Общие технические требования к паяным сборкам поверхностного монтажа и связанным с ними технологиям сборки


PDF версия

Мы начинаем публикацию цикла коротких комментариев к стандартам Международной Электротехнической комиссии (МЭК). Главная цель автора — показать и доказать состоятельность данных стандартов, которые, в отличие от стандартов IPC, имеющих ограниченную область применения, доступны для прямого легитимного применения, поскольку имеют статус международных и издаются на трех языках: английском, французском и русском. Более того, программой развития отечественной стандартизации предусмотрено использование русских редакций именно стандартов МЭК с последующей переработкой их в идентичные стандарты РФ.

Международный стандарт МЭК 61191-1 (IEC 61191-1), название которого обозначено в заголовке статьи, был подготовлен техническим комитетом 91: «Технология поверхностного монтажа», в тематику которого входят печатные платы и монтаж электронных сборок.
Этот стандарт предусматривает его применение совместно с другими частями стандарта МЭК 61192, под общим названием «Сборки на печатных платах:
Часть 1: Общие технические требования к паяным электрическим и электронным сборкам поверхностного монтажа и связанным с ними технологиям сборки.
Часть 2: Частные технические требования к паяным сборкам поверхностного монтажа.
Часть 3: Частные технические требования к паяным сборкам с монтажом в сквозные отверстия.
Часть 4: Частные технические требования к паяным сборкам контактов».
Стандарт МЭК 61191-1 задает требования к материалам, методам и критериям контроля межсоединений и сборок с применением технологии поверхностного монтажа и связанных с ними технологиям сборки. В стандарт также включены рекомендации по обеспечению качества в производственных процессах.
Стандарт МЭК 61191-1 взаимосвязан с другими стандартами МЭК, на которые он имеет ссылки. Перечислим лишь несколько из них:
– МЭК 60050(541):1990, Международный электротехнический словарь — Глава 541: Печатные схемы (IEC 60050(541):1990, International Electrotechnical Vocabulary — Chapter 541: Printed circuits);
– МЭК 61188-1-1:1997: Печатные платы и печатные узлы — Конструкция и применение — Часть 1-1: Общие требования — Рекомендации по плоскостности для электронных сборок (IEC 61188-1-1:1997, Printed boards and printed board assemblies — Design and use — Part 1-1: Generic requirements — Flatness considerations for electronic assemblies);
– МЭК 611882-2: Требования к проектированию и применению печатных плат и печатных узлов — Часть 2: Руководство по применению материалов подложек для плат печатных — Технология поверхностного монтажа (IEC 611882-2, Design and use requirements of printed boards and printed board assemblies — Par 2: Guide to the use of printed wiring board substrate materials — Surface mount technology);
– МЭК 61189-1:1997: Методы испытаний электрических материалов, конструкций межсоединений и сборок — Часть 1: Общие методы и методология испытаний (IEC 61189-1:1997, Test methods for electrical materials, interconnection structures and assemblies — Part 1: General test methods and methodology);
– МЭК 61189-3:1997: Методы испытаний электрических материалов, конструкций межсоединений и сборок — Часть 3: Методы испытаний конструкций межсоединений (печатные платы) (IEC 61189-3:1997, Test methods for electrical materials, interconnection structures and assemblies (printed boards));
– МЭК 61190-1-1: Материалы для соединений в электронных сборках — Часть1-1: Требования к паяльным флюсам (IEC 61190-1-1: Attachment materials for electronic assemblies — Part 1-1: Requirements for soldering fluxes);
– МЭК 61190-1-2: Материалы для соединений в электронных сборках — Часть 1-2: Требования к припойным пастам (IEC 61190-1-2: Attachment materials for electronic assemblies — Part 1-2: Requirements for soldering pastes);
– МЭК 61191-2:1998: Печатные узлы — Часть 2: Частные технические требования к паяным сборкам поверхностного монтажа (IEC 61191-2:1998, Printed board assemblies — Part 2: Sectional specification — Requirements for surface mount soldered assemblies);
– МЭК 61191-3:1998, Печатные узлы — Часть 3: Частные технические требования к паяным сборкам с монтажом в сквозные отверстия (IEC 61191-3:1998, Printed board assemblies — Part 3: Sectional specification — Requirements for through-hole mount soldered assemblies);
– МЭК 61191-4:1998, Печатные узлы — Часть 4: Частные технические требования к паяным сборкам контактов (IEC 61191-4:1998, Printed board assemblies — Part 4: Sectional specification — Requirements for terminal soldered assemblies);
– МЭК 61192-1: Пайка мягким припоем — Часть 1: Оценка качества паяных соединений (IEC 61192-1: Soft soldering — Part 1: Assessment of the quality of soldered joints);
– МЭК 61249-8-1: Материалы конструкций межсоединений — Часть 8-1 Ряд частных технических требований для непроводящих пленок и покрытий — Гибкие полиэфирные пленки с клеевым покрытием (IEC 61249-8-1: Materials for interconnection structures — Part 8-1: Sectional specification set for non-conductive films and coatings — Adhesive coated flexible polyester film);
– МЭК 61249-8-2: Материалы конструкций межсоединений — Часть 8-2: Ряд частных технических требований для непроводящих пленок и покрытий — Гибкие полиимидные пленки с клеевым покрытием (IEC 61249-8-2: Materials for interconnection structures — Part 8-2: Sectional specification set for non-conductive films and coatings — Adhesive coated flexible polyimide film);
– МЭК 61249-8-3: Материалы конструкций межсоединений — Часть 8-3: Ряд частных технических требований для непроводящих пленок и покрытий — пленка для переноса адгезива (IEC 61249-8-3: Materials for interconnection structures — Part 8-3: Sectional specification set for non-conductive films and coatings — Transfer adhesive film);
– МЭК 61249-8-8:1997: Материалы конструкций межсоединений — Часть 8: Ряд частных технических требований для непроводящих пленок и покрытий — Раздел 8: Временные полимерные покрытия (IEC 61249-8-8:1997, Materials for interconnection structures — Part 8: Temporary polymer coatings);
– МЭК 61340-5-1: Электростатика — Часть 5-1: Технические требования для защиты электронных устройств от электростатических явлений — Общие требования (IEC 61340-5-1: Electrostatics- Part 5-1: Specification for the protection of electronic devices from electrostatic phenomena — General requirements);
– МЭК 61340-5-2: Электростатика — Часть 5-2: Технические требования для защиты электронных устройств от электростатических явлений — Руководство пользователя (IEC 61340-5-1: Electrostatics- Part 5-2: Specification for the protection of electronic devices from electrostatic phenomena — User guide);
– МЭК 61760-2: Технология поверхностного монтажа — Часть 2: Условия транспортировки и хранения устройств поверхностного монтажа (SMD) — Руководство по применению (IEC 61760-2: Surface mounting technology — Part 2: Transportation and storage conditions of surface mounting devices (SMD) — Application guide);
– МЭК 62326-1:1996: Печатные платы — Часть 1: Общие требования (IEC 62326-1:1996, Printed board — Part 1: Generic requirements);
– ИСО 9453:1990: Мягкие припойные флюсы — Химические составы и формы (ISO 9453:1990, Soft solder alloys — Chemical compositions and forms);
– ИСО 9454-1:1990: Флюсы для мягкой пайки — Классификация и требования — Часть 1: Классификация, маркирование и упаковка (ISO 9454-1:1990, Soft soldering fluxes — Classification and requirements — Part 1: Classification, labeling and packaging);
– ИСО/ДИС 9454-2: Флюсы для мягкой пайки — Классификация и требования — Часть 2: Требования к характеристикам (ISO/DIS 9454-2: Soft soldering fluxes — Classification and requirements1 — Part 2: Performance requirements).

Классификация изделий

Этот стандарт устанавливает классификацию электронных и электрических сборок в соответствии с их назначением в используемой аппаратуре. Учреждены три основных класса, отражающие уровень работоспособности, требования к эксплуатационным характеристикам и периодичности проверок (контроля и испытаний). Следует признать, что между классами аппаратуры могут быть перекрытия.

Класс А: Электронные изделия общего назначения

Включает товары широкого потребления, персональные компьютеры и периферийные устройства, электронные модули и блоки, функционирующие в составе общих комплексов.

Класс В: Специализированная электронная аппаратура

Включает коммуникационную аппаратуру, сложные вычислительные средства и электронную аппаратуру, для которых требуется высокое качество и длительный срок службы и для которых желательно, но не обязательно, бесперебойная эксплуатация. Эксплуатация в условиях внешних воздействий, определенных потребителем, не должна приводить к отказам.

Класс С: Электронная аппаратура ответственного назначения

Включает все виды аппаратуры, для которых требования к надежности функционирования являются обязательными. Отказ аппаратуры не допустим, условия эксплуатации, заданные потребителем, могут быть исключительно жесткими, аппаратура должна функционировать в любое время включения. К таким, например, относятся системы жизнеобеспечения или другие ответственные системы.

Управление технологическим процессом

Предусматривается применение методик управления технологическим процессом, используемых при изготовлении паяных электрических и электронных сборок. Основные принципы, алгоритмы выполнения, инструментальные средства и технологические операции могут применяться в различной последовательности в зависимости от специфики производства и технологических процессов.
Устанавливаются также требования к квалификации персонала предприятия-разработчика и предприятия-изготовителя.

Требования к конструкциям сборок

Топология печатных плат, а также механическое и тепловое конструирование электрической или электронной сборки должны основываться на соответствующих стандартах по конструированию (например, МЭК 61188-5-1 — МЭК 61188-5-7).

Защита от статического электричества

Программа защиты от электростатических разрядов должна соответствовать стандартам МЭК 61340-5-1 и МЭК 61340-5-2 и распространяется на операции:
– входного контроля изделий;
– комплектования и хранения плат, компонентов и деталей;
– изготовления и доработки;
– проверки и испытаний;
– хранения, упаковки и перевозки готовых изделий;
– транспортировки и установки.

Условия производства

Сборка электронных изделий может требовать применения чистых помещений, обеспечивающих соблюдения требований этого стандарта. Чистота и параметры окружающей среды на всех рабочих местах должны поддерживаться в соответствии с назначенными классами чистоты для предотвращения загрязнений или порчи инструментов пайки, материалов и поверхностей, предназначенных для пайки. На рабочих местах должно запрещаться принятие пищи, питье, курение и прием нелегальных лекарств.
Пайку следует проводить в закрытом помещении с контролируемыми температурой и влажностью и поддержанием избыточного давления.
Если относительная влажность уменьшается до 30% и ниже, изготовитель должен проверять, соответствует ли помещение требованиям по электростатической защите и достаточен ли назначенный класс влажности для обеспечения качества флюса и применяемой припойной пасты. Для обеспечения комфорта работы оператора и поддержания паяемости следует поддерживать температуру в диапазоне 20…22°С, а относительную влажность не выше 70%. Для управления технологическим процессом следует поддерживать температуру и влажность в более узких пределах.
Освещенность на рабочих местах ручной пайки и столах, предназначенных для технического контроля, должна быть, не менее 1000 лм/м2.
Инструменты и оборудование следует содержать в чистом состоянии до их применения и без грязи, флюса, масел и других посторонних веществ во время использования. Паяльники, паяльное оборудование и паяльные системы должны выбираться и применяться с условием обеспечения контроля температуры и защиты от электрических перенапряжений ЭПН или ЭСР.
Приспособления и оборудование для монтажа должны использоваться в соответствии с требованиями технологической документации, доступными для потребителя. Приспособления и оборудование для монтажа должны наглядно показывать параметры технологического процесса, записанные в технологической документации.

Припой

Применяемые составы припоя Sn60Pb40, SN62Pb36Ag2 и Sn63Pb37, формы припоя, должны соответствовать требованиям ИСО 9453. Стандарт разрешает применять другие сплавы, обеспечивающие срок службы, качество и надежность изделия, если удовлетворяются все другие условия настоящих требований. Например, некоторые изготовители считают, что применение Sn60Pb38Bi2 создает матовость поверхности, которая помогает оптическому контролю.

Флюс

Флюс должен проверяться и классифицироваться в соответствии с МЭК 61190-1-1, ИСО 9454 или равноценными документами и относиться к одному из следующих трех типов:
– L — неактивный флюс или флюс и остатки флюса с низкой активностью;
– М — флюс и остатки флюса со средней активностью;
– H — флюс и остатки флюса с высокой активностью.
Для пайки печатных узлов должны применяться флюсы типов L или М. Для применений, где остатки флюсов не удаляются (безотмывочные флюсы), рекомендуется применять флюс типа L (С00).
Флюсы на основе неорганических кислот и флюсы типа Н стандарт разрешает применять для лужения контактов, одножильных проводов и герметизированных компонентов. Флюсы на основе неорганических кислот не могут применяться для пайки электронных узлов. Флюсы типа Н могут применяться для пайки контактов, одножильных проводов и герметизированных компонентов, если пайка является составной частью интегрированной системы оборудования для флюсования, пайки, отмывки и контроля качества отмывки, а также если имеются данные, демонстрирующие соответствие требованиям стандарта.
Если применяется флюс типа Н, отмывка обязательна.
Если жидкий флюс применяется совместно с другими флюсами, он должен быть химически совместим с другими флюсами и материалами, которые будут применяться. Флюс трубчатого припоя должен соответствовать требованиям этого подраздела. Процентное содержание флюса в трубчатом припое с сердечником из флюса является факультативным и не контролируется.

Припойная паста

Припойная паста, порошок припоя и консистенция флюса должны удовлетворять требованиям стандарта и их следует проверять также по ИСО 12226-1 или МЭК 61190-1, чтобы удовлетворять требованиям процесса сборки.

Клеи

Клеевые материалы, используемые для прикрепления компонентов поверхностного монтажа, должны удовлетворять требованиям МЭК 61190-1-5. Клеевые материалы, применяемые для крепления компонентов, не предназначенных для поверхностного монтажа, должны быть пригодными для этого применения и совместимыми со сборкой.

Отмывочные средства

Средства отмывки, используемые для удаления смазочных масел, жира, воска, грязи, флюса и других загрязнений, должны выбираться исходя из их способности удалять остатки флюса, другие остатки и загрязнения в виде сухих остатков. Отмывочные средства не должны приводить к ухудшению материалов или компонентов, подвергаемых очистке, и должны обеспечивать очистку сборки, удовлетворяющую требованиям, предъявляемым к очистке.
Отмывочные средства или их смеси должны соответствовать всем необходимым требованиям и нормативным ссылкам. Смеси отмывочных средств могут применяться при условии, что они обеспечивают стабильность поверхности и являются ингибиторами.
Применение растворителей, снятых с производства международными соглашениями, таких как 1,1,1- трихлорэтан (метилхлороформ) или хлорфторуглероды (фреоны), должно быть ограничено и даже, более того, может быть запрещено региональными законами и нормами. Применение других растворителей (например, спиртов, терпенов) должно соответствовать санитарным нормам, правилам техники безопасности, нормативным документам и другим природоохранительным законам.

Паяльные маски и локализованные маскирующие средства

Когда используются полимерные паяльные маски, они должны соответствовать МЭК 61249-8-5, тип A или B, класс C. Кроме того, материалы полимерных паяльных масок и временных маскирующих средств по МЭК 61249-8-8 должны:
– не ухудшает паяемость или разрушать материал основания печатных плат;
– предотвращать затекание припоя на защищенный участок;
– быть совместимыми, в случае замены, с материалом основания печатной платы, токопроводящим материалом, используемыми флюсами, клеем и нанесенными впоследствии влагозащитными покрытиями;
– легко удаляться, если они временные, без остатков загрязнения после удаления, вредных для обеспечения сплошности влагозащитного покрытия печатных плат или сборок.

Влагозащитные покрытия и герметики

Выбор влагозащитных покрытий производится либо по МЭК 61249-8-1, МЭК 61249-8-2, МЭК 61249-8-3, МЭК 61249-8-4, либо по МЭК 61249-8-6.

Химические препараты для удаления изоляции

Химические растворы, пасты и кремы, используемые для зачистки изоляции проводов, не должны приводить к разрушению провода. Кроме того, провода должны отделяться и очищаться от загрязнений в соответствии с рекомендованными инструкциями, а также сохранять паяемость в соответствии с требованиями.

Термоусаживающиеся трубки

Термоусаживающиеся трубки должны быть самоуплотняющимися и должны герметизировать паяное соединение. Оконечные соединения с экранирующей оплеткой должны соответствовать подробным рабочим инструкциям изготовителя, которые разработаны в обеспечение требований, указанных на утвержденном сборочном чертеже.

Паяемость

Электронные и пассивные компоненты и провода должны удовлетворять требованиям по паяемости в соответствии с требованями МЭК 61189-4. Печатные платы должны удовлетворять требованиям МЭК 61189-3.
До приемки компонентов на хранение или применение изготовитель должен проверить паяемость элементов в соответствии с планом выборочного контроля на соответствие требованиям нормативной документации на паяемость. Условия хранения должны соответствовать классу 1К2 МЭК 60721-3-1 и МЭК 61760-2.
Если лужение выполняются как часть технологического процесса сборки, эта операция может быть использована как контроль паяемости.
Металлические элементы керамических печатных плат должны контролироваться на паяемость, как задано в МЭК 61189-3 или с применением равноценного метода.
Выводы компонентов, элементы присоединений и контакты могут предварительно обрабатываться (например, погружением в горячий припой) для обеспечения сохранения паяемости.
Для минимизации охрупчивания припоя за счет растворения золота от золоченых элементов конструкции (например, выводов компонентов, контактных площадок печатных плат), общее содержание золота в любом паяном соединении не должно превышать 1,4% объема припоя (т.е., 3% по весу). Для этого все выводы и контакты, имеющие золотое покрытие, должны быть либо предварительно облужены, либо золото должно быть удалено иным способом с поверхностей, предназначенных для пайки. Для эффективного удаления золота следует применять процесс двойного лужения или лужения в динамической волне припоя. Для компонентов, монтируемых в сквозные отверстия, процесс удаления золота можно исключить за счет применения пайки погружением, пайки волной или миниволной припоя. Важное примечание — для незолоченых контактных площадок печатных плат охрупчивания золотом обычно не происходит, если толщина золота на выводах, монтируемых в сквозные отверстия, равна или меньше 2,5 мкм, а температура ванны с припоем не превышает 240°С.
Выводы компонентов, контакты и печатные платы, не удовлетворяющие требованиям по паяемости, должны дорабатываться лужением путем погружения в горячий припой или другими подходящими методами. При необходимости во время операции лужения на выводы теплочувствительных компонентов должны накладываться теплоотводы.
Припой, используемый для предварительного удаления золота, лужения компонентов и для машинной пайки, должен анализироваться на наличие примесей, заменяться или пополняться новым с периодичностью, обеспечивающей соответствие пределам, указанным в таблице 1. Периодичность проведения анализа следует определять на основе статистических данных или ежемесячно. Если загрязнение превышает пределы, указанные в таблице 1, интервалы между анализами, заменой или пополнением должны быть сокращены.

Таблица 1. Пределы загрязнения припоя; максимальный предел загрязняющих примесей (процентное содержание по массе)

Загрязняющая примесь

Предобработка (лужение вывода/ провода)

Пайка сборки (погружением, в волне припоя и т.д.)

Медь

0,750e

0,300

Золото

0,500

0,200

Кадмий

0,010

0.005

Цинк

0,008

0,005

Алюминий

0,008

0,006

Сурьма

0,500

0,500

Железо

0,020

0,020

Мышьяк

0,030

0,030

Висмутd

0,250

0,250

Сереброc

0,750

0,100

Никель

0,020

0,010

Палладий

0,004

0,004

a) Содержание олова в ванне припоя должно поддерживаться в пределах ±1,5% от номинального значения для припоя, заданного и проверенного с той же периодичностью, с какой контролировалось загрязнение медью/золотом. Содержание элементов в ванне не должно превышать перечисленные выше значения.
b) Суммарное загрязнение медью, золотом, кадмием, цинком и алюминием не должно превышать 0,4% для пайки сборки
c) Не распространяется на припой Sn62Pb36Ag2; загрязнения могут быть в пределах от 1,7% до 2,25%
d) Не распространяется на технологические процессы, использующие сплав Sn60Pb38Bi2 (сплав 19/ИСО 9453)
e) При лужении компонентов с мелким шагом, рекомендуется, чтобы содержание меди не превышало 0,3 %.

Подготовка выводов

Формуются ли выводы вручную, или автоматом, или штампом, компоненты не должны монтироваться, если вывод компонента имеет нежелательные зазубрины или вмятины, превышающие 10% площади поперечного сечения вывода.
Обнажение основного металла допустимо, если дефект не превышает 5% площади паяемой поверхности вывода. Обнажение основного металла на формованной площади вывода должно рассматриваться как индикатор технологического процесса.

Требования к технологическому процессу сборки

На сборках с применением технологии смешанного монтажа компонентов, компоненты монтажа в сквозные отверстия рекомендуется устанавливать с одной стороны печатной платы. Поверхностно монтируемые компоненты можно монтировать либо на одной, либо на обеих сторонах сборки.
Если проектные ограничения санкционируют монтаж компонентов, неспособных выдерживать температуры пайки, свойственные конкретному технологическому процессу, такие компоненты должны устанавливаться и паяться в сборке как отдельная операция. Если после монтажа и пайки основной массы компонентов следуют дополнительные операции монтажа и пайки, между операциями должны быть выполнены операции по очистке от остатков флюса. Сборки должны очищаться после каждой операции пайки для того, чтобы загрязнение не влияло на последующие операции монтажа и пайки компонентов.

Требования к пайке

После установки компонентов на печатные платы, до пайки сборка должна транспортироваться (например, руками или конвейером) и обрабатываться так, чтобы предотвратить смещение компонентов. После выполнения операций пайки сборка должна быть достаточно охлаждена с тем, чтобы припой успел затвердеть до дальнейшего перемещения, чтобы предотвратить растрескивание нагретого припоя.
Перед пайкой сборки следует предварительно нагревать для сведения к минимуму присутствие легкоиспаряющихся растворителей, для уменьшения разброса температуры по плате, для уменьшения теплового удара на платы и компоненты, чтобы улучшить растекание припоя и сократить время пребывания припоя в расплавленном состоянии.
Технологическая тара, используемая для транспортировки печатных плат в линии сборки, должна быть изготовлена из такого материала, а также иметь такую конструкцию и форму, которые не приведут к ухудшению паяемости или к ухудшению параметров плат или элементов и не приведут к электростатическому разряду на компоненты.
Короткие, жесткие или толстые выводы компонентов поверхностного монтажа не должны подвергаться усилиям прижима (например, от измерительных зондов), вследствие которых возникающие напряжения уменьшают надежность. Системы резистивной пайки оплавлением (например, пайка расщепленным электродом, термокомпрессией, паяльником) не должны прогибать выводы на величину больше двухкратной толщины вывода.
Примечание — испытания показали, что удельное давление выше 1,4 Н/мм2 со временем уменьшает общую надежность соединений припоем.
Элементы, предназначенные для пайки, должны достаточно прогреваться, чтобы приводить к полному расплавлению припоя и смачиванию паяемой поверхности.
Соединения не должны подвергаться нежелательному смещению или нежелательной механической нагрузке во время затвердевания припоя.
Методы оплавления припоя для присоединения компонентов поверхностного монтажа включают, но не ограничиваются инфракрасным оплавлением, оплавлением в паровой фазе, конвекционным оплавлением (горячим воздухом/газом), лазерным оплавлением, оплавлением термодами (горячий нагревательный элемент) или оплавлением за счет теплопроводности. Рекомендуется, чтобы они обеспечивали:
– возможность регулируемого предварительного нагрева печатных узлов;
– нужную теплоемкость для повышения и поддержания температур пайки в диапазоне тепловых масс компонентов и размеров соединений в пределах ±50°С от выбранного для них температурного профиля во всем диапазоне требуемого непрерывного производственного цикла пайки;
– ограничение воздействий теплового удара, за счет быстрого нагрева и охлаждения соединяемых поверхностей;
– минимальное влияние эффектов затенения и цвета на скорость нагрева каждого из компонентов.
Технологический процесс должен включать, как минимум, воспроизводимую температурно-временную кривую, в том числе операцию сушки/дегазации (если требуется), операцию предварительного нагрева (если требуется), операцию оплавления и операцию охлаждения. Эти этапы могут воспроизводиться стационарной или конвейерной системой или могут выполняться непрерывной последовательностью отдельных операций. Если температурно-временные профили настраиваются на различные печатные узлы или различные варианты сборок, то подобранные профили должны быть документально оформлены.
Выбранный флюс должен действовать до образования завершенного паяного соединения. Флюс может быть составной частью припойной пасты или трубчатого припоя. Любой вид флюса может использоваться при условии, что:
– флюс или сочетание флюсов не повреждают компоненты;
– последующий процесс очистки (если требуется) должен быть достаточным, чтобы соответствовать требованиям к очистке и не должен повреждать изделие.
На компоненты или на плату, или на то и другое, нужно наносить столько припоя, чтобы обеспечить наличие достаточного количества припоя в месте пайки во время оплавления для удовлетворения требований, предъявляемых к качеству изготовления по окончании технологического процесса.
Методы нанесения припойной пасты на контактные площадки, предназначенные для поверхностного монтажа, включают, но не ограничиваются, сеткографию или трафаретную печать, диспенсер или микрошпатель. Для обеспечения надлежащего качества обращение с припойной пастой должно осуществляться в соответствии с рекомендациями поставщика материала. Следует избегать повторного применения или смешивания со свежей припойной пастой, находившейся в открытом состоянии в течение чрезмерно длительного времени (например, от 1 ч до 24 часов в зависимости от материала).

Припой на платах

Контактные площадки для поверхностного монтажа можно покрывать заданным количеством припоя в процессе изготовления печатных плат.
Допускается применение разных методов нанесения припоя, например:
– гальваническая металлизация оловом-свинцом;
– нанесение припойной пасты сеткографией или трафаретной печатью, с последующим процессом оплавления припоя;
– нанесение расплавленного припоя;
– нанесение частиц припоя на клейкий флюс.
Припой, нанесенный на контактные площадки должен иметь следующие характеристики:
– нанесенный припой имеет гальваническую или расплавленную интерметаллическую связь с контактной площадкой;
– толщина нанесенного припоя достаточна для получения надежного паяного соединения методом оплавления;
– припой наносится с достаточной точностью на контактную площадку применительно к компоненту поверхностного монтажа;
– плоскостность осажденного припоя должна соответствовать требованиям применяемого компонента, например, компоненты с малым шагом выводов требуют лучшую плоскостность, чем большинство других компонентов.
Количество припоя должно быть задано.
Используемый флюс должен покрывать поверхности, предназначенные для пайки. При необходимости, флюс должен разбавляться жидкостью, рекомендованной поставщиком флюса. Флюс должен быть достаточно высушен перед пайкой для предотвращения разбрызгивания припоя.
Температуру ванны припоя при использовании составов припоя, определенных выше, следует поддерживать в пределах от 230°С до 280°С. Для сплавов, отличных от сплавов, перечисленных выше, могут потребоваться другие диапазоны температур. Температура ванны не должен выходить за пределы допуска ±5°С.
Температура и время контакта сборки с припоем должны зависеть от таких факторов, как предварительный нагрев, толщина платы, количество и размер выводов или проводников и от типа компонентов. Период пребывания любой печатной платы в ванне с припоем должен ограничиваться временем, при котором не происходит повреждения платы и установленных на ней компонентов.
Чистота ванны с припоем в установке для пайки печатных узлов должна поддерживаться в соответствии со следующими процедурами:
– шлак должен удаляться из ванны с припоем способом, который гарантирует, что шлак не контактирует с паяемыми изделиями. Для удаления шлака приемлемы автоматические или ручные методы;
– паяльные масла могут перемешиваться с расплавленным припоем и переноситься к поверхности волной припоя или наносится на поверхность волны припоя или ванны с припоем. Класс масла следует контролировать для предотвращения внедрения масла в отвердевающие паяные соединения;
– припой в установках пайки должен регулярно анализироваться.

Требования к чистоте

Для лаконичности формулировки требований к тщательности очистки электронных сборок после пайки и перед лакировкой используются коды чистоты. Двуцифровой код (минимальный) характеризует требования к чистоте для всех сборок, охваченных комментируемым стандартом. Этот код начинается с буквы C, за которой следует тире и затем две или более цифр.
Первая цифра кода чистоты устанавливает вариант очистки:
– 0 — поверхности не очищаются;
– 1 — одна сторона (поверхность, соприкасающаяся с волной припоя) сборки должна очищаться;
– 2 — обе стороны сборки должны очищаться.
Вторая и последующие цифры кода чистоты определяют требования к проверке чистоты. Следующие цифры могут использоваться в любых комбинациях (исключая 0):
– 0 — проверка чистоты не требуется;
– 1 — требуется проверка на наличие канифольных остатков;
– 2 — требуется проверка на наличие ионных остатков;
– 3 — проверка сопротивления изоляции поверхности;
– 4 — проверка на наличие других органических загрязнителей поверхности;
– 5 — другие проверки, которые предполагается проводить, по согласованию между изготовителем и потребителем.
Если код чистоты после пайки соответствует варианту очистки С-0 (поверхность не очищается), паяная сборка должна удовлетворять требованиям визуального контроля, предполагая, что допускаются видимые остатки флюса.
Все очищаемые изделия должны очищаться способом, который предотвратит нежелательный тепловой удар и проникновение очищающих средств в негерметичные компоненты.
Моющие средства и оборудование должны выбираться по их способности удалять как ионные, так и неионные загрязнения, и не должны ухудшать очищаемые материалы, маркировки и компоненты.
Остатки флюса должны удаляться как можно скорее, предпочтительно в пределах 15 мин, но не позже 1 ч после пайки. Некоторые флюсы или технологические процессы могут требовать более срочного действия для облегчения надлежащей очистки.
Ультразвуковая очистка допускается:
– на несмонтированных платах или сборках при условии, что присутствуют только контакты или соединители без внутренних электронных схем;
– или на электронных сборках с электрическими компонентами при условии, что поставщик имеет подтверждение, что применение ультразвука не повреждает изделия или компоненты.
Для оценки количества остающихся частиц или посторонних веществ, а также остатков флюса или других ионных органических загрязняющих элементов должен использоваться визуальный контроль.
Сборки должны быть без грязи, пыли, брызг припоя, шлака и т.д. Шарики припоя не должны ни свободно перемещаться, ни ухудшать эксплуатационные электрические характеристики.
Шарики припоя не должны уменьшать минимальный проектный электрический зазор больше чем на 50% и должны находиться в фиксированном положении на поверхности платы. Кроме того, их количество не должно превышать 5 на 600 мм2.
Сборки, которые прошли очистку, должны проверяться в соответствии с МЭК 61340-5-1 и МЭК 61340-5-2 и должны соответствовать следующим требованиям к максимальному допустимому классу остатков канифольных флюсов:
– Класс А: на сборке меньше 200 мкг/см2;
– Класс В: на сборке меньше 100 мкг/см2;
– Класс С: на сборке меньше 40 мкг/см2.
Степень загрязнения сборок может проверяться по сопротивлению электрической изоляции печатных плат в условиях высокой температуры и влажности в соответствии с МЭК 61340-5-1 и МЭК 61340-5-2 с применением условий испытаний МЭК 61189-1. Тест-купоны должны иметь минимальное сопротивление 100 МОм после пайки и очистки.

Требования к сборке

Платы, компоненты и технологические процессы, описанные и заданные в разделах стандарта 1…8, обеспечивают более высокое качество паяных соединений, чем минимальные требования к качеству, изложенные в этом разделе. Рекомендуется, чтобы технологические процессы и их элементы управления были способны воспроизводить изделие, удовлетворяющее или превышающее критерии качества для изделия Класса С. Однако паяные соединения должны удовлетворять различным критериям качества классов изделий (А, В или С), заданным потребителем.

Общие требования к сборке

Дефекты сборок электронных устройств не должны превышать требований, заданных в комментируемом стандарте и в МЭК 61191-2, МЭК 61191-3, МЭК 61191-4.
На печатных платах не должны проявляться следы обгорания, образование вздутий или расслоения (деламинирования), как они представлены в МЭК 62326-1. Царапины на основании платы проявляются, как обнаженный тканый материал вместе с поднятой или поврежденной фольгой, мизлингом (точечным побелением), образованием ореолов, и должны удовлетворять критериям качества по МЭК 61188-2.
Дефекты, не допустимые на печатных узлах: сыпь, точечные расслоения, пузырение, обнажение ткани, ореолы, краевое расслоение и поднятые контактные площадки или проводники.
Поводами для забракования стандартом устанавливаются:
– дефекты в виде образования белых пятен и трещин, влияющих на их функциональность;
– вздутия или расслоения, которые создают перемычки между металлизированными сквозными отверстиями или между внутренними проводниками, или которые простираются под поверхностными проводниками или над и под внутренними проводниками.
Маркировки не должны преднамеренно меняться и смываться, если это не требуется сборочным чертежом. Рекомендуется, чтобы дополнительные маркировки (такие как метки, добавленные во время технологического процесса) не закрывали начальные маркировки поставщика. Если происходит потеря части маркировки компонента возможно повторное маркирование.

Плоскостность (изгиб и скручивание)

Изгиб и скручивание после пайки не должны превышать:
– 0,5% или 1,5 мм для поверхностного монтажа изделий Класса С;
– 0,75% или 2 мм для поверхностного монтажа изделий Класса В;
– 1,0% или 2,5 мм для поверхностного монтажа изделий Класса А;
– и 1,5% или 2,5 мм для печатных плат с монтажом в сквозные отверстия (изделий всех классов).
Сборки смешанного монтажа (технологии поверхностного монтажа, технологии монтажа в сквозные отверстия и т.д.) должны удовлетворять требованиям к сборкам поверхностного монтажа (см. МЭК 61191-2, МЭК 61189-3, МЭК 61188-1-1).

Паяное соединение

Качественное паяное соединение должно проявлять признак смачивания и сцепления, если припой сочетается с паяемой поверхностью, образуя краевой угол смачивания 90° или меньше. Рекомендуется, чтобы паяные соединения имели, в основном, глянцевый вид. Допустим атласный блеск.
Существуют композиции сплавов, металлические покрытия выводов или печатных плат, специальные технологические процессы пайки (т.е. медленное охлаждение печатных плат с большими массами), которые могут создавать тусклый, матовый, серый или зернистого вида припой, что является нормальным для используемого материала или технологического процесса. Эти паяные соединения являются приемлемыми.
Отметины или царапины на паяных соединениях не должны ухудшать их целостность.
Пайки считаются дефектными, если они представляют собой:
– изломанные и нарушенные (разрушенные) паяные соединения;
– холодное паяное соединение;
– свыше 5% паяного соединения (за исключением переходных отверстий) показывают характеристики несмачивания или недостаточного смачивания;
– избыток припоя, который контактирует с корпусом компонента;
– охрупчивание от золота из-за недостаточного удаления золота;
– образование пустот, из-за которых объем припоя в соединении уменьшается ниже допустимого минимального значения.

Сквозные соединения

Неметаллизированные отверстия с выводами или металлизированные сквозные отверстия, не подвергавшиеся групповой пайке и используемые для сквозных соединений, не требуется заполнять припоем. Металлизированные сквозные отверстия, защищенные от воздействия припоя постоянными или временными маскирующими покрытиями и используемые для сквозных соединений, не требуется заполнять припоем. Смачивание верхней стороны контактных площадок вытесненным припоем является допустимым, но не требуемым состоянием.

Влагозащита

Влагозащитное покрытие должно быть сплошным на всех участках, обозначенных для покрытия на сборочном чертеже. Растекание покрытий следует сводить к минимуму.
Маскирующие материалы не должны вредно воздействовать и ухудшать печатные платы и должны удаляться без остатка загрязнений. Размеры, заданные для защищенных областей, не должны уменьшаться по длине, ширине или в диаметре больше чем на 0,8 мм из-за нанесения влагозащитныхь покрытия.
Регулирующая часть подстраиваемых компонентов, а также электрические и механические сочленения поверхностей, такие как наконечники зондов, резьба, несущие поверхности (например, направляющие для плат) должны оставаться непокрытыми, как задано на сборочном чертеже.
Сочленяемые поверхности соединителей печатных узлов не должны покрываться влагозащитными покрытиями. Влагозащитное покрытие, заданное на сборочном чертеже, должно, однако, обеспечивать герметизацию по периметру всех площадей поверхностей раздела соединителя и платы. Запрессованные выводы и соединители, установленные после нанесения влагозащитного покрытия, должны освобождаться от требования по герметизации.
Соединяемая (контактная) поверхность держателей или других монтажных устройств не должна покрываться влагозащитным покрытием, если это специально не требуется сборочным чертежом. Однако периметр сочленения между этими устройствами и платой и весь соединительный крепеж должен покрываться.
По внешнему периметру сборок общая толщина основания с лаком не должна увеличиваться больше чем на 1,0 мм в результате нанесения влагозащитного покрытия. Внешний периметр определяется как участок на каждой стороне платы на расстоянии не больше чем 6,0 мм внутрь от внешнего края.
Размеры сборок не должны увеличиваться по длине и ширине больше чем на 0,8 мм с каждого края, приводя к общему увеличению 1,5 мм из-за нанесения влагозащитного покрытия.
Толщина влагозащитного покрытия для заданных типов (МЭК 61188-5-1 ÷ МЭК 61188-5-7), должна быть:
– для типов ER (эпоксидная смола), UR (уретановые) и AR (акриловые): 0,03…0,13 мм;
– для типа SR (силиконовые — кремнийорганические): 0,05…0,21 мм;
– для типа XY (параксилиленовые): 0,01….,05 мм.
Толщина должна измеряться на плоской, свободной от компонентов, отвержденной поверхности печатного узла, или на купоне, который обрабатывался вместе со сборкой. Тест-купоны должны быть из такого же типа материалов, как и печатная плата, или из непористого материала, такого как металл или стекло. В качестве альтернативы можно применять измерение толщины лакированной пленки для установления толщины покрытия при условии, что имеется документация, которая коррелирует толщины лакированной и сухой пленок.
Влагозащитное покрытие должно:
– быть полностью отверждено и однородно;
– покрывать только участки, заданные на сборочном чертеже;
– быть без пузырей или разрывов, которые влияют на работу сборки или на герметизирующие свойства влагозащитного покрытия;
– быть без пор, пузырей, раковин или постороннего материала, которые обнажают выводы компонентов, проводники печатного монтажа (в том числе, слой заземления) или другие проводники и/или нарушают проектные электрические зазоры;
– и, наконец, не иметь точечного побеления, расслоения или складок (участки без влагозащитного покрытия).
Визуальный контроль влагозащитного покрытия можно выполнять без средств увеличения. Контроль укрывистости влагозащитного покрытия можно выполнять под источником ультрафиолетового (УФ) освещения, если применяется материал влагозащитного покрытия, содержащий УФ-индикатор. В спорных случаях можно применять увеличение от 2Х до 4Х.

Управление технологическим процессом

Управление технологическим процессом должно представлять собой документированную систему, доступную для рассмотрения, которая по существу соответствует ИСО 9002, МЭК 61193-1, или систему, утвержденную потребителем. Основная цель управления процессом заключается в постоянном уменьшении отклонений в технологических процессах, изделиях или эксплуатации для обеспечения соответствия изделия или технологических процессов, удовлетворяющих или превышающих требования заказчика. Система управления технологическим процессом должна включать, как минимум, следующие элементы:
– должно обеспечиваться обучение персонала с возложенной на него ответственностью при разработке, освоении и применении методов управления технологическим процессом и статистических методов, которые соответствуют их ответственности;
– должны поддерживаться количественные методики и доказательства, демонстрирующие, что процесс обеспечивает воспроизводимость и управляемость;
– стратегии усовершенствования, которые определяют начальные пределы управления технологическим процессом и методики, направленные на сокращение появления индикаторов технологического процесса для обеспечения непрерывного усовершенствования технологического процесса;
– должны задаваться критерии для перехода к выборочному контролю. Если технологические процессы выходят за пределы управления или демонстрируют неблагоприятную тенденцию или работу, то должны также определяться критерии для возвращения к более высоким классам контроля (до 100%);
– если дефекты установлены в выборке из партии, вся партия должна проходить 100% контроль на выявление обнаруженных дефектов;
– система должна включать положение для начала корректирующего действия при появлении индикаторов технологических процессов, появлении неуправляемых процессов и/или сборок, несоответствующих техническим требованиям;
– определяется документированный план аудита, контролирующий характеристики технологического процесса и/или изделия с заданной периодичностью.
Объективным доказательством управления технологическим процессом могут служить контрольные карты или другие средства и методы статистического управления процессом, полученные из применения параметров технологического процесса и/или данных о параметрах изделия. Эти данные могут собираться из таких источников, как контроль, неразрушающий анализ, эксплуатационные параметры установок или периодических испытаний промышленных образцов. Для данных по распределению основой является понимание и управление параметрами в процессе, что оказывает влияние в ответе на вопрос и установление управления в этой точке. Данные по распределению, измеренные в 10–6  единицах (миллионных долях) несоответствующего требованиям изделия, могут коррелироваться по показателю возможностей технологического процесса (Срк), сформированного с помощью переменных данных.
ПРИМЕЧАНИЕ — доступные источники (например, ИСО 9002, МЭК 61193-1 и т.д.) следует использовать при установлении плана управления технологическим процессом и определении данных и критериев.
Для предотвращения появления дефектов и индикаторов (признаков отклонений) технологического процесса должны вводиться методы непрерывного усовершенствования технологического процесса. В случае выхода технологического процесса за установленные пределы должно быть предпринято корректирующее действие для предотвращения повторений отклонений. Если в течение 30 дней после реализации корректирующего действия оно оказывается не эффективным, решение проблемы должно быть передано руководству предприятия. Стандарт имеет обязательные приложения, описывающие требования к оборудованию и инструментам пайки, методику оценки качества флюсов, подробную инструкцию управления процессами в обеспечение заданного качества.

Заключение

1. Выше были изложены лишь краткие формализованные выдержки из стандарта МЭК (IEC 61191-1), которые позволяют оценить системность требований и методик обеспечения качества электронных сборок. Они просты и носят общий характер. Но в отличие от отечественной нормативной документации международные стандарты МЭК содержат рекомендации по управлению технологическими процессами в обеспечение нужного уровня качества.
Последующие уровни стандартов более конкретны, их комментарии будут опубликованы позже.
2. Анализ нормативной базы МЭК убеждает, что наиболее быстрый и эффективный путь обновления национальной системы стандартизации — переход на русские аутентичные редакции стандартов МЭК с последующей переработкой ряда из них в национальные стандарты.

Оставьте отзыв

Ваш емейл адрес не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *