Электрорадиоэлементы устройства функциональной микроэлектроники и технология радиоэлектронных (стр. 96 из 102)

Рис. 6.17. Зависимость площади Рис. 6.18. Термический цикл смачивания от температуры припоя пайки паяльником

Требуемый температурный режим при индивидуальной пайке обеспечивается теплофизическими характеристиками применяемого паяльника:

температурой рабочего конца жала;

степенью стабильности этой температуры, обусловленной динамикой теплового баланса между теплопоглощением паяемых деталей,

теплопроводностью нагревателя и теплосодержанием паяльного жала; мощностью нагревателя и термическим КПД паяльника, определяющими

интенсивность теплового потока в паяемые детали.

В технологии ЭА поддержание на заданном уровне температуры жала паяльника является весьма важной задачей, поскольку при формировании электромонтажных соединений на печатных платах с использованием микросхем, полупроводниковых приборов и функциональных элементов, термочувствительных и критичных к нагреву, возможны выход из строя дорогих и дефицитных элементов, снижение надежности изделия. Особенно критична к температурному режиму ручная пайка паяльником, которая имеет следующие параметры: температура жала паяльника 280—320 С, время пайки не более 3 с. Однако из-за интенсивной теплоотдачи сначала в припой, набираемый на жало, а затем в паяемые элементы температура рабочей части жала паяльника снижается на 30—110 С и может выйти из оптимального температурного интервала пайки

(рис. 6.18).

Соотношение времени пайки и продолжительности пауз между пайками должно обеспечить восстановление рабочей температуры паяльного жала. Длительность восстановления зависит от теплопроводности жала, его длины, эффективной мощности нагревателя и степени охлаждения при пайке. Рекомендуемые мощности паяльников: для пайки ИМС и термочувствительных ЭРЭ 4, 6, 12, 18 Вт, для печатного монтажа 25, 30, 35, 40, 50, 60 Вт, для объемного монтажа 50, 60, 75, 90, 100, 120 Вт.

КПД паяльников имеет в настоящее время тенденцию к повышению от 35 до

55 % в связи с применением внутреннего обогрева жала вместо внешнего. Напряжение питания нагревателя выбирается равным 24, 36, 42 В, а в бытовых паяльниках — 220 В.

Стабилизация температуры рабочего жала паяльников достигается несколькими способами:

тиристорным терморегулятором, состоящим из датчика температуры, закрепляемого в паяльном жале на расстоянии 30—40 мм от рабочего торца и схемы управления. Точность регулирования температуры непосредственно в датчике достигает 2 С, однако на рабочем конце жала она достигает 5—10 С за счет инерционности теплового поля (прибор "Термит"); нагревателем с переменным электросопротивлением, зависящим от температуры. Например, в монтажном паяльнике фирмы Philips (Германия) нагревательный элемент состоит из агломерата свинца и бария, сопротивление которого возрастает в сотни раз при нагревании выше точки Кюри, в результате чего сила тока снижается и паяльник остывает, а после охлаждения ниже точки

Кюри процесс развивается в обратном порядке; использованием магнитного датчика, изменяющего свои свойства при нагреве выше точки Кюри, в результате чего в паяльнике фирмы Weller (США) происходит отключение нагревателя; использованием массивного паяльного жала и близким расположением

нагревателя.

Паяльные жала характеризуются следующими геометрическими параметрами: длиной, диаметром, формами загиба жала и заточки рабочего конца. Длина жала зависит от пространственного расположения паяных соединений и может быть от 10 мм (микропаяльники) до 30—50 мм (паяльники для объемного монтажа). Диаметр жала должен в 15—25 раз превышать диаметр проводника и выбирается из ряда предпочтительных диаметров: 0,5; 0,8; 1,5; 3; 5; 8; 10 мм.

Форма загиба жала выбирается в зависимости от глубины монтажа и интенсивности тепловой нагрузки, а также пространственного расположения паяемых соединений (табл. 6.6, рис. 6.19).

Табл. 6.6. Унифицированный ряд загиба паяльных жал

Индекс жала	Угол загиба, град.	Характеристика применения
		Глубина монтажа	Интенсивнос ть нагрузки	Расположение соединений
А	0	Большая	Любая	Разнотипное
Б	90	Средняя	Средняя	Однотипное
В	120	Небольшая	То же	Многообразие
Г	135	То же	Высокая	пространственного положения

Рис. 6.19. Формы загиба и заточки паяльных жал

Форма заточки жала зависит от плотности монтажа, размеров контактных площадок, интенсивности тепловой нагрузки (рис. 6.19, табл. 6.7).

Табл. 6.7. Унифицированный ряд заточки паяльных жал

Номер заточк и	Конфигурация жала	L, мм	Характеристика применения
			Плотность монтажа	Размер контактных площадок	Интенсивност ь тепловой нагрузки
1	Две рабочие плоскости	2	Высокая	Небольшой	Небольшая
2	То же	4	То же	Средний	Средняя
3	»	6	Средняя	Большой	Высокая
4	Одна рабочая плоскость	5	Высокая	Средний	Средняя
5	Три рабочие плоскости	3	Средняя	Средний	То же
6	Увеличенная поверхность	до 1	Высокая	Небольшой	»

Для унификации паяльных жал введены следующие их обозначения из трех знаков: первый определяет диаметр жала, второй (буква) — угол загиба жала, последний (цифра) — номер заточки, например 8Б6, 5А4 и т. д.

Эрозионная стойкость жала паяльника определяет его долговечность. Обычное медное жало из-за интенсивного растворения в припое после 1000 паек теряет форму и нуждается в заточке. Для защиты жала применяют гальваническое покрытие никелем толщиной 90—100 мкм, что удлиняет срок службы жала примерно вдвое. Перспективное решение проблемы — применение порошковых спеченных сплавов медь—вольфрам. Повышенная термо- и износостойкость вольфрама удачно сочетается с хорошей теплопроводностью меди. Гарантированная пористость материала улучшает смачивание жала припоем.

Паяльник фирмы Weller для ремонтно-монтажных работ имеет: время нагрева жала до температуры 270С — 6 с; встроенную подсветку зоны пайки; время работы от кадмиевой батарейки — около 10 ч; три сменных жала диаметрами 0,8; 1,5; 2,5 мм и длиной 63 мм; удобный дизайн, обеспечивающий включение питания нажатием кнопки непосредственно перед выполнением пайки. Эта фирма выпускает устройства типа HEAT-A-DIL для распайки ИМС и ремонта электронных блоков на печатных платах, имеющие сменные насадки для ИМС с различным количеством выводов и экстракторы для демонтажа ИМС с печатных плат.

Фирма Pace Inc. (США) выпустила микропортативный прибор MP-1 для припаивания и распаивания элементов, предназначенный для ремонтных работ в различных условиях и работающий от сети 220 В или 12-вольтной батареи. Время нагрева паяльника — 1 мин, обеспечивается надежный контроль температуры наконечника паяльника.

Ряд зарубежных фирм выпускает паяльные станции, состоящие из стабилизированного блока питания, паяльника с набором сменных жал и вакуумного отсоса припоя из зоны пайки, представляющего собой конструкцию типа медицинского шприца с пружиной.

6.5. ФИЗИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ

Сваркой называют процесс получения неразъемных соединений материалов с помощью металлической фазы либо контактированием в твердой фазе под действием давления, теплоты или их сочетаний. Процесс образования сварного соединения состоит из четырех стадий: образования физического контакта между соединяемыми поверхностями, активации контактных поверхностей, объемного развития взаимодействия, кристаллизации.