СПОСОБ ПАЙКИ БЕЗВЫВОДНЫХ ЭЛЕКТРОРАДИОИЗДЕЛИЙ НА ПЕЧАТНУЮ ПЛАТУ Российский патент 2007 года по МПК B23K1/00 H05K3/34 

Изобретение относится к области пайки и может быть использовано в радиотехнической, приборостроительной, электронной и электротехнической промышленности.

Из уровня техники известен способ пайки выводов микросхем на печатные платы (Авторское свидетельство СССР №1680452, опубликовано 30.09.1991 г., МПК: В23К 1/00). На соединяемые участки микросхем и выводов наносят дозы припоя, совмещают выводы с контактными площадками, и производят нагрев зоны соединения через пористую прокладку, пропитанную жидким теплоносителем с температурой кипения выше температуры пайки. При нагреве происходит локализация тепла в зоне контакта микросхем с выводами. Кристаллизация припоя протекает медленно, что обуславливает равновесную структуру соединения. Прокладка защищает паяемое соединение от кислорода воздуха и исключает сдвиг вывода. Способ повышает качество паяных соединений, снижает брак, но является сложным в исполнении.

Известен способ пайки изделий, монтируемых на двустороннюю печатную плату (Патент RU №2072283, опубликован 27.01.1997 г., МПК: В23К 1/00). Перед пайкой производят позонное распределение температуры в тепловом источнике с помощью установленных датчиков температуры, определение заданного режима пайки. Осуществляют нанесение паяльной пасты в зону монтажа, установление датчиков температуры в места монтажа контролируемых изделий, установку предварительно отформованных штырьковых и навесных изделий в базовые отверстия, крепление их теплоизолирующей прокладкой, выполненной из композиции с использованием сырой силиконовой резины, отлитой из формы, соответствующей профилю и типоразмерам навесных изделий. Производят переворачивание печатной платы, установку ее на фиксаторы кассеты, установку штырьковых навесных изделий в базовые отверстия, установку поверхностно монтируемых изделий на монтажные площадки. После чего осуществляют пайку оплавлением припоя, пропуская контрольную печатную плату сквозь зоны предварительного нагрева, пайки и принудительного охлаждения газовым потоком, направленным по ходу движения печатной платы в тепловом источнике. При этом снимают диаграмму распределения температуры в местах монтажа контролируемых изделий, производят оценку качества паяных соединений и изделий, определение оптимального режима пайки и проведения процесса пайки кондиционных печатных плат в установленном режиме. К недостаткам данного способа можно отнести его сложность.

Наиболее близким по технической сущности является способ пайки радиоэлементов к печатной плате (Авторское свидетельство СССР №1299720, опубликован 30.03.1987 г., МПК: В23К 1/00), который и выбран в качестве прототипа. В данном способе припаиваемый радиоэлемент, например конденсатор в керамическом корпусе, с предварительно залуженными торцовыми присоединительными поверхностями, с помощью вакуумного захвата устанавливают на предварительно залуженные контактные площадки печатной платы. Затем на края контактных площадок опускают паяльники и расплавляют нанесенный припой. После этого его принудительно перемещают с помощью паяльников к залуженным торцовым поверхностям радиоэлементов. Тем самым обеспечивается контакт расплавленного припоя со всей присоединительной торцовой поверхностью радиоэлемента. Затем сведенные паяльники поднимаются, поверхностные силы натяжения припоя и гравитационные силы разрывают связь между паяльниками и припоем, формируя паяное соединение, и далее происходит кристаллизация припоя. На всех этапах пайки вакуумный захват прижимает радиоэлементы и контактные площадки, причем с момента опускания паяльников и до окончания кристаллизации припоя вакуум отключается, чтобы не было отсасывания припоя и паров флюса через возможный зазор между вакуумным захватом и радиоэлементом. К недостаткам данного способа можно отнести высокую трудоемкость и сложность его осуществления.

Технический результат изобретения заключается в упрощении способа пайки безвыводных электрорадиоизделий, повышении надежности работы электрорадиоизделий и качества паяных соединений.

Технический результат достигается за счет того, что способ пайки безвыводных электрорадиоизделий на печатную плату включает предварительную сушку электрорадиоизделий, нанесение флюса на места установки электрорадиоизделий на печатной плате и просушивание на воздухе в течение 10-15 минут. При этом производят одновременный нагрев в течение 20-25 минут электрорадиоизделий и печатной платы до температуры, отличающейся от температуры плавления используемого припоя на (100-150)°С, установку электрорадиоизделий на соответствующие места на печатной плате и их пайку в течение 2-3 секунд.

Безвыводные электрорадиоизделия, например керамические конденсаторы, имеют малые размеры и форму выводов в виде контактных поверхностей, что позволяет крепить их на монтажной поверхности в гибридных схемах и на печатных платах.

При пайке безвыводных электрорадиоизделий на печатную плату необходимо соблюдение условий, исключающих резкий скачок температур для корпусов электрорадиоизделий, с целью устранения риска их повреждения: образование микротрещин в кристалле, микротрещин в пластмассовом корпусе, обрыв соединительных проводников. Такой дефект, как образование микротрещин в корпусе, относится к разряду скрытых дефектов, которые могут возникнуть в результате различия коэффициентов теплового расширения для различных материалов и быстрого испарения влаги. Через эти трещины внутрь электрорадиоизделий попадают ионные загрязнения, влага, что может привести к отказам электрорадиоизделий в целом только в эксплуатации.

Способ пайки безвыводных электрорадиоизделий (например, керамических конденсаторов) на печатную плату включает в себя следующие этапы:

- производят предварительную сушку компонентов, которые хранились в расконсервированном состоянии в течение времени, более указанного в сопроводительной документации;

- наносят флюс (например, спиртоканифольный) на контактные площадки платы, предусмотренные для установки и пайки электрорадиоизделий, и просушивают на воздухе в течение 10-15 минут;

- включают плитку предварительного подогрева (например, марки HS 200E), установив соответствующую температуру нагрева на цифровом индикаторе, в зависимости от марки применяемого припоя: 250°С - для припоя ПОСК 50-18; 360°С - для припоя ПОС 61, время нагрева плитки 15-20 минут;

- закрепляют печатную плату на плитке предварительного подогрева;

- укладывают электрорадиоизделия одного типа на пластину (например, текстолитовую);

- устанавливают пластину с электрорадиоизделиями на свободное поле платы и выдерживают в течение 20-25 минут;

- устанавливают нагретые электрорадиоизделия на контактные площадки печатной платы в соответствии с требованиями документации;

- производят пайку электрорадиоизделий на печатную плату паяльником не более 3 секунд, температура стержня паяльника определяется маркой применяемого припоя: для ПОСК 50-18 - (200±10)°С, для ПОС 61 - (270±10)°С.

В качестве плиты предварительного подогрева может использоваться, например, плитка ближнего предварительного подогрева типа HS 200E фирмы РАСЕ, которая состоит из источника питания с максимальной мощностью 8 Вт и плиты нагревания с держателями для печатных плат с габаритами 20,3×20,3. Плитка нагрева имеет следующие характеристики:

- напряжение питания 197-264 V, частота 50 Гц;

- максимальная мощность 275 Вт при напряжении 230 В.

Преимущество этой плитки заключается в том, что на ней можно производить подогрев печатной платы с двухсторонним монтажом и электрорадиоизделий с разной температурой нагрева, в зависимости от их габаритов и марки используемого припоя.

Для предварительного подогрева изделий с односторонним монтажом могут использоваться любые другие плитки упрощенной конструкции с поддержанием постоянной температуры.

Учитывая низкую термостойкость керамики, конденсаторы непосредственно перед пайкой рекомендуется подогревать до температуры, отличающейся от температуры расплавленного припоя на 100-150°С, в зависимости от габаритов конденсаторов.

Пример 1. Способ пайки на печатную плату керамических конденсаторов постоянной емкости К10-69 АДПК.673511.004 ТУ, предназначенных для эксплуатации в качестве встроенных элементов внутри комплектных изделий в цепях постоянного, пульсирующего, переменного токов и в импульсных режимах. На места паек на печатной плате наносят некоррозионный слабоактивированный флюс на основе канифоли и просушивают на воздухе в течение 10-15 минут. Устанавливают печатную плату на плитку ближнего предварительного подогрева типа HS 200E. Включают ее и настраивают на температуру 360°С для того, чтобы плата и электрорадиоизделия нагрелись до температуры 120°С, так как пайку производят припоем ПОС-61, температура плавления которого (270±10)°С. Укладывают электрорадиоизделия одного типа на текстолитовую пластину, которую устанавливают на свободном поле печатной платы и выдерживают в течение 20 минут.

После чего устанавливают нагретые электрорадиоизделия на контактные площадки печатной платы в соответствии с требованиями документации и производят пайку электропаяльником при температуре стержня паяльника (270±10)°С (для припоя ПОС-61) в течение 2-3 с.

Пример 2. Способ пайки на печатную плату керамических конденсаторов постоянной емкости К10-50 ОЖО.460.182 ТУ, предназначенных для работы в цепях постоянного и переменного токов и в импульсных режимах. На места паек на печатной плате наносят спиртоканифольный флюс с добавкой глицерина и просушивают на воздухе в течение 10-15 минут. Устанавливают печатную плату на плитку ближнего предварительного подогрева типа HS 200E. Включают ее и настраивают на температуру 250°С для того, чтобы плата и электрорадиоизделия нагрелись до температуры 80°С, так как пайку производят припоем ПОСК 50-18, температура плавления которого (190±10)°С. Укладывают электрорадиоизделия одного типа на текстолитовую пластину, которую устанавливают на свободном поле печатной платы и выдерживают в течение 20 минут.

После чего устанавливают нагретые электрорадиоизделия на контактные площадки печатной платы в соответствии с требованиями документации и производят пайку электропаяльником при температуре стержня паяльника (190±10)°С (для припоя ПОСК 50-18) в течение 2-3 с.

Данный способ пайки безвыводных электрорадиоизделий на печатную плату прост в исполнении, позволяет повысить качество паяных соединений и надежность работы устройств за счет исключения резких скачков температуры для корпусов электрорадиоизделий при пайке.

Изобретение может быть использовано в радиотехнической, приборостроительной, электронной и электротехнической промышленности. Проводят предварительную сушку электрорадиоизделий и нанесение флюса на места установки электрорадиоизделий на печатной плате с просушиванием его на воздухе в течение 10-15 минут. Производят одновременный нагрев в течение 20-25 минут электрорадиоизделий и печатной платы до температуры, отличающейся от температуры плавления используемого припоя на (100-150)°. Затем устанавливают электрорадиоизделия на соответствующие места на печатной плате и осуществляют их пайку в течение 2-3 секунд. Способ пайки обеспечивает повышение надежности работы электрорадиоизделий и качества паяных соединений.

Способ пайки безвыводных электрорадиоизделий на печатную плату, включающий предварительную сушку электрорадиоизделий, нанесение флюса на места установки электрорадиоизделий на печатной плате и просушивание на воздухе в течение 10-15 мин, одновременный нагрев в течение 20-25 мин электрорадиоизделий и печатной платы до температуры, отличающейся от температуры плавления используемого припоя на 100-150°С, установку электрорадиоизделий на соответствующие места на печатной плате и их пайку в течение 2-3 с.