Технологии в электронной промышленности №8'2007

Селективная пайка гибких печатных плат

Манфред Ференбах

Андрей Новиков


В статье показано, как за счет применения новой разработки селективной автоматической пайки и техники фиксации гибких печатных плат может быть достигнуто значительное улучшение качества пайки.


Введение. Селективная пайка гибких печатных плат

Лишь некоторые технологии контактирования соответствуют требованиям современных продуктов так, как им соответствует технология гибких печатных плат. Область применения гибких печатных плат (Flexibel Printed Circuits — FPC) распространяется от бытовой до автомобильной электроники. Так, например, в автомобильной электронике часто необходимо встраивать модули в сложные трехмерные пространства, и к тому же эти модули подвергаются динамическим нагрузкам на сгиб. В данном случае гибкая печатная плата является выгодной и надежной подложкой. Кроме того, расположение проводников на гибкой печатной плате исключает ошибки при монтаже. На рис. 1 показаны типичные примеры применения.

Типичные электронные узлы на гибких печатных платах

Гибкие печатные платы и температурные границы их применения

В связи с возрастающими требованиями к технологии контактирования производители гибких печатных плат постоянно занимаются их улучшением. Это относится, прежде всего, к таким качествам, как:

  • температурная устойчивость;
  • гибкость;
  • структура материала;
  • толщина;
  • снижение стоимости.

В качестве базовых материалов гибких печатных плат используются полиимид с максимальной температурой пайки Tmax = 220 °C, полиэтиленнафталат с Tmax = 160 °C, полиэтилентерефталат с Tmax от 85 до 105 °C и в качестве гибко-жесткого материала — FR4 c Tmax = 220 °C.

При разработке гибких плат необходимо учитывать рекомендации производителей по проектированию топологии. Так, проводники, особенно их углы и контуры, должны быть сглажеными, а переходы друг в друга — плавными. Площади для пайки могут быть больше, чем отверстия маскирующих пленок.

Новое решение для автоматической селективной пайки гибких печатных плат

Для новой разработки решения для автоматической селективной пайки гибких печатных плат в комбинации с техникой фиксации гибких печатных плат было достигнуто значительное улучшение качества пайки за счет:

  • системы паяльных сопл для бессвинцовой и безоксидной подачи припоя в защитной газовой среде (рис. 2 и 3);
  • Сопло для селективной пайки печатных платах без окисления
    Принцип работы сопла для селективной пайки печатных платах без окисления
  • элемента автоматической пайки со свободно программируемыми координатами процесса в x, y и z-направлениях с углом отрыва припоя, а также целенаправленным нанесением и оптиональным подогревом флюса (рис. 4);
  • маскирующего параллельного уровня для фиксации гибких печатных плат (рис. 5 и 6);
  • Техника маскировки гибких печатных плат
    Последовательность процесса
  • системы автоматической оптической инспекции (АОИ) паяных соединений.

Ядро данного решения для автоматической селективной пайки — это индукционная насосная система для припоя типа IW1, которая не имеет вращающихся деталей в припое и поэтому обладает исключительной изностойкостью. Насос, резервуар и сопло для припоя находятся в постоянном контакте с расплавом припоя с высоким содержанием олова. Все эти детали с целью предотвращения эффектов растворения изготавливаются из стали, титана и специальных керамических покрытий. Благодаря использованной в данной системе модульной системе пайки (применяются унифицированные узлы) может быть реализовано специализированное оптимальное решение процесса:

  • Использование автомата для пайки в конвейере или автономно.
  • Специализированные, легко сменяемые паяльные сопла с точечной, линейной и матричной подачей припоя без оксидации расплава припоя кислородом окружающего воздуха.
  • Паяльные сопла с безостаточной самоочисткой паяных соединений за счет постоянной подачи припоя.
  • Гибко программируемые скорость подачи флюса и припоя, а также скорость подогрева.
  • Производство автоматического оборудования для пайки с 10 осями (максимально) x, y, z и Theta.
  • Индивидуальное осуществление процесса за счет селективных параметров флюсования и пайки.
  • Возможность эксплуатации в три смены за счет избыточного контроля надежности процессов с центральными параметрами процесса: температура припоя, количество защитного газа, уровень припоя и высота волны припоя.
  • Простое управление через интерфейс Windows с приемом данных в формате Gerber, DXF, DWG и данных для сверления.
  • Планировщик заданий для сервиса и технического обслуживания, телеобслуживание, показание часов эксплуатации и контроль готовности и т. д.
  • Графическая визуализация процесса пайки.

Обработка гибких печатных плат — особенности процесса пайки

Для пайки гибких печатных плат применяются известные бессвинцовые припои и флюсы. Очистку от оксидов, жиров и загрязнений, вызванных обработкой (микрочастицы загрязнений), которые прилипают к гибкой плате и поверхностям для пайки, осуществляют селективной волной припоя, которая транспортирует к месту процесса пайки непрерывно текущий неокисленный припой с температурой около 300 °C. Поэтому место процесса пайки постоянно омывается, очищается и паяется с гарантией высокого качества. Время переноса тепла от паяного контакта к гибкой печатной плате составляет всего около 0,8–1,2 с: термическая нагрузка граничащих областей синтетического материала небольшая, либо же вообще отсутствует, и материал сохраняет свою форму. Заданные размеры электронного узла не испытывают изменений. Поэтому после процесса селективной пайки дальнейшие процессы обработки могут быть осуществлены с расчетом воспроизводимой геометрии электронного узла. Селективное и, в связи с этим, минимальное нанесение флюса уменьшает проблемы, связанные с остатками флюса после пайки относительно миграции и коррозии на прилегающих компонентах, и гарантирует возможность проведения последующих процессов в течение длительного времени. Кроме того, процесс пайки может быть осуществлен с экологичными водорастворимыми флюсами с небольшим содержанием твердых частиц. За счет оптимального высыхания флюса также смягчается проблема разбрызгивания припоя.

Последовательность процесса решения автоматической селективной пайки в комбинации с техникой фиксации гибких печатных плат или, вернее, с маскирующим параллельным уровнем для фиксации гибких печатных плат показана на рис. 6.

На рис. 7 представлены типичные дефекты качества, которые могут быть вызваны недостаточной фиксацией гибких печатных плат. Металлографические микрошлифы паяных соединений на гибких печатных платах, которые соответствуют самым высоким требованиям по качеству, представлены на рис. 8.

Дефектные соединения разъема на гибкой печатной плате (источник: ZAVT/ лаборатория Eutect)
Микрошлифы гибких печатных плат (PI-RA)

Заключение

Исходя из высоких требований к экономичности и качеству производства бытовой и автомобильной электроники, оборудование для пайки должно производить чистые паяные соединения без вредных остатков и перемычек припоя, с безупречным мениском припоя и заполнением отверстий припоем (рис. 8). Для процесса пайки гибких печатных плат необходима высококачественная техника фиксации гибких печатных плат в комбинации с высококачественной автоматической системой пайки. Теперь на рынке технологического оборудования есть современный автомат для селективной пайки гибких печатных плат IWR1-2-S210-RA, он успешно опробован на практике и имеет оптимальное качество и стоимость.

Примечание. Оригинал статьи опубликован в журнале PLUS (Produktion von Leiterplatten und Systemen, 2007, № 3. Германия).

Другие статьи по этой теме


 
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ

Оцените, пожалуйста, удобство и практичность (usability) сайта:
Хорошо
Нормально
Плохо