RU1773618C

RU1773618C - Printed circuit soldering method

Info

Publication number: RU1773618C
Application number: SU904910967A
Authority: RU
Inventors: Андрей Арнольдович Николаенко; Анатолий Павлович Достанко; Леонид Яковлевич Мартыненко; Борис Александрович Самцов
Original assignee: Минский радиотехнический институт
Priority date: 1990-11-06
Filing date: 1990-11-06
Publication date: 1992-11-07

Abstract

Использование: пайка изделий радиоэлектроники . Сущность изобретени : в ванне с расплавленным припоем создают пузырьки путем напуска газа из баллона через натекатель газа в виде сопл. Пузырьки , поднима сь к поверхности расплавленного припо , удар ютс о печатную плату с установленными на ней элементами. Напуск газа в ванну с расплавленным припоем, наход щуюс в герметичной камере, осуществл ют при давлении в последней 1,3-130 Па, а напуск газа в вакуумную камеру осуществл ют при соотношении объемов газа и вакуумной камеры (1-5): 1000 соответственно . 1 табл., 2 ил. ЁUsage: soldering electronic products. SUMMARY OF THE INVENTION: In a bath with molten solder, bubbles are created by injecting gas from a cylinder through a gas leak in the form of nozzles. Bubbles rising to the surface of the molten solder hit a printed circuit board with elements mounted on it. The gas is poured into the bath with molten solder in the sealed chamber at a pressure of 1.3-130 Pa, and the gas is poured into the vacuum chamber at a ratio of gas volumes to vacuum chamber (1-5): 1000, respectively . 1 tablet, 2 ill. Yo

Description

Изобретение относитс к радиоэлектронике .The invention relates to electronics.

Известны способы пайки печатных плат, заключающиес в погружении их в расплавленный припой или в поток расплавленного припо 1, 2. Однако этим нельз достичь высокого качества пайки.Known methods for soldering printed circuit boards, which include immersing them in molten solder or in a stream of molten solder 1, 2. However, this cannot achieve high quality soldering.

Наиболее близким техническим решением к изобретению вл етс способ пайки печатных плат погружением в расплавленный припой, включающий создание в ванне с расплавленным припоем пузырьков путем напуска газа под давлением в расплавленный припой 3. Недостатком вышеуказанного способа вл етс низкое качество пайки, что объ сн етс наличием пузырей флюса и непропаев в местах пайки.The closest technical solution to the invention is a method of soldering printed circuit boards by immersion in molten solder, comprising creating bubbles in a bath with molten solder by injecting gas under pressure into molten solder 3. The disadvantage of the above method is the low quality of soldering, which is explained by the presence of bubbles flux and non-solder in soldering places.

Целью изобретени вл етс повышение качества пайки путем исключени пузырей флюса и непропаев в па ном соединении .The aim of the invention is to improve the quality of soldering by eliminating flux bubbles and non-solders in the steam connection.

Цель достигаетс тем, что по способу пайки печатных плат погружением в расплавленный припой, включающий создание в ванне с расплавленным припоем пузырьков путем напуска газа под давлением в расплавленный припой, ванна размещена в вакуумной камере с разрежением 1,3,..130 Па, а напуск газа в вакуумную камеру осуществл ют при соотношении объема газов и вакуумной камеры (1-5):1000 соответственно .The goal is achieved by the fact that by the method of soldering printed circuit boards by immersion in molten solder, which includes creating bubbles in a bath with molten solder by injecting gas under pressure into the molten solder, the bath is placed in a vacuum chamber with a vacuum of 1.3, .. 130 Pa, and the inlet gas into the vacuum chamber is carried out at a ratio of gas volume and vacuum chamber (1-5): 1000, respectively.

Сопоставительный анализ с прототипом показал, что за вл емый способ отличаетс от известного тем, что взаимодействие пузырьков с печатной платой осуществл ют при давлении 1,3...130 Па, а напуск газа осуществл ют при соотношении объемов газа и вакуумной камеры (1-5): 1000 соответ Ч ЧComparative analysis with the prototype showed that the claimed method differs from the known one in that the interaction of the bubbles with the printed circuit board is carried out at a pressure of 1.3 ... 130 Pa, and gas is inflated with the ratio of gas volumes and vacuum chamber (1- 5): 1000 respectively H H

CJCj

оabout

0000

ственно. Таким образом, за вл емый способ соответствует критерию изобретени новизна.of course. Thus, the claimed method meets the criteria of the invention of novelty.

При изучении других известных технических решений в данной области техники -признаки, отличающие изобретение от прототипа , не были вы влены, и потому они обеспечивают за вл емому техническому решению соответствие критерию существенные отличи . В случае-напуска газа через припой, наход щийс в разреженном объеме, происходит увеличение объема газовых пузырьков в припое с последующим взаимодействием с печатной платой. При напуске газа в припой, наход щийс при нормальном давлении, после формировани пузырьков в припое объем пузырьков до взаимодействи с печатной платой остаетс практически неизменным. Разницу объемов пузырьков при равном расходе газа в предлагаемом способе и прототипе можно оценить , исход из закона Бойл -Мариотта, выражающего соотношение между параметрами в изотермическом процессе:When studying other known technical solutions in this technical field, the features distinguishing the invention from the prototype were not identified, and therefore they provide the claimed technical solution that meets the criterion of significant differences. In the case of gas inlet through the solder located in the rarefied volume, there is an increase in the volume of gas bubbles in the solder, followed by interaction with the printed circuit board. When gas is admitted into the solder at normal pressure, after the formation of bubbles in the solder, the volume of the bubbles remains almost unchanged before interacting with the printed circuit board. The difference in bubble volumes at an equal gas flow rate in the proposed method and prototype can be estimated based on the Boyle-Mariotte law, which expresses the relationship between the parameters in the isothermal process:

P1/P2 V2/V1.P1 / P2 V2 / V1.

где Pi и Ра - давление и объем пузырьков газа соответственно при нормальном давлении в случае известного технического решени ;where Pi and Ra are the pressure and volume of gas bubbles, respectively, at normal pressure in the case of a known technical solution;

PZ. и V2 - давление и объем пузырьков газа соответственно при разрежении в случае предлагаемого технического решени .PZ. and V2 is the pressure and volume of gas bubbles, respectively, during rarefaction in the case of the proposed technical solution.

На фиг.1 графически представлена работа изменени объема условного пузырька , образованного при напуске газа в припой, наход щийс при разрежении. При этом Pi и Vi - давление и объем соответственно пузырька газа в начальный момент времени, а Ра и Va - давление и объем соответственно пузырька газа в момент взаимодействи с печатной платой. При этом в V - Р - диаграмме работы в процессе 1-2 определ етс заштрихованной площадью под линией процесса.Fig. 1 is a graphical representation of the operation of changing the volume of a conditional bubble formed when gas is admitted into the solder under vacuum. In this case, Pi and Vi are the pressure and volume, respectively, of the gas bubble at the initial moment of time, and Pa and Va are the pressure and volume, respectively, of the gas bubble at the moment of interaction with the printed circuit board. Moreover, in the V-P diagram of operation in process 1-2, the shaded area under the process line is determined.

На фиг.2 изображена структурна схема реализации предлагаемого способа. Печатна плата 7 с закрепленными на ней элементами помещалась над поверхностью расплавленного припо 2, наход щегос в ванне 1. Средствами 6 откачки добиваютс заданного разрежени в камере 5. После этого осуществл ют напуск газа (инертного либо восстановительного) из емкости 4 через натекатель 3, расположенный в расплавленном припое. Образованные в результате этого пузырьки поднимаютс к поверхности припо и взаимодействуют с печатной платой.Figure 2 shows a structural diagram of the implementation of the proposed method. The printed circuit board 7 with the elements fixed on it was placed above the surface of the molten solder 2 located in the bath 1. By means of pumping 6, a predetermined vacuum is achieved in the chamber 5. Then, gas (inert or reducing) is introduced from the tank 4 through the leak 3, located in molten solder. The resulting bubbles rise to the surface of the solder and interact with the circuit board.

Вышеуказанный диапазон разрежени в камере, при котором происход т взаимодействие пузырьков с платой и пайка, объ сн етс следующим образом. Отклонение от за вл емого диапазона в сторону увеличени (более 130 Па) ведет к ухудшениюThe above range of rarefaction in the chamber, at which the interaction of the bubbles with the board and soldering, is explained as follows. Deviation from the claimed range upwards (over 130 Pa) leads to deterioration

условий смачивани припоем печатной платы с расположенным на ней элементами, что объ сн етс интенсификацией роста окис- ной пленки припо . Ограничение нижнего предела (1,3 Па) разрежени объ сн етс conditions of wetting the solder of the printed circuit board with the elements located on it, which is explained by the intensification of the growth of the oxide film of the solder. The lower limit limit (1.3 Pa) of rarefaction is explained

0 тем, что при дальнейшем увеличении степени разрежени ухудшаетс смачиваемость припоем па ных поверхностей, что вызвано испарением металлов, вход щих в состав припо . Практические исследовани показали , что ни по экономическим, ни потехни5 ческим соображени м нет необходимости в более глубоком разрежении.0 in that, with a further increase in the degree of rarefaction, the wettability of the solder surfaces decreases, which is caused by the evaporation of the metals that make up the solder. Practical research has shown that neither for economic nor technical reasons there is a need for a deeper vacuum.

Соотношение объемов газа и вакуумной камеры (1-5): 1000 объ сн етс характером взаимодействи пузырьков газа в разреженном объеме. Уменьшение объема по от0 ношению к объему вакуумной камеры (т.е. менее 1:1000) не обеспечивает необходимого энергетического эффекта взаимодействи пузырьков с печатной платой и по техническим соображени м вл етс недо5 статочным дл достижени цели.The ratio of gas volumes to vacuum chamber (1-5): 1000 is explained by the nature of the interaction of gas bubbles in a rarefied volume. Reducing the volume relative to the volume of the vacuum chamber (i.e., less than 1: 1000) does not provide the necessary energy effect of the interaction of the bubbles with the printed circuit board and, for technical reasons, is not sufficient to achieve the goal.

Увеличение объема газа по отношению к объему вакуумной камеры (более 5:1000) усложн ет задачу регулировани энергии взаимодействи пузырьков газа с печатнойAn increase in the gas volume in relation to the volume of the vacuum chamber (more than 5: 1000) complicates the task of regulating the energy of interaction of gas bubbles with the printed

0 платой и в технологическом аспекте вл етс нецелесообразным с позиции качества пайки (не улучшающегос с увеличением объема газа).0 board and in the technological aspect is impractical from the standpoint of soldering quality (not improving with increasing gas volume).

Следует также отметить, что дл дости5 жени схожего эффекта с позиций энергетики взаимодействи пузырьков с печатной платой при использовании известного технического решени 3 потребуетс дополнительное оборудование, обеспечивающееIt should also be noted that in order to achieve a similar effect from the standpoint of the energy of interaction of the bubbles with the printed circuit board, using the known technical solution 3, additional equipment will be required to ensure

0 создание давлени в газовой магистрали пор дка 0,1-10 ГПа (дл обеспечени перепада давлени 103-105 Па), что в услови х промышленного использовани не только нецелесообразно, но и невозможно, так как0 the creation of pressure in the gas line is of the order of 0.1-10 GPa (to ensure a pressure differential of 103-105 Pa), which under conditions of industrial use is not only impractical, but also impossible, since

5 дл решени аналогичных задач используютс газовые емкости с максимальным давлением 15 МПа. Очевидной также вл етс и экономи расхода газа в случае использо- дани предлагаемого технического реше0 ни , так как содержание примен емого газа (инертного или восстановительного) в процентном отношении в образовавшемс пузырьке перед моментом взаимодействи с печатной платой вл етс мизерным (около5, gas tanks with a maximum pressure of 15 MPa are used to solve similar problems. It is also obvious that gas consumption is saved in the case of using the proposed technical solution, since the percentage of gas used (inert or reducing) as a percentage in the resulting bubble before the moment of interaction with the printed circuit board is scanty (about

5 0,001%).5 0.001%).

За вл емый способ был реализован на установке ВУП-2К, оснащенной подогреваемой ванной с припоем. Внутри ванны былThe inventive method was implemented on a VUP-2K unit equipped with a heated bath with solder. Inside the bath was

помещен натекатель газа, к которому подсоединен баллон с газом (в данном случае с аргоном). Средствами откачки обеспечивали давление в камере 10 Па и осуществл ли напуск инертного газа в ванну с расплавленным припоем ПОС-61, разогретого до температуры 230°С. Профлюсованную и нагретую печатную плату помещали над кип щим припоем и в течение 3 с вели пайку с платы с закрепленными на ней элементами . Напуск газа осуществл лс из газовой подушки, т.е. при давлении 110 кПа.a gas leak is placed, to which a gas cylinder is connected (in this case, argon). Pumping means provided a pressure of 10 Pa in the chamber and inert gas was poured into the bath with molten solder POS-61 heated to a temperature of 230 ° C. The profiled and heated printed circuit board was placed over the boiling solder and soldered from the board with the elements fixed on it for 3 s. The gas was inflated from the gas pad, i.e. at a pressure of 110 kPa.

Результаты экспериментов сведены в таблицу.The experimental results are summarized in table.

Соотношение объемов газа и вакуумной камеры в процессе пайки поддерживалось в пределах (1-5): 1000.The ratio of gas and vacuum chamber volumes during the brazing process was maintained within the range of (1-5): 1000.

При исследовании мест пайки с помощью рентгеновской установки не обнаружены зоны с неудаленными остатками флюса и воздушные карманы с недостаточной пайкой, возникающие при расширении имеющихс у поверхности печатнойWhen examining the soldering sites with the help of an X-ray machine, no zones with undeleted flux residues and air pockets with insufficient soldering, arising from the expansion of the surface of the printed surface, were not found

платы и вокруг выводов элементов пузырьков воздуха, способных вытесн ть участки расплавленного припо , что выгодно отличает предлагаемое техническое решение отboards and around the conclusions of the elements of air bubbles that can displace areas of the molten solder, which distinguishes the proposed technical solution from

известных.famous.

Предлагаемый способ рекомендуетс дл изготовлени печатных плат, используемых в аппаратуре специального назначени , где надежность комплектующихThe proposed method is recommended for the manufacture of printed circuit boards used in equipment for special purposes, where the reliability of components

изделий вл етс ключевым фактором.products is a key factor.

Claims

SUMMARY OF THE INVENTION A method of soldering printed circuit boards by immersion in molten solder, which involves creating bubbles in a bath with molten solder by injecting gas under pressure into the molten solder, characterized in that, in order to improve the quality of soldering, the bath is placed in a vacuum chamber with a vacuum of 1, 3-130 Pa, and gas is admitted into the vacuum chamber at a ratio of gas volumes to vacuum chamber (1-5): 1000.

6

and

rssss

o o o o-1:

3

X

Fie. 2