Tehnologia Conexiunilor Prin Lipire 2

Download Tehnologia Conexiunilor Prin Lipire 2

Post on 24-Jun-2015

464 views

Category:

Documents

1 download

TRANSCRIPT

Tehnologie electronic. Capitolul 2

2.5. Tehnologii de realizare a lipiturilor n electronic2.5.1. Generaliti. Procedee de lipiren electronic, o mare diversitate de elemente se asambleaz prin lipire: conductoare filare (ntre ele, pe terminale / pini, pe conductoare imprimate, pe saie, carcase etc.), componente electronice montate n guri pe cablaje imprimate, componente montate pe suprafa, piese metalice de variate forme i dimensiuni (distaniere, elemente de fixare/rigidizare, table etc.). Procedeul de lipire se alege/adopt n funcie de ce se lipete, unde i cnd se lipete - componente electronice - la asamblare sau la depanare, cu montarea n guri sau pe suprafaa cablajelor imprimate etc.; conductoare filare masive sau multifilare - la formarea capetelor sau la mbinare etc. n cea mai general clasificare, procedeele de lipire pot fi: manuale, utilizate destul de frecvent la asamblare i ntotdeauna la depanare; automate, utilizate numai la asamblare i de regul la lipirea pe cablaje imprimate. Dup modul n care se face aportul de aliaj de lipit, lipirea se poate face: cu ciocanul de lipit (ntotdeauna manual); prin imersie n bi de lipire statice; n val (ntotdeauna n instalaii mai mult sau mai puin automate); prin retopire (reflow), procedeu care presupune depunerea aliajului pe suprafeele de lipit nainte de nclzirea pentru lipire; n funcie de modalitatea de depunere a aliajului (preforme sau paste de lipit) i de procedeul de nclzire (prin contact, cu radiaii infraroii, cu aer cald, n faz de vapori, cu laser etc.), exist o mare varietate de tehnici tip reflow n cele ce urmeaz se vor expune procedeele de lipire utilizate la asamblarea circuitelor electronice, n special pe cablaje imprimate; unde va fi cazul se vor face referiri i la asamblarea altor elemente.

2.5.2. Lipirea cu ciocanul de lipitCiocanul de lipit, ca surs de cldur pentru nclzirea suprafeelor care trebuie lipite, este cea. mai veche unealt pentru lipiri moi, evolund de la un simplu paralelipiped din cupru cu tij i mner - nclzit la flacr sau pe plit, la construciile sofisticate din prezent - cu termostatare i temperatur reglabil, cu vrfuri interschimbabile placate, cu alimentare prin transformator. Lipirea cu ciocanul este un procedeu nc foarte utilizat i adesea de nenlocuit (la depanare, de exemplu), n primul rnd datorit adaptabilitii practic la orice situaie; de aceea, pentru perfecionarea acestei unelte se depun susinute eforturi, de ctre numeroi productori. Dezavantajul major al lipirii cu ciocanul este legat de factorul uman, de care depind calitatea i uniformitatea lipiturilor i productivitatea. Ciocanele de lipit pot fi: cu funcionare discontinu (tip pistol), economice, recomandate pentru lucru cu pauze; cu funcionare continu (cu rezisten de nclzire). Ciocanele de lipit cu funcionarea discontinu .(tip pistol) - fig. 2.11, au transformatorul incorporat, alimentat printr-un contact acionat de prghia trgaci numai pe durata efecturii lipirii. Secundarul transformatorului cu 3 - 5 spire, este din bar de cupru cu42

Tehnologie electronic. Capitolul 2

seciune mare (20 30mm2) cu transformator secundar (bar din Cu) forma din fig. 2.11; pe capetele 1 barei se prinde cu uruburi vrful ans (vrf) (numit uzual ans) - un segment din srm de cupru ( = 1,5 ... 3mm) ndoit potrivit (fig. 2 . 1 1 ) . carcas Temperatura se regleaz nchiznd/deschiznd contactul, n prghie trgaci timpul lipirii. Se construiesc astfel de ciocane cu puteri de 60 150W; cu ct puterea este mai mare, se poate folosi o ans cu diametru mai mare iar timpul de contacte (fix i mobil) atingere a temperaturii de lipire cablu de alimentare este mai mic (6 ... 20 secunde). Ciocanele tip pistol sunt grele (0,5 - l,2kg), voluminoase i nu Fig. 2.11. Pistol de lipit cu transformator sunt potrivite pentru lucru n flux continuu. Ciocanele de lipit cu rezisten au inclus o rezisten de nclzire alimentat direct de la reea sau prin transformator. Ciocanele cu rezistena izolat n ceramic sau folii de mica, alimentat direct de la reea (220V/50Hz) nu sunt recomandabile pentru lucru n electronic deoarece rezistena izolaiei nu este prea mare, mai ales la temperatur mare; ca urmare, carcasa i vrful ciocanului chiar legate la priza de pmnt de protecie2 pot avea tensiuni periculoase pentru multe componente electronice. De regul, aceste ciocane nu au termoreglare; temperatura se menine constant (aproximativ) la egalitatea cldurii generate de rezisten i a cldurii disipate n mediu, care depinde de mrimea suprafeei de rcire (modificarea acesteia - de exemplu scurtnd vrful, modific temperatura). Ciocanele alimentate prin transformator cobortor sau numai de izolare, sunt preferabile i de altfel cele mai folosite n industria electronic uzual, ansamblul ciocan de lipit, transformator, eventuale subansamble de reglare i conductoarele aferente se numete staie de lipire. De regul, aceste ciocane sunt prevzute cu termoregulatoare: cu magnet permanent sau cu senzor de temperatur i circuite de reglaj. Ciocanele de lipit termoreglate cu magnet permanent - fig. 2.12, au, solitar cu vrful (a crui temperatur se menine constant), o pastil, un mic magnet permanent (ferit, aliaj magnetic tare) cu punct Curie la temperatura de lipire (tCurie = tl). Ct timp t < tl, magnetul atrage o tij din fier moale i se nchide contactul de alimentare a rezistenei; la t tl = tCurie pastila i pierde nsuirile magnetice i un arc slab deschide contactul; la scderea temperaturii contactul se renchide. Astfel, temperatura vrfului oscileaz cu 1 5C n jurul valorii de lipire (sistemul termic - magnetic - mecanic are un mic histerezis). Pentru schimbarea temperaturii de lipire trebuie schimbat vrful cu magnet. Acest tip de ciocan este foarte folosit, fiind ieftin, robust i satisfctor n multe utilizri. Exist o mare varietate de construcii, cuEste esenial ca ntre ans i bara secundar contactul electric s fie perfect - altfel se nclzete zona de contact, nu vrful. De regul-este necesar curarea periodic a suprafeelor de contact, mai ales a ansei (din cupru) - cu pila, mirghel, ..., uneori i a barei (obinuit nichelat sau cromat) - prin tergere cu hrtie, burete, ... 2 Legarea la priza de pmnt de protecie este obligatorie din motive de protecie a muncii - oricnd izolaia se poate deteriora, vrful i carcasa ciocanului fiind puse la tensiunea reelei. Chiar cu o bun legtura la pmnt, datorit rezistenei prizei i conductoarelor, n cazul unei izolaii nu prea bune curenii de scurgere pot determina tensiuni de voli... zeci de voli, nepericuloase pentru operator (curenii sunt foarte mici) dar distructive pentru multe componente 431

Tehnologie electronic. Capitolul 2

puteri de la 20-25W la peste 100W i de vrfuri cu pastile pentru temperaturi de la 200C la peste 350C (cam din 10 n 10C).rezisten de nclzire vrf pastil din ferit contacte (fix i mobil) mner

tij din fier

arc

disc izolant

cordon de alimentare

Fig. 2.12. Ciocan de lipit termostatat cu pastil din ferit cu punct Curie la temperatura de lipire

Ciocanele de lipit termoreglate cu senzor (termistor, termorezisten, termocuplu) montat n vrf, asigur att un histerezis mai mic (sub 1C) ct i posibilitatea reglrii temperaturii (circuitele de reglaj sunt n aceeai carcas cu transformatorul) n plaje largi; n schimb sunt sensibil mai scumpe i mai pretenioase (cordonul ciocanului are 4 6 fire)

zona activ (de lucru) a Crom Nichel Fier Cupru aliaj de lipit zona de lucru Crom (electrolitic) Nichel (electrolitic) Fier (electrolitic) Nichel (neelectrolitic) b Fig. 2.13. Vrfuri pentru ciocane de lipit: a forme, b vrfuri cu cu via lung aliaj de lipit

zona de lucru

Componenta principal a ciocanului de lipit este vrful. Exist o mare diversitate a formelor i dimensiunilor vrfurilor, n acord cu puterile ciocanelor1, dimensiunile pieselor i ale suprafeelor de lipire etc.; cteva forme apar n fig. 2.13.a. Vrfurile se realizeaz din bare rotunde din cupru (are cea mai mare conductibilitate termic la pre rezonabil2, aliajul SnPb ader bine), uneori aliat cu 0,5 % telur pentru uzinare mai uoar. Deosebit de important este zona de lucru extremitatea care n timpul lipirii este n contact cu piesele i cu aliajul. Pentru lucru, este obligatoriu ca zona de lucru s fie acoperit cu o pelicul de aliaj (cositorit) altfel, nu se poate asigura contact termic bun deoarece cuprul se oxideaz imediat (stratul de oxid este termoizolant) i nu se poate realiza lipirea. Deoarece aliajul se oxideaz, aceast zon trebuie frecvent curat (burete umed, psl, ...), acoperit cu flux (colofoniu) i re-cositorit. Ciocanele ieftine au vrful numai din cupru. Ca urmare, zona de lucru se uzeaz prin dizolvarea cuprului n aliaj (Cu este foarte solubil n aliaj SnPb lichid) i prin oxidare. Dupa un timp de folosire, este necesar reformarea zonei de lucru prin pilire i cositorire. Prin anii /70, firma Weller a introdus vrfurile cu durat de via lung (long life tips). Aceste vrfuri sunt acoperite, cel puin pe poriunea activ (zona de lucru), cu o peliculPrin puterea ciocanului se nelege puterea electric a rezistenei de nclzire sau puterea nominal a transformatorului (n cazul ciocanelor tip pistol). 2 Argintul are conductibilitate termic (i electric) cu 10% mai bun, dar este mult mai scump dect cuprul. 441

Tehnologie electronic. Capitolul 2

micronic din fier pur (fig. 2.13.b), pe care aliajul ader foarte bine. Aceast pelicul este o barier care mpiedec dizolvarea cuprului n aliaj. In prezent, vrfurile long life de calitate au mai multe straturi barier micronice fig. 2.13.b. Stratul de crom din zona inactiv mpiedec axidarea i aderena aliajului n acea regiune. Un astfel de vrf este scump i trebuie tratat cu atenie: curarea se execut numai cu buretele furnizat de firm; vrful nu se freac pe cablaje, fire, ... pentru a nu se nltura straturile de protecie; zona activ se menine permanent acoperit cu aliaj. Captul de lipire poate fi: conic (pentru lipiri fine, piese mici), tronconic sau piramidal (pentru lipirea pieselor ceva mai mari), n form de cilindru tiat oblic sau aplatizat n cap de dalt (pentru lipirea pieselor mari, conductoarelor filare groase etc.). Vrful ciocanului asigur transferul cldurii ctre piese n zona de lipire i aceasta trebuie s se ntmple la temperatur ct mai constant. Masa i dimensiunile vrfului i n consecin puterea ciocanului, trebuie s fie n acord cu masa (dimensiunile) pieselor care se lipesc: cu ct aceste piese sunt mai mari (mase, suprafee mari), cu att dimensiunile vrfului i puterea ciocanului trebuie s fie mai mari. Pentru piese mici (SMD, TH mici, CI, fire cu 0,5mm) sunt indicate ciocane de 25 ... 40W; pentru piese medii (dispozitive de putere, R, C, L de dimensiuni mai mari, fire cu = 0,5 ... 1mm) se recomand ciocane de 40 ... 60W. Ciocanele termostatate pot fi cu puteri mai mari, pentru nclzire rapid, pentru c oricum, puterea medie este n funcie de temperatura reglat. Lipirea manual cu ciocanul, n cazul utilizrii aliajelor tubulare, presupune, n general, parcurgerea urmtoarelor etape: 1. Se pune captul de lipire al vrfului ciocanului (nclzit la temperatura de lipire) n locul lipirii, n contact ct mai bun cu piesele care se lipesc, astfel nct contactul cu piesa mai mare s se fac pe o suprafa mai mare (fig. 1.14.a). Captul de lipire trebuie s fie acoperit cu o mic cantitate de aliaj topit, preferabil i puin flux, pentru contact termic bun; eventual se preia pe vrf o mic cantitate de aliaj. 2. Se ateapt ca piesele s se nclzeasc, apoi se aduce aliajul tubular n contact cu piesa de lipit mai mare, evitnd contactul cu vrful ciocanului1 - astfel se asigur topirea fluxului i curarea suprafeelor naintea topirii i ntinderii aliajului - fig. 1.14. b. 3. Dup topirea unei cantiti potrivite de aliaj, se menine contactul, eventual se deplaseaz vrful n contact cu piesele, pn la ntinderea aliajului, acoperirea suprafeelor i umplerea interstiiilor - fig. 1.14.c. 4. Imediat dup acoperire, se ndeprteaz ciocanul, rapid dar nu brusc i se ateapt rcirea i solidificarea aliajului - fig. 1.14.d; n acest timp piesele trebuie s fie imobile.aliaj tubular vrf ciocan aliaj de pe vrf 1 2 aliaj lichid flux lichid aliaj solidificat flux solidificat

a

b

c

d

Fig. 2.14. Lipirea cu ciocanul, cu aliaj tubular: a nclzire; b aport aliaj i flux (poziia 1 sau 2); c topire i ntindere flux i apoi aliaj; d ndeprtare vrf i rcire Considerm neindicate dou practici curente: topirea aliajului tubular pe vrful ciocanului naintea contactului cu piesele sau aezarea tubului de aliaj pe una din piese i apsarea vrfului pn la topire - n ambele cazuri, fluxul nu se aplic naintea topirii aliajului, curarea suprafeelor nu este prea bun 451

Tehnologie electronic. Capitolul 2

Dac nu se folosete aliaj tubular, operaiile ncep cu preluarea unei picturi de aliaj pe vrful ciocanului, apoi a unei picturi de flux topit; celelalte etape se execut conform indicaiilor de mai sus. Durata nclzirii trebuie s fie suficient pentru buna ntindere a aliajului dar nu prea lung, pentru evitarea supranclzirii pieselor i oxidarea intens a aliajului i suprafeelor. O lipitur bun este atunci cnd aliajul are suprafa neted, fr impuriti, cu form de menise concav, cu unghiuri de lipire mici (sub 15 30C) - ca n fig. 1.14.d; fluxul neconsumat este n cantitate mic i formeaz pelicule netede, regulate, cu aspect caracteristic. Dintre defectele care apar la lipirea cu ciocanul, frecvente sunt: lipiturile reci suprafeele sunt acoperite cu aliaj de lipit dar nu s-a realizat contact intim ntre materiale de baz i aliaj; cauzele sunt: suprafeele insuficient nclzite i/sau curate; obinuit, n aceste cazuri unghiurile de lipire sunt peste 70 90; lipituri arse suprafeele sunt acoperite cu aliaj, dar ntre aliaj i suprafee exist straturi de oxizi; cauza const n supranclzire (temperatur prea mare sau durat prea mare a nclzirii); obinuit, n aceste cazuri suprafaa aliajului nu este neted, n jurul lipiturii i n aliaj se observ impuriti cu aspect clar diferit de al fluxului nears; lipituri crpate - n timpul solidificrii aliajului, piesele au fost deplasate i aliajul are crpturi (de regul vizibile); lipituri cu lips de aliaj - lipirea este realizat, dar cantitatea de aliaj este prea mic i n consecin rezistena mecanic este redus; lipituri cu exces de aliaj - lipirea este realizat, dar aliajul este n exces i terminalele nu se pot tia la lungimea necesar, lipiturile se rup uor, se produc scurtcircuite; lipituri cu scurtcircuit, datorate contactului nedorit al vrfului cu suprafee conductoare apropiate sau, n cazul excesului de aliaj, formrii unor stalactite sau fire (adesea aproape invizibile) din aliaj la ndeprtarea ciocanului. S-a constatat c lipiturile reci i arse sunt cele mai frecvente defecte la lipirea cu ciocanul i se datoreaz n primul rnd insuficientei curri a suprafeelor de ctre flux (operatorul, fie nu observ lipsa de efect a fluxului, fie, observnd aceasta, insist, supranclzind zona). De aceea, este ct se poate de recomandabil s se procedeze la fluxarea prealabil a suprafeelor (mai ales a conductoarelor imprimate care se obin curate dup corodare i decontaminare), fie la precositorire, cu sau fr fluxare prealabil. n prezent, cam toate piesele electronice au terminalele acoperite cu metale de protecie, greu oxidabile sau cu oxizi solubili n flux (precositorire de regul, argintare, rar aurire); de asemenea, multe cabluri de conexiune sunt precositorite. Prin aceasta, operaiile de lipire sunt foarte mult uurate. n cazul terminalelor i cablurilor fr acoperiri protectoare sau puternic oxidate, se recomand curarea i precositorirea, folosind ciocane sau mici bi de precositorire. Adesea, la lipirea cu ciocanul este necesar utilizarea unturilor termic. Asemenea situaii apar la lipirea i dezlipirea pieselor sensibile la cldur, la precositorirea pieselor i capetelor de cabluri (cu izolaie din PVC, termoplast). untul termic este o pies cu capacitate caloric mare (penset, clete tip patent, ...) pus n contact termic bun cu terminalul, ntre punctul de lipire i corpul piesei sau izolaie n scopul de a prelua cldura i a nu permite supranclzirea. Se va nota c la lipirea sau precositorirea cablurilor multifilare liate, este obligatorie torsadarea firelor; altfel cu mare probabilitate, unele fire (lie) deplasate n timpul lipirii sau utilizrii aparatului, vor provoca scurtcircuite. Dezlipirea pieselor din montajele electronice este o activitate n care ciocanul de lipit este de nenlocuit. Exist numeroase procedee de dezlipire, pentru care se folosesc ciocane obinuite sau speciale, scule i dispozitive ajuttoare.46

Tehnologie electronic. Capitolul 2

Dezlipirea pieselor i extragerea terminalelor din gurile cablajelor se poate face: fr ndeprtarea aliajului (topirea i extragerea simultan a terminalelor); cu ndeprtarea aliajului naintea extragerii terminalelor.

Dezlipirea pieselor fr ndeprtarea aliajului se poate face fr mari dificulti, cu ciocanul de lipit obinuit, n cazul firelor i pieselor ale cror terminale se pot extrage uor din guri (de obicei piese cu l 3 terminale, cu distan destul de mare ntre corpul piesei i zona lipit). In aceste cazuri, se nclzete zona lipit cu vrful ciocanului (se recomand s fie acoperit cu colofoniu) i se extrage sau se ndeprteaz terminalul cu penseta sau cletele. Probleme apar la dezlipirea circuitelor integrate, a conectorilor, cablurilor multifilare plate, etc., piese ale cror terminale nu se pot extrage din guri sau deplasa individual. O prim - i nerecomandabil soluie, const n tierea terminalelor lng corpul piesei i extragerea lor una dup alta. O soluie mai bun const n folosirea unor ciocane la care se monteaz vrfuri speciale pentru dezlipit, de obicei ataabile la ciocane obinuite, realizate n ideea de a nclzi simultan toate terminalele piesei - fig. 2.15. Asemenea vrfuri se produc n dou variante: cu baie de aliaj topit sau cu piese de contact nclzite. Indiferent de variant, un vrf se poate folosi numai pentru tipul de pies pentru care este construit. De regul, extragerea piesei (mai ales n cazul circuitelor integrate) se face cu dispozitive cu gheare extractoare, pentru ca piesa s fie deplasat vertical.aliaj topit cu flux terminale vrful ciocanului se apas pe lipiturile terminalelor

circuit integrat ciocan de lipit a b terminale lipite

Fig. 2.15. Vrfuri pentru dezlipit circuite integrate: cu baie de aliaj (a) i prin contact pe terminale (b)

Dezlipirea pieselor cu ndeprtarea prealabil a aliajului este un procedeu mai lent, dar adaptabil pentru orice component, mai sigur, prin care piesa este mai puin solicitat termic. Indeprtarea aliajului topit se poate face prin dou procedee: cu pompe de aliaj sau prin capilaritate. Pompele de aliaj sunt aspiratoare de aliaj topit i pot fi: Pompe incluse ntr-un ciocan de lipit (fig. 1.16.b), cu vrful tubular, din cupru, nclzit; aspiraia se face cu o par din cauciuc. In unele cazuri, n loc de a se aspira aliajul topit, pompa servete la suflarea topiturii. Pompe independente (fig. 1.16.c), cu vrful tubular din Teflon sau alt material termorezistent la care aliajul nu ader; aspiraia aliajului se face cu ajutorul unui piston acionat de un arc, la destindere. Pentru ndeprtarea aliajului prin capilaritate, se folosete tres -mpletitur deas din srme de cupru subiri (tresa de la cablurile ecranate este foarte bun). Tresa, bine acoperit cu colofoniu, se preseaz cu vrful ciocanului pe aliaj - fig. 2.16.a. Cnd se topete, aliajul este aspirat prin capilaritate n micile canale ale tresei; n urm rmne doar o pelicul foarte subire. Tresa poate fi curat prin nclzire i scuturare.

47

Tehnologie electronic. Capitolul 2

vrf ciocan

tres

izolaie termic

pomp

lipitur

vrf ciocan a arc vrf din teflon piston cu garnitur de etanare b buton declanare cu arc i opritor tij de armare cu buton

c Fig. 2.16. Dispozitive i scule pentru nlturarea aliajului de lipit: a tres; b, c pompe de absorbie

Cu toate eforturile productorilor de a produce variate i ingenioase scule pentru uurarea extragerii pieselor din montaje, problema rmne dificil, necesitnd mult ndemnare din partea lucrtorilor; din acest punct de vedere, utilizarea tresei este cea mai simpl.

2.5.3. Lipirea prin imersie n bi staticeLipirea manual, cu ciocanul de lipit, este o operaie lent, cu consum mare de manoper calificat, iar defectele sunt inevitabile. Ca urmare, s-au cutat procedee mai potrivite produciei industriale, n serii mari, dintre care metoda lipirii n bi a fost printre primele. O baie de lipire const dintr-o cuv metalic, izolat termic, n care se afl aliaj de lipit topit; nclzirea se face cu rezistene alimentate electric iar temperatura este controlat cu senzori i regulatoare de curent. Pentru precositorirea terminalelor, a capetelor de cablu i lipirea cablurilor, se folosesc bi de dimensiuni mici (de ordinul 10 x 10 x 10cm), cu rezistene de 150 250W, alimentate la 12 ... 48 V. Pentru lipirea pieselor pe cablaje imprimate se folosesc bi cu dimensiuni mari (zeci de cm ... metri), cu 2-5 rezistene de cte l 2 kW fiecare, alimentate de la reea mono sau trifazic. La lipirea plcilor n bi operaiile decurg astfel: plcile se fixeaz pe suporturi potrivite, se fluxeaz i de obicei se prenclzesc; se cur suprafaa liber a aliajului din baie cu racleta1; se cufund placa n aliaj, se menine ct este necesar s se realizeze lipiturile (timpul se stabilete experimental), apoi se extrage; urmeaz controlul vizual al lipiturilor i ndeprtarea defectelor (scurtcircuite, ururi, zone nelipite etc.).

1

Experiena a artat ca nici un procedeu de curare chimic nu d bune rezultate; de asemenea, protejarea suprafeei cu pelicule de parafin sau ulei de cocos (uleiurile minerale nu sunt utilizabile, mpiedecnd umezirea) nu a dat rezultatele ateptate. Dup mai muli ani de ncercri, s-a revenit la curarea cu racleta. 48

Tehnologie electronic. Capitolul 2

n cel mai simplu procedeu, plcile sunt deplasate pe vertical - fig. 2.17.a, dar apar numeroase dezavantaje: gazele rezultate n urma arderii fluxului i solvenilor ies cu greu, se formeaz bule i apar zone nelipite; datorit tensiunii superficiale mari a aliajului, multe zone apar cu exces de aliaj, se formeaz stalactite (ururi); dei se face prenclzire, la contactul plcilor cu aliajul temperatura acestuia scade iar revenirea la temperatura de lipire se face lent, plcile trebuind s fie meninute mult timp n baie.alimentare rezistene de nclzire aliaj

a b c Fig. 2.17. Lipirea prin imersie n bi de aliaj: cu deplasare pe vertical (a), cu basculare (b), cu plutire (c)

Pentru eliminarea acestor dezavantaje, se procedeaz la deplasarea plcilor n timpul imersiei - prin basculare (fig. 2.17.b) sau prin plutire (fig. 2.17.c). Deplasarea plcilor face ca temperatura de lipire s se stabileasc rapid iar gazele sunt mai uor eliminate; pe de alt parte, datorit unghiului de ieire mic, aliajul n exces are timp s se scurg i nu se mai formeaz multe stalactite; de asemenea i ocul termic este redus prin introducerea treptat i sub unghi mic a plcilor n baie. n timp s-au folosit i alte procedee de lipire n bi, toate implicnd deplasarea plcilor sau a aliajului (sau ambele), dar dezavantajele principale (impurificarea suprafeei aliajului, zone nelipite, aliaj n exces, formarea stalactitelor) nu au putut fi eliminate, mai ales n condiiile unei mari densiti de componente, cu puncte de lipire foarte apropiate, trasee subiri i apropiate. Din toate aceste motive, n prezent lipirea plcilor n bi este aproape nefolosit; se mai folosesc mici bi pentru precositorire i pentru lipirea capetelor de cabluri.

2.5.4. Lipirea n und staionar (n val)a. Principiul lipirii n val n prezent, cel mai utilizat procedeu industrial de lipire a plcilor cu componente montate n guri, (implantate, n THT) este cel cunoscut sub denumirea de lipire n val sau und staionar1. Procedeul lipirii n val se bazeaz pe formarea unei unde de aliaj topit, cu geometrie staionar, prin care se trec plcile prin translaie. Unda se obine prin refularea pe vertical a aliajului printr-un ajutaj rectangular, aliajul fiind n permanent curgere - fig. 2.18. Aliajul scurs revine n cuv, unde se afl rezistenele de nclzire i pompa de refulare. Fa de celelalte metode, lipirea n val are numeroase avantaje: asigur lipituri de bun calitate, cu foarte puine defecte (oc termic redus, fr exces de aliaj, fr stalactite), cu consum redus de aliaj i productivitate mare; singurul dezavantaj const n preul ridicat al instalaiilor.1

Procedeul.a fost inventat de R. S. Strauss, n Marea Britanie, n 1952 i s-a rspndit mult dup 1970. 49

Tehnologie electronic. Capitolul 2 val de aliaj topit

ajutaj

alimentare rezistene de nczire Fig. 2.18. Principul lipirii n und staionar

Principalii factori care asigur lipituri de bun calitate sunt: agitarea permanent a aliajului cu permanent aport de aliaj cu temperatur potrivit, ceea ce asigur temperatura optim n zona de lipire, eliminarea prin antrenare a vaporilor de flux i solveni i ptrunderea aliajului n interstiii; ocul termic redus, datorat suprafeei reduse a contactului plac-aliaj precum i trecerii plcilor deasupra poriunii din cuv cu aliaj refluat, fierbinte, care asigur o prenclzire intens cu foarte puin timp naintea intrrii n und; viteza relativ mic dintre plac i aliaj la ieirea din und (din fig. 2.18 se observ c la ieirea din und, aliajul i placa se deplaseaz n acelai sens) d posibilitate aliajului n exces s se scurg fr s formeze stalactite; suprafaa aliajului n zona de lipire este curat, toate impuritile fiind adunate pe suprafaa aliajului n cuv de colectare (de unde se pot ndeprta uor); posibilitile deosebit de largi de adaptare a condiiilor de lipire n funcie de ce se lipete, prin reglarea nlimii undei, a vitezei aliajului, a unghiurilor de intrare i ieire din val, a duratei contactului plac-val etc.

Practic fr excepie, echipamentele de lipire n val sunt incluse n instalaii complexe care, n ordinea de deplasare a plcilor, includ: echipamentul de fluxare, sistemul de prenclzire, instalaia de lipire i echipamentul de curare (opional). Deplasarea plcilor se asigur cu benzi sau lanuri transportoare, cu vitez reglabil. In prezent se produc o varietate de asemenea instalaii, cu complexiti, productiviti i preuri foarte diferite, multe accesibile i micilor productori. b. Caracterisiticile valului. Tipuri de valuri La instalaiile de lipire n val, determinante n asigurarea lipiturilor de calitate sunt caracteristicile valului: geometria (profilul), dinamica (felul curgerii, vitezele, ...) i caracteristicile termice. Din punct de vedere al geometriei i dinamicii, valul poate fi: dublu (bidirecional) simetric, parabolic, ngust, sau adnc (fig. 2.19.a, b, c); dublu (bidirecional) asimetric n variate configuraii (fig. 2.19.d, e); simplu (unidirecional), de exemplu tip jet ca n fig. 2.19.f. n general, la un val se disting patru zone prin care trec plcile, (fig. 2.20): zona de prenczire (Zi), n care plcile trec aproape de suprafaa aliajului fr s-o ating; zona de contact (Zc), n care plcile sunt n contact cu aliajul i n care se face lipirea;

50

Tehnologie electronic. Capitolul 2

zona de ieire (Zo), n care plcile ies din val, terminalele fiind nc n contact cu aliajul; zona de postnclzire (Zpi), n care plcile trec deasupra aliajului topit fr s-1 ating.

a

b

c

d

e

f

Fig. 2.19. Tipuri de valuri pentru lipire bidirecionale (a, b, c, d, e) i unidirecional (f), simetrice (a, b, c) i asimetrice (d, e): a - parabolic, b - ngust, c - adnc, d - lambda, e - lambda adnc, f - unidirecional, tip jet

n fiecare zon au Zi Zc Zo Zpi loc procese specifice, determinate de comportarea o i temperatura aliajului, de nclinarea direciei deplasrii plcilor fa de i suprafaa aliajului i de AR durata parcurgerii zonei; de asemenea, sunt importante unghiurile de intrare n val (i) i de ieire din val (o) - fig. 2.20. Fig. 2.20. Zonele de lucru la lipirea n val i unghiurile de intrare i ieire. AR - arip reglabil (regleaz unghiul de ieire) n zona de prenclzire are loc o cretere nsemnat a temperaturii superficiale a plcilor, favoriznd evaporarea solvenilor fluxului i reducnd ocul termic la intrarea n val. n zona de contact (activ), are loc lipirea. n prima parte a zonei viteza relativ a plcilor fa de aliaj este maxim iar prezena terminalelor favorizeaz turbulena fluidului, asigurnd ptrunderea aliajului n interstiii i eliminarea vaporilor de flux i solveni prin antrenare. Pe msura deplasrii plcilor, viteza relativ scade dar crete presiunea, uurnd umplerea gurilor, urcarea aliajului pe terminale. n zona de ieire viteza relativ este mic i unghiul de ieire mic, astfel ca aliajul n exces are timp s se scurg; mica nclinare a direciei de deplasare a plcilor fa de orizontal uureaz scurgerea aliajului prin efect gravitaional, nclzirea continuat n zona post-lipire favorizeaz de asemenea drenajul, mai ales n cazul lipirii pinilor lungi. Din experien, s-a constatat c valul dublu simetric (fig. 2.19. a, b, c), primul utilizat, nu asigur cele mai bune rezultate, n principal deoarece unghiul de ieire al plcilor din aliaj este destul de mare. In prezent, cele mai utilizate forme sunt: valul lambda - pentru terminale scurte (civa milimetri) i valul lambda adnc (cu regiunea de intrare n zona activ cu mare adncime) - pentru terminale lungi (150 300mm) - fig. 2.19. d, e.

51

Tehnologie electronic. Capitolul 2

De regul, instalaiile permit reglarea vitezei, lungimii zonelor i unghiurilor, cu plci reglabile (cum este AR din fig. 2.20); de asemenea, se regleaz vitezele de curgere i de deplasare a plcilor. ntotdeauna, naintea lipirii unui set nou de plci, se procedeaz la reglri i ncercri. La utilizarea instalaiilor de lipire n val trebuie acordat atenie currii la timp i cu eficien a suprafeei aliajului (un strat de 2 - 3mm de impuriti compromite lipirile, o parte din acestea fiind antrenate n val). De asemenea, periodic, n funcie de ce i ct se lipete, este necesar nlocuirea aliajului impurificat cu metale (cupru, metale de acoperire) dizolvate, oxizi i ali compui formai n urma contactului cu plcile, cu mediul i cu transportorul. Unii productori recomand acoperirea aliajului cu o pelicul de ulei1, aceasta favoriznd umezirea i ntinderea aliajului precum i drenarea. Totui, uleiul se impurific repede (trebuie nlocuit) i este necesar o curare posti lipire eficient; n prezent procedeul este rar folosit. La lipirea plcilor n val, ca la orice lipire n bi, apar numeroase restricii referitoare la geometriile traseelor, distanele dintre conductoare, forma i dimensiunile pastilelor de lipire din jurul gurilor, poziiile relative ale terminalelor, forma i dimensiunile plcilor, existena sau lipsa mtii selective de lipire i multe altele. Unele restricii sunt generale, n sensul c trebuie respectate indiferent de utilaje, altele sunt specifice - depind direct de performanele instalaiilor. De toate aceste restricii tehnologice trebuie s se in seama la proiectarea cablajelor imprimate (cap. 4), operaie cu un cost incomparabil mai redus dect al instalaiilor de lipire i al decelrii i refacerii lipiturilor defecte. Constructiv, instalaiile de lipire n val sunt destul de complicate, date fiind temperatura de lucru mare, vscozitatea mare a aliajului, cerinele de reducere a impurificrii etc. Gradul de automatizare al operaiilor este foarte variabil, n funcie de cerine, pre etc. Cuvele, pompele i ajutajele se construiesc din oeluri inoxidabile, rezistente la temperatura de lucru i insolubile n aliaj. Deplasarea aliajului se asigur cu pompe cu antrenare (cu roi dinate, cu elice), mai rar cu pompe centrifugale sau electromagnetic 2. ntotdeauna instalaiile sunt prevzute cu sisteme de evacuare a gazelor i particulelor n suspensie n aer; evacuarea este necesar att pentru reducerea impurificrii aliajului ct i pentru asigurarea unor condiii de munc corespunztoare pentru operatori. Instalaiile de lipire n val au dou dezavantaje importante: nu pot realiza lipirea dect pe o singur fa a cablajelor; dei se produc componente (de regul pasive, cum sunt rezistoare, condensatoare ceramice, ...) capabile s reziste la temperatura de lipire (timp limitat, 10 - 20secunde) i deci pot fi montate pe faa care trece prin val, utilizarea acestora este redus; nu pot fi folosite pentru lipirea pieselor montate pe suprafa (SMD); pentru acestea sunt dezvoltate alte tehnologii de lipire. Parial, aceste dezavantaje sunt suplinite prin faptul c, n prezent, exist o gam destul de larg de componente pasive i semiconductoare care suport imersia n valul de lipire,A nu se confunda cu lipirea cu ulei care presupune amestecarea uleiului cu aliajul topit (procedeu neutiiizat n prezent). Uleiul de protecie este nemiscibil cu aliajul i formeaz un strat protector la suprafa; se folosete uleiul de cocos, rar ulei de parafin, etc. 2 Principiul este urmtorul: un curent cu intensitate foarte mare circul prin aliaj, perpendicular pe direcia de naintare i interacioneaz cu un cmp magnetic intens, perpendicular att pe direcia de naintare ct i pe direcia curentului, rezultnd o for electromagnetic capabil s deplaseze aliajul n direcia dorit. Avantajele procedeului constau n lipsa pieselor n micare (uzur practic nul), intrarea n funcie practic fr inerie (aliajul se circul numai pe durata strict necesar existenei valului), pierderi de cldur reduse etc. Procedeul este folosit, dar nu prea des din cauza dificultilor de realizare a izolaiilor electrice i de creare a cmpului magnetic 521

Tehnologie electronic. Capitolul 2

durata acestei imersii fiind redus (10 20sec.). n cazul pieselor cu terminale n guri, bine fixate, nu prea apar probleme, n cazul SMD-urilor, fixarea nu este prea rezistent iar terminalele subiri nu suport solicitrile mecanice mari din partea aliajului, cu viscozitate mare, n micare rapid, din val.

2.5.5. Lipirea prin retopire (reflow)2.5.5.1. Generaliti.Clasificarea tehnologilor tip reflowTehnicile de lipire prin retopire s-au dezvoltat i diversificat odat cu rspndirea utilizrii dispozitivelor montate pe suprafa (SMD), pentru lipirea crora metodele n bi i val nu sunt adecvate. Lipirea prin retopire (reflow) presupune retopirea aliajului depus pe suprafeele de lipit nainte de nclzire; n timpul lipirii nu se realizeaz aport de aliaj. Evident, procesul lipirii are loc n prezena fluxului, de regul depus odat cu aliajul, deci naintea nclzirii.8,5mm 2 5mm 3 6mm a b

2 3mm c pastil (pad) pentru lipire

d e 0,63mm g

pictur de adeziv suport cablaj 5mm f

Fig. 2.21. Componente cu montare pe supratfa (SMD) i plasare pe cablaj: a rezistor MELF (Metal ELectrode Faced); b rezistor plachet; c tranzistor; d filtru cu und de suprafa (SAW Filter); e circuit integrat; f, g plasarea unui rezistor i a unui circuit integrat pe placa de cablaj

n prezent, foarte frecvent, pentru lipirea prin retopire se folosete aliaj i flux sub form de past de lipit (2.2.2), depus n strat subire pe conductoarele imprimate, n punctele de lipire. Uneori (destul de rar) se folosesc preforme plasate n punctele de lipire. Piesele se plaseaz pe cablaj, pe una sau ambele fee, cu terminalele uor apsate pe stratul de past umed (sau pe preform), fiind meninute n poziiile fixate prin nsuirile adezive ale pastei de lipit sau, cum se procedeaz frecvent, din motive evidente, cu cte o pictur de adeziv plasat sub corp (capsul) -fig. 2.21. Zonele de lipire sau ntregul ansamblu sunt apoi nclzite pn la temperatura de lipire. Obligatoriu, terminalele i conductoarele imprimate sunt precositorite (galvanizate) n zonele de lipire. Tehnologiile de lipire prin retopire se pot grupa, dup modul n care se face nclzirea pentru lipire, n dou categorii: cu nclzire local, la locul lipirii; terminalele se lipesc unul cte unul, n grupuri sau toate n acelai timp, n funcie de modalitatea concret de nclzire; cu nclzire global, a ntregului ansamblu (suport, conductoare, piese). n fiecare categorie exist diverse tehnici - tabelul 2.5.53

Tehnologie electronic. Capitolul 2

Lipirea prin retopire presupune, ca prim etap, depunerea pastei de lipit i eventual, a adezivului; apoi sunt parcurse mai multe etape: prenclzirea, uscarea fluxului, retopirea aliajului de lipit i rcirea, n fiecare etap temperatura trebuie s varieze n timp cu anumite viteze, ntre anumite valori; graficul variaiei n timp al temperaturii reprezint profilul termic, o caracteristic esenial a procesului Tabelul 2,5. Tehnici de lipire prin retopireTEHNICI DE INCALZIRE PENTRU LIPIRE INCALZIRE LOCALA INCALZIRE GLOBALA nclzire de sus nclzire de jos nclzire de sus nclzire de jos nclzire de sus i de jos

prin conducie termic prin cureni cu infraroii turbionari cu laser (nclzire prin prin rezisten inducie) cu jet de aer fierbinte

prin contact cu cu aer fierbinte bloc fierbinte cu aer fierbinte n lichid n lichid fierbinte fierbinte cu aer cu radiaii fierbinte infraroii n vapori saturani cu radiaii infraroii

2.5.5.2. Depunerea pastei de lipit naintea procesului de lipire propriu zis, se procedeaz la depunerea pastei de lipit i, eventual, a adezivului. Exist o varietate de procedee de depunere, de la cele mai simple - prin imersia terminalelor n baie cu past pn la sisteme controlate prin calculator, cu vizualizare pe monitor a regiunii de depunere; n tabelul 2.6 se prezint procedeele frecvent folosite n prezent. Tabel 2.6. Procedee de depunere a pastei de lipitProcedeu Transfer pe terminal Avantaje Proces rapid Utilaje simple Aplicabil pentru suprafee neregulate Control aproximativ al cantitii ntreinere simpl Utilaje mecanice simple Aplicabil pentru suprafee neregulate Bun control al cantitii Sistem nchis Gam larg de SMD-uri Se poate procesa imediat dup depunere Procedeu rapid Utilaje mecanice simple Bun control al cantitii ntreinere simpl Se poate procesa imediat dup depunere Dezavantaje Greu de automatizat Sistem deschis Gam limitat de SMD-uri Nu se poate procesa imediat dup depunere Proces lent Greu de automatizat ntreinere pretenioas Aplicabil numai pentru suprafee plane Greu de automatizat Sistem deschis Gam limitat de SMD-uri

Sub presiune (cu sering, cu pomp cu piston, ...)

Cu ablon sau masc serigrafic

Depunerea pastei de lipit prin transfer pe terminale, se face prin imersia terminalelor pieselor (sau a marginilor plcilor, dac este cazul), n rezervoare cu past de lipit; apoi, piesele se aeaz pe plci n poziiile de lipire. Cantitatea depus este controlabil destul de aproximativ, prin viscozitatea pastei, prin forma i dimensiunile terminalelor. Procedeul este avantajos n cazul pieselor cu foarte multe i apropiate terminale, care pot fi acoperite toate

54

Tehnologie electronic. Capitolul 2

simultan. Operaiile pot fi executate manual (ieftin) sau automat. Cel mai important dezavantaj al procedeului const n posibilitatea impurificrii pastei prin imersie repetat a terminalelor. Depunerea, pastei de lipit sub presiune se realizeaz n mai multe variante: cu seringa, cu pomp sau cu dispozitiv melcat (urub Arhimede). Depunerea cu seringa este un procedeu manual, foarte simplu: un piston, acionat manual sau pneumatic, se deplaseaz n rezervorul cilindric i foreaz pasta s ias prin canalul tubului - ac de sering, cu capt tiat oblic; pasta se depune deplasnd acul concomitent cu apsarea pistonului. Controlul cantitii se asigur urmrind deplasarea pistonului pe gradrile tubului sau pe o band gradat fixat la captul cilindrului, folosind un reper fixat pe tij. Utilizarea seringilor este foarte rspndit, deoarece are avantaje: pasta se poate depune i n locuri greu accesibile, pe suprafee neregulate; depunerea se poate face pentru SMD-uri, dup ce piesele montate n guri au fost lipite; procedeul este flexibil, uor adaptabil la noi configuraii; seringile nu trebuie curate i sunt disponibile la preuri neglijabile. Dezavantajele sunt legate de faptul c procedeul este manual, deci lent, iar calitatea depunerii (n principal controlul aer la presiune cantitii) depinde de ndemnarea operatorului. Parial, aceste camer de dezavantaje pot fi suplinite folosind pentru deplasarea pistonului, suprapresiune o pomp cu aer care asigur presiune constant pe piston (dispozitivul dispune de semnalizare la scderea presiunii); cu aseme- past de lipit nea accesoriu, depunerea este mult mai rapid i mai uniform. buton de Depunerea cu pomp cu piston de mpingere a pastei se acionare face n picturi, cu un dispozitiv ca cel din fig. 2.22. Diametrul picturilor este n funcie de diametrul tubului de depunere (interschimbabil) iar cantitatea se regleaz cu mare precizie, reglnd volumul camerei de umplere. Deoarece distana tub depunere suport este greu s se menin constant, acoperirea suprafeelor mari se face cu picturi suprapuse - aceasta poate crea probleme la lipire. Dei pare simpl, pompa de depunere este un mecanism complicat i scump. camer de n prezent se folosesc i alte dispozitive pentru depunerea umplere pastei, cum sunt: cu cartu deformabil (asemntor tubului cu past de dini), prevzut cu tub de depunere tip ac de sering; cu sistem de antrenare a pastei cu urub melcat (urubul lui Fig. 2.22. Pomp pentru Arhimede). depunere past de lipit Majoritatea dispozitivelor de depunere pot fi manuale sau (dispenser) incluse n echipamente mai mult sau mai puin automatizate. Foarte utilizate sunt sistemele semi-automate: deplasarea dispozitivului se face sub comanda operatorului care vizualizeaz zona de lucru (mult mrit) pe ecranul unui monitor iar la comanda manual a depunerii, sistemul asigur plasarea tubului la distan potrivit i acionarea dispozitivului de mpingere a pastei; asemenea sisteme sunt foarte productive i asigur depuneri de bun calitate. Depunerea pastei de lipii prin serigrafie sau cu ablon se face dup principiul expus n 1.4.3. Se folosete o masc serigrafic sau un ablon cu orificii neobturate n zonele de depunere, fixate pe rame potrivite. Placa de cablaj se fixeaz pneumatic pe masa mainii de imprimat iar deasupra, la mic distan se plaseaz rama cu masca serigrafic sau ablon; n ram setub pentru depunere surub dozaj

55

Tehnologie electronic. Capitolul 2

pune o cantitate de past care, prin deplasarea cu apsare a unei raclete, este forat s treac prin orificii. Matile serigrafice se realizeaz exact ca n cazul imprimrii imaginii cablajelor imprimate, pe site serigrafice din fire de poliester sau oel. abloanele sunt din folii subiri (1 50m) din bronz sau oel inoxidabil, fixate (lipite) pe site de tip serigrafie, n care s-au practicat degajri prin corodarea chimic1. Se apreciaz c depunerile cu ablonul sunt de mai bun calitate (control mai precis al cantitii de past). Depunerea pastei de lipit prin acest procedeu pune destule probleme2: suprafeele pe care se face depunerea trebuie s fie plane, conteaz forma lamei, poziia (unghiul cu direcia de translaie), viteza de translaie i materialul racletei, presiunea pe ablon, conteaz profilul la marginile degajrilor, viscozitatea i nsuirile adezive ale pastei de lipit (de exemplu dimensiunile prticelelor de aliaj) etc. Cele mai mari dificulti apar la acoperirea suprafeelor mari (raport suprafa - volum mare) - pasta tinde s aib grosime neuniform i a suprafeelor dreptunghiulare (la coluri depunerea este neuniform). Printre soluii sunt: depunerea prin orificii cu dimensiuni variabile, rotunjirea colurilor, modificarea profilului ablonului pe marginile degajrilor3. De regul procedeul este folosit n instalaii cu grad nalt de automatizare, pentru producia de serie mare, pentru cablaje cu mare densitate de componente cu dimensiuni mici, astfel ca costurile mari ale utilajelor i de ntreinerea s fie justificate. Depunerea adezivului, de regul rini epoxidice, se face prin aceleai procedee ca i a pastei, de regul pe suport (mai rar pe piese), sub form de picturi sau pelicule; de regul, condiiile sunt mult mai puin restrictive ca n cazul depunerii pastelor. Mult folosite sunt pompele cu presiune, tuburile cu deformare i procedeul serigrafic/cu ablon. Cantitatea necesar de adeziv depinde de mrimea pieselor - pentru piese mari se depun mai multe picturi sau suprafee mai mari. Peliculele sau picturile trebuie s aib nlime suficient pentru ca s fac contact bun cu piesele, pe suprafee destul de mari. n cazul picturilor, forma depinde de natura adezivului.

2.5.5.3. Profilul termic la lipirea prin retopireDup depunerea pastei i (eventual) a adezivului, n procesul lipirii, sunt parcurse mai multe etape n care temperatura trebuie s varieze n timp cu anumite viteze, ntre anumite limite, dup o curb numit profil termic, o caracteristic esenial a procesului complex de lipire. Un profil termic tipic arat ca n fig. 2.23.C60% radiaie 40% convectie 30% radiaie 70% convectie ntindere umezire

200 18330 60sec 60% radiaie 40% convectie

60 120sec

100 2C/sec 100 uscare flux

prenclzire

retopire

secunde rcire

Fig. 2.23. Profil termic tipic la lipirea prin retopire Se folosete tehnologia substractiv de fabricare a cablajelor imprimate n cazul imprimrii imaginii cablajelor imprimate se folosete cerneal (lac) puin adeziv, cu fluiditate uor reglabil la optim i nu prea conteaz uniformitatea grosimii peliculei depuse. 3 Degajrile nu se fac prin corodare chimic; se folosete frezarea mecanic (greu de fcut la dimensiuni foarte mici), frezarea cu laser (apar bavuri) etc2 1

56

Tehnologie electronic. Capitolul 2

Profilul termic include patru zone: zona de prenclzire, n care temperatura crete lent, cu 2 4C/sec, pn la 100 150C, pentru reducerea ocului termic asupra componentelor; n acest timp are loc lichefierea fluxului i evaporarea solvenilor din pasta de lipit; zona de uscare (prelipire), n care are loc uscarea complet a pastei i se activeaz fluxul - ncepe aciunea de curare a suprafeelor; zona de retopire, n care fluxul i accentueaz efectul de curare iar aliajul se lichefiaz, umezete suprafeele i se ntinde; durata ct aliajul este lichid (uzual 30 - 60 sec.) este numit timp de umezire - un timp prea mare duce la formarea de compui intermetalici, lipitura devine friabil; de obicei temperatura maxim depete cu 20C temperatura de topire; zona de rcire, n care se plci arse solidific aliajul, n care C lipiri fr umezire stropi, picturi de aliaj temperatura nu trebuie s scad prin arderea pastei oc termic prea repede deoarece pot apare 200 crpturi n aliaj (3C/sec este 183 satisfctor). Profilul termic se stabilete experimental, pe baza recomandrilor lipituri reci productorilor de paste de lipit i de mbinri de 100 proast caliatate componente (SMD-uri). Evident, bule, picturi de aliaj datorate uscrii insuficiente exist tolerane n respectarea curbei retopire uscare rcire prenclzire de variaie a temperaturii, dar de obicei acestea sunt destul de mici (de 100 secunde ordinul a 3 5% fa de curba Fig. 2.24. Banda admis a profilului termic i consecinele ideal); se poate vorbi despre o bannerespectrii regimului termic d admis a profilului termic, n care trebuie s se afle curba evoluiei temperaturii n timp - fig. 2.24. Dac abaterile sunt mari, apar consecine negative, indicate n fig. 2.24.

2.5.5.4. Procedee de lipire prin retopireTehnicile utilizate n prezent pentru lipirea prin retopire sunt de o mare diversitate (tabel 2.6); n continuare se vor prezenta cele mai frecvent folosite. 1. Lipirea prin conducie termic n aceast tehnologie se folosete un cap de nclzire, cu form potrivit care se pune n contact cu terminalele n punctele de lipire i se apas cu o for redus. Procedeul este foarte asemntor cu lipirea cu ciocanul, cu deosebirea c pe capul (vrful) de lipire nu se afl aliaj1. Evident, procedeul poate fi aplicat manual, folosind ciocane de lipit de mic putere, termostatate, cu vrfuri cu forme potrivite, n producia industrial se folosesc capete de nclzire cu forme variate, utilizabile pentru lipirea simultan a mai multor terminale (bare, forme ca n fig. 2.15) etc. iar procesul poate fi parial sau complet automatizat. La aplicarea acestui procedeu, trei factori sunt eseniali: temperatura capului de lipire, durata nclzirii i fora de apsare; cu ct acestea sunt mai mici (n limitele admise), pericolul de avariere este mai mic dar i durata operaiilor este mai mare. ntr-o variant a acestei tehnici, utilizat rar i numai pentru plci mici cu piese plasate pe o singur fa, plcile se transport pe site metalice foarte fine n contact cu un ir de bare1

Vrful se uzeaz foarte puin 57

Tehnologie electronic. Capitolul 2

sau plci nclzite electric; temperatura barelor variaz n succesiune corespunztor realizrii profilului termic. Procedeul este foarte simplu (a fost primul folosit pentru SMD-uri) dar cu productivitate mic. In cazul lipirii manuale, calitatea depinde de ndemnarea operatorilor iar cnd se folosesc maini capetele trebuie dirijate manual, curate i este greu de asigurat o for de apsare constant. 2. Lipirea n faz de vapori Acest procedeu1 face parte dintre tehnologiile cu aer transfer global al cldurii. n aceast tehnic, plcile, prenclzite la 100 120C, se introduc ntr-o incint cu vapori saturani, deasupra unui lichid adus la fierbere - fig. 2.25. Evident, vapori temperatura de fierbere a lichidului trebuie s fie la valoarea temperaturii de lipire (210 240C). Cldura se transfer ansamblului, n cea mai mare parte prin condensarea vaporilor pe plcile relativ reci (acest transfer este foarte rapid, foarte eficient energetic) apoi prin convecie. Rcirea, dup extragerea plcilor din incinta de lichid lipire, trebuie fcut destul de repede, pentru a preveni formarea granulelor de aliaj care nc este lichid. Fig. 2.25. Lipirea n faz de vapori Lipirea n faz de vapori are multe avantaje: 1. Temperatura n incint se menine constant, fr sisteme speciale (temperatura de fierbere i a vaporilor saturani este constant la presiune constant). Fluidele utilizate au temperatura de fierbere de 215 220C i plcile nu pot fi supranclzite iar lipirea se face mai rapid i la temperaturi mult mai joase dect n alte procedee (transferul cldurii, rapid i n cantitate suficient, se datoreaz cedrii cldurii latente i nu diferenei de temperatur). Controlul perfect al temperaturii este cel mai mare avantaj al procedeului; nici o alt metod nu asigur un control att de bun i de simplu. 2. Impurificarea fluxului i aliajului, prin oxidare n principal, este total evitat, lipirea avnd loc n atmosfer inert. Ca urmare, se pot folosi fluxuri slab active sau inactive, n cantiti mici, care dau reziduuri puine i sunt uor de nlturat. Lichidul n fierbere se impurific puin i poate fi recirculat mult timp fr dificulti (n partea de sus a incintei este plasat un condensor rcit cu ap sau aer). Un grad de impurificare subsist ns (mai ales n cazul fluxurilor obinuite) i periodic este necesar oprirea instalaiei i curarea lichidului (prin rcire pentru precipitarea fluxurilor i filtrare). 3. Se pot face lipiri pe subansamble cu configuraii complicate, cu piese terminale foarte fine i apropiate (l,27 0,63mm), vaporii asigurnd nclzirea ntregului ansamblu; 4. Punerea n funcie a instalaiei este foarte rapid - cteva minute (n alte procedee sunt necesare ore pn la atingerea regimului termic de lucru). Ca lichide s-au folosit mult timp diverse varieti de freon (tfierbere 215C), dar cu probleme de poluare (2.5.6). In prezent se folosesc pe scar larg compui nepoluani, cum sunt pentapolipropilena fluorat (E5) i perfluortrianilamina (FC-70). Deoarece vaporii au densitate mult mai mare dect aerul, incinta nu trebuie s fie etan (de altfel nici nu se poate etana fierberea trebuie s se fac la presiune constant). Densitatea mare a vaporilor saturani, este i un dezavantaj: n jurul plcilor, datorit curenilor de aer (apar la deplasarea plcilor, de exemplu) se formeaz zone cu temperatur mai joas, n care vaporii se condenseaz, formnd o cea de picturi foarte fine care izolea1

Lipirea n faz de vapori a fost introdusa prin 1974 pentru lipirea conductoarelor pe pini de wrapping. 58

rezisten nclzire condensor (serpentine)

Tehnologie electronic. Capitolul 2

z zone ale plcilor de vaporii fierbini - n acele regiuni lipirea este de slab calitate. Agitarea mecanic nu d rezultate - se formeaz i cureni de aer rece i de altfel exist soluii mult mai bune, mai ieftine i mai eficiente - acestea sunt prezentate mai jos. 2.a. Lipirea cu faz de vapori secundar (prim condensare) Acest procedeu este o variant a lipirii n faz de vapori, n care se asigur formarea unei pturi de vapori saturani fierbini (n care se face lipirea), izolat de aerul rece cu un strat de vapori ai unui al doilea lichid. Pentru aceasta, n incint, pe lng lichidul primar, cu tfierbere = tlipire se introduce un al doilea lichid secundar, cu temperatur de fierbere mai joas i cu o densitate a vaporilor mult mai mic. Plcile se plaseaz sub trei serpentine de rcire i condensare care, de jos n sus - fig. 2.26, asigur: condensarea vaporilor primari ai lichidului primar (SA), condensarea vaporilor secundari ai lichidului secundar (SBb), i condensarea picturilor de cea (SC), eventual format. n regiunea inferioar a incintei, sub prima condensori (serpentine) serpentin de condensare (SA fig. 2.26), exist vapori aer SC saturani primari. Deasupra acestui strat, exist practic numai vapori saturani secundari. Datorit diferenei de densitate i de temperatur, demarcaia ntre cele SB dou straturi este destul de net, convecia vaporilor vapori secundari primari n stratul superior este redus. Astfel, stratul SA de vapori secundari izoleaz stratul de vapori primari de influena aerului rece. Se va remarca c o vapori primari mare cantitate de vapori secundari este pierdut n atmosfer i este necesar o permanent completare cu lichid. Ca lichid secundar se folosete de regul triclortrifluoretanul, care este ieftin i total inert i stabil fa de lichidul primar (i fa de piese, suporturi izolante etc.); de asemenea, este netoxic i nepoluant. lichid Triclortrifluoretanul fierbe la 47,5C, dar n stratul de deasupra vaporilor primari, n imediata apropiere, Fig. 2.25. Lipirea cu faz de vapori ajunge la peste 88C datorit difuziei vaporilor secundar primari. Lichidul secundar este injectat n spaiul dintre serpentinele de condensare a vaporilor n cantiti determinate. Pentru ca n prima serpentin de condensare (SA, fig. 2.26) s se condenseze numai vaporii primari, prin acestea circul ap nclzit la 50 60C, puin peste temperatura de fierbere a lichidului secundar. La punerea n funcie apa este prenclzit, apoi temperatura se menine pe seama condensrii. Succesiunea operaiilor, dup depunerea pastei de lipit i montarea pieselor, este: pachetul de plci se introduce n zona vaporilor fierbini, unde are loc lipirea i sunt meninute aici timp de 40 60 sec.; apoi plcile sunt ridicate n ptura cu vapori secundari, unde staioneaz 60 120 sec.; aici, datorit temperaturii mari a suprafeelor, are loc evaporarea complet a condensului de lichid primar; n final, plcile sunt scoase din incinta de lipire, lsate s se rceasc i, dac este cazul, trecute la curarea post-lipire. n general sunt necesare puine controale privind temperatura; totui, la introducerea plcilor are loc o scdere a temperaturii, care poate fi compensat alimentnd rezistene de nclzire suplimentare. De asemenea, sunt prevzute sisteme de protecie la supranclzire.59 rezisten nclzire lichid secundar

Tehnologie electronic. Capitolul 2

3. Lipirea cu radiaii infraroii Lipirea cu radiaii infraroii (IR - Infrared Radiations) este un procedeu des folosit dup 1984 i se poate face: cu nclzire local - fig. 2.27.a, focaliznd radiaiile n punctele de lipire; cu nclzire global - fig. 2.27.b, dirijnd radiaiile asupra ntregului ansamblu. Lipirea cu IR este un procedeu foarte flexibil - fluxul radiat poate fi uor i precis controlat, curat - zonele de lipire nu sunt n contact cu sursa de cldur, lipirea se poate face uor n atmosfer inert (azot) iar costul echipamentelor i al ntreinerii este relativ redus. Sursele de IR pot fi amplasate sus (convecia nu conteaz), jos sau i sus i jos (n ultimele dou cazuri convecia contribuie ntr-o msur la nclzire, mai ales la prenclzire).surse IR focalizate surse IR nefocalizate

a

b

Fig. 2.27. Principiul lipirii cu radiaii infraroii: a - local, b - glogal

Principalul avantaj al lipirii cu IR focalizate const n posibilitatea de a controla uor i precis valoarea i distribuia temperaturii, ceea ce permite lipirea n flux continuu a pieselor dintr-un ansamblu n care se folosesc diferite paste sau preforme din aliaje cu puncte de topire diferite. Procesul nu este rapid, deoarece cldura se aplic punctual. Dezavantajele lipirii cu IR focalizate constau n: posibilitatea supranclzirii i avarierii pieselor, conductoarelor sau suportului, dac focalizarea nu se face exact n zonele de lipire In general poziionarea este dificil, pot apare zone umbrite n care IR nu ajung iar echipamentele necesare sunt complicate i scumpe i de aceea metoda este relativ rar utilizat. Avantajele lipirii cu IR difuze - metoda cea mai folosit, constau n simplitatea echipamentelor, reglajelor i ntreinerii, uurina modificrii condiiilor de lucru i n faptul c n aceeai instalaie se realizeaz i prenclzirea i lipirea. Lipirea cu IR cu nclzire global are mai multe dezavantaje, printre care: materialele au coeficieni de absorbie diferii i este posibil ca suportul sau unele piese s se nclzeasc mai mult dect zonele de lipire i pot apare puncte fierbini (trebuie redus vitezei de deplasare a plcilor pentru uniformizarea temperatura); la lipirea plcilor cu configuraii diferite (distribuii diferite ale conductoarelor, pieselor, culorilor etc.), pot apare diferene mari de absorbie a IR i se impune modificarea regimului energetic al surselor; i n acest caz pot apare zone umbrite, puncte de lipire n care IR nu ajung. Cantitatea de cldur transmis zonei de lipire depinde de fluxul de energie incident i de coeficienii de absorbie ai suprafeelor (o parte din energie este reflectat); fluxul incident depinde de sursa de IR (lungimea de und a radiaiei, forma sursei), de dimensiunile, forma i coeficientul de reflexie al reflectoarelor i de coeficientul de absorbie al mediului de propagare. Se observ c pentru a face procesul eficient, trebuie controlai muli parametri.

60

Tehnologie electronic. Capitolul 2

n funcie de modul concret de furnizare a cldurii prin intermediul IR, procedeul se aplic n trei variante: cu lmpi de IR, cu panouri generatoare de IR i n varianta combinat IR si convecie. soclu spiral filament n procedeul de lipire cu lmpi generatoare de infraroii, se folosesc tuburi (fig. 2.28) cu reflector exterior tub din cuar sau, rar n prezent, becuri de cuar cu contacte alimentare reflector ncorporat, cu filamente din Fig. 2.28. Tub din cuar pentru nclzire cu radiaii wolfram nclzite, care genereaz infraroii radiaii infraroii n banda 1 3m. Destul de mult utilizate n prezent sunt plcile generatoare de radiaii infraroii. Aceste surse au o structur sandwitch, cu suport ceramic rezistene nclzite ntre un strat reflectant i protecie folie reflectant o folie radiant - fig. 2.29. Avantajul utilizrii plcilor const n suprafaa mare de conrezistene tact cu aerul i ca urmare cldura vehiculat prin convecie este important. Obinuit, folie radiant plcile se folosesc ca surse de cldur n instalaii de lipire cu transfer de cldur combinat - radiaie i convecie.Fig. 2.29. Structura unei plci radiante IR

O instalaie de lipire cu lmpi de IR cuprinde: incinta de nclzire cu sursele de IR, sistemul de transport al plcilor, blocul de alimentare i sistemul de reglaj cu comenzi accesibile de la panou pentru realizarea profilului termic potrivit (traductori de temperatur, blocurile de reglaj a curentului lmpilor i blocul de reglaj al vitezei de deplasare a plcilor). n asemenea instalaii, transferul de cldur prin convecie este redus, de regul neglijabil. In prezent, sunt disponibile instalaii cu performane i preuri variate: de la cele simple, cu plasare manual a plcilor de dimensiuni reduse (circa 20 x 20cm) la care mobil este sistemul de nclzire, la echipamente complexe, de mare productivitate i grad nalt de automatizare. In prezent, majoritatea acestor echipamente permit lucrul n atmosfer de azot (inert). Instalaiile sunt acoperite cu un capac (folie plastic pe rame metalice) iar plcile intr i ies prin perdele; n interior se introduce azot cu o presiune puin peste cea atmosferic. Etaneitatea nu e perfect, dar nici nu e necesar. Convecia poate fi natural - se transport un procent mic de cldur, sau forat - se transport un procent apreciabil de cldur. Instalaiile cu convecie forat sunt n general, complexe i scumpe, dar asigur o nclzire mai rapid a plcilor (productivitate mai mare) i nclzirea suprafeelor umbrite, avantaje importante care au determinat utilizarea frecvent a procedeului. Aerul (sau azotul) este vehiculat cu pompe (ventilatoare) i se nclzete fie la trecerea prin orificiile practicate n plci (eficiena este mic, metoda nu prea este folosit), fie n camere de nclzire, ca n fig. 2.30. Schema unei instalaii de lipire cu IR i convecie arat ca n fig. 2.30. Pentru fiecare zon a profilului termic sunt prevzute plci radiante IR cu orificii i camere de nclzire a aerului, cu reglaje proprii. O mare parte din aerul (sau azotul) nclzit este recirculat pentru creterea eficienei energetice, iar plcile intr i ies prin deschideri nguste, cu perdele.

61

Tehnologie electronic. Capitolul 2 curare prenclzire uscare lipire curare

Fig. 2.30. Instalaie de lipire cu radiaii infraroii i convecie forat

4. Tendine i perspective n tehnologia de lipire prin retopire Lipirea prin retopire a devenit, mai ales dup 1990, o tehnic predominant de lipire n industria electronic, avnd avantajul esenial de a aplica cantitatea necesar de cldur n locul necesar i n momentul necesar. Aceste caracteristici permit lipirea pieselor mici, cu terminale subiri. Tehnicile actuale asigur curent lipirea terminalelor distanate la 1,27mm (50mils=1/20inches), multe instalaii din producia de serie asigur i lipirea terminalelor la 0,635mm (25mils = 1/40inches), dar exist i instalaii pentru lipirea terminalelor la 0,5mm (20mils = 0,508mm)1. n cazul pieselor cu terminale la distana de 0,635mm (ntre axe) i foarte subiri, pad-urile sunt foarte mici (circa 0,4mm lime x 0,5 1mm lungime). Ca urmare, apar probleme deosebite la depunerea pastei de lipit, care trebuie s fie precis dozat, precis poziionat i cu grosime uniform. Pentru aceste cazuri, n prezent, se folosesc dou tehnici: depunerea cu pomp cu piston i depunerea cu ablon. In ambele cazuri, toate elementele conteaz - de la structura, viscozitatea i prospeimea pastei, la profilul marginii ablonului i la forma racletei (forma i materialul muchiei active, care mpinge pasta, sunt eseniale). Pentru lipirea terminalelor foarte subiri se lucreaz la perfecionarea tehnicilor de lipire cu laser, dar i la introducerea altor procedee. Printre cele mai promitoare, pare a fi tehnica lipirii cu micro-flacr, n care lipirea se face punctual, iar cldura provine de la o flacr obinut prin arderea butanului la ieirea unui ajutaj cu diametru mic. O alt tehnic n dezvoltare utilizeaz, pentru aportul punctual al cldurii, cabluri din fibr optic, cu lentile convergente la capt; sursa de cldur poate fi laser YAG sau o lamp cu Xenon. O caracteristic a instalaiilor pentru depunerea pastei de lipit i pentru efectuarea lipirii const n gradul nalt de automatizare (utilajele sunt practic roboi industriali) dar ntotdeauna sub controlul operatorilor - zona de lucru este vizualizat, mrit, pe ecranulDistantele indicate se refer la distanta dintre centrele terminalelor, egal cu limea unui terminal i egal cu distanta dintre marginile a dou terminale alturate 621

azot (aer)

azot (aer)

Tehnologie electronic. Capitolul 2

monitoarelor TV, iar operatorul poate interveni oricnd pentru corectarea operaiilor. Automatizarea total este posibil, n prezent, numai la lipirea global (cu IR sau n faz de vapori, de exemplu)

2.5.6. Curarea post-lipiren toate tehnologiile moderne de lipire n bi sau val, frecvent i la lipirea manual, se procedeaz la curarea post-lipire, operaie prin care se nltur reziduurile de flux i alte impuriti care, dac nu imediat, atunci n timp, au efecte duntoare (reziduurile de flux sunt adesea corozive, impuritile formeaz compui mai mult sau mai puin conductori etc.). Problema currii nu este simpl cum pare, deoarece: nu exist limite stabilite pentru nivelul de curenie care nici nu se poate msura uor i nici nu se prea poate cuantifica prin valori numerice; impuritile care trebuie nlturate sunt foarte diverse i utilizarea unui solvent sau a unei tehnici neadecvate poate nruti situaia (de exemplu solventul poate ataca suporturile, unele componente, poate lsa pelicule impurificatoare, ...); substanele utilizabile sunt de regul poluante, toxice i scumpe, greu de manipulat; instalaiile necesare sunt complexe i scumpe, deoarece de regul se impune recircularea cu purificare a solvenilor i asigurarea unui grad de poluare redus. Curarea post-lipire se poate face: n linie, imediat dup lipire, plac dup plac, procedeu recomandabil deoarece impuritile nu au timp s-i modifice structura (de exemplu s polimerizeze) sau s formeze compui greu de nlturat; n loturi, formnd pachete (loturi) de plci, care se introduc n instalaiile de curare; procedeul este mult mai ieftin dar mai puin eficace.

Curarea post-lipire se face prin splarea plcilor. Se poate folosi apa cald (n cazul organo-fluxurilor, solubile n ap), ap cu detergeni, combinaii ap i solveni sau solveni organici, n diferite moduri. Curarea cu solveni nu se poate face n linie din cauza marii lor volatiliti. In aceste cazuri, se procedeaz la curare n loturi, n incinte mai mult sau mai puin etane, de regul prevzute cu sisteme de recirculare i purificare. Dintre solvenii organici, mai folosii sunt compuii clorai, fluorai i alcoolii: tricloretilena, ieftin dar foarte toxic i capabil s atace unele materiale (PVC, polistiren etc.); alcoolul etilic sau izopropilic, buni solveni pentru multe impuriti, cu toxicitate medie, foarte inflamabili; compui clorofluorocarbonai (CFC), cunoscui sub denumirea de freon, dintre care Freonul 113 i Freonul TE sunt foarte buni solveni, netoxici, dar cu efecte poluante considerabile1.

S-a constatat c freonii distrug ptura de ozon din atmosfera nalt, ptura care protejeaz Pmntul contra radiaiilor UV. De aceea, la conferina de la Montreal, organizat de ONU n 1987 (au participat 24 de ri industrializate), s-a hotrt reducerea utilizrii freonilor. De atunci, multe ri (SUA, Germania,...) au luat msuri administrative n acest sens. Dei industria electronic nu consuma, n 1987, dect 12 % din freonul utilizat, majoritatea marilor productori de echipamente au trecut la msuri de eliminare a freonilor din procesele tehnologice. 63

1

Tehnologie electronic. Capitolul 2

De regul, simpla splare nu este destul de eficace - se folosesc mijloace mecanice pentru ndeprtarea microparticulelor (mai ales ioni) aditivate pe plci: agitatoare, perii cu fire din mase plastice sau vibratoare cu ultrasunete; adesea, sunt utilizate jeturi de lichid. n cazul folosirii freonilor (113 sau traseul pachetelor cu plci TE), deoarece densitatea vaporilor de freon condensor (spirale) este mult mai mare dect a aerului, incintele de splare nu trebuie s fie foarte etane iar recircularea se asigur prin obinuitul ciclu de vaporizare - condensare al lichidelor, n vapori principiu, o instalaie de curare cu freon (fig. 2.21) cuprinde o incint nchis, cu dou compartimente (cuve): n unul se afl freon lichid impurificat care se aduce la fierbere cu rezistene de nclzire iar n al doilea, cu freon purificat, n care se afl i generatorul de ultrasunete (sau agitatorul) i n care se introduc pachetele de plci. Plcile se introduc mai nti n vaporii formai deasupra cuvei de fierbere; prin condensa- Fig. 2.32. Instalaie de curare post-lipire cu freon rea vaporilor pe plcile reci se obine o prim (i bun) curare, iar condensul puternic impurificat curge n prima cuv. Apoi plcile sunt introduse n a doua cuv, unde sunt splate cu ultrasonare1. n cuva de splare se produce mereu condens pur, iar lichidul n exces revine n cuva de fierbere, astfel nct se menine o impurificarea redus.cuva i rezistena de nclzire

Curarea prin splare cu ap se folosete destul de frecvent pentru curarea plcilor, mai ales a celor acoperite cu fluxuri solubile n ap. De regul, n ap se introduc detergeni alcalini care nltur impuritile dar atac plcile i piesele; de aceea, este necesar o foarte bun cltire. Splarea cu ap i detergent se face n linie: n val, cu perii rotative sau cu ultrasunete; cltirea se face .cu val sau n jet. Procedeele dau rezultate satisfctoare, mai ales dac soluiile sunt nclzite, n cazul circuitelor cu densitate medie de componente, cu piese relativ mari. n cazul plcilor cu componente foarte mici, montate pe suprafa, cu mare densitate, procedeele indicate nu sunt prea eficiente. Cercetrile recente au artat c splarea cu ap i detergent poate fi foarte eficient, n toate cazurile, dac se folosesc jeturi din picturi fine (6 12m), antrenate cu vitez mare, lovind plcile sub unghiuri variabile. Dup splare i cltire, plcile sunt trecute prin perdele din fire plastice (uzual neopren) pentru nlturarea excesului de ap, apoi sunt uscate cu jeturi de aer cald sau cu radiaii infraroii. Echipamentele de splare cu soluii de ap cu detergeni necesit instalaii pentru depoluarea apei reziduale sau, mai bine, pentru recirculare. Curarea combinat (semi-apoas) se face prin trecerea plcilor prin dou soluii de splare: prima soluie este un solvent organic, fr clor sau fluor; se folosesc terpene sau alcooli, solubili n ap i de preferin biodegradabili; a doua soluie este ap, eventual nclzit, care elimin primul solvent i ultimele impuriti.1

Ultrasunetele provoac vibraii ale microparticulelor aditivate pe suprafee; ca urmare, microparticulele se desprind i pot fi antrenate de lichid 64

cuva i de splare cu generator ultrasonic

Tehnologie electronic. Capitolul 2

Splarea se face n linie, fouscare cu jet splare cu jet splare cu jet losind jeturi de solveni ca n fig. 2.33, de aer de solvent de ap sau prin valuri cu ultrasonare. Dup trecerea prin solveni, excesul de lichid este nlturat cu perdele din neopren sau aer, apoi se usuc n jeturi de aer cald. Frecvent, tot procesul se face la cald, pentru creterea, eficienei splrilor. Printre problemele care apar sunt: solvenii sunt adesea uor inflamabili i, fr a fi toxici, au efecte Fig. 2.33. Principiul currii combinate neplcute asupra oamenilor (miros, irit ochii etc.), apa de splare trebuie epurat1.

Din prezentarea de mai sus, se constat c procesul de curare post-lipire nu este nici simplu, nici ieftin iar problemele de toxicitate i poluare complic i scumpesc instalaiile. Evident, soluia tuturor problemelor const n eliminarea currii post-lipire, n primul rnd folosind fluxuri care nu necesit curare (NCF - no-cleaning fluxes). Aceste fluxuri nu las, sau las foarte puine i neduntoare reziduuri dup lipire. Soluiile utilizate la fluxare sunt formate din solvent i o parte solid - fluxul propriu zis, care n cazul fluxurilor obinuite reprezint 25 - 35 % din soluie. O prim caracteristic a NCF const n coninutul foarte mic de parte solid (l 5 %). Orice flux (activat sau nu), conine o component activ - care nltur impuritile i asigur umectarea suprafeelor i o component pasiv cu rol de purttor - care asigur distribuia fluxului pe suprafee, n majoritatea fluxurilor, descrise n 2.3, componenta activ deine ponderea mai mic Deoarece majoritatea reziduurilor provin de la componenta purttoare, n NCF aceasta deine ponderea mai mic. Experimentele2 au artat ns c pentru eliminarea currii post-lipire este necesar s se modifice ntreg procesul de lipire, ncepnd cu fluxarea, deoarece nu toate impuritile provin de la fluxuri (dei acestea reprezint cea mai mare parte). Astfel: fluxarea utiliznd NCF, se face cu dozarea precis a cantitii de flux depus; lipirea se face n atmosfer inert (azot uscat) pentru evitarea oxidrilor; ntregul proces se desfoar n spaii curate, evitnd orice contact cu atmosfera i cu obiecte (metale, folii sau benzi adezive etc.) sau cu lucrtorii3. O variant de realizare a lipirii fr curare post-lipire const n executarea procesului n atmosfer activ, n vapori cu rol de flux; metoda este nc n studiu. Conform prognozelor, utilizarea componentelor montate pe suprafa (SMD) se va extinde iar acestea vor fi cu terminale tot mai subiri, mai sensibile la solicitri mecanice, deci tot mai greu de curat - nu se pot nltura impuritile fr mijloace mecanice (perii, ultrasonare, jeturi, ...); singura soluie pare a fi eliminarea necesitii currii post-lipire. Nota 1 Mult timp, s-a considerat c ultrasonarea poate duna componentelor, mai ales circuitelor integrate; de altfel, normele SUA pentru aparatur militar interzic ultrasonarea subansamblelor. Cercetrile recente par s infirme aceasta. Nota 2. Discuiile de mai sus relev importana depunerii mtii selective de lipire. Pelicula de lac termorezistent asigur ndeprtarea mult mai uoar a impuritilor, protejeazPrin epurare se nelege procesul de eliminare din aer sau ap a substanelor poluante i nebiodegradabile. La AT&T, Sona-Tex Corporation i alte firme 3 Nu s-a ajuns nc la gradul de curenie impus ncperilor de fabricare i asamblare a dispozitivelor semiconductoare, dar nici prea departe de aceste condiii (incluznd mti i mnui pentru lucrtori, aer filtrat etc.) nu ne aflm.2 1

65

cuit de aer

Tehnologie electronic. Capitolul 2

conductoarele i suporturile la solicitrile chimice i mecanice din timpul currii etc. Din pcate, prin acest procedeu nu se pot proteja i terminalele componentelor montate pe suprafa; pentru acestea, soluia optim rmne folosirea proceselor care nu necesit curare. Determinarea eficienei currii post-lipire, aa I cum s-a artat, este foarte greu de fcut; operaia se poate face prin analize chimice, dar acestea dureaz, nu se pot U introduce n linia de producie. De aceea, muli productori folosesc procedeul msurrii rezistenei de suprafa. Pentru aceasta, n fabricaie, pe suprafaa cablajului se Fig. 2.34 Electrozi pentru msurarea formeaz electrozi ca n fig. 2.23; spaiul dintre elecrezistenei de suprafa trozi nu se protejeaz cu lac termorezistent. Aplicnd o tensiune suficient de mare ntre electrozi, se msoar rezistena de suprafa, aflat n relaie direct cu gradul de impurificare; relaia se stabilete prin ncercri (analize chimice i msurtori, pe plci de test). Fr a fi prea precis sau infailibil, metoda este larg utilizat, fiind simpl i de obicei satisfctoare, dei are dezavantajul c electrozii ocup spaiu pe plci. Un alt procedeul de verificare const n iluminarea plcilor cu radiaii UV, n care urmele de flux devin vizibile (trebuie utilizate camere de vederi, radiaia UV fiind duntoare vederii).

66