Двусторонний монтаж печатных плат

Георгий Александров

Главный инженер компании ProSMD

Плотность монтажа. По мере того, как растет сложность электронных устройств, неуклонно повышается и плотность размещения компонентов. Уменьшение их линейных размеров не всегда является приемлемым способом решения проблемы, поскольку влияет, вероятно, на всю технологическую цепочку – банально от изменения режима нанесения припоя, до необходимости приобретения нового оборудования.

Допустимым и наиболее часто применяемым вариантом решения является чисто арифметическое сохранение объемной плотности при увеличении плотности на единицу площади во фронтальной проекции – это и простое, но отнюдь не компактное добавление слоев параллельных плат, и более заковыристое многослойное исполнение, простейшим случаем которого можно назвать двусторонний монтаж.

Поскольку я, все-таки, работаю преимущественно с предприятиями, встает вопрос – а как? Как это ставить и паять? С первым пунктом все очевидно – по очереди, сначала низ, а потом верх, не перепутайте. Клеящих свойств паяльной пасты обычно вполне достаточно, чтобы удержать компоненты от падения. Более того, если вы (как я — реклама, ага), дружите с производителем пасты, он может слегка модифицировать состав связующего для надежного подвешивания. Разумеется, если на этапе проектирования вы проявили должную осмотрительность и переместили тяжелые компоненты на одну сторону – ту, которая монтируется последней. Если же уместить все огромное на одной стороне не удалось, придется внести в производственный процесс специальный клей. Либо посадив отдельного человека, либо внедрив в линию дозатор.

Маленький нюанс – точек нанесения клея должно быть больше одной.

Чтобы выяснить необходимость клея в принципе, необходимо применить простейшую формулу вида: (m/S)≤С, где m – масса компонента, гр., S – суммарная площадь контактов, C – удерживающая константа припоя, рассчитываемая по эмпирическим формулам из коэффициента поверхностного натяжения σ. Применяемые значения C для, соответственно: SAC305 – 0,05, Sn/Pb-63/37 – 0,04, Sn/Bi-42/58 – 0,03.

Пайка

Пайка допускает куда большую вариабельность. Теоретически, в случае легких компонентов одинакового размера, поверхностного натяжения расплавленного припоя вполне достаточно для фиксации. Так что, можно поместить плату в паллету и положить на конвейер, достав с противоположного конца печи уже готовую.

На практике же, приходится прибегать к разного рода ухищрениям, так что становится возможным выделить два подхода:

• одноэтапная пайка

• двухэтапная

Одноэтапная пайка описана выше и делится на разновидности с применением клея, либо без него.

Двухэтапная же допускает куда больше вариаций, соответственно:

• классическая с повторным оплавлением

• ступенчатая пайка

Пайка с повторным оплавлением, как можно заключить, происходит на одном термопрофиле, и чаще всего, на одной пасте. Причем, желательно применять пасты с добавлением серебра (SnPb + 0,4/2% Ag), дабы минимизировать негативные последствия стрессового нагрева. В ходе однопрофильного техпроцесса сначала монтируется и пропаивается сторона с более легкими компонентами, после чего производится монтаж «тяжелой» стороны, пропаянные элементы, по возможности, экранируются и проводится повторная пайка, слегка корректируя термопрофиль по времени. Очевидными недостатками такой пайки являются ускоренное старение компонентов и ухудшение электрического соединения за счет образования интерметаллидов и окисления припоя. Последний фактор можно нивелировать за счет пайки в инертной среде.

Ступенчатая пайка характеризуется применением припоев с далеко разнесенными температурами плавления, когда на втором цикле пайки припой, нанесенный на первом, не разжижается. Применяется такой метод во избежание повторного нагрева компонентов, для полного исключения падения компонентов и с целью уменьшения коробления текстолита. Наиболее часто применяемым сочетанием припоев является комбинация сплава семейства SAC (обычно SAC305) и низкотемпературного припоя SnBi/SnBiAg. В ряде случаев используется сочетание припоя со стандартным термопрофилем 179℃ и тугоплавкого. Многообразие тугоплавких припоев достаточно велико, и включает как оловянно-свинцовые с содержанием свинца 5-10%, так и бессвинцовые сплавы вроде SnSb, и вариации на тему с добавлением серебра и меди.

Отсутствие оплавленного припоя на нижней поверхности платы является основным преимуществом ступенчатой пайки, позволяя избежать, например, уплывания компонентов по дорожке, убирает определенные ограничения топологии при проектировании плат и снижает уровень требований к оборудованию. Востребованность технологии обуславливает достаточную распространенность высокотемпературных паст – большинство крупных производителей имеет в ассортименте соответствующие наименования паяльных материалов, среди них Indium, Senju и MAX.

С Вами был Магистр Георгий, и мне интересно, что выбирают на вашем производстве.