Дефекты при пайке волной припоя - перемычки, шарики, «паутина», выдувание припоя, непропаянные выводы

К сожалению, если вы используете безотмывный флюс с малым количеством остатков, существует высокая вероятность, что вы столкнетесь со всеми вышеперечисленными дефектами. Помните, что технология пайки волной, была разработана для флюсов с большим содержанием твердых частиц. По общему правилу, чем выше содержание твердых частиц во флюсе, тем меньшим будет количество дефектов. Твердые вещества флюса улучшают теплопроводность, способствуют уменьшению налипания припоя на неметаллические материалы, уменьшают вероятность образования перемычек и способствуют получению качественных паяных соединений. С другой стороны, флюсы с большим содержанием твердых веществ дают более толстый слой остатков, которые часто требуют отмывки после оплавления. Многие компании предпочитают использовать не требующие отмывки флюсы, оставляющие после пайки малое количество остатков, несмотря на то, что они способствуют формированию большого количества дефектов и требуют более точного контроля параметров технологического процесса.

Перемычки при пайке

Перемычки при пайке, как правило, связаны с мелким шагом вывода компонента. Чтобы избежать образования перемычек при высокой плотности расположения выводов, нужно укоротить выводы до минимальной длинны, допускаемой техническими условиями. Кроме укорачивания выводов, следует увеличить расстояние между выводами путем уменьшения ширины металлизированного кольца вокруг монтажного отверстия либо путем выбора соответствующей геометрии паяльной маски.

Перемычки при пайке волной припоя

Поддержание твердой составляющей флюса на максимально возможном уровне путем тщательного выбора температуры предварительного нагрева поможет избежать образования перемычек при пайке волной припоя. Пайка в азотной среде также позволяет избежать перемычек.

Шарики припоя

Шарики припоя на поверхности печатной платы показывают, что жидкие фракции флюса не испарились до момента пайки волной изделия. Обычно такие шарики появляются, когда оператор впервые работает с флюсом на водной основе (VOC free). Шарики припоя разбрызгиваются на поверхность платы через монтажные отверстия при кипении флюса. Микроскопические шарики указывают на необходимость увеличения продолжительности или температуры предварительного нагрева платы, для того чтобы растворитель, входящий в состав флюса, успел полностью испариться.

Образование шариков при пайке волной припоя

Появление шариков припоя на нижней стороне платы может быть связано с недостаточным содержанием твердых частиц флюса. Повышение содержания твердых частиц уменьшает количество таких шариков. Однако шарики припоя на нижней поверхности платы чаще возникают из-за паяльной маски. Припой прилипает либо из-за того, что паяльная маска размягчается, либо из-за повышенной гладкости ее поверхности. Чтобы устранить данный дефект, проверьте материал маски или паяйте печатный узел с более низкой температурой предварительного нагрева и/ или температурой припоя в ванной.

Дефект «паутина»

Дефект «паутина» выглядит так, как будто к нижней стороне платы прилипла паутина или сетка из припоя. Этот дефект появляется при слишком высокой температуре или слишком длительном предварительном нагреве либо в случае недостатка флюса на плате, который облегчает отделение припоя от платы. На возможное появление этого дефекта указывает малое количества дыма при прохождении платы через волну припоя. Чтобы избавиться от данного брака, нанесите на платы больше флюса или уменьшите температуру предварительного нагрева.

Паутина

Раковины

Раковины, как правило, представляют собой следствие проблем с печатной платой. Признак такого дефекта – появление в галтели отверстия. Обычно причина появления этого дефекта – наличие пустот в металлизированном монтажном отверстии, из которых при кипении флюса выделяется газ, вытесняющий припой. Этот дефект – ответственность поставщика печатной платы.

Раковина

Непропаянные выводы

Непропаянные выводы, возникает данный дефект из-за недостатка твердых фракций во флюсе, неправильного угла платы в зоне контакта с волной припоя или неправильной конфигурации контактной площадки. Попробуйте увеличить количество наносимого на плату флюса, измените угол наклона держателя печатной платы или угол подачи волны припоя. 

Непропаянные выводы

Эти меры помогут выйти удерживаемым внутри газам, не препятствовать растеканию расплавленного припоя, в результате чего он попадет на контактную площадку. Дополнительной помощью может стать повышенная активность флюса. Иногда более агрессивный флюс способен обеспечить ускоренное смачивание контактных площадок.

Стандартная температура ванны для припоя, содержащего олово, серебро и свинец, в том числе припоя «CASTIN»®, находится в диапазоне от 265 °С до 270 °С (от 509 °F до 518 °F). Стандартная температура ванны для припоя марки SN100C и припоя с низким содержанием серебра находится в диапазоне от 265 °С до 275 °С (от 509 °F до 527 °F).

Для пайки волной бессвинцового припоя характерна большая часть вышеописанных дефектов. Два самых распространенных дефекта – перемычки и неполное заполнение монтажных отверстий. Эти дефекты возникают вследствие поверхностного напряжения сплава. Перемычки можно убрать за счет состава флюса. В этом случае помогут флюсы с высоким содержанием твердых фракций. Однако важно понимать, что смачиваемость бессвинцовых сплавов ниже смачиваемости сплавов, содержащих олово и свинец. Необходимо увеличить время выдержки в волне. 

Как правило, если сплав, содержащий олово и свинец, смачивается в течение 2 секунд, бессвинцовым сплавам требуется не менее 5 секунд. Эта разница приводит к образованию другого дефекта – неполному заполнению отверстий. Чтобы устранить данный дефект, необходимо увеличить время взаимодействия с волной припоя.

Увеличенное время взаимодействия с волной припоя приводит к сложностям и во время селективной пайки.

При том, что бессвинцовые припои требуют длительного взаимодействия волны припоя с выводом, они же представляют собой агрессивный растворитель основных компонентов металлизации монтажных отверстий. При длительном периоде выдержки с поверхности платы исчезают металлизированные отверстия и контактные площадки. Такое явление называется миграцией металлов.

Еще один дефект, обусловленный составом сплава, растрескивание припоя после остывания. В соответствии с критериями IPC (Ассоциации производителей электронной аппаратуры и приборов), если просматривается контактная площадка, такая пайка является дефектом.

Растрескивание припоя после остывания

Фотография сверху демонстрирует распространенные и допустимые виды растрескивания. Обратите внимание на зернистую структуру припоя. Это не связано с качеством и составом сплава.

При выборе бессвинцового сплава для пайки волной припоя и селективной пайки необходимо обратить внимание на миграцию меди, стоимость сплава и требования при проверке качества паяного соединения. В целом сплавы, содержащие серебро, стоят дороже, кроме того, такие сплавы обладают высокой скоростью растворения меди. Общая тенденция для тех, кто работает с бессвинцовой пайкой волной припоя, – перейти со сплава SAC305 на сплавы Sn/Cu/Ni/X. Доказано, что SN100C® и CASTIN® – это сплавы с низкой скоростью растворения меди при пайке.

Стандартное сравнение сплавов разного типа в паяных соединениях после пайки волной припоя

Флюсы с низким количеством остатков, которые при пайке волной припоя оставляет небольшое количество остатков, это флюсы с низким содержанием твердых частиц. Малое количество твердых частиц припоя или фракций – это залог быстрого испарения растворителей и быстрой работы твердых фракций во флюсе. При этом твердые фракции представляют собой компоненты флюса, за счет которых, в частности, происходит смачивание, и обеспечивается образование надежность паяных соединений. Хороший результат пайки – это использование оптимального флюса и внимательный контроль процесса.

Оптимизация технологии пайки волной припоя с использованием безотмывных флюсов зависит от точной настройки процесса, для которого рекомендуется минимальный температурный режим – достаточный, чтобы соответствовать техпроцессу, и минимальное время взаимодействия волны припоя с выводом. Длительный предварительный нагрев или слишком высокая температура предварительного нагрева способствуют испарению летучих фракций флюса до того, как твердые фракции выполнят свою часть работы.

При использовании безотмывоного флюса особенно важно следить за основными параметрами техпроцесса, к которым относятся:

• Скорость конвейера

• Температура предварительного нагрева

• Температура припоя в ванне с припоем

• Высота волны припоя

• Время контакта волны припоя и вывода компонента

• Скорость отделения волны (осадка)

Тип флюсователя играет важную роль в процессе, особенно при использовании безотмывного флюса. Компания «AIM» рекомендует использование спрей или струйного флюсователя, а не пенного. Мы рекомендуем ультразвуковую систему подачи флюса, которая при необходимости может подать флюс в ограниченные пространства. Кроме того, данный тип системы подачи позволяет подать большее количество флюса и избежать вредного воздействия. Оптимальные результаты при пайке с использованием флюса можно получить только при распылении достаточного количества флюса.