Автоматизированная пайка и пайка волной припоя в технологии сквозного монтажа печатных плат

Наиболее часто используемым видом пайки печатных плат в технологии монтажа в сквозные отверстия и смешанной технологии (монтаж в отверстия и поверхностный монтаж) является технология пайки волной припоя. Процесс пайки волной припоя показан на рисунке 1. Монтируемая печатная плата закрепляется в конвейере. Конвейер транспортирует плату к автомату для нанесения флюса, затем следует предварительный нагрев платы, после которого осуществляется пайка волной расплавленного припоя.

Одним из важнейших этапов технологического процесса пайки волной припоя является нанесение флюса. Ручное флюсование в настоящее время уступило место более точному автоматическому в целях повышения производительности. Преимуществом данной технологии пайки является лучший контроль за количеством флюса, нанесенного на печатную плату, поскольку именно флюс определяет входную и выходную геометрии волны расплавленного припоя, которые, в свою очередь, играют важную роль в минимизации таких дефектов пайки, как пропуски, перемычки или сосульки. Флюс наносят путем распыления или проведения платы через зону пенообразования, или разбрызгивания пенного флюса. Для последнего метода пайки печатных плат применяются пенные флюсователи.

После флюсования плата направляется в зону предварительного нагрева, который осуществляется излучающими обогревателями. По мере нагревания платы испаряются летучие компоненты флюсового покрытия и запускаются химические реакции между флюсом и оксидами на выводах или контактах и проводниках печатной платы.

Далее в технологии пайки волной припоя формируется подача расплавленного сплава вверх через сопла, где она достигает определенной высоты, а затем падает обратно в ванну. Температура ванны припоя 260 °С. Печатная плата перемешается на конвейере над поверхностью волны. Волна достигает нижней поверхности печатной платы, припой смачивает контактные площадки и проникает вверх через отверстия под действием капиллярности. Скорость конвейера и угол плиты, т.е. угол, при котором плата перемещается по направлению к волне, являются критическими параметрами для сведения к минимуму дефектов при пайке волной припоя.

Еще одним важным параметром для пайки волной припоя является геометрия самой волны. Ранее на самом рисунке 1 была показана схема широко применяемой двойной волны. Первая волна — турбулентная, которая противодействует силе поверхностного натяжения расплавленного припоя. Для ее формирования используют узкую струю припоя, чтобы инициировать процесс смачивания. Вторая волна — ламинарная. Ламинарная волна начинается в точке входа платы, поскольку ее геометрия позволяет удалить перемычки и излишки расплавленного припоя, которые она уносит с собой. На фотографии, приведенной на рисунке 2, показана печатная плата, входящая в турбулентную волну припоя, которая создана в системе пайки двойной волной.

Одним из вариантов пайки волной припоя является так называемая селективная пайка. Вместо длинных волн, которые омывают всю печатную плату, создается мини-волна из расплавленного припоя. Уменьшенная геометрия волны позволяет производить пайку отдельных компонентов или нескольких компонентов только на отдельных участках платы. Флюсование и предварительный нагрев платы перед процессом пайки производятся в ручном режиме.

Переход на бессвинцовые припои сильно повлиял на технологию пайки волной припоя. К счастью, температура сварочной ванны 260 °С, используемая для эвтектического припоя олово-свинец, оказалась достаточной в большинстве случаев, когда применяются сплавы состава 99,3 % Sn (олово) и 0,7 % Cu (медь) и Sn-Ag-Cu (олово-серебро-медь). Некоторые производители предпочитают поднимать температуру ванны с 260 до 270 °С. В бессвинцовые припои добавляют Ni (никель) и Ge (германий) , чтобы обеспечить образование галтелей, которые специалисты отдела технического контроля (ОТК) привыкли видеть при пайке оловянно-свинцовыми припоями. Высокое поверхностное натяжение бессвинцовых сплавов повышает вероятность образования пропусков, перемычек и сосулек во время прохода печатной платы над волной припоя. Для минимизации этих дефектов пайки печатных плат следует подобрать химический состав флюсов, а также скорректировать угол платы и скорость конвейера. Наконец, особую проблему с пайкой волной бессвинцовыми припоями представляет коррозия деталей машин при контакте с оловянными сплавами. Для уменьшения коррозии рабочие колеса, сопла, перегородки, стены ванной покрывают специальными защитными материалами.

Источник

Установка пайки волной припоя ETS 330

В статье: 1 видео (посмотреть)

Установка ETS 330 конвейерного типа с управлением микропроцессорным предназначена для групповой пайки или и/одинарной двойной волной расплавленного припоя узлов печатных (ПУ) с поверхностным, традиционным (в отверстиях печатной или (ПП)) платы смешанным монтажом. В установке последовательно операции выполняются флюсования, предварительного подогрева и пайки ПУ припоя волной.

Особенности

99 программ пайки
Пайка волной двойной припоя
Микропроцессорное управление
Простое эксплуатация и управление
Различные способы флюсования и преднагрева
помощью с Управление сенсорного дисплея

Пенный флюсователь (из нержавеющей высококачественной стали или полихлорвиниловый) с автоматическим уровня поддержанием флюса и встроенным компрессором обеспечивает качественное равномерное флюсование ПУ. Мощность компрессора позволяет любыми с работать флюсами, в том числе с флюсами с содержанием низким твердых веществ. Оптимальной работе способствует флюсователя устройство автоматического поддержания плотности При. флюса необходимости вместо пенного флюсователя использоваться может флюсователь распылением. Для снятия флюса излишков используется устройство обдува.

Подогреватель активизирует и подсушивает флюс и подогревает ПУ во избежание теплового при удара пайке. Базовая модель оснащается подогрева устройством с длинноволновым или средневолновым излучателем (в модели от зависимости), в дополнение к которому по заказу может установлен быть блок подогрева с коротковолновым излучателем и обдува блок горячим воздухом.

Комбинированная система подогрева предварительного хорошо адаптируется к работе с различными Базовая и ПУ.

флюсами модель установки комплектуется узлом одинарной пайки волной припоя, которая наиболее при эффективна пайке ПУ с традиционным монтажом. Узел двойной пайки волной припоя, одна из которых турбулентной является, рекомендуется для пайки ПУ с поверхностным обеспечивает и монтажом качественную пайку всех, в том труднодоступных и числе, паяемых соединений. Для охлаждения ПУ пайки после может использоваться блок охлаждения.

эксплуатации Эффективность и технического обслуживания установки определяются конструкцией модульной и применением микропроцессорной цифровой системы Этому. управления способствуют смотровое стекло и внутреннее пульт, освещение управления с матричным алфавитно-цифровым клавиатурой и индикатором, световой индикатор состояния системы, программируемый семидневный таймер для включения нагрева припоем с ванны, микропроцессорный контроль основных параметров процесса технологического.

Источник

Пайка волной: второе дыхание технологии

Монтаж компонентов посредством волновой пайки, несмотря на развитие современных технологий, продолжает широко использоваться на производстве во всем мире. Но что делать компании, если она уже закупила оборудование без впрыска азота? Можно ли усовершенствовать технологию, не инвестируя в новое оборудование?

Отвечаем: можно! Французская компания Air Liquide представляет новое решение Nexelia Inertwave по модернизации существующего оборудования оснащением системой создания инертной среды, которое уже снискало успех во всем мире. В данном материале рассказывается о результатах внедрения данной технологии российским производителем электронных изделий – НВП «Болид» (см. рис. 1).

Рис. 1. Алексей Ионов (начальник производства компании «Болид»), Ольга Жиляева (руководитель направления «Технологии и исследования» компании Air Liquide) и Жудит Альт (эксперт по пайке и термообработке в Восточной Европе компании Air Liquide) у новой установки

Компания Болид имеет современную хорошо оснащенную производственную площадку по производству электронных изделий. В том числе и технологию пайки волной припоя. Из-за особенностей конструкции изделий, выпускающихся на предприятии, данная технология очень востребована и применяется с 2004 года.

Компания была основана в 1991 году, а в 1997 году предприятие запустило собственное производство. Линейка продуктов компании насчитывает более 250 изделий. Сейчас НВП «Болид» производит компоненты для систем безопасности и пожарной сигнализации – датчики, блоки управления, согласующие элементы, источники питания, контрольно-пусковые шкафы и т. д. Тиражи – от единиц до сотен тысяч для массовой продукции. Производство включает несколько технологических участков – поверхностного монтажа, объемного монтажа, функционального контроля, финишной сборки и т. д.

Конечно, как у любого живого организма в компании возникают производственные вопросы, желание усовершенствования некоторых процессов, качества продукции. Одним из этапов как стало внедрение французской технологии Nexelia Inertwave, чему предшествовало непростое принятие решения.

Стоило ли рисковать? Улучшится ли качество пайки, сократятся ли расходы, нужно ли что-то менять в отработанной годами технологии? Будет ли работать международный опыт в России? Ответы на эти вопросы приведем ниже.

СТАРАЯ НОВАЯ ТЕХНОЛОГИЯ

Технология Nexelia Inertwave для волновой пайки уже широко применяется в Европе, а также в ряде других регионов, в целом, в списке уже более 2500 установок. Это универсальное газовое решение, которое может адаптироваться под специфические задачи практически любого производства. Решение полностью встраивается в производственный процесс, обеспечивая контроль инертной атмосферы в печи во время процесса пайки.

Технологии формирования инертной завесы для ванны с припоем создается посредством удержания газообразного азота на границе печатной платы и волны припоя. Когда волны припоя достигают печатной платы, азот концентрируется в пространстве между платой и припоем, полностью покрывая волны припоя. За долю секунды в атмосфере в нижней части платы содержание кислорода становится менее 10 ppm, что сопоставимо с исходным качеством азота. Эта система работает в открытом пространстве, для нее не требуется какого-либо ограждения или завесы для поддержания инертной атмосферы.

Рис. 2. Принцип действия новой системы подачи азота

Система подачи азота состоит из панели газораспределения, системы впрыска и соединяющего их гибкого трубопровода. Газовая панель регулирует поступление азота из азотной установки и направляет его к устройству впрыска. Система впрыска в свою очередь включает три пористых распылителя, заключенных в титановую раму – камеру повышенного давления (ресивер). Ресиверы соединены друг с другом, превращая систему в единую сборную конструкцию (см. рис. 2). Эта конструкция служит для нескольких целей. Она включает в себя распылители и направляет ламинарный поток азота над поверхностью волны припоя и поддерживает всю систему в положении, в котором предотвращается проникновение воздуха со стороны тигля. В каждом ресивере имеются отверстия специальной формы, что позволяет обеспечивать равномерное дозированное поступление инертной атмосферы к волне припоя. Этот метод обеспечивает необходимую скорость подачи газа и оптимизирует процесс впрыска защитного газа. Кроме того, он предотвращает засорение (забивание) азотных распылителей парами флюса. В зоны крутого наклона волн, критические с точки зрения образования шлака, благодаря барботированию расплавленного припоя постоянно поступает инертный газ и за счет этого образование шлака сильно уменьшается. Вся конструкция находится между форсунками волны припоя.

Для безопасности оператора при обслуживании оборудования предусмотрена система отключения подачи азота. И хотя сам азот не опасен, но при его большой концентрации возникает риск удушья, особенно в малом помещении.

Основной особенностью новой технологии является метод подачи газа. Небольшое повышение давления азота и его направленная диффузия через отверстия в ресивере позволяет устанавливать эту конструкцию в систему волновой пайки любого типа. Поэтому установка не требует каких-либо изменений форсунок или иных модификаций системы формирования волны припоя. Данная особенность позволяет пользователю оборудовать или модернизировать установку фактически любой марки и модели для пайки волной припоя.

Процесс модернизации начинается с запроса исходных данных у клиента, на основе которых специалисты Air Liquide предлагают решение, позволяющее достичь определенных результатов по сокращению уровня образования шлака до 80%, расхода флюса до 30%, а также повышению качества выпускаемых изделий. Правда, в последнем случае стоит сделать оговорку – степень повышения уровня качества в каждом случае индивидуальна и зависит от сложности платы, продукции и используемых материалов.

На следующем этапе изготавливается рамка – индивидуально под каждую машину. Вначале делается шаблон рамки, и уже после «примерки» сама рамка. Далее в течение месяца заказчик тестирует систему на производстве, и, исходя из данных, решает вопрос о продолжении использования.

Практика внедрения данной технологии показывает, что затраты на модернизацию и потребленный азот низки, в сравнении с экономией, качеством и получением дополнительного времени для производства. Учитывая, что для любой отрасли важен экономический эффект, в настоящее время наша система используется во многих сферах – в автомобилестроении, телекоммуникациях, космосе, приборостроении и других.

Особый интерес к Nexelia Inertwave проявляют компании, которые переходят на бессвинцовую технологию. Азот дает возможность увеличения «технологического окна» и управления температурным режимом. Поэтому и производители технических газов, и производители припоя, и производители оборудования, такие, как, например, Rehm Thermal Systems, Heller, Cookson, рекомендуют использовать эту технологию. Осакский университет в Японии провел исследования в данной области и рекомендовал использовать азот при пайке.

ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ. НАСТРОЙКА ПРОЦЕССА

Рис. 3. Установка ERSA с внедренной технологией

Для компании Болид специлисты Air Liquide предложили провести тест с установкой системы подачи газа Nexelia Inertwave на старую модель ERSA 330 (см. рис. 3). Цель теста – последующее внедрение на производстве при достижении заранее оговоренных результатов по увеличению качества пайки и снижению производственных затрат. Задачи были поставлены следующие:

сокращение шлака до 80%;
сокращение расхода припоя до 40%;
улучшение качества пайки не ниже стандартов IPC A-610 D, 7.5.5.;
снижение простоя машины, увеличение производительности машины (снижение времени по очистке машины).

В течение месяца на производстве замеряли вышеперечисленные показатели с уже установленной системой.

В этот период производился монтаж двухсторонних плат различного размера и различной сложности. За месяц был произведен монтаж свыше 50 тысяч плат общей площадью свыше 65 тыс дм 2 . Общее количество паяных соединений превышает 3 млн.

Важно отметить, что чистота азота играет важную роль в качестве пайки. Компания «Болид» также установила мобильную бочку компании Air Liquide, которая не требует лицензии, регистрации в РосТехНадзоре и полностью обслуживается поставщиком. Чистота азота сохраняется независимо от расхода газа. Немаловажный фактор, что вся система газоснабжения является безопасной и контролируется компанией Air Liquide. Таким образом, производство избавилось от «головной боли» по работе, контролю азота и высвободило время для решения более важных производственных вопросов.

РЕЗУЛЬТАТЫ

После проведения испытания в течение 1 месяца и последующего использования технологии направленного впрыска азота Nexelia Inertwave результаты подтвердились в работе и даже превзошли ожидания. Основной целью модернизации процесса пайки в среде азота являлось улучшение качества и снижение количеств дефектов. Благодаря внедрению технологии расход припоя снизился практически вдвое при одном и том же объеме продукции. Необходимо подчеркнуть, что модернизации подверглась «старушка» Ersa 330 ETS. Установке уже 13 лет, но она исправно работает и задействована в ряде продуктов.

Применение азота позволило снизить уровень шлака, и, соответственно – снизить количество дефектов, так как любая пылинка, попадая на соединение, может привести к «непропаю» или короткому замыканию. В отличие от пайки в воздушной атмосфере, в среде азота таких дефектов случается гораздо меньше. Кроме того, благодаря качественному азоту увеличивается поверхностное натяжение на волне расплавленного припоя и увеличивается смачивание поверхности контактов, что также положительно сказывается на процессе пайки.

Установка работает с ноября 2018 года, причем именно ноябрь и декабрь стали пиковыми по уровню загрузки производства. Сейчас, анализируя производственные данные за полгода, можно отметить 5-кратное сокращение количества шлака:

Результаты внедрения технологии Nexelia Inertwave:

сокращение шлака > 85%;
сокращение расхода припоя > 52%;
улучшение качества > 90%

На предприятии «Болид» был реализован первый проект в России. И, как показал опыт, его реализация для компании позволила решить важные задачи по повышению качества пайки помимо экономики проекта. Экономический эффект также достигается за счет значительного снижения времени на обслуживание оборудования. Для ТО нужно просто отключить систему, открыть крышку, и тщательно почистить рамку. Это один раз в месяц. И собирать шлак после 5 циклов. Но при круглосуточном производстве сбор шлака можно делать в ночную смену.

Статья впервые опубликована в журнале «Производство электроники» №5 в 2019 г.

Источник

Установка пайки волной припоя ETS 330

Установка ETS 330 конвейерного типа с микропроцессорным управлением предназначена для групповой пайки одинарной и/или двойной волной расплавленного припоя печатных узлов (ПУ) с поверхностным, традиционным (в отверстиях печатной платы (ПП)) или смешанным монтажом. В установке последовательно выполняются операции флюсования, предварительного подогрева и пайки ПУ волной припоя.

Особенности

99 программ пайки
Пайка двойной волной припоя
Микропроцессорное управление
Простое управление и эксплуатация
Различные способы флюсования и преднагрева
Управление с помощью сенсорного дисплея

Пенный флюсователь (из высококачественной нержавеющей стали или полихлорвиниловый) с автоматическим поддержанием уровня флюса и встроенным компрессором обеспечивает равномерное качественное флюсование ПУ. Мощность компрессора позволяет работать с любыми флюсами, в том числе с флюсами с низким содержанием твердых веществ. Оптимальной работе флюсователя способствует устройство автоматического поддержания плотности флюса. При необходимости вместо пенного флюсователя может использоваться флюсователь распылением. Для снятия излишков флюса используется устройство обдува.

Подогреватель подсушивает и активизирует флюс и подогревает ПУ во избежание теплового удара при пайке. Базовая модель оснащается устройством подогрева с длинноволновым или средневолновым излучателем (в зависимости от модели), в дополнение к которому по заказу может быть установлен блок подогрева с коротковолновым излучателем и блок обдува горячим воздухом.

Комбинированная система предварительного подогрева хорошо адаптируется к работе с различными флюсами и ПУ.

Базовая модель установки комплектуется узлом пайки одинарной волной припоя, которая наиболее эффективна при пайке ПУ с традиционным монтажом. Узел пайки двойной волной припоя, одна из которых является турбулентной, рекомендуется для пайки ПУ с поверхностным монтажом и обеспечивает качественную пайку всех, в том числе и труднодоступных, паяемых соединений. Для охлаждения ПУ после пайки может использоваться блок охлаждения.

Эффективность эксплуатации и технического обслуживания установки определяются модульной конструкцией и применением микропроцессорной цифровой системы управления. Этому способствуют смотровое стекло и внутреннее освещение, пульт управления с матричным алфавитно-цифровым индикатором и клавиатурой, световой индикатор состояния системы, семидневный программируемый таймер для включения нагрева ванны с припоем, микропроцессорный контроль основных параметров технологического процесса.

Габаритные размеры (ДхШхВ)	2450х1000х1430 мм
Вес	460 кг
Ширина конвейера	320 мм
Скорость конвейера	0,5 – 3 м/мин
Угол наклона конвейера	4 – 7° (регулируемый)
Емкость бака с флюсом	10 л
Время прогрева установки	2,5 часа
Длина зоны преднагрева	600 – 800 мм
Мощность модуля пайки	6,2 кВт
Емкость ванны с припоем	360 кг (SnPb 64/36) 410 кг (бессвинцовый)
Электропитание	400 Вольт, трехфазная сеть
Потребляемая мощность	13 – 23 кВт
Производительность вытяжки (с флюсователем распылением)	400 (800) м³/час

Источник