологию поверхностного монтажа для групповой пайки экранирующих перегородок.

Следует отметить, что поверхностный монтаж по сравнению с монтажом в отверстия имеет ряд преимуществ: микроминиатюризация аппаратуры при одновременном росте ее функциональной сложности, улучшение электрических характеристик, снижение стоимости приборов. Однако данная технология характеризуется повышенными требованиями к точности температуры пайки, ее зависимостью от времени, поскольку при групповой пайке нагреву подвергается весь компонент [1, 2].

Экранирующие перегородки представляли собой пластины из алюминия Д16 высотой 1,5см и толщиной 3мм покрытые слоем олово-висмут. Геометрия расположения экранирующих перегородок соответствовала топологии печатной платы. Внешний вид экрана представлен на рисунке 1, его расположение на плате показано на рисунке 2.

В существующий технологический маршрут сборки печатной платы были внесены изменения, соответствующие этапам сборки и пайки экранирующих перегородок к печатной плате. В частности, в данный маршрут были внесены следующие этапы:

©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2014

- пайка частей экрана в единую экранирующую перегородку;

- нанесение паяльной пасты методом дозирования;

- установка экранирующих перегородок на печатную плату;

- пайка в конвекционной печи.

Рис. 1. - Внешний вид экранирующих перегородок

Рис. 2. - Расположение экранирующих перегородок на плате

Следует подчеркнуть, что экранирующая перегородка припаивалась к плате после установки основных элементов. Согласно технической документации на печатную плату были установлены высокотемпературные элементы. Таким образом, процесс пайки экрана в конвекционной печи не привел к деградации характеристик данных элементов.

Пайка деталей экрана между собой осуществлялась с применением припоя ПОС 61 ГОСТ 21931-76 методом ручной пайки.

Следующим этапом технологического процесса было нанесение паяльной пасты на плату. Поскольку на плату уже были установлены элементы, то нанесение методом трафаретной печати могло повредить элементы. Поэтому для нанесения паяльной пасты мы использовали нанесение с помощью дозирования с применением настольной системы дозирования WR300.

Так как на плате уже напаяны элементы с использованием паяльной пасты на основе Бп62/РЬ36/А§2, у которой температура оплавления составляет 183°С, то для пайки экранов требовалось подобрать паяльную пасту, у которой температура оплавления ниже, чтобы не произошла распайка элементов, установленных на плату. Нами был проведен анализ характеристик ряда паяльных паст. Было принято решение использовать паяльную пасту ТВ48-М742 [3]. Безотмывочная низкотемпературная паяльная паста КОК1 ТВ48-М742 Э (точка плавления 138°С) предназначена для дозаторов, для бессвинцовой технологии.

Был проведен ряд экспериментов для подбора оптимального режима пайки. Пайка осуществлялась в конвекционной печи RО400FC. Данная печь оплавления представляет собой современную систему для пайки электронных узлов на печатных платах, а также для выполнения отверждения материалов. Печь имеет четыре зоны нагрева, которые представлены в таблице 1.

Выявлены пределы изменения скорости движения конвейера, позволяющие обеспечить доступ необходимого для расплавления пасты количества тепла (таблица 2).

При скорости конвейера 280 мм/мин и температуре в зоне пайки 165°С паста не расплавилась. При повышении температуры во всех зонах печи на 5°С паста начала

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИИ ПАЙКИ ЭКРАНИРУЮЩИХ ПЕРЕГОРОДОК

71

расплавляться, но оплавление произошло не полностью. При дальнейшем повышении температуры во всех зонах печи еще на 5° паяное соединение характеризовалось недостаточным смачиванием и серой пористой структурой. Поскольку более низкая температура пайки в нашем случае имеет принципиальное значение, так как необходимо, чтобы не произошла распайка ранее припаянных компонентов, то существенное увеличение температуры недопустимо. В ходе экспериментов было выяснено, что уменьшение скорости конвейера позволяет увеличить количество тепла, переданного пасте, и соответственно, улучшить качество пайки, не увеличивая температуру.

Таблица 1. - Зоны нагрева паяльной печи

Зона Процесс

1 Предварительный нагрев (подъем температуры платы)

2 Зона активации (начало активации флюса и дополнительный предварительный нагрев платы)

3 Зона активации (активация флюса и дополнительный предварительный нагрев платы)

4 Зона пайки (камера двойного нагрева сверху и снизу)

Таблица 2. - Подбор режимов пайки оплавлением

Номер Температура, °С Скорость Результат

режима 1 зона 2 зона 3 зона 4 зона конвейера, мм/мин

1 80 120 150 180 280 Паста не расплавилась, некачественная пайка

2 90 135 160 185 280 Паста частично расплавилась, некачественная пайка

Паяное соединение характе-

ризуется недостаточным

смачиванием и серой

3 100 150 175 185 280 пористой структурой, пайка плохого качества

Паста расплавилась, но

4 100 150 175 185 270 оплавление произошло не полностью.

Паяльная паста расплавилась,

5 100 150 175 185 260 пайка недостаточно хорошего качества

6 100 150 175 185 250 Качественная пайка

7 100 150 175 185 240 Структура пайки неровная и бугристая, некачественная пайка

Скорость конвейера варьировалась в пределах 270 - 240 мм/мин. Температура в зонах печи оставалась неизменной. При скорости конвейера 270 мм/мин паяльная паста расплавилась, но оплавление произошло не полностью. При скорости конвейера 240 мм/мин наблюдались следы перегрева (пайка потемнела, внешний вид пайки неровный и бугристый), в целом пайка была некачественной.

Расплавление паяльной пасты и ее полное оплавление было достигнуто при скорости конвейера 250мм/мин. В таблице 3 приведен оптимальный режим пайки оплавлением. При данных параметрах режима пайки произошла пайка экрана к печатной плате и не произошла распайка элементов, ранее установленных на плату.

Таблица 3. - Оптимальный режим пайки оплавлением

Температура, °С Скорость конвейера, мм/мин

1 зона 2 зона 3 зона 4 зона

100 150 175 185 250

В целом, применение технологии поверхностного монтажа для групповой пайки экрана позволило значительно облегчить процесс пайки, сократить время, затрачиваемое на пайку экрана к печатной плате, повысить автоматизацию производства, уменьшить трудоёмкость и увеличить продуктивность.

ВЫВОДЫ

В результате проведенной работы в технологический маршрут сборки печатной платы была внедрена технология поверхностного монтажа для групповой пайки экрана, а именно: отработан режим пайки частей экрана в единый экран, осуществлен подбор паяльной пасты и метод ее нанесения, экспериментальным образом получен оптимальный режим пайки для конвекционной печи.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Сускин, В.В. Основы технологии поверхностного монтажа. [Текст] / В.В. Сускин - Рязань: Узоречье, 2001 - 160 с.

2. Поверхностный монтаж [Электронный ресурс] / Режим доступа: URL: http://www.ostec-materials.ru/tech_lib/technology/poverhnostnyy-montazh.php - 25.05.2014

3. Режимы пайки оплавлением [Электронный ресурс] // Информационный портал по технологиям производства электроники/ - Режим доступа: URL: http://www.elinform.ru/articles_2.htm -25.05.2014.

4. Паяльная паста KOKI TB48-M742 D [Электронный ресурс] / Режим доступа : URL: http://www.mettatron.ru/ produktsiya/ bessvintsovye-payalnye-pasty - 25.05.2014.

5. Основы технологии и оборудование для поверхностного монтажа. [Электронный ресурс] / Информационный портал по технологиям производства электроники - Режим доступа: URL: http://www.elinform.ru - 25.05.2014.

Optimization of the Shielding Walls Soldering Technology for Printed-

Circuit Boards

N.V. Ermolaeva*, A.N. Soromotin**

Volgodonsk Engineering Technical Institute the Branch of National Research Nuclear University «MEPhI», 73/94 Lenin St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360 * e-mail: [email protected] ; ** e-mail: [email protected]

Abstract - The technological route of the shield soldering for the printed-circuit board is developed by means of the superficial installation technology. Selection of soldering paste and method of its drawing is carried out. The optimum mode of the soldering for the convection furnace is received experimentally.

Keywords: superficial installation technology, shielding wall, soldering, soldering paste printed-circuit board.