Виаком
телефон
поискпоиск входаккаунт корзинакорзина


на складе в Киеве под заказ

не выполнен вход

 

ERSA: ручной инструмент, паяльное оборудование > Паяльник и качество пайки

Главная характеристика качества паяного соединения - долговременная прочность. Компьютерный контроль параметров процесса пайки в автоматических паяльных машинах гарантирует безупречное соблюдение технологических норм и, как следствие, обеспечивает качество результата. Возможно ли обеспечить сравнимое качество при ручной пайке? Вопрос не праздный для тех, чьи изделия должны выдерживать проверку на надежность в сложных условиях эксплуатации. При серийном производстве вопрос качества имеет первостепенную важность в комплексе с обеспечением высокой производительности работ. Задача быстрой, качественной и недорогой ручной пайки стояла всегда, но ее актуальность повысилась в условиях миниатюризации электронных компонентов при массовом переходе к технологии поверхностного монтажа.

Как известно, слагаемыми успеха при ручной пайке являются:

  • применение подобающего инструмента;
  • использование добротных материалов;
  • наличие определенного опыта.

На фоне революционного развития радиоэлектронных компонентов конструкция электрического паяльника почти не претерпела изменений за многие десятки лет. Монолитное медное жало, зачастую покрытое слоем хрома или никеля и залуженное в рабочей области, закрепляется тем или иным способом в непосредственной близости от проволочной спирали, нагреваемой при прохождении электрического тока от низковольтного источника или сети 220 В. Таков «портрет» типового паяльника. Для выполнения большинства видов паяльных работ (в том числе с монтажом на поверхность, за исключением новейших корпусов BGA) по прежнему может использоваться паяльник, однако не «обычный», а в составе паяльной станции. Основа паяльной станции - электронный блок управления температурой инструмента. Два фактора: стабильность температуры и достаточная (но не избыточная) продолжительность пайки играют при прочих равных условиях ключевую роль в обеспечении качества паяного соединения. При ручной пайке продолжительность операции находится во власти радиомонтажника, а обеспечение стабильности температуры возлагается на инструмент. В идеальном случае формирование паяного соединения осуществляется в течение двух секунд при температуре 220°С. Реально в конвекционных печах температура на фазе плавления поддерживается с небольшим разбросом в диапазоне 225...235°С, в инфракрасных печах - 225...250°С, в машинах с пайкой волной - 240...250°С. При ручной пайке миниатюрных электронных узлов температуру инструмента стремятся держать в диапазоне 220...295°С.

К сожалению, температура «обычного» паяльника существенно изменяется при выполнении серии паек:

Перед началом пайки серии соединений обычным паяльником температура его традиционно находится далеко за верхним пределом оптимальной рабочей зоны (например, 375...400°С), а после нескольких операций за короткий промежуток времени она опускается ниже оптимальной рабочей зоны. Время пайки постепенно увеличивается, а температура может снизиться вплоть до области холодной пайки. Холодная пайка имеет место при температурах выше 183°С, но ниже 220°С, когда припой уже расплавился, но диффузия металлов с образованием достаточного интерметаллического слоя еще не произошла. Прочность такого соединения очень низка. С другой стороны, завышенная температура пайки или избыточное время нахождения припоя в расплавленном состоянии тоже чреваты снижением прочности соединения. Причина в следующем. В результате химической реакции между медью и оловом образуется диффузионный слой Cu3Sn/Cu6Sn5 (в англоязычной литературе именуемый как inter metallic compound). Именно этот слой взаимопроникновения металлов выполняет роль механической связки в паяном соединении. Исследования показывают, что максимальная прочность паяного соединения имеет место при толщине данного слоя 0,5 мкм:

При меньшей толщине слоя пайка является «холодной», при большей - ухудшаются характеристики эластичности слоя, тогда как именно это свойство позволяет компенсировать напряжения, возникающие в паяном соединении из за разницы температурных коэффициентов расширения материалов, из которых изготовлены печатная плата, проводники, контактные площадки, корпус и выводы электронных компонентов.

Подытожим: при использовании обычного паяльника лишь небольшое число паяных соединений в каждой серии выполняется при правильной температуре, тогда как качество большинства соединений неминуемо страдает. Тем, кто выполняет ответственные работы обычным паяльником, следует помнить о принципиальной невозможности обеспечения долговременной прочности. Особенно это относится к монтажу микроминиатюрных компонентов на поверхность, ибо в этом случае эффективная площадь соприкосновения объектов, соединяемых пайкой, в сотни раз меньше, чем при традиционной пайке компонентов в отверстия.

В настоящее время наиболее популярными техническими решени­ями являются вариации трех подходов к обеспечению температурной стабильности жала паяльника:

(А) Проволочный (NiCr) внешний нагреватель (Б) Ферромагнитный внутренний нагреватель (В) Керамический внутренний нагреватель ERSA

Базовые конструкции паяльников с температурной стабилизацией
} - расстояния от термодатчика до точки пайки на печатной плате

Хронологически первый и до настоящего времени существующий подход (А) состоит в размещении монолитного паяльного жала внутри медного сердечника с нихромовым проволочным нагревателем. В отличие от обычного паяльника в таком инструменте производится контроль температуры с помощью сенсора и пропорциональная компенсация потерь тепла. Проволочный нихромовый нагреватель обладает значительной инерционностью, поэтому в целях оперативной (в небольших пределах) термокомпенсации, как паяльное жало, так и прилегающая к нему часть конструкции паяльника выполнены из меди весьма массивными. Они представляют собой своеобразный «резервуар тепла», оперативно расходуемый при снижении температуры, пока нагреватель не успел разогреться до необходимой степени в качестве реакции на показания датчика о снижении температуры. При отсутствии зазоров в крепеже паяльное жало имеет максимальную площадь теплового контакта с нагревателем, что считается основным достоинством данного подхода наряду с ударопрочностью паяльника.

Второй подход (Б) основан на использовании эффекта Кюри в ферромагнитном сплаве, которым заполнена рабочая часть объема паяльного жала. При снижении температуры сплава ниже точки Кюри лавинообразно изменяется его магнитная проницаемость, и с помощью токов высокой частоты, проходящих через катушку, производится нагрев всей массы паяльного жала. Стабильность поддержания температуры достаточно высока, хотя в данной локальной системе саморегулирования и не производится измерение температуры в привычном смысле. Каждое паяльное жало рассчитано на одну, фиксированную рабочую температуру. Как следствие, при необходимости выполнения работ на различных температурах требуется использовать целый набор жал.

Третий, самый новый подход (В) типичен для паяльных станций ERSA. Он состоит в использовании трубчатых керамических нагревательных элементов, электрическое сопротивление которых обратно пропорционально температуре. Данное свойство керамических нагревателей ERSA используется очень эффективно: во-первых, форсированная передача мощности на стадии нагрева приводит инструмент в рабочее состояние гораздо быстрее, чем при использовании нихромовых нагревателей. Во-вторых, становится возможной пайка массивных соединений и многослойных плат на невысоких температурах, что является условием обеспечения прочности.

назад
 
изготовление печатных плат | плис altera | микроконтроллеры atmel | магазин электронные компоненты | разъёмы amphenol | трансформаторы hahn | okw | tyco | vicor | marquardt | инструмент pro'skit