5 Июля 2016
Автор и должность
Александр Евсенейкин, Станислав Баев
Издание
Вектор Высоких Технологий № 4 (25) 2016
Посмотреть в формате pdf

В статье рассматриваются общие вопросы, связанные с эксплуатацией наконечников паяльных станций, а также правила и рекомендации при работе с ними. Посещая предприятия радиоэлектронной промышленности, мы часто слышим от монтажников, что выходят из строя наконечники паяльников, а именно — происходит выгорание самого жала наконечника. Проведенный анализ образцов показал, что одной из причин преждевременного выхода из строя является применение некачественных технологических материалов (флюсов, припоев), а также устаревшие методы работы и технологические процессы пайки.

Для решения данной проблемы был проведен анализ существующих ГОСТов и стандартов IPC, что позволило сформировать требования и рекомендации для правильной эксплуатации наконечников для паяльников различных производителей.

Как правило, производимые изделия на предприятиях радиоэлектронной промышленности — это электронная аппаратура ответственного назначения класса С (согласно п.5.1.2 ГОСТ Р 56427-2015 «Пайка электронных модулей радиоэлектронных средств. Автоматизированный смешанный и поверхностный монтаж с применением бессвинцовой и традиционной технологий. Технические требования к выполнению технологических операций» и п.4.3 ГОСТ Р МЭК 61191-1-2010 «ПЕЧАТНЫЕ УЗЛЫ. ЧАСТЬ 1. ПОВЕРХНОСТНЫЙ МОНТАЖ И СВЯЗАННЫЕ С НИМ ТЕХНОЛОГИИ. ОБЩИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ»). Чтобы предотвратить преждевременное выгорание наконечников (JBC, Weller, PACE и др.) рекомендуется следовать следующим требованиям:

  • При пайке электронных модулей РЭС класса С по традиционной технологии должны быть использованы только сплавы, содержащие не менее 30 % свинца (п.5.2.1.1 ГОСТ Р 56427-2015).
  • Для пайки электромонтажных соединений электронных модулей РЭС класса С должны быть использованы только флюсы класса L0 (п.5.2.2 «Общие требования к применяемым флюсам» и п.8.2 «Общие требования к флюсам» ГОСТ Р 56427-2015).
  • Жало паяльника должно прикладываться к со-единению, а припой вводиться на стык жала и соединения для максимальной передачи тепла. После подачи и переноса тепла припой рекомендуется вводить в соединение, а не на жало паяльника. Припой должен наноситься только на одну сторону металлизированного сквозного отверстия. Температура жала паяльника не должна превышать установленную рабочую температуру для используемого припоя. Тепло допускается подавать на обе стороны металлизированного сквозного отверстия. Некоторые виды ручной пайки могут требовать предварительного нагрева для предотвращения повреждения элементов (п.8.4.1 «Ручная пайка паяльником» ГОСТ Р МЭК 61191-1-2010).

Правила эксплуатации наконечников

1. РАЗМЕР НАКОНЕЧНИКА

Форму и геометрические размеры наконечника необходимо подбирать в соответствии с размерами контактных площадок и выводов монтируемых элементов РИС 1, что позволит:

  • производить пайку при более низких температурах;
  • сократить время пайки;
  • увеличить точность передачи температуры;
  • уменьшить как износ наконечника, так и тепловую нагрузку на элементы и печатные платы.

2. РАБОЧАЯ ТЕМПЕРАТУРА

Чем выше температура пайки, тем выше окисление и коррозия наконечника. Необходимо использовать теплоэффективные наконечники и очищать жало от окислов. Оксид железа не смачивается припоем. Используйте встроенные функцию сна и функцию пониженного энергопотребления, что позволит продлить срок эксплуатации наконечников.

3. ФЛЮС И ПРИПОЙ

Выбирайте качественные материалы для пайки. Применение флюсов с содержанием неочищенной канифоли приводит как преждевременному выгоранию наконечников, так и наносит вред здоровью (канифоль относится к материалам 3 класса опасности ГОСТ 12.1.007). Паяльные работы, выполняемые монтажником, связаны с выделением вредных для здоровья веществ. К наиболее опасным компонентам паяльного дыма следует отнести частицы абиетиновой кислоты (канифоли), вызывающей астматическую реакцию даже у здорового человека.

Длительное вдыхание воздуха, в котором содержание частиц канифоли превышает допустимый уровень, приводит к развитию необратимой аллергической реакции организма, часто переходящей в астму. Для снижения риска здоровью необходимо использовать флюсы с высокоочищенной канифолью либо безканифольные флюсы. Также необходимо помнить про активность материала, так как использование высокоактивного флюса приводит к коррозии наконечников.

Международными стандартами IPC рекомендуется применять следующие типы флюсов: ROL, REAL и ORL Таблица 1.

Таблица 1 Классификация основных типов флюсов согласно стандарту IPC/ANSI-J-STD-004

Активность флюса (% содержание галогенов)

Канифольные Rosin (RO)

Синтетические Resin (RE)

Органические Organic (OR)

Низкая (0 %)

ROL0

REL0

ORL0

Низкая (<0,5 %)

ROL1

REL1

ORL1

Средняя (0 %)

ROM0

REM0

ORM0

Средняя (0,5 — 2,0 %)

ROM1

REM1

ORM1

Высокая (0 %)

ROH0

REH0

ORH0

Высокая (>2,0 %)

ROH1

REH1

ORH1

При использовании трубчатого припоя содержащегося в нем флюса может не хватить для формирования галтели, для этого используйте дополнительное флюсование контактных площадок.

Также использование флюсов ФКСП, ФК, ФСКП, содержащих большой процент твердой части, 30 и более процентов, приводит к быстрому образованию нагара, ухудшению теплоотдачи, завышению температур пайки и быстрому сгоранию жала. Все современные производители флюсов на аналогичных основах и на органике стремятся свести количество твёрдых частиц к минимуму (обычно не более 5 %, максимум — 20 %).

4. ПРОЦЕСС ПАЙКИ

Избегайте сильного давления жалом паяльника на контактную площадку в зоне пайки, т. к. это усилит его износ и может привести как к искривлению выводов элементов, так и к повреждению контактных площадок на печатной плате.

5. ОЧИСТКА НАКОНЕЧНИКА

При очистке наконечников не используйте механические или химические средства. Применяйте методы очистки, рекомендуемые производителем РИС 2. Для очистки сильно окисленных жал паяльников можно использовать пасту для очистки и лужения наконечников Tip Activator.

Рекомендуемая последовательность работы

При работе с трубчатыми припоями пайка осуществляется с двух рук. Для того чтобы при пайке получить наилучшие результаты, рекомендуется выполнять работу в следующей последовательности РИС 3:

  • Поднесите жало паяльника к рабочей поверхности. Жало должно контактировать одновременно с контактной площадкой платы и выводом элемента, чтобы прогреть обе паяемые поверхности. Избыток припоя на жале, нанесенный во время лужения, будет помогать процессу теплопередачи благодаря увеличению площади контакта между контактной площадкой и выводом. Нужно не более секунды, чтобы прогреть соответствующим образом обе поверхности.
  • Поднесенный в это время к месту соединения с противоположной от жала паяльника стороны пруток трубчатого припоя позволит образовать галтель припоя. Для этого необходимо около 0,5 секунды.

ВНИМАНИЕ. Если припой подавать непосредственно на жало паяльника, активные компоненты флюса будут преждевременно выгорать, и его эффективность резко уменьшается. Не подавайте избыточное количество припоя на паяное соединение. Это может привести к увеличению количества остатков флюса и ухудшению внешнего вида изделия. Рекомендуется выбирать диаметр прутка припоя равным половине диаметра жала паяльника.

  • Отведите припой от паяемого соединения и затем удалите жало паяльника из зоны пайки.

Весь процесс пайки должен занимать от 0,5 до 2 секунд на одно паяное соединение в зависимости от массы, температуры и конфигурации жала, а также паяемости поверхностей. Избыточное время или температура могут, во-первых, истощать флюс до смачивания припоя, что приведет к увеличению количества остатков, вовторых, увеличивать хрупкость паяного соединения.

Завершение работы

Для обеспечения длительного срока службы жала паяльника после окончания работы его необходимо очистить от остатков припоя и нагара. Для этой цели используйте специальные губки и щетки, входящие в комплект паяльной станции.

Поэтапное описание процесса пайки с применением трубчатого припоя

На первоначальном этапе работа с трубчатыми припоями (пайка с двух рук) может вызывать сложности. Как правильно работать с трубчатыми припоями? Приведенная последовательность пайки элементов со штыревыми выводами поможет быстро освоить эту технологию.

Пайка элементов, монтируемых в отверстия

be1.jpg
  • Установите элемент в монтажные отверстия, если необходимо — загните выводы.
  • Поднесите жало паяльника таким образом, чтобы был обеспечен одновременный контакт с КП монтажного отверстия и выводом элемента, прогрейте 0,5–1 сек.
ПРАВИЛО № 1. НЕОБХОДИМО ОБЕСПЕЧИТЬ ХОРОШИЙ ТЕПЛОВОЙ КОНТАКТ МЕЖДУ ЖАЛОМ ПАЯЛЬНИКА И ПАЯЕМЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ.
  • Подайте небольшое количество припоя на жало паяльника так, чтобы образовался мостик припоя между КП и выводом.
  • Перемещайте трубчатый припой по кругу вдоль КП в противоположном направлении от жала паяльника.
be1.jpg  be1.jpg

ПРАВИЛО № 2. НЕОБХОДИМО ОБЕСПЕЧИВАТЬ КОНТАКТ МЕЖДУ ЖАЛОМ ПАЯЛЬНИКА И ПАЯЕМЫМИ ПОВЕРХНОСТЯМИ ДО ТЕХ ПОР, ПОКА НЕ ПРОИЗОЙДЕТ ФОРМИРОВАНИЕ ГАЛТЕЛИ ПРИПОЯ.

  • Как только паяное соединение сформировано, отведите пруток припоя.
  • Одновременно отведите жало паяльника.

be4.jpg

Для образования правильной формы галтели, жало паяльника должно двигаться вверх вдоль вывода элемента.

Таблица 2 Возможные проблемы, причины и методы решения

Проблема

Причина

Решение

Разбрызгивание припоя

Высокая скорость нагрева

Подавать пруток припоя на разогретые контактные поверхности (вывод элемента и КП), не подавать трубчатый припой на жало паяльника

Матовые паяные соединения

Длительный контакт жала паяльника с паяным соединением после отвода прутка припоя из зоны пайки

Сократить время контакта жала паяльника с паяным соединением

Остатки после пайки в виде нагара

Использование флюсов на основе неочищенной канифоли

Произвести очистку жала паяльника и губки

Избыточные остатки флюса вокруг паяного соединения

Большой диаметр трубчатого припоя. Избыточная подача трубчатого припоя в место пайки.

Низкая температура пайки

Использовать припой меньшего диаметра

Использовать паяльник большей мощности или увеличить температуру пайки

ВНИМАНИЕ. Избегайте сильного давления жалом паяльника на КП. Не допускайте контакта жала паяльника с галтелью припоя без использования трубчатого припоя, это может привести к деградации паяного соединения.

Соблюдение всех рассмотренных выше правил и требований поможет повысить качество паяных соединений и сократить количество брака от перегрева элементной базы и деформации печатных плат. Срок службы наконечников будет соответствовать заявленным срокам любого производителя, а именно — 12-18 месяцев и более.