Пайка электромонтажных соединений

Основным требованием, предъявляемым к электромонтажным паяным соединениям, является обеспечение низкого переходно­го сопротивления и высокой надежности.

Пайка почти всех электромонтажных соединений РЭА осуще­ствляется тремя способами:

1) вручную электропаяльником;

2) погружением в расплавленный припой с использованием специального оборудования;

3) волной расплавленного припоя.

Работа электромонтажника в настоящее время осложняется воз­росшей плотностью монтажа. В современной РЭА плотность толь­ко самих монтажных соединений составляет 10... 15 соединений на 1 см2.

Применение фольгированных диэлектриков с улучшенными прочностными характеристиками позволило резко сократить за­зоры между печатными проводниками (до 0,25 мм) и уменьшить контактные площадки (до 0,3 мм по ширине). В связи с ограни­ченной термостойкостью элементов печатного монтажа приходится снижать температуру пайки, поддерживая ее в узком интервале, а также сокращать время пайки.

Большая плотность монтажа обусловливает ограничение раз­меров соединений и ужесточение требований к точности их вы­полнения и обеспечению стабильности свойств.

Пайка монтажных соединений электрическим паяльником дол­жна обеспечивать высокое качество и надежность электрического контакта, а также необходимую прочность паяного соединения.

Марка припоя и флюса для пайки монтажных соединений вы­бирается в зависимости от металлов, подвергаемых пайке, допус­тимого нагрева паяемых деталей, конструктивных требований и условий эксплуатации деталей и узлов.

Основными критериями при выборе электропаяльника явля­ются:

максимальная рабочая температура;

теплоемкость наконечника и время его повторного разогрева;

масса и теплоемкость паяемых (соединяемых пайкой) деталей.

Следует .иметь в виду, что рабочая температура и теплоемкость тесно связаны с мощностью и конструкцией паяльника.

Максимальная рабочая температура выбирается с учетом уста­новившегося теплового режима, когда количество теплоты, вы­деляемой нагревательной обмоткой, равно количеству теплоты, теряемой в окружающую среду. Рекомендуемая максимальная тем­пература наконечника должна быть на 50...70°С выше температу­ры плавления припоя.

Теплоемкость наконечника является показателем количества теп­лоты, запасенной в нем для выполнения пайки. Это количество теплоты должно быть передано от наконечника паяльника к мес­ту соединения деталей за определенное время, которое обычно не превышает 3...5 с.

Теплоемкость зависит от геометрических размеров наконечни­ка, его материала и мощности паяльника (чаще она либо слиш­ком мала, либо завышена, что приводит к непропаю или пере­нагреву участка пайки).

Время повторного разогрева наконечника представляет собой пе­риод, в течение которого он нагревается до максимальной рабб-чей температуры после каждого цикла пайки (с момента отведения электропаяльника от запаянного узла до момента прикосно­вения электропаяльника к вновь запаиваемому узлу). Это время является косвенной функцией мощности паяльника, его тепло­емкости и габарита паяного узла и должно быть минимальным (до 10 с). Масса рабочего наконечника и электрическая мощность элек­тропаяльника должны приблизительно соответствовать массе со­единяемых деталей. Данные для выбора диаметра медного нако­нечника в зависимости от мощности электропаяльника приведе­ны в табл. 1.3.

Таблица 1.3

Размер диаметра медного наконечника в зависимости от мощности электропаяльника

При электромонтаже и пайке деталей в качестве основного ин­струмента применяют электрические паяльники (рис. 1.2) с на­пряжением питания не более 36 В. Корпус электропаяльника и наконечник должны быть заземлены.

Во время работы электропаяльник должен находиться на рабо­чем месте с правой стороны от электромонтажника. Токопроводящий шнур электропаяльника должен быть гибким, так как от его эластичности зависят удобство работы с электропаяльником и скорость выполнения операций пайки.

Конструкция электропаяльника зависит от его назначения и способа выполнения нагревательного элемента. Электропаяльни­ки подразделяются на следующие группы:

с нагревательным элементом в виде нихромовой спирали (с внутренним и наружным обогревом наконечника);

с импульсным нагревательным элементом в виде нихромовой петли, которая одновременно является наконечником;

с электроконтактным нагревом (паяльные клещи).

Для пайки электрорадиоэлементов, печатного монтажа, мик­ропроводов и интегральных микросхем применяются малогаба­ритные электропаяльники различной мощности (от 12 до 50 Вт) с внутренним нагревательным элементом. Температура нагрева тор­ца паяльного наконечника должна составлять 260 °С.

Пайка монтажных проводов с соединителями производится паяльником мощностью 60...90 Вт со сменным нагревательным элементом (рис. 1.3).

Для пайки печатных узлов с полупроводниковыми элемента­ми используются электропаяльники с автоматической регули­ровкой температуры. В этом случае датчиком температуры слу­жит термопара, спай которой находится в паяльном жале на рас­стоянии 30...40 мм от рабочего конца паяльника. Показания тер­мопары по номограммам пересчитываются с учетом рабочей тем­пературы. Точность регулировки нагрева должна составлять ± 2 °С на спае термопары, причем на рабочем торце наконечника тем­пература может понижаться до 20...30 °С за счет инерционности теплового поля.

Для пайки кабельных наконечников различных типов и сече­ний с монтажными проводами, а также крупных электрорадио­элементов с массивными выводами применяются электропаяль­ники с наружными нагревательными элементами (рис. 1.4) мощностью 90... 120 Вт. Температура разогрева торца паяльного нако­нечника таких паяльников может достигать 400 °С.

Для пайки электромонтажных соединений твердыми припоя­ми (ПСр) с температурой плавления от 400 "С и выше применя­ется специальный электропаяльник с наконечником из нихромовой проволоки в виде петли, выполняющей функцию нагревательного элемента (рис. 1.5). Перед пайкой петлю из нихромовой проволоки облуживают припоем, которым производят пайку. Для пайки крупногабаритных электромонтажных соединений твердыми припоями в некоторых случаях используются контактные кле­щи с угольными электродами.

Паяльные наконечники различают по геометрическим параметрам (длине, диаметру, форме загиба наконечника, форме за­точки его рабочего конца); конструктивно-компоновочным осо­бенностям (способу размещения нагревательного элемента); спо­собу крепления к корпусу паяльника; основным технологическим показателям (теплоемкости, теплопроводности, теплоотдаче в атмосферу, материалу наконечника и его покрытию). Длина на­конечника в зависимости от расположения паяных соединений в схеме может составлять от 2... 10 до 30...50 мм. Для изготовления наконечников обычно применяются медь марки Ml (реже М2, МЗ), никель, вольфрам.

Рис. 1.6. Типы паяльных наконечников (а)

и формы заточки их рабочей части:

б — пирамидка; в — четырехгранный клин;

г — клин; д — конус; е. — срезанный конус

В процессе пайки рабочая часть наконечника из меди довольно быстро изнашивается и окисляется, поэтому медные наконечни­ки электропаяльников для увеличения срока службы покрывают тонким слоем железа или никеля толщиной 40...60 мкм, а рабо­чую часть наконечника облуживают припоем ПОС-60, используя в качестве флюса хлористый цинк.

Геометрия рабочей части наконечника электропаяльника должна обеспечивать захват необходимой дозы жидкого при­поя для обеспечения качественной пайки. Основные типы па­яльных наконечников и форма заточки рабочей части приве­дены на рис. 1.6.

Для выпайки микросхем из платы используют специальные насадки, надеваемые на наконечник электропаяльника (рис. 1.7).

После выбора и подготовки электропаяльника к пайке ре­комендуется выполнить проб­ные пайки для установления ре­жима работы паяльника (тем­пературы рабочей части нако­нечника), после чего можно приступать к пайке РЭА. Луже­ние выводов электрорадиоэле­ментов и жил проводов произ­водится с использованием спе­циальных электрованн, содер­жащих расплавленный припой. Лужение осуществляется вруч­ную погружением деталей в рас­плавленный припой (рис. 1.8). Прочность паяных механи­ческих соединений проверяется покачиванием проводника около места соединения с помощью пинцета или на вибрационных стен­дах. Проверенные паяные электромонтажные соединения необхо­димо закрашивать цветными прозрачными лаками во избежание повторного осмотра.