Способ пайки печатных плат волной припоя

 

Изобретение относится к пайке, в частности к способу пайки печатной платы волной припоя, и может использоваться при производстве радиоэлектронной аппаратуры, вычислительной техники и других изделий, в состав которых входят узлы на печатных платах, и может быть использовано для пайки навесных элементов, установленных на печатных платах, волной припоя. Цель изобретения - обеспечение постоянства ламинарности потока припоя в волне с волнистостью гребня волны припоя 0,2-0,6 мм. Для создания вибрации плату закрепляют в кассете. Прикладывают в двух взаимно перпендикулярных направлениях растягивающие усилия P, величину которых выбирают из соотношения P=K<SP POS="POST">.</SP>L, где K=10±2 кгс/м для плат номинальной толщиной до 1 мм

K=20±5 кгс/м для плат номинальной толщиной свыше 1 мм

L - размер плат в направлении прилождения растягивающих усилий. Способ позволяет повысить качество пайки печатной платы, вызвать вибрацию при меньших скоростях течения припоя. На плате после пайки отсутствуют сосульки, натеки и перемычки припоя между близко расположенными металлизированными элементами печатного монтажа. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (11) (5)).5 В 23 К 1/08

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н Д BTOPCHOlVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯЩ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4440041/25-27 (22) 13, 06,88 (46) 30.10.90. Бюл. 9 40 (72) В,Н.Баландин, А,С,Дубовик, Г,И.Дашевский и В.Г.Ручкин (53) 621, 791. 3(088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

1"- 994172, кл. В 23 К 1/06, 30е09е81. (54) СПОСОБ ПАЙКИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ВОЛ НОЙ ПРИПОЯ (57) Изобретение относится к пайке, в частности к способу пайки печатной платы волной припоя, .и может использоваться при производстве радиоэлектронной аппаратуры, вычислительной техники и других изделий, в состав которых входят узлы на печатных платах, и может быть использовано для пайки навесных элементов, установленных на печатных платах, волной припоя. Цель изобретения - обеспечение

Изобретение относится к пайке, в частности к способу пайки волной припоя изделий радиоэлектронной аппаратуры, вычислительной техники и других изделий, в состав которых входят узлы на печатных платах, и может быть использовано для пайки навесных элементов, установленных на печатных платах (ПП) .

Цель изобретения — обеспечение постоянства ламинарности потока припоя в волне с волнистостью гребня волны припоя 0,2-0,6 мм.

На фиг.1 изображено устройство кассеты для закрепления печатной пла2 постоянства ламинарности потока приноя в волне с волнистостью гребня волны припоя 0,2-0,6 мм. Для создания вибрации плату закрепляют в кассете.

Прикладывают в двух взаимно перпендикулярных направлениях растягивающие усилия Р, величину которых выбирают из соотношения P = К Ь, где К = 10+

+ 2 кгс/м для плат номинальной толщиной до 1 мм; К = 20 + 5 кгс/м для плат номинальной толщиной свьппе 1.мм;

L — размер плат в направлении приложения растягивающих усилий. Способ позволяет повысить качество пайки печатной платы, вызвать вибрацию при меньших скоростях течения припоя. На плате после пайки отсутствуют сосуль ки, натеки и перемычки припоя между близко расположенными ме аллизированными элементами печатного монтажа. б ил. ты; на фиг.2 — а) поперечное сечение зоны контакта печатной платы с волной припоя, б) схема действия сил на участок печатной платы, контактирующий с волной припоя для жесткого saкрепления в кассете и для закрепления печатной платы с приложением сил растягивания; на фиг,3 - тепловой прогиб участка п чатной платы проходящего волну припоя; на фиг.4 — схема кассеты для измерения параметров вибраций участка ПП, контактирующего с волной припоя; на фиг.5 — зависимость .числа дефектов пайки в зависимости от усилий растягивания для печатных плат

1602640 различной толщины при длине образцов

0.,1 мм; на фиг.6 — зависимость минимальных усилий растягивания от размера печатных плат при различных толщи- . 5 нах плат.

Кассета для закрепления печатной платы 1 представляет собой рамку из жестко скрепленных направляющих 2, 3 и планок 4, 5. Направляющая 6 жестко 1ð соединена с направляющими 2, 3, Подвижная направляющая 7 закреплена на втулках 8, установленных на направляющих 2, 3 с возможностью перемещения (по направляющим). Неподвижный зажим

9 жестко соединен с направляющей 6, а неподвижный зажим 10 — с подвижной направляющей 7, Подвижный зажим 11 установленн с воэ можно стью продол ьно ro перемещения по подвижной- н апр авляющей 7,20 а подвижный зажим 12 .— nо направляющей 6. Пружины 13 установлены на направляющих 2, 3, 6, 7 и поджаты к . г втулкам 8 и подвижным зажимам 11, 12 фиксаторами 14. Фиксаторы 14 снабже- 25 ны шкалами 15, которые позволяют определять усилия растягивания, прикладываемые к печатной плате, Пружины 13 и фиксаторы 14 расположены по отношению к втулкам 8 и подвижным зажимам

11 12 со стороны, противоположной направлениям растягивания печатной платы.

Печатную плату устанавливают в кассете и закрепляют в неподвижных зажимах 9, 10 и подвижных зажимах 11, 12, производят поджатия пружин 13 фиксаторами 14 к втулкам 8 и подвижным зажимам 11, 12. После этого фиксаторы

14 закрепляют на соответствующих на- 40 правляющих. Необходимую величину усилия растягивания задают, выбирая раз— личную степень поджатия пружин 13, которая контролируется шкалами 15, отградуированными в кгс. 45 .Необходимая величина усилия растягивания зависит от длины платы в направлении растягивания, ее толщины и рассчитывается по формуле

Р = I(LI

50 где Р— усилие растягивания, кгс;

I(= 10 + 2 кгс/м для плат номинальной толщиной до 1 мм;

I(= 20 + 5 кгс/м для плат номинальной толщиной свыше 1 мм;

L — размер плат в направлении приложения растягивающих усилий.

После закрепления и растягивания в кассете печатная плата флюсуется; и устанавливается .на конвейер установки пайки волной припоя. В момент прохождения печатной платы 1 над волной припоя на участок, контактирующий с расплавленным припоем, действуют сверху вниз вес участка платы с установленными на нем навесными элементами Грр и сила смачивания припоем (фиг.2), Эти силы уравновешиваются силами упругости материала платы Рg и динамического напора струи припоя Э, В состоянии равновесия силы тяжести Р рр и смачивания Рсц урав ниваются результирующей сил упругости материала ПП R> и силой динамического напора волны припоя I g. Однако сила динамического напора волны припоя подвержена флуктуационным изменениям, При этом в случае увеличения Fg печатная плата частично перемещается !

uràåðõ угол раствора между Ро — б увеличивается, что ведет к уменьше нию R, и одновременно при геремещении платы вверх уменьшается Г, В этом состоянии сумма сил веса участка печатной платы 1-Г„„и сил смачивания ПП припоем P „, превышает сумму результирующей сил упругости R и ди1, намического напора волны припоя Гэ, Это вызывает перемещение участка платы вниз, что вызыва т увеличение результирующей R и динамического напо1 ра Г" s Так как флуктуационные изменения силы динамического напора припоя достаточно регулярны, возникают колебания участка платы, контактирующего с волной припоя, Частота и амплитуда возникающих колебаний определяются частотой воз никновения флукту ационных изменений Рg и их величиной. А это определяется характером течения припоя. Ier выше скорость и турбулентность потока, тем чаще и значи тельпее изменения el"о воздействия на плату. Однако для обеспечения качественной пайки необходимо сохранять ламинарность потока припоя в волне и не допускать появления "пилообразносtr ти гребня волны припоя.

Возникают колебания платы, достаточные для улучшения сквозного припоя . в ее отверстиях при ламинарности течения припоя и практическом отсутствии пилообраэности гребня волны. Высота неровностей не более 0,2—

0,6 мм.

Р = Е?

5 . 160264

Приложение к плате растягивающих усилий дает еще побочный эффект, несколько повышающий качество пайки: отсутствие сосулек-, натеков и перемычек припоя между близко расположенными металлизированными элементами печатного .монтажа.

I В процессе измерения амплитуды ви= 10 браций обнаружено, что участок платы, контактирующий с расплавленным припоем, получает прогиб по сравнению .с исходным состоянием на 2 — 6 мм в зависимости от толщины платы. Большей 15 толщине соответствует меньший прогиб, Этот прогиб вносит в угол выхода платы из припоя Р (см, фиг, 3) неконтролируемую составляющую,не зависящую, от угла наклона конвейера установки, по которому пер емещае тся касс ет а с з акре- < пленной платой. Приложение растяги- вающих усилий снижает величину прогиба разогретого участка платы с 2 — 6 до 0,5 — 1 мм, что снижает неконтролируемую составляющую угла выхода /б

Проведена пайка плат всех вышеуказанных толщин с фиксацией дефектов пайки при различных растягивающих усилиях. На фиг.5 приведены результа- 30 ты. По оси абсцисс отложены усилия растягивания для длины образцов, равной 0,1 м, а по оси ординат — число дефектов пайки в процентах от общего числа паянных соединений. Из графика видно, что для платы толщиной 1,О и

1,5 мм увеличение усилия растягивания с нуля до 2 кгс дает снижение дефектов пайки с 3 — 4 до 1,5 %. А для ПП толщиной 0,5 и 0,2 мм — с 4 — 5 до 40

1,0 — 0,5 при усиили уже l кгс, Дальнейшее увеличение сил растягивания существенно не изменяет качество пайки, На фиг.6 приведена зависимость минимального усилия, дающего основной вклад в снижение числа дефектов пайки, в зависимости от длины платы при различных толщинах. Из графика виднс, что минимальные значения растягивания усилий, дающие основной эффект, 50 линейно возрастают с длиной ПП в направлении прикладывания усилий. При этом различия в усилиях растягивания для плат толщинаии 1,5 ии и 1,0 мм иало отличаются друг от друга. То же наблюдается и для плат с толщинами

0,5 и 0,2 мм (фиг.5).

Изиерения расстояний между реперными точками на поверхности платы на

0 б инструментальном микроскопе до и после пайки показали отсутствие остаточных (пластических) деформаций от воздействия растягивающих усилий даже

10 кгс на 0,1 м длины платы. Однако усилия растягивания предполагают значительные давления плоскостей зажимов на поверхность ПП, что вызывает побеление стеклотекстолита в этих местах.

При простейшей конструкции эажима— стержень диаметром 3 мм — побеление проявляется при усилиях растягивания около 7 кгс на 0,1 м длины ПП.

Анализ результатов замеров амплитуды и частоты колебаний участка платы, контактирующего с волной припоя, показывает, что приложение растягивающих усилий к плате: вызывает вибрации платы при меньших скоростях течения припоя; амплитуда и частота вибраций более чем в 2 — 3 раза превышает соответствующие параметры для жестко закрепленных плат при максимально допустимой скорости истечения припоя.

Способ позволяет повысить качество пайки печатных плат за счет возникновения вибраций участка печатной платы, контактирующего с волной припоя при приложении к ней растягивающих усилий и иаксимально возможной скорости припоя при сохранении ламинарности потока, а также обеспечить пайку навесных элементов на плате толщиной 1,0 мм и менее (т.е. пайку гибких печатных плат) без изготовления специальных трафаретов, предотврашающих провисание гибких печатных плат.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ пайки печатных плат волной припоя,"-.-включающий флюсование и пайку перемещением печатной платы через гребень волны припоя, сообщение колебаний детали во время прохождения через волну, отличающийся тем, что, с целью .обесгечения постоянства ламинарности потока припоя в волне с волнистостью гребня волны припоя 0,2-0,6 ми, колебание печатной платы создают путем растягивания ее в двух взаимно перпендикулярных направлениях с усилиеи Р, выбранным из соотношения

8 !!

602640 где К = !О + 2 кгс/м для нальной толщиной

К = 20 + 5 кгс/м для нальной толщиной плат номидо 1 мм; плат номисвыше мм; размер плат в направлении приложения растягивавщих усилий.

Фиг.1

1602640

1б02640 фа.Ф

2 3. Фиг.5

Р(кГс) 1602640 (KIc) P rein 0 о ь о,з î <5 L (м) Фи г.о

Составитель Л,Абросимова

Техред М,Дидык Корректор А. Ос аул енкс

Pедактор П.Бандура

Заказ 3349 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101