Plošné spoje, pájení a technologie

Materiály pro desky plošných spojů

Deska plošných spojů je deska obsahující plošné vodiče, jednotlivé pájecí body a je určena pro montáž součástek a také mechanických dílů.

Podle počtu vrstev lze rozlišit:

  • jednovrstvé desky plošných spojů
  • dvouvrstvé desky plošných spojů
  • vícevrstvé desky plošných spojů

Pro výrobu desky plošných spojů se používají materiály organické i anorganické.
Vlastní desky plošných spojů se vyrábí jako pevné a také ohebné.
Neohebné desky plošných spojů z organických materiálů pro výztuž používají tyto materiály:

  • skleněnou tkaninu nebo rohož
  • tvrzený papír
  • skleněnou tkaninu a papír
  • aramidová vlákna
  • uhlíková vlákna
  • křemenná vlákna

Pojivem může být buď termoset nebo termoplast.
U termosetů se používají tyto materiály:

  • fenolformaldehydové pryskyřice
  • epoxidové pryskyřice
  • polyesterové pryskyřice
  • polyimidové pryskyřice
  • bismaleinimidové pryskyřice (BT)

U termoplastů se používají tyto materiály :

  • polyeterimid
  • polytetrafluoretylen
  • polyimidové pryskyřice
  • polyétersulfon
  • polyetyléntereftalát (PET)
  • polyetylénnaftalát (PEN)

Vlastnosti některých desek plošných spojů podle použitého materiálů jsou v tab.1.

Na povrchu desky plošných spojů je vytvořen vodivý obrazec. Pro jeho vytvoření používáme měděnou fólii různé tloušťky. Měděná fólie se vyrábí v různých tloušťkách. Ultratenké fólie se vyrábí v tloušťce 5 a 9 µm. Standardní fólie – 18, 35, 70, 105 µm, někdy 140 až 350 µm.

Tab. 1. Vlastnosti některých desek plošných spojů
Tab. 1. Vlastnosti některých desek plošných spojů

Pájecí slitiny, pájky, tavidla

Součástky pro povrchovou montáž se osazují do pájecí pasty a pájí se přetavením. Rovněž se používá osazení do lepidla. Pokud se použije nevodivé lepidlo, vlastní pájení je provedeno pájecí vlnou.

Pro pájení se používá pájecí slitina Sn / Pb (63 / 37 %) s teplotou tavení ÷185°C. V současnosti se v elektrotechnickém průmyslu používají bezolovnaté slitiny, na které se přechází již od 1.7.2006. Základ tvoří cín Sn, do slitiny se dávají další prvky Bi, In, Zn, Ag, Cu, Sb. Podle poměru použitých příměsí lze pájet při různých teplotách. V tabulce 2. jsou uvedeny některé používané slitiny s různým poměrem složek a teplotami tavení. Některé příměsi zhoršují smáčecí charakteristiky.

Pro pájení se používají pájky ve formě drátu, kuliček, trubiček, fólií a tyčí. Pro ruční pájení používáme trubičkové pájky. Trubičky mají jedno nebo několik jader s výplní tavidla.  Kuličkové pájky používáme do pájecích past. Pro strojní pájení používáme tyčové pájky. 

Tab. 2. Slitiny pro pájení, složení a teplota tavení
Tab. 2. Slitiny pro pájení, složení a teplota tavení

 V procesu pájení se používají tavidla. Tavidla jsou látky, které při ohřátí zrychlují a podporují smáčení pájených materiálů pájkou. Za působení tepla odstraňují z povrchu pájených materiálů oxidy, nečistoty a chrání pájený spoj před oxidací v průběhu pájení.

Tavidlo obsahuje :

  • tavidlový nosič; přírodní a syntetické pryskyřice, organické kyseliny
  • aktivátory; organické kyseliny, aminy R-NH a halidy Cl,Br,F,J, někdy se nepoužívá
  • aditiva
  • rozpouštědla organická i anorganická.

Nejstarší typ tavidla je kalafuna. Je to přírodní pryskyřice složená z organických kyselin.
Tavidla se aplikují třemi způsoby :

  • přetavením – pastovité tavidlo se nanese přes šablonu nebo dávkovačem
  • nanesení sprejem nástřikem nebo pěnou při strojním pájení
  • kapalné nebo prstovité tavidlo se nanese na určené místo – při opravách a ručním pájení

Při pájení se do popředí dostalo použití pájecí pasty. Pájecí pasta je tvořena práškovou pájkou a tavidlem. Prášková pájka je tvořena částicemi o určité velikosti a podle typu pájecí slitiny jsou částice o rozměrech řádově desítek µm. V pájecí pastě jsou nežádoucími oxidy kovů. Tyto mají za následek zvýšení teploty tavení.

Pájecí pasta musí umožňovat dobré tisknutí pomocí šablony na desku plošného spoje, nesmí obsahovat vzduchové bubliny a musí být dostatečně lepivá. Po přetavení musí být spoj lesklý a hladký a nesmí v něm být kuličky pájky.

Pájecí pasta se skladuje v chladničce při poměrně nízkých teplotách ( 2 ÷ 4 °C ) po dobu asi půl roku, před použitím se musí asi 4 hodiny temperovat na pracovní teplotu.

Lepidla a lepení

Pro povrchovou montáž se používají lepidla. Tyto lze rozdělit na dvě základní skupiny :

  • elektroizolační (tepelně vodivá a tepelně nevodivá)
  • elektricky vodivá

U elektroizolačních lepidel jsou nejrozšířenější kategorií tepelně nevodivá lepidla. Tato lepidla musí splňovat řadu požadavků :

  • jde o jednosložkový systém bez rozpouštědel
  • nesmí docházet k roztékání kapky ani tažení vláken
  • musí být elektricky nevodivé s konstantním dielektrikem
  • musí být chemicky stabilní a nesmí být korozivní
  • musí mít dobrou lepivost a vysokou teplotní stabilitu.

Při použití lepidla musí navíc zajistit správnou viskozitu, musí být výrazně barevné a odolné vůči teplotám při pájení. Samozřejmostí je dlouhá skladovatelnost a možnost snadných oprav. V neposlední řade musí být netoxické, nehořlavé a nemají zapáchat.

Lepidlo se na desku plošných spojů nanáší sítotiskem, pomocí šablon nebo kapkovou metodou. Princip lepení součástek je patrný z obrázku 1.

Po nalepení se lepidlo musí vytvrdit. Existuje několik způsobů. Při vytvrzování teplem je lepená součástka vystavena teplotě 120 ÷ 150°C po dobu 1 ÷ 5 minut. Kombinovaný způsob představuje použití UV záření současně s teplem. Pokud použijeme vytvrzení pouze UV záření s vyšší intenzitou, je dostačující čas desítek sekund.

Vodivá lepidla mají dvě složky a to polymerní a kovovou složku. Polymerní složka je epoxidová, lze také použít polyuretany nebo polyimidy. Polymer je určující pro kvalitu lepení, přilnavost a opravitelnost lepeného spoje.
Kovová složka musí zajistit elektrickou a tepelnou vodivost. Používá se zejména stříbro.

Vodivá lepidla zajistí elektrickou vodivost ve všech osách (izotropní) anebo pouze v jednom směru (anizotropní).
Lepené spoje mají podstatně menší pevnost než pájené spoje. Vodivá lepidla se nanáší sítotiskem na základní desku.

Nevýhodou lepených spojů je vysoká cena, horší vodivost ve srovnání s pájkami, složitější opravy a malá pevnost spoje.

 

Obr. 1. Princip lepení součástek
Obr. 1. Princip lepení součástek

Otázky pro opakování:

  1. Jaké materiály se používají pro desky plošných spojů
  2. Které součástky používané v technice SMD znáte
  3. Jaké slitiny se používají pro pájení a která tavidla znáte
  4. Lepené spoje

Komentáře



Chamomile

07.07.2012 01:54

levitra 83617 cyalis levitra sales viagra 8-OOO viagra online 8606