Способ пайки печатных плат Советский патент 1992 года по МПК B23K1/08 

Изобретение относится к радиоэлектронике.

Известны способы пайки печатных плат, заключающиеся в погружении их в расплавленный припой или в поток расплавленного припоя 1, 2. Однако этим нельзя достичь высокого качества пайки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ пайки печатных плат погружением в расплавленный припой, включающий создание в ванне с расплавленным припоем пузырьков путем напуска газа под давлением в расплавленный припой 3. Недостатком вышеуказанного способа является низкое качество пайки, что объясняется наличием пузырей флюса и непропаев в местах пайки.

Целью изобретения является повышение качества пайки путем исключения пузырей флюса и непропаев в паяном соединении.

Цель достигается тем, что по способу пайки печатных плат погружением в расплавленный припой, включающий создание в ванне с расплавленным припоем пузырьков путем напуска газа под давлением в расплавленный припой, ванна размещена в вакуумной камере с разрежением 1,3,..130 Па, а напуск газа в вакуумную камеру осуществляют при соотношении объема газов и вакуумной камеры (1-5):1000 соответственно.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что заявляемый способ отличается от известного тем, что взаимодействие пузырьков с печатной платой осуществляют при давлении 1,3...130 Па, а напуск газа осуществляют при соотношении объемов газа и вакуумной камеры (1-5): 1000 соответ Ч Ч

CJ

о

00

ственно. Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения новизна.

При изучении других известных технических решений в данной области техники -признаки, отличающие изобретение от прототипа, не были выявлены, и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию существенные отличия. В случае-напуска газа через припой, находящийся в разреженном объеме, происходит увеличение объема газовых пузырьков в припое с последующим взаимодействием с печатной платой. При напуске газа в припой, находящийся при нормальном давлении, после формирования пузырьков в припое объем пузырьков до взаимодействия с печатной платой остается практически неизменным. Разницу объемов пузырьков при равном расходе газа в предлагаемом способе и прототипе можно оценить, исходя из закона Бойля-Мариотта, выражающего соотношение между параметрами в изотермическом процессе:

P1/P2 V2/V1.

где Pi и Ра - давление и объем пузырьков газа соответственно при нормальном давлении в случае известного технического решения;

PZ. и V2 - давление и объем пузырьков газа соответственно при разрежении в случае предлагаемого технического решения.

На фиг.1 графически представлена работа изменения объема условного пузырька, образованного при напуске газа в припой, находящийся при разрежении. При этом Pi и Vi - давление и объем соответственно пузырька газа в начальный момент времени, а Ра и Va - давление и объем соответственно пузырька газа в момент взаимодействия с печатной платой. При этом в V - Р - диаграмме работы в процессе 1-2 определяется заштрихованной площадью под линией процесса.

На фиг.2 изображена структурная схема реализации предлагаемого способа. Печатная плата 7 с закрепленными на ней элементами помещалась над поверхностью расплавленного припоя 2, находящегося в ванне 1. Средствами 6 откачки добиваются заданного разрежения в камере 5. После этого осуществляют напуск газа (инертного либо восстановительного) из емкости 4 через натекатель 3, расположенный в расплавленном припое. Образованные в результате этого пузырьки поднимаются к поверхности припоя и взаимодействуют с печатной платой.

Вышеуказанный диапазон разрежения в камере, при котором происходят взаимодействие пузырьков с платой и пайка, объясняется следующим образом. Отклонение от заявляемого диапазона в сторону увеличения (более 130 Па) ведет к ухудшению

условий смачивания припоем печатной платы с расположенным на ней элементами, что объясняется интенсификацией роста окис- ной пленки припоя. Ограничение нижнего предела (1,3 Па) разрежения объясняется

0 тем, что при дальнейшем увеличении степени разрежения ухудшается смачиваемость припоем паяных поверхностей, что вызвано испарением металлов, входящих в состав припоя. Практические исследования показали, что ни по экономическим, ни потехни5 ческим соображениям нет необходимости в более глубоком разрежении.

Соотношение объемов газа и вакуумной камеры (1-5): 1000 объясняется характером взаимодействия пузырьков газа в разреженном объеме. Уменьшение объема по от0 ношению к объему вакуумной камеры (т.е. менее 1:1000) не обеспечивает необходимого энергетического эффекта взаимодействия пузырьков с печатной платой и по техническим соображениям является недо5 статочным для достижения цели.

Увеличение объема газа по отношению к объему вакуумной камеры (более 5:1000) усложняет задачу регулирования энергии взаимодействия пузырьков газа с печатной

0 платой и в технологическом аспекте является нецелесообразным с позиции качества пайки (не улучшающегося с увеличением объема газа).

Следует также отметить, что для дости5 жения схожего эффекта с позиций энергетики взаимодействия пузырьков с печатной платой при использовании известного технического решения 3 потребуется дополнительное оборудование, обеспечивающее

0 создание давления в газовой магистрали порядка 0,1-10 ГПа (для обеспечения перепада давления 103-105 Па), что в условиях промышленного использования не только нецелесообразно, но и невозможно, так как

5 для решения аналогичных задач используются газовые емкости с максимальным давлением 15 МПа. Очевидной также является и экономия расхода газа в случае использо- дания предлагаемого технического реше0 ния, так как содержание применяемого газа (инертного или восстановительного) в процентном отношении в образовавшемся пузырьке перед моментом взаимодействия с печатной платой является мизерным (около

5 0,001%).

Заявляемый способ был реализован на установке ВУП-2К, оснащенной подогреваемой ванной с припоем. Внутри ванны был

помещен натекатель газа, к которому подсоединен баллон с газом (в данном случае с аргоном). Средствами откачки обеспечивали давление в камере 10 Па и осуществляли напуск инертного газа в ванну с расплавленным припоем ПОС-61, разогретого до температуры 230°С. Профлюсованную и нагретую печатную плату помещали над кипящим припоем и в течение 3 с вели пайку с платы с закрепленными на ней элементами. Напуск газа осуществлялся из газовой подушки, т.е. при давлении 110 кПа.

Результаты экспериментов сведены в таблицу.

Соотношение объемов газа и вакуумной камеры в процессе пайки поддерживалось в пределах (1-5): 1000.

При исследовании мест пайки с помощью рентгеновской установки не обнаружены зоны с неудаленными остатками флюса и воздушные карманы с недостаточной пайкой, возникающие при расширении имеющихся у поверхности печатной

платы и вокруг выводов элементов пузырьков воздуха, способных вытеснять участки расплавленного припоя, что выгодно отличает предлагаемое техническое решение от

известных.

Предлагаемый способ рекомендуется для изготовления печатных плат, используемых в аппаратуре специального назначения, где надежность комплектующих

изделий является ключевым фактором.

Формула изобретения Способ пайки печатных плат погружением в расплавленный припой, в ключа ющий создание в ванне с расплавленным припоем пузырьков путем напуска газа под давлением в расплавленный припой, отличающийся тем, что, с целью повышения качества пайки, ванну размещают в вакуумной камере с разрежением 1,3-130 Па, а напуск газа в вакуумную камеру осуществляют при соотношении объемов газа и вакуумной камеры (1-5):1000.

Использование: пайка изделий радиоэлектроники. Сущность изобретения: в ванне с расплавленным припоем создают пузырьки путем напуска газа из баллона через натекатель газа в виде сопл. Пузырьки, поднимаясь к поверхности расплавленного припоя, ударяются о печатную плату с установленными на ней элементами. Напуск газа в ванну с расплавленным припоем, находящуюся в герметичной камере, осуществляют при давлении в последней 1,3-130 Па, а напуск газа в вакуумную камеру осуществляют при соотношении объемов газа и вакуумной камеры (1-5): 1000 соответственно. 1 табл., 2 ил. Ё

6

и

rssss

о о о о- 1 :

3

X

Фие.2