Вход |  Регистрация
 
 
Время электроники Вторник, 12 ноября
 
 


Это интересно!

Ранее

Дистрибуция в период кризиса

Что происходит на рынке электронных компонентов (ЭК) в настоящее время? Каково его состояние? С какими проблемами столкнулись западные и российские дистрибьюторы в период глобальной рецессии? В статье рассматривается текущее состояние мирового и российского рынков дистрибуции.

Тенденции развития электронных технологий. Ближайшие перспективы

В статье рассказывается о перспективных инновационных технологиях, которые смогут обеспечить прорыв в электронной отрасли в ближайшие годы и обеспечить конкурентные преимущества в пос­лекризисное время.

Новые возможности и новые рынки для российского производителя радиоэлектроники

В статье рассматриваются качественные и количественные изменения на отечественном рынке разработки и производства радиоэлектроники. Обсуждаются возможные модели деятельности отечественных электронных компаний, а также пути повышения их конкурентоспособности в новых экономических условиях.

 

29 апреля

Нагрев и охлаждение печатного узла при конвекционной пайке

Среди факторов, влияющих на надежность паяных соединений (время пайки, паяемость соединяемых поверхностей, используемый флюс, состав припоя, зазор между деталями), решающее влияние имеет температура пайки [1–2]. В статье подробно рассмотрен именно этот фактор.



В

статье [3] предпринята попытка определить основные факторы, влияющие на скорость нагрева и охлаждения печатного узла при конвекционной пайке. Обратим внимание на некоторые особенности упомянутой публикации и решения поставленной проблемы:
– начальные и граничные условия поставленной задачи не сформулированы;
– решение в статье не рассмотрено;
– ссылки на первоисточники отсутствуют;
– размерности левой и правой части приведенного уравнения не совпадают;
– из формулы, в частности, следует, что при стремлении времени нагрева к бесконечности количество переданного тепла изделию также стремится к бесконечности;
– не понятно, для чего нужно рассчитывать количество переданного тепла изделию, если на деле необходимо обеспечение требуемого температурного режима для компонентов и паяных соединений, а не количества переданного тепла;
– последующие рассуждения и рекомендации, например: «...быстрое охлаждение требует более мощной конвекции...», не связаны с упомянутой формулой, а другие зависимости не приводятся;
– не совсем корректны упоминания о температуре воды в зоне охлаждения, после того как в формуле приводится разность температуры материала и источника нагрева (охлаждения).
Таким образом, нижеприведенная формула, а также перечисленные выводы из [3] не могут быть использованы специалистами в работе:

Q = h · A · t  · ∆T,                                     (1)


где Q — количества переданного тепла; h — теплоемкость материала (способность материала поглощать или отдавать тепло); A — площадь поверхности изделия; t — время; ∆T — разность температур материала и источника нагрева (вид формулы, обозначения и их определения взяты из [3]).
Для решения упомянутой задачи автором публикации использована тепловая модель из работы [4].
В предположении постоянства коэффициента теплообмена между поверхностью печатного узла и воздухом и однородности температурного поля в объеме печатного узла автор получил формулы, позволяющие достаточно корректно оценить среднюю температуру узла и, следовательно, обеспечить требуемый температурный профиль в зависимости от температуры теплоносителя (воздуха или азота), площади поверхности печатного узла, его теплоемкости и коэффициента теплообмена [5–7].
Условие теплового баланса может быть записано в следующем виде:

Cп · dt = a · t  · Sп · dτ,                            2)

где Cп — теплоемкость печатного узла, Дж · °С–1; t — избыточная (превышающая температуру воздуха) температура печатного узла, °С; a — коэффициент теплообмена, Вт · °С–1; Sп — площадь поверхности печатного узла, м2; τ — время, с.
Путем элементарных преобразований, учитывая, что при нагреве tτ→∞ = tT; tτ→0 = 0, получим выражение для температуры печатного узла при конвекционном нагреве:

tн = tT · (1 – e–τ/τoн)                                 (3)

где tT — температура теплоносителя, °С; τoн — постоянная времени нагрева печатного узла:

  

                                   (4)

Решая аналогичную задачу для режима охлаждения, получим:

to = tT · e–τ/τoo ,                                        (5)

 

 

                                   (6)

где τoo — постоянная времени охлаждения печатного узла, с.
Постоянные времени нагрева и охлаждения печатного узла могут отличаться за счет различной скорости движения и состава теплоносителя. Скорость нагрева печатного узла и охлаждения после пайки тем выше, чем больше скорость движения нагретого воздуха (азота), которая увеличивает коэффициент теплообмена [8].
Таким образом, постоянные времени нагрева и охлаждения печатного узла при конвекционной пайке пропорциональны коэффициенту теплообмена, площади его поверхности и обратно пропорциональны его теплоемкости.
Используя полученные зависимости, можно сделать заключение о том, что паяные соединения, находящиеся в различных условиях обдува теплоносителем, будут нагреваться с различной скоростью, что, в свою очередь, может привести к несоблюдению требуемого температурного режима пайки, а также к образованию дефекта «надгробного камня» [1, 2, 9].
Экспериментальные исследования показывают, что по этой причине нижняя поверхность компонентов BGA, где расположены шариковые выводы, нагревается медленнее, чем боковая поверхность компонентов и паяные соединения планарных выводов [1, 2].
Выдержка перед финишным нагревом печатного узла до температуры пайки дает возможность более равномерно прогреть электронные компоненты вне зависимости от условий обдува теплоносителем [7].

Вывод

Опыт предприятия по отработке режимов конвекционной пайки печатных плат с компонентами с малым шагом выводов (fine-pitch) показал, что развитие научного направления по обеспечению требуемых параметров монтажа электронных приборов позволяет существенно повысить эффективность отработки соответствующих технологических процессов, уточнить рекомендации международных стандартов [5, 10].

Литература

1. Нинг-Ченг Ли. Технология пайки оплавлением, поиск и устранение дефектов: поверхностный монтаж, BGA, CSP и flip chip технологии. — М.: Издательский Дом «Технологии», 2006, 392 с., илл., табл.
2. Майк Джюд, Кейт Бриндли. Пайка при сборке электронных модулей. — М.: Издательский Дом «Технологии», 2006, 416 с., илл., табл.
3. Фред Димок, Роб ДиМаттео. Достижение и контроль значений охлаждения в печах оплавления//Производство электроники: технологии, оборудование, материалы. № 4, 2008 г., с. 51—54.
4. В.Н. Штенников. Разогрев и охлаждение паяльного инструмента при пайке//Компоненты и технологии. № 8, 2004, с. 212—214.
5. В.Н. Штенников. Предложения по уточнению рекомендаций международных стандартов IPC//Приборы. № 5, 2008, с. 59—63.
6. Easy Profile 256 HA No-Clean Solder Paste Supplemental Data Packade. www.kester.com.
7. М. Шмаков, А. Тиханкин. Оптимизация температурного профиля пайки оплавлением//Технологии в электронной промышленности. № 1, 2008, с. 44—46.
8. А.В. Лыков. Тепломассобмен. Справочник. 2-е изд., — М., Энергия, 1978, 480 с.
9. Причины возникновения «надгробного камня» — www.siplace.ru/soldering/gravestone.
10. В.Н. Штенников. Опыт ФГУП УЭМЗ по внедрению технологии поверхностного монтажа печатных плат с Fine-Pitch-компонентами//Новые промышленные технологии. № 5, 2008, с. 42—43.



Вы можете скачать эту статью в формате pdf здесь.
Оцените материал:

Автор: Василий Штенников, к.т.н, зам. начальника управления ФГУП УЭМЗ, г. Екатеринбург



Комментарии

0 / 0
0 / 0

Прокомментировать





 

Горячие темы

 
 




Rambler's Top100
Руководителям  |  Разработчикам  |  Производителям  |  Снабженцам
© 2007 - 2019 Издательский дом Электроника
Использование любых бесплатных материалов разрешено, при условии наличия ссылки на сайт «Время электроники».
Создание сайтаFractalla Design | Сделано на CMS DJEM ®
Контакты