Навигация по справочным таблицам
- Таблица температурных параметров
- Таблица скоростей конвейера
- Таблица расхода флюса
- Таблица высоты волны
- Таблица времени контакта
- Таблица типов флюсов
Температурные параметры волновой пайки
| Тип компонентов | Температура припоя (°C) | Предварительный нагрев (°C) | Скорость нагрева (°C/с) | Рекомендации |
|---|---|---|---|---|
| Выводные компоненты | 245-260 | 90-120 | ≤ 2 | Стандартные режимы |
| SMD компоненты | 235-250 | 110-130 | ≤ 2 | Снижение термоудара |
| Многослойные платы | 250-260 | 110-150 | ≤ 1.5 | Увеличенный предварительный нагрев |
| Массивные компоненты | 255-260 | 120-150 | ≤ 2 | Коротковолновые нагреватели |
Скорости конвейера и времени контакта
| Тип платы | Скорость конвейера (м/мин) | Время контакта (с) | Угол наклона (°) | Применение |
|---|---|---|---|---|
| Односторонние | 1.2-2.0 | 2-3 | 5-7 | Массовое производство |
| Двусторонние | 0.8-1.5 | 3-5 | 6-8 | Повышенные требования |
| Многослойные | 0.5-1.0 | 4-8 | 7-9 | Критичные соединения |
| С плотным монтажом | 0.7-1.3 | 2.5-4 | 6-8 | Оптимальное качество |
Расход флюса по типам применения
| Метод нанесения | Расход (г/дм²) | Высота нанесения (мм) | Давление (бар) | Особенности |
|---|---|---|---|---|
| Пенное флюсование | 0.8-1.0 | 8-12 | 0.1-0.3 | Равномерное покрытие |
| Распыление | 1.0-1.2 | 10-15 | 0.5-1.5 | Точное дозирование |
| Селективное нанесение | 0.6-0.9 | 5-10 | 0.2-0.8 | Локальная обработка |
| Волной флюса | 1.1-1.4 | 12-18 | 0.3-0.7 | Максимальное покрытие |
Параметры высоты волны
| Тип волны | Высота (мм) | Ширина зоны контакта (мм) | Скорость потока (м/с) | Назначение |
|---|---|---|---|---|
| Турбулентная (первая) | 7.0 | 15-25 | 0.8-1.2 | Активная пайка, заполнение отверстий |
| Ламинарная (вторая) | 6.5-7.0 | 70-90 | 0.3-0.6 | Удаление перемычек, формирование галтелей |
| Мини-волна | 8-15 | 5-15 | 0.5-1.0 | Селективная пайка |
| Плоская волна | 5-8 | 70-90 | 0.2-0.5 | Высокая производительность |
Время контакта в зависимости от температуры
| Температура припоя (°C) | Время контакта (с) | Толщина платы (мм) | Тип припоя | Результат пайки |
|---|---|---|---|---|
| 235 | 3.5-4.0 | 1.0-1.6 | Бессвинцовый | Качественная при увеличенном времени |
| 245 | 3.0-3.5 | 1.0-2.0 | Бессвинцовый | Оптимальная |
| 250 | 2.5-3.0 | 1.0-2.5 | Бессвинцовый/Свинецсодержащий | Быстрая качественная |
| 260 | 2.0-2.5 | 0.8-3.0 | Свинецсодержащий | Высокая скорость |
Типы флюсов для волновой пайки
| Тип флюса (IPC) | Основа | Активность | Отмывка | Применение |
|---|---|---|---|---|
| ROL0 | Канифоль | Низкая | Безотмывочный | Ответственная электроника |
| REL0 | Синтетическая смола | Средняя | Безотмывочный | Универсальное применение |
| REL1 | Синтетическая смола | Повышенная | Безотмывочный | Массовое производство |
| ORM0 | Органическая | Средняя | Водосмывной | Высокие требования к чистоте |
Оглавление статьи
Основы технологии волновой пайки
Волновая пайка представляет собой автоматизированный технологический процесс групповой пайки электронных компонентов на печатных платах. Технология основана на создании стационарной волны расплавленного припоя, через которую проходят печатные платы с установленными компонентами.
Процесс волновой пайки включает несколько последовательных этапов. Первым этапом является нанесение флюса на поверхность печатной платы методом распыления или пенообразования. Флюс удаляет оксидные пленки с металлических поверхностей и предотвращает окисление в процессе нагрева.
Вторым этапом выполняется предварительный нагрев платы до температуры 90-150°C в зависимости от типа компонентов и конструкции платы. Предварительный нагрев активирует флюс, удаляет растворители и предотвращает термический удар при контакте с расплавленным припоем.
Третьим этапом происходит собственно пайка - плата проходит над волной расплавленного припоя при температуре 245-260°C. Припой смачивает контактные площадки и выводы компонентов, проникает в металлизированные отверстия под действием капиллярных сил, формируя качественные паяные соединения.
Расчет температурных параметров
Температурные параметры волновой пайки критически важны для обеспечения качества паяных соединений. Температура припоя в ванне должна поддерживаться в диапазоне 245-260°C для бессвинцовых припоев и может быть снижена до 235-250°C для свинецсодержащих сплавов.
Для односторонних плат: Тпред = 90-110°C
Для двусторонних плат: Тпред = 100-120°C
Для многослойных плат (>4 слоев): Тпред = 110-150°C
Скорость нагрева не должна превышать 2°C/с во избежание термических деформаций.
Выбор температуры предварительного нагрева зависит от нескольких факторов. Конструкция печатной платы влияет на теплораспределение - многослойные платы требуют более высокой температуры для равномерного прогрева всех слоев. Тип установленных компонентов также важен - массивные металлические корпуса требуют дополнительного нагрева.
Тип флюса определяет температуру его активации. Флюсы на спиртовой основе требуют температуры 90-120°C для полного удаления растворителя, в то время как водные флюсы нуждаются в повышении температуры до 130-150°C для испарения воды.
Оптимизация скорости конвейера
Скорость конвейера является ключевым параметром, определяющим время контакта печатной платы с волной припоя и, следовательно, качество формируемых соединений. Оптимальная скорость составляет 0,7-1,3 м/мин для большинства применений, обеспечивая время контакта 2,5-4 секунды.
Расчет времени контакта выполняется по формуле: t = L / V, где L - длина зоны контакта с волной (обычно 70-90 мм для ламинарной волны), V - скорость конвейера в м/мин. При скорости 1,0 м/мин и длине зоны контакта 80 мм время контакта составит 4,8 секунды.
Исходные данные: плата 100х80 мм, толщина 1,6 мм, 120 компонентов
Температура припоя: 250°C
Рекомендуемая скорость: 1,0 м/мин
Время контакта: 3,2 с
Производительность: 600 плат/час
Угол наклона конвейера влияет на качество пайки и составляет обычно 5-9 градусов. Оптимальным считается угол 7 градусов, обеспечивающий хорошее стекание избытка припоя и предотвращающий образование перемычек между близко расположенными контактами.
Увеличение угла наклона способствует лучшему стеканию припоя, но может ухудшить проникновение расплава в сквозные отверстия большого диаметра. Уменьшение угла улучшает заполнение отверстий, но повышает риск образования перемычек и сосулек припоя.
Типы и характеристики флюсов
Выбор флюса критически важен для успешной волновой пайки. Современные флюсы классифицируются согласно стандарту IPC/ANSI-J-STD-004 по основе, активности и требованиям к отмывке. Основными типами являются канифольные (RO), синтетические (RE) и органические (OR) флюсы.
Канифольные флюсы типа ROL0 изготавливаются на основе природной канифоли с добавлением растворителей и активаторов. Они обеспечивают стабильные результаты пайки, легко отмываются и подходят для ответственной электроники. Содержание твердых веществ составляет 2-4% по массе.
Синтетические флюсы типа REL0 и REL1 производятся на основе синтетических смол с контролируемыми свойствами. Они обладают повышенной активностью по сравнению с канифольными, обеспечивают лучшее смачивание окисленных поверхностей и подходят для массового производства.
Органические флюсы типа ORM0 состоят из низкомолекулярных органических кислот и растворителей. При нагреве активные компоненты практически полностью испаряются, оставляя минимальные остатки. Такие флюсы требуют обязательной отмывки водными растворами.
Методы нанесения флюса включают пенное флюсование и распыление. Пенное флюсование обеспечивает равномерное покрытие при расходе 0,8-1,0 г/дм², в то время как распыление позволяет более точно контролировать количество наносимого флюса при расходе 1,0-1,2 г/дм².
Параметры высоты волны и времени контакта
Высота волны припоя является критическим параметром, определяющим качество смачивания и заполнения сквозных отверстий. Для турбулентной волны оптимальная высота составляет 7 мм, для ламинарной волны - 6,5-7 мм от верхней точки волнообразователя до нижней поверхности печатной платы.
Двухволновая технология использует последовательность турбулентной и ламинарной волн. Турбулентная волна обеспечивает активное заполнение отверстий и смачивание контактных площадок благодаря высокой скорости потока припоя 0,8-1,2 м/с. Ламинарная волна с низкой скоростью потока 0,3-0,6 м/с удаляет перемычки и формирует аккуратные галтели.
Турбулентная волна: ширина зоны 20 мм, скорость 1,2 м/мин → время 1,0 с
Ламинарная волна: ширина зоны 80 мм, скорость 1,2 м/мин → время 4,0 с
Общее время контакта: 5,0 с
Время контакта зависит от температуры припоя и должно корректироваться соответственно. При температуре 250°C достаточно 2,5-3,0 секунды для качественной пайки, в то время как при пониженной температуре 235°C требуется увеличение времени до 3,5-4,0 секунд.
Селективная пайка использует мини-волны высотой 8-15 мм для локальной обработки определенных областей платы. Это позволяет паять только необходимые компоненты, избегая воздействия на температурно-чувствительные элементы, уже установленные методом поверхностного монтажа.
Стандарты и нормативные требования
Технология волновой пайки регламентируется комплексом международных и национальных стандартов. Основными российскими стандартами являются ГОСТ Р МЭК 61192-1-2010 и ГОСТ Р 56427-2022, устанавливающие требования к технологии сборки печатных узлов и монтажа электронных модулей.
ГОСТ Р МЭК 61192-1-2010 определяет общие технические требования к качеству печатных узлов, включая параметры паяных соединений, методы контроля и критерии приемки. Стандарт устанавливает классификацию изделий по назначению: класс A - общего применения, класс B - специализированная аппаратура, класс C - ответственного назначения.
Международный стандарт IPC/ANSI-J-STD-004 регламентирует требования к флюсам для пайки, их классификацию и методы испытаний. Стандарт определяет систему маркировки флюсов по трем критериям: тип основы (R, RE, OR), уровень активности (L, M, H) и галогенное число (0, 1).
Требования к условиям производства включают контроль температуры и влажности в рабочих помещениях, поддержание избыточного давления для предотвращения попадания загрязнений, запрет на прием пищи и курение в производственных зонах.
Контроль качества припоев осуществляется согласно требованиям стандартов с периодичностью анализа не реже одного раза в месяц. При превышении допустимых уровней загрязнений медью, цинком или другими металлами интервалы контроля должны быть сокращены согласно ГОСТ Р 56427-2022.
Контроль качества и устранение дефектов
Контроль качества волновой пайки включает визуальный осмотр, автоматическую оптическую инспекцию и электрические испытания. Основными дефектами являются непропаи, перемычки, недостаточное заполнение отверстий, образование шариков припоя и неправильная форма галтелей.
Непропаи возникают при недостаточной температуре припоя, неправильном составе флюса, загрязнении контактных поверхностей или слишком высокой скорости конвейера. Устранение требует корректировки температурного режима, замены флюса или снижения скорости обработки.
Матовая поверхность пайки - низкая температура или окисленный припой
Шарики припоя - избыточный флюс или недостаточный предварительный нагрев
Перемычки - высокая скорость конвейера или неправильный угол наклона
Перемычки между соседними контактами образуются при избыточном количестве припоя, неправильной геометрии волны или недостаточном угле наклона конвейера. Профилактика включает оптимизацию высоты волны, увеличение угла наклона до 8-9 градусов и использование дешунтирующего воздушного ножа.
Недостаточное заполнение сквозных отверстий указывает на неправильное соотношение времени контакта и температуры припоя. Для многослойных плат требуется увеличение температуры предварительного нагрева до 130-150°C и снижение скорости конвейера для увеличения времени контакта.
Автоматический контроль качества осуществляется системами оптической инспекции (AOI), которые анализируют форму и размеры паяных соединений, выявляют отсутствующие компоненты и измеряют объем припоя в соединениях. Современные системы обеспечивают скорость контроля до 1000 компонентов в минуту при точности обнаружения дефектов 99,5%.
Часто задаваемые вопросы
Для бессвинцовых припоев типа SAC305 оптимальная температура составляет 245-260°C. При температуре 250°C обеспечивается хорошее смачивание при времени контакта 2,5-3 секунды. Температура ниже 240°C может привести к холодным паяным соединениям, а выше 265°C - к чрезмерному окислению припоя.
Время контакта рассчитывается по формуле: t = L / V, где L - длина зоны контакта (мм), V - скорость конвейера (мм/с). Для ламинарной волны с длиной зоны 80 мм при скорости 20 мм/с время составит 4 секунды. Оптимальное время контакта - 2,5-4 секунды в зависимости от температуры.
Нормальный расход флюса составляет 0,8-1,2 г/дм² в зависимости от метода нанесения. Пенное флюсование обычно требует 0,8-1,0 г/дм², распыление - 1,0-1,2 г/дм². Превышение нормы может привести к образованию шариков припоя и загрязнению волны.
Перемычки образуются из-за нескольких факторов: слишком высокая скорость конвейера, недостаточный угол наклона (менее 5°), избыточная высота волны, неправильная геометрия контактных площадок. Решение включает снижение скорости до 0,8-1,2 м/мин, увеличение угла до 7-8° и оптимизацию высоты волны.
Турбулентная волна имеет высокую скорость потока (0,8-1,2 м/с) и предназначена для активного заполнения отверстий и удаления газов. Ламинарная волна с низкой скоростью потока (0,3-0,6 м/с) обеспечивает удаление перемычек и формирование качественных галтелей. В двухволновых системах они работают последовательно.
Выбор зависит от требований к качеству и отмывке. Для ответственной электроники используют ROL0 (канифольный безотмывочный), для массового производства - REL1 (синтетический активированный), для изделий с высокими требованиями к чистоте - ORM0 (органический водосмывной). Учитывают также совместимость с защитными покрытиями.
Критичны температура (90-150°C в зависимости от типа платы), скорость нагрева (не более 2°C/с) и время выдержки для активации флюса. Для многослойных плат требуется 110-150°C, для односторонних достаточно 90-110°C. Недостаточный нагрев приводит к выделению газов в волну припоя.
Контроль включает визуальную инспекцию (форма галтели, отсутствие трещин), автоматическую оптическую инспекцию AOI (геометрия соединений), рентгеновский контроль (заполнение отверстий) и электрические испытания (сопротивление переходов). Критерии качества определяются стандартами IPC-A-610 и ГОСТ Р МЭК 61192.
Источники информации
Данная статья основана на следующих источниках:
- ГОСТ Р МЭК 61192-1-2010 "Печатные узлы. Требования к качеству"
- ГОСТ Р 56427-2022 "Пайка электронных модулей радиоэлектронных средств"
- IPC/ANSI-J-STD-004 "Требования к флюсам для пайки"
- ОСТ 107.460091.001-86 "Удельные нормы расхода припоев и флюсов"
- Технические материалы производителей оборудования волновой пайки
- Исследования в области технологии электронного монтажа
Отказ от ответственности
Важное уведомление: Данная статья носит исключительно информационный и ознакомительный характер. Представленные расчеты, параметры и рекомендации предназначены для общего понимания технологии волновой пайки и не заменяют профессиональных консультаций специалистов.
Автор и компания не несут ответственности за возможные последствия применения информации из данной статьи в производственных процессах. Перед внедрением любых технологических решений обязательно проконсультируйтесь с квалифицированными инженерами-технологами и проведите предварительные испытания.
Все параметры и режимы должны быть адаптированы под конкретное оборудование, материалы и требования производства с учетом действующих стандартов и норм безопасности.
