ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН БРАКА ПРИ КОНВЕКЦИОННОМ МЕТОДЕ ПАЙКИ НА КОНВЕЙЕРНОЙ КОНВЕКЦИОННОЙ ПЕЧИ

INVESTIGATION OF THE CAUSES OF DEFECTS DURING SURFACE MOUNTING ON AN AUTOMATIC INSTALLER OF SMD COMPONENTS

Maxim Egorov

2nd year Master's student Department of Construction and Technology of Electronic Means, Orel State University named after I. S. Turgenev,

Russia, Eagle

Vladislav Mishin

Scientific supervisor, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Oryol State University named after I. S. Turgenev,

Russia, Eagle

АННОТАЦИЯ

В ходе исследования причин брака при конвекционном методе пайки на конвейерной конвекционной печи на производстве были выявлены основные типы дефектов, а также их последствия. Тщательно изучены причины образования дефектов и была подобрана методика их предотвращения. Таким образом, была произведена систематизации знаний, полученных в ходе исследования, а также разработана методика выявления и исправления брака при поверхностном монтаже методом трафаретной печати печатных плат.

ABSTRACT

During the study of the causes of defects in the convection soldering method on a conveyor convection oven in production, the main types of defects were identified, as well as their consequences. The causes of defects have been thoroughly studied and a method of preventing them has been selected. Thus, the systematization of the knowledge obtained during the study was carried out, and a technique for detecting and correcting defects during surface mounting by screen printing of printed circuit boards was developed.

Ключевые слова: печь, дефект, компонент, контактная площадка, печатная плата, конвейер, паяльная паста.

Keywords: furnace, defect, component, contact pad, printed circuit board, conveyor, solder paste.

Целью настоящей работы является снижение брака, возникающего при конвекционном методе пайки с использованием конвейерной конвекционной печи на SMT линии. Будут рассмотрены основные виды брака, причины его появления и способы устранения.

На предприятии используется конвейерная конвекционная печь ETA-E8 (рис.1). Печь имеет 8 верхних и нижних зон нагрева, с максимальной рабочей температурой до 300 ᵒС. Печатная плата с нанесенной паяльной пастой и установленными компонентами, проходит зоны печи с разными температурными режимами, что позволяет обеспечить плавный и контролируемый прогрев и охлаждение исключая вероятность возникновения температурного стресса.

Рисунок 1. Конвейерная конвекционная печь ETA

Типовые дефекты при конвекционном методе пайки на конвейерной конвекционной печи представлены в таблице 1.

Таблица 1

Типовые дефекты пайки в конвекционной печи

Рассмотрим основные причины возникновения дефектов, приведенных в таблице 1, и способы их устранения, и предотвращения.

Первая причина брака – недостаточная прогреваемость поверхностей паек. Конвекционный метод пайки, как известно, осуществляется при помощи потока горячего воздуха, который согревает поверхности деталей и паяльный материал. Однако, при некорректной настройке печи или недостаточно качественном материале для паек, температура может быть недостаточной, что не позволяет обеспечить правильное соединение деталей. Вторая причина – неправильное соотношение температур между различными зонами печи. Конвейерная конвекционная печь имеет несколько зон нагрева, каждая из которых должна быть настроена на свою температуру. Если температура в каждой зоне не соответствует требуемым параметрам, то детали не смогут правильно соединиться.

Первые две причины связаны с настройкой термопрофиля печи. Термопрофиль для каждого устройства подбирается отдельно, исходя из следующих параметров:

• Конструкция и материал печатной платы;
• Тип и размер компонентов;
• Количество и плотность размещения компонентов на печатной плате;
• Тип используемой паяльной пасты.

Температурный профиль включает в себя четыре этапа – предварительный нагрев, стабилизацию, оплавление и охлаждение.

В пасте для пайки присутствует канифоль, которая при температуре более 90 °С начинает размягчаться, а растворитель с высокой точкой кипения испаряется. Если температура повышается слишком быстро, то процесс размягчения материала превалирует, что может вызвать дефекты в виде бусинок припоя по бокам чип-компонентов. При пайке важно учитывать, что при температуре около 150 °С происходит максимальная активизация флюса и испарение растворителя. Когда температура достигает ликвидуса пайки, то расплавляется припой и формируется единая масса. На последней стадии процесса – охлаждении – происходит отверждение припоя и канифоли. При этом припой растекается по очищенным флюсом поверхностям металла. Настройкой и регулировкой термопрофиля печи занимается технолог.

Третья причина – неправильное использование паяльного материала. Как и в любом другом процессе пайки, правильный выбор и использование паяльного материала важны для обеспечения качественного соединения. Если был выбран некачественный материал или он использовался не по инструкции, то качество соединения может оказаться недостаточным. Четвертая причина – некачественное оборудование. Некачественные детали или неправильно настроенное оборудование могут привести к тому, что процесс пайки будет некачественным.

Третья и четвертая причины связаны с материальным обеспечением предприятия. Для предотвращения возникновения данных причин необходимо своевременно обеспечивать предприятие должными материалами и заблаговременно проводить ТО используемого оборудования. В целом, чтобы избежать брака при конвекционном методе пайки на конвейерной конвекционной печи, необходимо уделять внимание правильному выбору оборудования, его настройке, правильному выбору и использованию паяльного материала, а также контролировать температуру в каждой зоне печи. Если все эти условия будут соблюдены, то качество паянных соединений будет высоким, а брак – минимальным.

Список литературы:

1. Конвекционная пайка. Обзор технологии. [Электронный ресурс]: – Режим доступа: https://ostec-smart.ru/media/publications/montazh-vyvodnykh-komponentov/konvektsionnaya-payka/
2. Печь с конвейерной лентой [Электронный ресурс]: – Режим доступа: https://en.wikipedia.org/wiki/Conveyor_belt_furnace
3. Поверхностный монтаж [Электронный ресурс]: – Режим доступа: ru.wikipedia.org/wiki/Поверхностный_монтаж