Пайка волной: ограничение использования

При использовании технологии пайки волной существует большое количество факторов, влияющих на качество процесса, таких как: тип и конструкция применяемого оборудования, тип технологических материалов, параметры технологического процесса и т.п. Однако ведущую роль играет грамотный дизайн печатного узла...

Групповая пайка волной припоя – технология, хорошо зарекомендовавшая себя на протяжении многих лет. При помощи компрессоров в ванне с расплавленным припоем создаётся непрерывный поток — волна припоя, через который движется печатная плата с установленными на неё компонентами. При соприкосновении нижней части печатной платы с волной припоя происходит формирование паянных соединений.
Пайка волной припоя
Основное предназначение данной технологии — эффективная автоматизированная пайка разнотипных как SMD, так и ТНТ (выводных) компонентов. Для минимизации риска появления дефектов пайки волной — коротких замыканий и отсутствие паек — следует учитывать ряд факторов ещё на этапе разработки плат. Три принципа, на которых базируется данная технология: правильный выбор номенклатуры элементной базы, грамотная компоновка (дизайн) печатного узла и выбор правильной геометрии контактных площадок для компонентов на нижней стороне ПП.

Элементная база

Ограничения на использование тех или иных типов компонентов на нижней стороне ПП в случае использования пайки волной накладывает сам принцип данной технологии – формирование паяных соединений путём «омывания» компонентов и (или) их выводов расплавленным припоем.

Тип компонента, который нельзя располагать на нижней стороне ПП Причина
Компоненты со штыревыми выводами (ТНТ) Не могут быть запаяны (либо могут быть разрушены) при погружении в расплавленный припой
SMD компоненты с высотой корпуса более 3,5 ммНизкая эффективность пайки из-за эффекта «затенения», высокая вероятность зацепления за элементы конструкции ванны припоя
SMD компоненты с малым шагом выводов (менее 0,8 мм) Высокая вероятность возникновения коротких замыканий между смежными выводами
Компоненты, не рассчитанные на применение технологии пайки волной Компоненты, которые могут быть разрушены либо частично потерять свои свойства при погружении в расплавленный припой, например, SMD светодиоды

Компоновка печатного узла

Сама конструкция ТНТ компонентов подразумевает соприкосновение с припоем в процессе пайки только выводов, через отверстия. Предпочтительное расположение ТНТ компонентов с несколькими рядами выводов — например DIP-микросхемы или разъёмы (особенно с количеством рядов 3 и более) – длинной стороной перпендикулярно фронту волны (параллельно направлению движения платы по конвейеру).

Предпочтительная ориентация разъёмов пр и пайке волной

Это объясняется тем, что при выходе ряда близкорасположенных выводов из расплавленного припоя велика вероятность коротких замыканий из-за удержания припоя между выводами, благодаря действию силы поверхностного натяжения. В случае расположения рядов выводов вдоль направления движения платы происходит последовательный отрыв выводов от припоя, обеспечивается достаточный его дренаж и минимизация вероятности появления КЗ.

Предпочтительная ориентация SMD компонентов при пайке волной

Основные принципы расположения SMD компонентов относительно фронта волны припоя — расположение микросхем с параллельными рядами выводов — длинной стороной вдоль направления движения платы (аналогично ТНТ микросхемам и разъёмам), квадратных корпусов (такие как QFP) — под углом 45 градусов, для обеспечения последовательного отрыва выводов от припоя и исключения эффекта затенения, компонентов с двумя выводами (например, Chip-резисторы или диоды в корпусе SOD) — длинной стороной параллельно фронту волны, для исключения эффекта затенения.

Нежелательно близкое расположение SMD компонентов друг к другу, особенно если они имеют разную высоту – это приводит к затенению контактных площадок корпусами соседних компонентов и, следовательно, препятствует пайке. Рекомендуется располагать пассивные компоненты на расстоянии 1-2 максимальной ширины корпуса смежных компонентов. Так же следует избегать близкого расположения выводов SMD, TНТ компонентов и открытых переходных отверстий – очень велика вероятность возникновения КЗ.

Геометрия контактных площадок

Пайка волной – это комбинация действия сил притяжения расплавленного припоя к смачиваемым поверхностям (открытые проводники, контактные площадки, выводы компонентов) и его отталкивания от несмачиваемых поверхностей, таких как паяльная маска или корпуса SMD компонентов. Если контактные площадки будут очень маленькими, либо расположены в «труднодоступных» областях ПП, то это затруднит доступ к ним припоя.

Эффект затенения места пайки корпусом компонента

Благодаря действию сил отталкивания расплавленного припоя от поверхности ПП и корпуса компонента, мениск припоя, при его движении, не достаёт до контактной площадки, происходит, так называемый, эффект «затенения» контактной площадки и вывода SMD компонента собственным корпусом – пайки в этом случае не происходит. Единственным способом обеспечить доступ припоя к месту пайки в данном случае является увеличение размера контактной площадки в сторону от компонента.

При этом смачивемая поверхность КП как бы выносится из затенённой области и «втягивает» припой к выводу. Увеличенные размеры контактных площадок SMD компонентов являются фундаментальным фактором в надёжной и качественной пайке на волне. При выборе геометрии контактных площадок для SMD компонентов, в случае их пайки на волне, рекомендуется руководствоваться требованиями стандарта IPC-7351 Generic Requirements for Surface Mount Design and Land Pattern Standard, используя данные для уровня плотности A (Most Land Protrusion).

Еще статьи о монтаже печатных плат и пайке волной:

Написать ответ

Your email address will not be published. Required fields are marked *