EPL

w szczególnych warunkach, np. zwiêkszo-

nej wilgotnoœci, mog¹ prowadziæ do niekorzy-

stnych zmian, takich jak up³ywy pr¹du, zwar-

cia, powstawanie dendrytów, korozja che-

miczna i elektrochemiczna, co mo¿e powo-

dowaæ trwa³e uszkodzenia sprzêtu. Dlatego

wa¿na jest œwiadomoœæ typu zanieczyszczeñ

wystêpuj¹cych na obwodach drukowanych

i sposób ich oceny. Istniej¹ dwa typy zanie-

czyszczeñ chemicznych:

q

zanieczyszczenia jonowe, tj. takie, które

pod wp³ywem wody rozpadaj¹ siê na jony

i s¹ zdolne do przewodzenia pr¹du,

q

zanieczyszczenia niejonowe, które nie

tworz¹ jonów w wodzie.

Oprócz tego na p³ytkach mog¹ znajdowaæ

siê zanieczyszczenia w postaci cz¹stek sta-

³ych np.: w³ókien szklanych z mechanicznej

obróbki laminatów, kurzu z powietrza itp.

Bez w¹tpienia najgroŸniejszymi zanieczy-

szczeniami s¹ zanieczyszczenia jonowe.

Najwiêkszym Ÿród³em zanieczyszczeñ jo-

nowych jest proces lutowania, tzn. u¿yte

topniki (aktywatory i noœniki aktywatorów),

produkty termicznej degradacji topników,

produkty reakcji pomiêdzy topnikami a tlen-

kami wystêpuj¹cymi na koñcówkach ele-

mentów lutowanych i lutowiu, jak

równie¿ oleje lutownicze.

Metody oceny zanieczyszczeñ

Poziom zanieczyszczeñ wystêpu-

j¹cych na p³ytkach drukowanych

lub zmontowanych obwodach dru-

kowanych mo¿na mierzyæ metod¹

jonograficzn¹ lub przez pomiar re-

zystancji powierzchniowej izolacji

(SIR _ Surface Insulation Resi-

stance). Metoda SIR polega na

pomiarze rezystancji powierzch-

niowej izolacji z zawartymi na niej

zanieczyszczeniami.

W zasadzie istnieje tylko jedna

norma okreœlaj¹ca dopuszczalny

poziom zanieczyszczeñ jonowych

na obwodach drukowanych. Jest

to amerykañska norma MIL-P-

28809 przeznaczona dla sprzêtu

militarnego. Mówi siê w niej, ¿e

wchodz¹ce do monta¿u p³ytki dru-

kowane i podzespo³y elektronicz-

ne nie powinny zawieraæ wiêcej

zanieczyszczeñ jonowych ni¿ 5

µ

g NaCl/in

2

, tj. poni¿ej 0,8

µ

g/cm

2

.

Luty i pasty lutownicze

Po³¹czenia lutowane

Lutowanie jest procesem polega-

j¹cym na ³¹czeniu przedmiotów metalo-

wych, za pomoc¹ dodatkowego roztopione-

go metalu, zwanego lutem (spoiwem), które-

go temperatura topnienia jest znacznie ni¿-

sza od temperatury topnienia ³¹czonych

metali. Po³¹czenia lutowane stanowi¹ ob-

szary ³¹czonych metali pokryte lutem wraz

z tym lutem. Po³¹czenie pe³ni dwie funk-

cje, po³¹czenia elektrycznego i mechanicz-

nego.

W monta¿u powierzchniowym utrudnione

jest stosowanie tradycyjnych metod lutowa-

nia, gdy¿ podzespo³y nie s¹ mechanicznie

mocowane do p³ytek. Jednym ze sposobów

rozwi¹zania tego problemu jest klejenie

podzespo³ów do p³ytek, aby je ustabilizo-

waæ do lutowania na fali. Nie jest to dobry spo-

sób na monta¿ podzespo³ów wra¿liwych na

ciep³o, bo zanurzenie w ciek³ym lutowiu mo-

¿e je uszkodziæ.

Luty

Podstawowym warunkiem otrzymania pra-

wid³owego po³¹czenia lutowanego jest przede

wszystkim dobór w³aœciwego lutu. Ten sam lut,

który daje dobre wyniki przy ³¹czeniu mie-

dzi, mo¿e dawaæ gorsze wyniki przy ³¹czeniu

czêœci miedzianych pokrywanych srebrem.

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 5/2003

J

ak ju¿ wspomniano w artykule ”Za-

sady projektowania p³ytek drukowa-

nych” (nr 4/2003 ReAV), przyjêcie

pewnej konfiguracji podzespo³ów

na p³ytce drukowanej wp³ywa decyduj¹co na

przebieg póŸniejszego procesu jej monta¿u.

Na rys. 1 przedstawiono uproszczony prze-

bieg procesu technologicznego, w którym

podzespo³y powierzchniowe umieszcza siê

po obu stronach p³ytki, a podzespo³y prze-

wlekane najczêœciej tylko po jednej, jest to

tzw. konfiguracja typu III.

Analizuj¹c proces technologiczny mo¿na

dostrzec, ¿e pojawia siê wiele nowych ope-

racji technologicznych i urz¹dzeñ, które nie

wystêpowa³y w monta¿u przewlekanym. Na-

le¿¹ do nich w szczególnoœci operacje zwi¹-

zane z nanoszeniem pasty lutowniczej, luto-

waniem rozp³ywowym, mocowaniem adhe-

zyjnym i lutowaniem na podwójnej fali.

Przygotowanie p³ytek

drukowanych do monta¿u

Pow³oki zabezpieczaj¹ce

Czysta miedŸ, która pokrywa laminat odzna-

cza siê dobr¹ lutownoœci¹. Niestety, taka

czysta powierzchnia ³atwo utlenia siê i robi siê

matowa. Pogarsza siê wtedy lutownoœæ. Dla-

tego te¿ pola lutownicze na p³ytkach druko-

wanych musz¹ byæ pokrywane lutowalnymi

pokryciami. Zalicza siê do nich: pokrycie sto-

pem Sn/Pb, pokrycia uk³adem warstw Ni/Au

w dwóch wariantach, jeden z pow³okami

elektrolitycznymi (warstwy grubsze), a drugi

z warstwami nak³adanymi bezpr¹dowo (war-

stwy cieñsze) oraz pokrycia warstwami orga-

nicznymi (OSP). Wraz ze wzrostem wyma-

gañ dotycz¹cych gêstoœci upakowania p³ytek

powsta³y nowe wymagania dotycz¹ce p³a-

skoœci pokryæ. Obecnie coraz popularniej-

sze staj¹ siê nowe pokrycia monometaliczne,

takie jak cyna (Sn), b¹dŸ srebro (Ag), a tak-

¿e warstwy palladu (Pd). Na rys. 2 przedsta-

wiono schematycznie dwa najczêœciej spo-

tykane pokrycia cyna-o³ów (Sn/Pb) oraz ni-

kiel-z³oto (Ni/Au), tu¿ po naniesieniu (rys.

2a) oraz po przylutowaniu podzespo³u do

p³ytki drukowanej (rys.2b).

Czystoœæ p³ytek drukowanych

Obwody drukowane powstaj¹ w wyniku wie-

lu skomplikowanych procesów technologicz-

nych, z których ka¿dy mo¿e wnosiæ na p³yt-

kê ró¿ne zanieczyszczenia. Do takich proce-

sów nale¿¹: samo wytwarzanie, nanosze-

nie warstw ochronnych, monta¿ podzespo-

³ów, lutowanie i mycie gotowych wyrobów. Za-

nieczyszczenia podczas eksploatacji wyrobu

PROCESY TECHNOLOGICZNE

MONTA¯U POWIERZCHNIOWEGO

(1)

r

PORADNIK

ELEKTRONIKA

Rys. 1. Przebieg procesu monta¿u

p³ytek o konfiguracji typu III

Automatyczny monta¿

podzespo³ów przewlekanych

Obrót p³ytki o 180

o

Obrót p³ytki o 180

o

Obrót p³ytki o 180

o

Rêczny monta¿ podzespo³ów

Uzupe³niaj¹cy rêczny

monta¿ podzespo³ów

Topnikowanie

Mycie p³ytek

Testowanie

Magazyn

Naprawa

Lutowanie na fali

(modyfikowanej lub podwójnej)

Nak³adanie kleju

Nak³adanie kleju

Uk³adanie podzespo³ów

powierzchniowych

Uk³adanie podzespo³ów

powierzchniowych

Utwardzanie kleju

Utwardzanie kleju

MONT

MONT

A¯ POWIERZCHNIOWY _ KONSTRUKCJA I TECHNOLOGIA

A¯ POWIERZCHNIOWY _ KONSTRUKCJA I TECHNOLOGIA

28

Wymagania stawiane lutom mo¿na przed-

stawiæ nastêpuj¹co:

q

dobre zwil¿enie ³¹czonych metali przez

lut (zwil¿enie wynika z dzia³ania si³ przy-

ci¹gania miêdzy cz¹steczkami metali ³¹-

czonych i lutu i ma miejsce wtedy, gdy si³y

przyci¹gania s¹ wiêksze od si³y napiêcia

powierzchniowego roztopionego lutu),

q

powinowactwo chemiczne lutu do meta-

li ³¹czonych, które powinno zapewniaæ two-

rzenie siê na granicy faz roztworów sta³ych

i/lub faz miêdzymetalicznych,

q

zakres krystalizacji (ró¿nica miêdzy tem-

peratur¹ pocz¹tku i koñca krzepniêcia) lutu,

który nie powinien byæ zbyt du¿y,

q

dostateczna wytrzyma³oœæ i plastycz-

noϾ, dobra przewodnoϾ elektryczna.

W elektronice jest stosowane tzw. lutowanie

„miêkkie”. Jego cech¹ charakterystyczn¹

jest stosunkowo niska temperatura topnienia

(nie przekracza 450

o

C). G³ównym sk³adni-

kiem lutów miêkkich jest cyna. Obecnie, ze

wzglêdów ekonomicznych i technologicz-

nych, cynê czêsto zastêpuje siê innymi me-

talami. Poza tym, czysta cyna nie znajduje

zastosowania jako lut, ze wzglêdu na jej wy-

sok¹ cenê i s³abe w³aœciwoœci wytrzyma³o-

œciowe. Dodatkowo w cynie wystêpuje

w temperaturze 13,2

o

C przemiana alotropo-

wa i nastêpuje rozk³ad cyny bia³ej w szary

proszek. Zjawisko to zwane „zaraz¹ cynow¹”

wystêpuje tylko w czystej cynie lub w cynie

zanieczyszczonej aluminium lub cynkiem.

W lutach zawieraj¹cych powy¿ej 5% o³o-

wiu, 0,5% antymonu lub 0,1% bizmutu ”za-

raza cynowa” nie wystêpuje.

W elektronice najpowszechniejsze zasto-

sowanie znalaz³y luty z zakresu od

60%SnPb40% do 65%SnPb35%, z czego

najbardziej popularny jest stop eutektyczny

62%SnPb38%, który topi siê w temperatu-

rze 183

o

C.

Pasty lutownicze

Pasta lutownicza jest z³o¿onym materia³em,

który mo¿e byæ porównany do „minifabryki”

chemicznej. Jej zadaniem jest miêdzy inny-

mi oczyszczenie póI lutowniczych i ziaren

proszku z tlenków, u³atwienie zlania siê lutu

w trakcie lutowania oraz niedopuszczenie

tlenu do lutu w trakcie lutowania i krzepniê-

cia. Pasta lutownicza jest zawiesin¹ proszku

lutowniczego w noœniku. Noœnik to miesza-

nina kalafonii, rozpuszczalników i innych do-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 5/2003

Rys. 2. Pokrycie pól lutowniczych po naniesieniu (a) i po przetopieniu (b)

O³ów

Z³oto

Cyna

Nikiel

Nikiel

Lutowie

Lutowie

MiedŸ

MiedŸ

Pod³o¿e

Pod³o¿e

Pod³o¿e

a)

b)

Pod³o¿e

Metalizacja

podzespo³u

SMD

MiedŸ

MiedŸ

Metalizacja

podzespo³u

SMD

datków, które u³atwiaj¹ drukowanie. Noœnik

zapewnia ograniczon¹ akcjê topnikowania

oraz zabezpiecza proszek lutowniczy przed

utlenianiem, a takie okreœla lepkoœæ i czas ¿y-

cia pasty. Pasta pozostawiona zbyt d³ugo

na p³ytce wysycha, co pogarsza jej w³aœciwo-

œci adhezyjne.

Pasta lutownicza to medium, które mo¿e

byæ nadrukowane lub naniesione z dozow-

nika na pole lutownicze. Pasta ta cechuje siê

pewn¹ lepkoœci¹ (zawiera miêdzy innymi

kalafoniê i rozpuszczalniki), co u³atwia usta-

bilizowanie podzespo³u w trakcie przemie-

szczania i lutowania rozp³ywowego. Pasta

lutownicza musi spe³niaæ tak¿e wiele in-

nych wymagañ: powinna siê dobrze dru-

kowaæ, umo¿liwiaæ dostarczanie lutu wraz

z topnikiem do obszaru po³¹czenia, dobrze

rozlewaæ siê podczas rozp³ywu, a po za-

krzepniêciu tworzyæ stabilne i niezawodne

po³¹czenie elektryczne.

n

Ryszard Kisiel, Cezary Rudnicki

29