# Снижение скорости смачивания Скорость смачивания сплавных материалов сильно различается в зависимости от типа сплава, флюса и температуры плавления. Хотя результаты испытаний на сбалансированное смачивание не позволяют предсказать характеристики при пайке волной, они дают данные для сравнительного анализа влияния различных составов сплавов, флюсов и температур. Более низкая скорость смачивания приводит к увеличению числа непропаев на SMT-компонентах, а также к замедленному подъёму припоя на выводах и штырях PTH-компонентов. Для преодоления низкой скорости смачивания можно увеличить время контакта с паяльной волной или повысить температуру плавления. Однако второй вариант нецелесообразен, так как может негативно повлиять на компоненты или печатные платы (ПП). ## III. Снижение текучести Бессвинцовые сплавы обладают худшей текучестью по сравнению с оловянно-свинцовыми. Время смачивания и подъёма такого припоя на выводах и штырях увеличивается, и он более подвержен эффекту экранирования компонентов из-за неточного позиционирования или слишком малых зазоров. Подобно последствиям снижения скорости смачивания, проблемы из-за низкой текучести требуют увеличения времени контакта при пайке волной. Снижение текучести также способствует образованию большего числа мостов между выводами, что вызвано замедленным отрывом жидкого припоя от волны. Температура затвердевания бессвинцовых сплавов для пайки волной значительно ближе к рабочей температуре, чем у оловянно-свинцовых, поэтому точки пайки (и мосты) затвердевают очень быстро. Быстрое затвердевание исключает использование ножей для предотвращения мостов, сужая допустимые отклонения, особенно в участках с неудачным дизайном. При замедленном стекании, быстром затвердевании и отсутствии инструментов для удаления мостов борьба с образованием мостов должна сосредотачиваться на зоне отрыва жидкого припоя от паяльной волны. Динамика отрыва зависит от скорости ленты конвейера, высоты волны и скорости работы насоса волны. Эти параметры могут потребовать тонкой настройки для эффективного устранения мостов и удовлетворения требований к микровыводным разъёмам или плоским корпусным компонентам. ## IV. Снижение паяемости припоя Образование оксидов определяется временем и температурой воздействия на паяемую поверхность. Здесь наблюдается типичный конфликт: пока флюс пытается удалить оксиды, образуются новые. Более высокая температура предварительного нагрева и более длительное пребывание в зоне предварительного нагрева увеличивают образование оксидов на выводах, контактных площадках и ПП, требую от флюса максимальной эффективности для их удаления. Оксиды являются препятствием для смачивания, вызывая плохое заполнение отверстий и увеличение числа непропаев. Для преодоления этих барьеров необходимо увеличить время контакта с припоем. ## V. Влияние на технологические параметры Повышение температуры и времени предварительного нагрева, температуры сплава и времени контакта предъявляют новые требования к флюсам. Они должны выдерживать жёсткие температурные нагрузки в течение всего технологического процесса. Составы безотмывочных флюсов обладают высокой активностью, которая должна быть полностью снижена в рамках стандартного окна процесса пайки волной для обеспечения надёжности. Флюсы, разработанные для бессвинцовой пайки сложных узлов, обладают стойкостью к длительному воздействию высоких температур, но при использовании в менее сложных приложениях с более коротким и низкотемпературным нагревом могут оставаться плохо удаляемыми. Это требует от флюсов хороших паяльных свойств при широком диапазоне температур нагрева, что предъявляет новые требования к их составам — путём расширения рабочего окна при одновременном ограничении режимов эксплуатации в соответствии с требованиями катализаторов и других компонентов. ## VI. Совокупное влияние отдельных факторов Замедленное смачивание, сниженная текучесть, повышенное образование оксидов и более сложные режимы теплового воздействия значительно усложняют бессвинцовую пайку. По мере того как ПП становятся толще и сложнее, влияние этих факторов усиливается, а их взаимодействие ухудшает ситуацию. К счастью, постоянно появляются новые решения. Исследователи по всему миру разрабатывают новые составы флюсов и сплавов, стремясь к сбалансированному подбору материалов. Поставщики оборудования модернизируют технологическое оборудование, помогая преодолевать возникающие проблемы через последовательные переходные процессы. Ежедневно накапливаются новые знания в области технологии. Многие существующие решения позволяют бороться с известными проблемами при пайке волной сложных ПП. Некоторые из них направлены на полное устранение проблем, другие — на смягчение их последствий. В любом случае они повышают выход годной продукции и сокращают объёмы ремонта. Можно с уверенностью сказать, что поставщики оборудования и материалов, как и сборочные предприятия, хорошо осведомлены об этих проблемах, и будет появляться всё больше эффективных решений. ## VII. Увеличение времени контакта Увеличение времени контакта на нижней стороне платы для компенсации различий в скорости смачивания, окислении и текучести способствует улучшению заполнения отверстий и сокращению непропаев. Более длительный контакт увеличивает риск вторичного оплавления верхних соединений и растворения меди. Кроме того, снижение скорости ленты конвейера обеспечивает достаточное время контакта, но может привести к выгоранию флюса на стадии предварительного нагрева. В обоих случаях ПП достигает более высокой температуры из-за длительного контакта. Конструкции сопел, адаптированных для бессвинцовой пайки, обычно сочетают турбулентную и спокойную волну с увеличенной длиной зоны контакта; программируемые насосы волны могут повышать скорость при попадании платы в зону волны (обеспечивая контакт), избегая риска перелива. Если при бессвинцовой пайке приходится использовать конструкцию сопел оловянно-свинцового типа, полезно применять паллеты для припоя. Паллеты, как правило, толстые и имеют переднюю перегородку, что позволяет достичь большей глубины погружения (и, соответственно, увеличить длину контакта) без перелива на верхнюю сторону ПП. Повышение высоты волны улучшает заполнение отверстий, но может препятствовать усилиям по снижению образования мостов. Отрыв припоя при бессвинцовой пайке имеет решающее значение для уменьшения мостов по сравнению с оловянно-свинцовой. Повышение скорости насоса или высоты волны изменяет форму отрыва припоя и гидродинамику. При этом необходимо тщательно учитывать баланс между заполнением отверстий и предотвращением мостов. При необходимости компромисса следует руководствоваться строжайшими стандартами IPC, где минимальное заполнение отверстий должно составлять не менее 75%. ## VIII. Особенности предварительного нагрева При толщине печатной платы 2,4 мм и более обязателен верхний предварительный нагрев. Для простых плат бессвинцовая пайка волной возможна без предварительного нагрева, но это неприменимо к толстым ПП. Для обеспечения достаточной активности флюса паяемые поверхности (включая верхние контактные площадки) должны достигать минимальной температуры. При использовании только нижнего предварительного нагрева большой объём тепла должен проходить через флюс на нижней стороне платы, что может снизить его активность до достижения ПП паяльной волной. Верхний предварительный нагрев способствует передаче тепла с противоположной стороны платы, обеспечивая необходимое тепловое воздействие без прямого воздействия на флюс. Современные конвективные системы верхнего нагрева эффективнее традиционных инфракрасных (ИК) по передаче тепла. Температура предварительного нагрева является важным регулируемым параметром при пайке волной. Однако её роль как ключевого фактора стала очевидной недавно, особенно при бессвинцовой пайке сложных плат. Снижение скорости конвейера обеспечивает необходимое время контакта для заполнения отверстий на толстых платах, но может удвоить время пребывания в туннеле предварительного нагрева. Необходимо тщательно учитывать реальную кривую нагрева, измеряя температуру с помощью термопар и регистраторов данных; нельзя упрощать процедуру контроля с помощью портативных пирометров в термочувствительных зонах. Ранее было достаточно соблюдения температуры на верхней стороне или ядре платы, без учёта вида кривой нагрева. Однако при увеличении времени предварительного нагрева более чем в два раза по сравнению с оловянно-свинцовой технологией необходимо учитывать влияние на активность безотмывочных флюсов. Стандартные нижние нагреватели работают по принципу инфракрасного конвекции. Основное преимущество ИК-зон заключается в том, что они способствуют растеканию флюса и его медленному высыханию до попадания платы в конвективную зону, но могут сдувать влажный флюс с отдельных участков сборки. По опыту, платы в ИК-зонах сильно нагреваются на ранней стадии цикла предварительного нагрева, передавая большое количество тепла. Последующие конвективные модули могут работать при более низкой температуре (хотя установка температуры не даёт мгновенного эффекта), распределяя тепло по всему узлу ПП. При длительном прохождении через туннель может потребоваться пересмотр кривой нагрева сборки: снижение температуры ИК-зон и передача основной тепловой нагрузки на конвективные модули. ## IX. Оплавление верхних соединений Длительное воздействие повышенной температуры плавления создаёт высокий риск вторичного оплавления верхних паяных соединений. Хотя толстые ПП обладают большой тепловой массой, они также поглощают больше тепла, и вторичное оплавление часто происходит на контактных площадках рядом с сквозными отверстиями. Когда нагретый припой заполняет отверстия, тепло передаётся по проводам на контактные площадки, оплавляя существующие основания паяных точек. Наибольшему риску подвергаются выводы компонентов в корпусах QFP и BGA. Большинство конструкторских правил определяют расстояние от сквозного отверстия до контактной площадки на основе оловянно-свинцовой технологии. Многие стандартные конструкции электронных сборок, рассчитанные на оловянно-свинцовую пайку, могут быть уязвимы в условиях бессвинцовой технологии. При исследовании сложных ПП рекомендуется размещать термопары на контактных площадках рядом с отверстиями — они обычно хорошо прогреваются и не должны быть связаны с радиаторами или заземляющими плоскостями.