Мы собираем сложную плату для пайки волной припоя, состоящую из более чем 3000 компонентов, с покрытием OSP и сплавом SAC305. Текущий уровень DPM для пайки составляет от 400 до 500, а для пустот — около 1000.
Чтобы улучшить DPM, планируется установить азотную среду вокруг резервуара для пайки волной припоя, чтобы уменьшить окисление. Может ли это улучшить наш уровень DPM?Что касается пустот, это отдельный вопрос. А по поводу азота — как известно, мы не являемся сторонниками использования азота при пайке оплавлением. Однако пайка волной припоя да еще с добавлением флюса — это совершенно другой процесс.
Как из личного опыта, так и из исследований, проведенных Soltec и Electrovert, мы пришли к выводу, что азот действительно помогает в процессе пайки волной припоя с выводными компонентами, улучшая поверхностное натяжение и уменьшая окисление, он помогает припою попадать в нужные местах.
Сразу проявляются такие полезные вещи, как меньшая склонность к образованию перемычек, шариков припоя, меньше открытых и пропущенных контактов. Улучшения вполне явные. И еще одно преимущество азота — инертизация только области волны припоя.
Все это можно было бы сделать газом из баллончика, если бы не пустоты в соединениях. С ними так просто не справиться. Вообще, разделяем ли мы DPM (Defects Per Million — дефектных деталей на миллион) для пайки и пустотами припоя? Но если при пайке волной припоя появляются пустоты, это свидетельствует о неправильном предварительном нагреве.
Пустоты обычно возникают из-за захвата растворителя в потоке волной и образования пузырьков. Решение заключается в том, чтобы правильно профилировать предварительный нагрев, разместив термопары на плате сверху на площадке с тяжелым компонентом под выводной монтаж, и убедившись, что верхняя поверхность платы достигает температуры, соответствующей флюсу.
Типичные цифры для флюса на спиртовой основе, это 100°C. Для флюсов на водной основе, не содержащих летучих органических соединений, это от 110°C до 120°C. Но в любом случае проверьте, что рекомендует ваш производитель, потому что недостаточная температура и время предварительного нагрева — это основная причина образования пустот.
В вашем случае — неизвестно, поможет ли азот. Скорее, как было сказано, это должно помочь с другими дефектами, особенно с недостаточным количеством припоя и недостаточным заполнением отверстий, а также азот является хорошей идеей для уменьшения окалины, особенно в бессвинцовых сплавах с высоким содержанием олова.
Комментарии
Работа с азотом — многообещающая, однако несколько дорогая, и требующая специального оборудования, рассчитанного на это.
В моей практике был случай, когда одно время при работе с волной припоя на выходе получали много брака. После проведения DOE (Design of Experiments) выяснилось, что проблема не в оборудовании для волны, а в материалах. Оказалось, что производитель печатных плат плохо «справлялся» с влажностью. После смены компании на другую, у которой с влажностью плат все было в порядке, проблема исчезла. Но заняло все это четыре месяца.
Если концентрация влаги в печатной плате или в компоненте выше нормы, то при пайке образуются пузырьки газа, что приводит к множеству дефектов.
Roger Cespedes, Camtronics
Мы обнаружили (и проверили), что впрыск ГОРЯЧЕГО азота в ванну для пайки обеспечивает реальное уменьшение дефектов пайки (например, короткого замыкания), а количество окалины такое же, как в «азотной туннельной системе». Очевидно, что затраты совсем другие, решать вам.
Pierleonardo Zoppellaro, Carel Industries s.p.a.
Снизит ли азот дефекты пайки волной припоя? Короткий ответ — да, но чтобы лучше понять, как азот уменьшает количество дефектов, вы должны понимать, как азот работает.
Азот — это инертный газ, который вытесняет кислород в процессе пайки, и существуют различные уровни чистоты азота, влияющие на процесс. По мере снижения уровня чистоты количество примесей в газообразном азоте увеличивается, что оказывает прямое влияние на результат пайки волной.
Например, при уровне чистоты 5,0 (99,999%) типичный уровень примесей составляет <10 частей на миллион, а при уровне чистоты 3,0 (99,9%) <1000 частей на миллион.
У азотной волны с пониженным содержанием кислорода окисления на уровне платы не происходит, что оказывает прямое влияние на растекание припоя, силу смачивания и поверхностное натяжение. Исследование распространения припоя было проведено в различных атмосферных условиях, и одним из основных результатов было то, что припой начинает течь при более низких температурах, если уровень остаточного кислорода низкий.
Например, Sn63/Pb37 имеет температуру плавления 183°C, и при остаточном уровне кислорода 10 ppm припой начал растекаться при 205°C, тогда как при остаточном уровне кислорода 1000 ppm — при 270°C. SAC 305 имеет температуру плавления 221°C, и при остаточном уровне кислорода 10 частей на миллион припой начал распространяться при 230°C, а при 1000 частей на миллион — только при 240°C.
Пайка волной припоя в атмосфере азота выполняется одним из двух методов: инертизация азотом над зоной пайки с остаточным уровнем кислорода примерно 1000 ppm или полная туннельная система, охватывающая зону флюса, зону предварительного нагрева и зону пайки со значительно более низким остаточным уровнем от 20 частей на миллион до 500 частей на миллион.
Пайка волной припоя в инертной и не содержащей оксидов атмосфере по сравнению с окружающим воздухом дает много преимуществ, если учесть все соответствующие параметры, компоновку печатной платы, температурный профиль, способность к пайке используемых материалов и количество дефектов: уменьшение количества типичных дефектов, таких как открытые контакты, бочкообразность, недостаточное смачивание, образование перемычек и шариков припоя, что, в первую очередь, связано с улучшением характеристик смачивания, изменением поверхностного натяжения жидкого припоя в атмосфере азота.
Снижение количества дефектов и общее улучшение качества отражаются на сокращении объема работ по ремонту печатных плат. Исследования показали, что инертизация азотом над зоной пайки по сравнению с окружающим воздухом снижает доработку печатных плат на 40%, а полная туннельная инертизация азотом — на 75%.
Исследования также показали, что между обоими методами инертизации волны существуют значительные различия в количестве дефектов. Из-за более низкого уровня остаточного кислорода частота дефектов в системе с полной туннельной азотной волной значительно ниже по сравнению с инертизацией непосредственно над зоной пайки.
Gus Mavrou, SEHO North America, USA
Небольшое пояснение по поводу одного из преимуществ азота. Он увеличивает силу смачивания (хорошо), а также увеличивает поверхностное натяжение (не очень хорошо), если только ваша волна не предназначена специально для азота и не настроена должным образом.
Не позволяйте клиентам вводить себя в заблуждение, думая, что просто добавление азота внутрь или вокруг волны сделает ее инертной. Годы испытаний и невзгод (а также патентов) ушли на то, чтобы понять, когда и где азот должен попадать в систему, чтобы создать инертную среда для пайки. Мои 2 цента.
Рэй Чартранд, CharTrain Consulting, США
По материалам с портала www.circuitinsight.com. Еще статьи по теме монтажа и изготовления печатных плат: