Способ пайки печатных плат волной припоя

союз сов СОЦИАЛИС РЕСПУБЛИ х СНИХ09) И 1) 8 51).5 В 2 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГННТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1,мм;илоВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССР Р 994172, кла В 23 К 1/Обу 30 е 09 е 81 е (54) СЛОСОБ ПАЙКИ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ ВОЛНОЙ 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 пла" тах, и может быть использовано для пайки навесных элементов, установлен"ных 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 быт 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 закре ления печатной пла 2постоянства ламинарности потока приноя в волне с волнистостью гребня волны припоя 0,2-0,6 мм, Для создания вибрации плату закрепляют в кассете.11 рикладывают в двух взаимно перпендикулярных направлениях растягивающие усилия Р, величину которых выбирают из соотношения Р = КфЬ, где К = 10+ + 2 кгс/м для плат номинальной толщиной до 1 мм; К = 20 + 5 кгс/м для плат номинальной толщиной свьппе Ь - размер плат в направлении пр жения 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 ме)аллизированными элементами печатного монтажа. ты; на фиг,2 - а) поперечное сечение зоны контакта печатной платы с волной припоя, б) схема действия сил на участок печатной платы, контактируюий с волной припоя для жесткого закрепления в кассете и для закрепления печатной платы с приложением сил растягивания; на фиг.3 - тепловой прогиб участка печатной платы проходящего волну припоя; на фиг.4 - схема кассеты для измерения параметров внбраций участка ПП, контактирующего сволной припоя; на фиг.5 - зависимость.числа дефектов пайки в зависимости отусилий растягивания для печатных плат1602640различной толщины при длине образцов0.,1 мм; на фиг.6 - зависимость минимальных усилий растягивания от размера печатных плат при различных толщинах плат.Кассета для закрепления печатнойплаты 1 представляет собой рамку изжестко скрепленных направляющих 2, 3и планок 4, 5. Направляющая 6 жестко 1соединена с направляющими 2, 3, Подвижная направляющая 7 закреплена навтулках 8, установленных на направляющих 2, 3 с возможностью перемещения(по направляющим). Неподвижный зажим9 жестко соединен с направляющей 6, анеподвижный зажим 10 - с подвижной направляющей 7. Подвижный зажим 11 установлен с воэможностью продольного перемещения по подвижной направляющей 7,20а подвижный зажим 12 . - цо направляющей 6. Пружины 13 установлены на направляющих 2, 3, 6, 7 и поджаты к . гвтулкам 8 и подвижным зажимам 11, 12фиксаторами 14. Фиксаторы 14 снабжены шкалами 15, которые позволяют определять усилия растягивания, прикладываемые к печатной плате, Пружины 13и фиксаторы 14 расположены по отношению к втулкам 8 и подвижным зажимам11, 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 подвижнымзажимам 11, 12, После этого фиксаторы14 закрепляют на соответствующих направляющих. 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 ирассчитывается по формулеР=К.,50 где Р - усилие растягивания, кгс;К = 1 О + 2 кгс/м для плат номинальной толщиной до 1 мм;К = 20 + 5 кгс/м для плат номинальной толщиной свыше 1 мм;. - размер плат в направленииприложения растягивающих усилий,После закрепления и растягиванияв кассете печатная плата флюсуется;и устанавливается .на конвейер установки пайки волной припоя. В моментпрохождения печатной платы 1 над волной припоя на участок, контактирующий с расплавленным припоем, действуют сверху вниз вес участка платы сустановленными на нем навесными элементами Гдя и сила смачивания припоем . (фиг.2), Эти силы уравновешиваются силами упругости материалаплаты Г и динамического напора струиприпоя Э. В состоянии равновесия силы тяжести Р и смачивания Рсц уравниваются результирующей сил упругостиматериала ПП Е и силой динамическогонапора волны припоя ;1. Однако силадинамического напора волны припояподвержена флуктуационным изменениям,При этом в случае увеличения Еэ печатная плата частично перемещается,вверх, угол раствора между Р - Ыувеличивается, что ведет к уменьшению Й, и одновременно при геремещении платы вверх уменьшается Г, Вэтом состоянии сумма сил веса участкапечатной платы 1-Гп и сил смачивания ПП припоем Р , превышает суммурезультирующей сил упругости К и динамического напора волны припоя Г,Это вызывает перемещение участка платы вниз, что вызывает увеличение результирующей Й и динамического напора Г" Так как флуктуационные изменения силы динамического напора припоядостаточно регулярны, возникают колебания участка платы, контактирующегос волной припоя, Частота и амплитудавозникающих колебаний определяютсячастотой возникновения флуктуационных изменений Г и их величиной, Аэто определяется характером теченияприпоя, Чем выше скорость и турбулентность потока, тем чаще и значительпее изменения его воздействия наплату. Однако для обеспечения качественной пайки необходимо сохранять ламинарность потока припоя в волне ине допускать появления "пилообразнос 1ти гребня волны припоя,1Возникают 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.5 . 160264Приложение к плате растягивающих усилий дает еще побочный эффект, несколько повышающий качество пайки: отсутствие сосулек, натекови перемычек припоя между близко расположенными металлизированными элементами печатного монтажа. В процессе измерения амплитуды ви= 10 браций обнаружено, что участок платы, контактирующий с расплавленным йрипоем, 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(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 5Проведена пайка плат всех вышеуказанных толщин с Фиксацией дефектов пайки при различных растягивающих усилиях. На фиг.5 приведены результа 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 7, А для ПП толщиной 0,5 и 0,2 мм - с 4 - 5 до 40 1,0 - 0,5 Е при усиили уже 1 кгс, Дальнейшее увеличение сил растягивания существенно не изменяет качество пайки,На Фиг,б приведена зависимость минимального усилия, дающего основной д 5 вклад в снижение числа дефектов пайки, в зависимости от длины платы при различных толщинах. Из графика видно, 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 55 наблюдается и для плат с толщинами 0,5 и 0,2 мм (Фиг.5).Изиерения расстояний между реперными точками на поверхности платы на 0 бинструментальном микроскопе до и после пайки показали отсутствие остаточных (пластических) деформаций от воздействия растягивающих усилий даже10 кгс на 0,1 м длины платы. Однакоусилия растягивания предполагают значительные давления плоскостей зажимовна поверхность ПП, что вызывает побе-ление стеклотекстолита в этих местах.При простейшей конструкции эажима -стержень диаметром 3 мм - побелениепроявляется при усилиях растягиванияоколо 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 мм, колебание печатной платы создают путем растягивания ее в двух взаимно перпендикулярных направлениях с усилием Р, выбранным из соотношения1602640 где К = 10 + 2 кгс/м для нальной толщиной К = 20 + 5 кгс/м для нальной толщиной(НХс) Ресл 0 Составитель Л,Абросимова Техред М,Дидык Корректор А. Ос аул енкс Редактор 11. Бандура Заказ 3349 Тираж 648 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина, 101