Патент на изобретение №2311272

(54) СПОСОБ ПАЙКИ БЕЗВЫВОДНЫХ ЭЛЕКТРОРАДИОИЗДЕЛИЙ НА ПЕЧАТНУЮ ПЛАТУ

(57) Реферат:

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.

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.

Формула изобретения

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.