ГОСТ Р МЭК 61191-1-2017. Национальный стандарт Российской Федерации. Печатные узлы. Часть 1. Поверхностный монтаж и связанные с ним технологии. Общие технические требования

8 Требования к пайке печатного узла

 

8.1 Общие требования

Подробные требования к технологическим процессам ручной и машинной пайки изложены в следующих подразделах.

8.2 Общие требования

8.2.1 Технологический процесс пайки

Технологические процессы пайки, как они заданы в настоящем стандарте, не должны приводить к повреждению компонентов или печатных узлов.

8.2.2 Техническое обслуживание установок

Установки, применяемые в технологических процессах пайки, должны технически обслуживаться для обеспечения производительности и эффективности, соответствующих [расчетным] параметрам, установленным изготовителем оригинального оборудования.

Процедура и план технического обслуживания должны быть оформлены документами для обеспечения воспроизводимости процесса.

8.2.3 Обращение с компонентами

С компонентами следует обращаться так, чтобы предотвратить повреждение выводов и исключить необходимость в дальнейших операциях их выпрямления. После установки компонентов на печатные платы транспортировка (вручную или конвейером) печатного узла к месту пайки и последующая обработка производятся способом, исключающим смещение компонентов, которое могло бы вредно воздействовать на формирование допустимых паяных соединений. После выполнения операций пайки печатный узел должен быть достаточно охлажден, чтобы припой успел затвердеть для предотвращения растрескивания нагретого припоя в процессе перемещения.

8.2.4 Предварительный нагрев

Перед пайкой печатный узел рекомендуется предварительно нагревать для сведения к минимуму присутствия легкоиспаряющихся растворителей, уменьшения разброса температуры по плате, уменьшения теплового удара на платы и компоненты, повышения текучести припоя и сокращения пребывания припоя в расплавленном состоянии. Воздействие температуры предварительного нагрева не должно ухудшать качество печатных плат, компонентов или качество пайки.

8.2.5 Технологическая тара

Технологическая тара, применяемая для транспортировки печатных плат в линии сборки, должна быть изготовлена из такого материала, а также иметь конструкцию и форму, которые не приведут к ухудшению паяемости, или к ухудшению параметров плат, или элементов и возможности ЭСР на компоненты.

8.2.6 Прижим выводов компонентов поверхностного монтажа

Короткие, жесткие или толстые выводы компонентов поверхностного монтажа не должны прижиматься с усилием (например, от измерительных зондов) во время затвердевания припоя, вследствие чего внутренние напряжения уменьшают надежность соединения. Не рекомендуется прогибать выводы на величину более двукратной толщины вывода устройством резистивной пайки оплавлением (например, пайки расщепленным электродом, коротким стержнем, теплопередачей). Для коротких или толстых выводов прогиб рекомендуется выполнять меньше двукратной толщины выводов.

8.2.7 Подача тепла

Элементы, предназначенные для пайки, должны быть достаточно нагреты, чтобы обеспечить полное расплавление припоя и смачивание паяемой поверхности.

8.2.8 Охлаждение

Соединения не должны подвергаться нежелательному перемещению или нежелательной механической нагрузке во время затвердевания припоя. Допускается применять регулируемое охлаждение в соответствии с документально оформленным процессом.

8.3 Пайка оплавлением

8.3.1 Требования

Подробные требования к операциям пайки оплавлением изложены в следующих пунктах. Методы оплавления припоя для соединения компонентов поверхностного монтажа включают в себя, но не ограничиваются инфракрасным оплавлением, оплавлением в паровой фазе, конвекционным оплавлением (горячим воздухом или газом), лазерным оплавлением, оплавлением термодами (горячий нагревательный элемент) или оплавлением вследствие теплопроводности. Рекомендуется, чтобы они обеспечивали:

a) возможность регулируемого предварительного нагрева печатных узлов;

b) достаточную теплоемкость для разогрева и поддержания температур пайки в диапазоне тепловых масс компонентов и размеров соединений в пределах +/- 5 °C от выбранного для них температурного профиля во всем диапазоне требуемого непрерывного производственного цикла пайки;

c) ограничение воздействий теплового удара под действием быстрых нагрева и охлаждения соединяемых поверхностей;

d) минимальное влияние эффектов затенения и цвета на скорость нагрева каждого из компонентов.

8.3.2 Разработка процесса пайки оплавлением

Изготовители должны установить и соблюдать процесс пайки оплавлением, который должен воспроизводиться в рамках, установленных для технологического оборудования. Должна быть также разработана и выполняться инструкция для процесса пайки оплавлением. Изготовитель должен выполнять операции пайки оплавлением в соответствии с данными технологическими инструкциями. Технологический процесс должен включать в себя, как минимум, воспроизводимую температурно-временную кривую, в том числе для операции сушки/дегазации (если требуется), операции предварительного нагрева (если требуется), операции оплавления и операции охлаждения. Данные этапы могут быть частью стационарной или конвейерной системы или могут выполняться как ряд отдельных операций. Если температурно-временные профили настраиваются на различные печатные узлы или различные варианты печатного узла, то подобранные профили должны быть документально оформлены.

8.3.3 Нанесение флюса

Флюс, если он применяется, должен наноситься до образования завершенного паяного соединения. Допускается, чтобы флюс был составной частью припойной пасты или трубчатого припоя. Любой флюс, удовлетворяющий требованиям подраздела 5.3, допускается применять при условии, что:

a) флюс или сочетание флюсов не повреждает компоненты;

b) последующий процесс очистки (если он требуется) достаточен, чтобы соответствовать требованиям к очистке, изложенным в разделе 9, и не повреждает изделие.

8.3.4 Нанесение припоя

8.3.4.1 Требования по обеспечению качества

На компоненты или платы или одновременно на те и другие должно наноситься достаточно припоя, чтобы обеспечить достаточное количество припоя на месте оплавления для соответствия требованиям к качеству изготовления по окончании технологического процесса.

8.3.4.2 Применение припойной пасты

Методы нанесения припойной пасты на контактные площадки, предназначенные для поверхностного монтажа, включают в себя, но не ограничиваются, сеткографию или трафаретную печать, дозирование или перенос. Для обеспечения надлежащего качества обращение с припойной пастой должно осуществляться в соответствии с рекомендациями поставщика материала. Рекомендуется избегать повторного применения или смешивания припойной пасты, находившейся в открытом состоянии в течение чрезмерно длительных периодов (например, от 1 до 24 ч в зависимости от материала), со свежей пастой.

8.3.4.3 Нанесение твердого припоя (SSD)

Контактные площадки для поверхностного монтажа могут быть покрыты заданным количеством припоя в процессе изготовления печатных плат.

Допускается применение разных методов нанесения припоя, например:

a) гальваническая металлизация Sn-Pb; такая металлизация не должна применяться при пайке припоем, не содержащим свинец;

b) нанесение припойной пасты сеткографией или трафаретной печатью с последующим оплавлением припоя; данный процесс допускается использовать совместно или отдельно от операции выравнивания припоя на контактных площадках;

c) нанесение расплавленного припоя;

d) нанесение частиц припоя в связующем флюсе (технология осаждения припоя в твердом виде).

Припой в твердом виде на контактных площадках должен иметь:

e) гальваническую или расплавленную интерметаллическую связь с контактной площадкой, предназначенной для компонента поверхностного монтажа;

f) достаточную толщину для получения надежного паяного соединения методом оплавления;

g) достаточную точность нанесения на контактную площадку для компонента поверхностного монтажа;

h) соответствие плоскостности осажденного припоя требованиям применяемого компонента; например, компоненты с малым шагом выводов требуют лучшей плоскостности, чем большая часть других компонентов.

Количество припоя должно быть установлено.

8.4 Механизированная пайка погружением (не оплавление)

8.4.1 Общие требования

Подробные требования к технологическим процессам ручной и машинной пайки изложены в следующих пунктах. Рекомендуется, чтобы эти процессы обеспечивали:

a) возможность нанесения флюса на все точки, где требуется его наличие;

b) возможность использования управляемого предварительного нагрева печатных узлов;

c) теплоемкость для поддержания температуры пайки на поверхности печатного узла в пределах +/- 5 °C от номинальной температуры во всем диапазоне непрерывного производственного цикла пайки;

d) нагрев соединяемых поверхностей и охлаждение после пайки в пределах требований по ограничению теплового удара;

e) достаточную механическую энергию, чтобы свести к минимуму теневые эффекты и обеспечить процесс смачивания в труднодоступных местах и зазорах между близко установленными компонентами поверхностного монтажа.

8.4.2 Разработка процесса для механизированной пайки погружением

Изготовитель должен выполнять рабочие процедуры, описывающие технологический процесс пайки, и обеспечивать надлежащее функционирование автоматической установки пайки и сопутствующего оборудования. Для установки пайки данные процедуры, как минимум, должны задавать температуру предварительного нагрева, температуру припоя, скорость перемещения, периодичность проверочных измерений температуры, периодичность и метод анализа флюса (обязательно для флюсов с низким содержанием твердой составляющей) и частоту анализа ванны с припоем. Если любая из вышеописанных характеристик настраивается для иного печатного узла, иного номера чертежа или другого элемента, идентифицированного достоверным обозначением, то весь набор параметров, который будет применяться, должен быть оформлен документально.

8.4.3 Сушка или дегазация

До проведения пайки печатный узел допускается предварительно прогреть для уменьшения вредного воздействия влаги или других легкоиспаряющихся веществ.

8.4.4 Фиксирующая оснастка и материалы

Оснастка, материалы и способы, применяемые для фиксации элементов и компонентов на печатной плате на этапах предварительного нагрева, флюсования, пайки и охлаждения, не должны загрязнять, повреждать или ухудшать качество печатных плат и компонентов. Оснастка, материалы или способы должны быть достаточными для удержания компонента в заданном положении и должны позволять припою проходить сквозь металлизированные сквозные отверстия к контактным поверхностям.

8.4.5 Нанесение флюса

Применяемый флюс должен покрывать поверхности, предназначенные для пайки. Рекомендуется, чтобы флюс или метод его нанесения не разрушали компоненты и не снижали их надежность. При необходимости флюс должен разбавляться материалом, рекомендованным поставщиком флюса, для удовлетворения требований к нанесению флюса. Флюс должен быть достаточно высушен перед проведением пайки для предотвращения разбрызгивания припоя.

8.4.6 Ванна с припоем

8.4.6.1 Температура ванны с припоем

Температуру ванны с припоем при использовании составов припоя, определенных в 5.2, следует поддерживать в пределах, рекомендованных поставщиком припоя. Однако температура не должна превышать устойчивость к нагреванию припоем паяемых компонентов. Для сплавов, отличных от сплавов, перечисленных в 5.2, могут потребоваться другие диапазоны температур. Для всех сплавов отклонение температуры от номинальной должно находиться в пределах +/- 5 °C. Температура ванны не должна выходить за установленные пределы данного допуска.

Температура и время контакта между печатным узлом и припоем должны устанавливаться в зависимости от таких факторов, как предварительный нагрев, толщина платы, количество и размер контактов или проводников и тип компонентов. Период пребывания любой печатной платы в ванне с припоем должен ограничиваться временем, при котором не произойдет повреждения платы и установленных на ней компонентов.

8.4.6.2 Техническое обслуживание ванны с припоем

Чистота ванны с припоем в установке для пайки печатных узлов должна поддерживаться в соответствии с 6.4 и следующими требованиями:

a) шлак должен удаляться из ванны с припоем способом, исключающим его контакт с паяемыми изделиями; для удаления шлака допустимы автоматические или ручные методы;

b) допускается перемешивание паяльного масла с расплавленным припоем и его перенос к поверхности волной припоя или нанесение масла на поверхность волны припоя или ванны с припоем; уровень масла рекомендуется контролировать для предотвращения внедрения масла в отвердевшие паяные соединения;

c) припой в установках пайки должен регулярно анализироваться в соответствии с 6.4.

8.5 Ручная пайка

8.5.1 Требования

Подробные требования к ручной пайке изложены в следующих пунктах.

8.5.2 Ручная пайка паяльником

8.5.2.1 Нанесение флюса

Жидкий флюс, если применяется, должен наноситься на соединяемые поверхности до подачи тепла. Рекомендуется избегать избыточного количества флюса. При применении трубчатых припоев с сердцевиной из флюса припой должен помещаться в место, где при расплавлении он может растекаться и покрывать соединяемые элементы. При применении внешнего жидкого флюса вместе с трубчатыми припоями с сердцевиной из флюса данные флюсы должны быть совместимыми.

8.5.2.2 Нанесение припоя

Хорошо облуженное жало паяльника (см. 4.12) должно прикладываться к соединению, а припой - вводиться на стык жала и соединения для максимальной передачи тепла. После прогрева припой рекомендуется вводить в соединение, а не на жало паяльника. Припой подается на поверхность соединения рядом с жалом паяльника. Метод нанесения припоя должен быть таким, чтобы припой не оставался на корпусе компонента, загрязняя его. Припой и жало паяльника с припоем должны быстро отрываться от паяемого соединения. Припой должен наноситься только на одну сторону металлизированного сквозного отверстия. Температура жала паяльника не должна превышать установленную рабочую температуру для используемого припоя. При подаче тепла необходимо, чтобы время подачи тепла и температура находились в заданных пределах. Тепло допускается подавать на обе стороны металлизированного сквозного отверстия. Некоторые виды ручной пайки могут требовать предварительного нагрева для предотвращения повреждения компонентов.

8.5.2.3 Теплоотводы

При проведении ручной пайки рядом с корпусом теплочувствительного устройства рекомендуется использовать теплоотводы между жалом паяльника и корпусом компонента, что необходимо для ограничения теплового потока в компонент.

8.5.2.4 Капиллярное затекание припоя

Допускается ограниченное капиллярное затекание припоя во время пайки проводов. Затекание припоя не должно распространяться на часть провода, которая должна оставаться гибкой.

8.5.3 Ручная пайка оплавлением

8.5.3.1 Нанесение припоя

Необходимо наносить достаточное количество припоя на компоненты или на плату или на то и другое для обеспечения требований, предъявляемых к качеству конечного продукта. Методы нанесения припоя включают в себя дозирование, штырьковый перенос припойной пасты, применение проволочного или формованного припоя. При пайке оплавлением контактные площадки, на которые наносится припой, должны быть чистыми.

8.5.3.2 Методы оплавления

Изготовители должны применять технологический процесс оплавления, который обеспечивает повторяемость в пределах, заданных для оборудования оплавления с ручным управлением (например, оплавление горячим воздухом или газом, инфракрасным излучением). Должны быть разработаны и действовать инструкции для технологического процесса оплавлением, который должен выполняться в соответствии с данными технологическими инструкциями.

Технологический процесс должен, как минимум, включать в себя воспроизводимую температурно-временную характеристику, включая операцию сушки или дегазации (если требуется). Методы оплавления включают в себя горячевоздушные или газовые паяльные пистолеты, паяльники или горячий стержень (термод) или операции с лазерным оборудованием.

8.5.3.3 Экранирование

При выполнении ручной пайки оплавлением рекомендуется предусматривать соответствующее экранирование, при котором соседние компоненты (рядом с соединяемыми элементами) не повреждаются и паяные соединения соседних компонентов не расплавляются.