Влияние бессвинцовой пайки на технологию монтажа в сквозные отверстия

Технология монтажа в сквозные отверстия

Технология монтажа в сквозные отверстия (Through Hole Technology) используется для монтажа компонентов, выводы которых вставляют в отверстия платы и припаивают к контактным площадкам. Технология Through Hole Technology (THT) начала использоваться с первых дней электроники (1920). Внедрение автоматизации в процессы монтажа печатных плат, в том числе и в монтаж в сквозные отверстия произошло в начале 1960-х годов с появлением пайки элементов печатных плат волной припоя. Основным недостатком печатаных блоков, выполненных технологией монтажа в сквозные отверстия, была низкая плотность монтажа компонентов на плате. Чтобы устранить данный недостаток была разработана технология поверхностного монтажа. Возвращаясь к технологии монтажа элементов печатных плат в сквозные отверстия необходимо заметить, что реальная площадь печатной платы, занятая под отверстия для относительно больших электронных устройств, ограничивала плотность размещения компонентов, что в свою очередь сдерживало развитие функциональности изделий и их дальнейшую миниатюризацию.

Преимуществом технологии монтажа в сквозные отверстия до сих пор является снижение затрат в некоторых случаях. Подобной выгоды можно добиться в регионах с дешевой рабочей силой, где используется ручная сборка печатных плат с низкой плотностью крупных компонентов и изделий. Даже при полной автоматизации монтажа в отверстия — использование современных технологий пайки (пайки волной припоя, селективной пайки или нанесении паяльной пасты в отверстия) — затраты на капитальное оборудование и производство с использованием технологии сквозного монтажа печатных плат все равно получаются ниже, чем при использовании технологии поверхностного монтажа.

Переход на бессвинцовые припои оказал свое влияние на применение технологии сквозных отверстий. Во-первых, необходим подбор нового оборудования. Ручные сборочные операции могут потребовать приобретения высокотемпературных паяльников, для соблюдения требований технологии бессвинцовой пайки печатных плат. На другом конце спектра расходов находятся затраты на замену нескольких сотен килограмм оловянно-свинцовых припоев бессвинцовыми сплавами в ванне автомата для пайки волной припоя. С другой стороны, выгоднее купить новый автомат для пайки волной, чтобы избежать загрязнения остатками старого оловянно-свинцового припоя или использовать новую технологию пайки печатных плат, которая снижает сильное коррозионное воздействие бессвинцовых припоев на детали машины.

Использование бессвинцовых припоев также потребовало пересмотра параметров всей технологии монтажа в сквозные отверстия. Конкретными проблемами стали высокие температуры, необходимые для пайки печатных плат бессвинцовыми сплавами и сниженная паяемость этих припоев. На ранних стадиях развития бессвинцовой технологии пайки печатных плат случайно было установлено, что при использовании бессвинцовых припоев в ручной пайке и пайке волной припоя не требуется значительного увеличения температуры самого паяльника. Дополнительное повышение температуры при ручной пайке было наименьшей проблемой, поскольку местный нагрев не вызывал тепловых ударов компонента и подложки, что вполне вписывалось в саму технологию. Некоторые трудности возникли при пайке компонентов плат волной припоя, потому что в этом случае подложка самой печатной платы подвергается нагреву от сварочной ванны расплавленного припоя. С другой стороны, при нанесении паяльной пасты в отверстия, которое используется при бессвинцовой технологии пайки оплавлением, компоненты, вставляемые в отверстия, и плата подвергаются нагреву до более высоких температур, чем обычно, следовательно, потенциально возможен тепловой удар.

На пайку межсоединений при технологии монтажа в отверстия также влияет плохая паяемость бессвинцовых сплавов. Высокое поверхностное натяжение этих припоев приводит к снижению скорости оплавления припоем вывода компонента и контактной площадки, следовательно, на пайку уходит больше времени. Кроме того, сниженная паяемость может привести к снижению смачивания контактной площадки и ограниченному заполнению отверстия, особенно с другой стороны печатной платы, к которой припаивается межсоединение. Некоторые из этих технологических проблем с пайкой могут быть разрешены путем смены флюса и  использованием альтернативных финишных покрытий (например, золотых). Оба варианта могут снизить поверхностное натяжение припоев, а также улучшить качество соединения с базовыми материалами, следовательно, повысить качество пайки. Иными словами привнесут улучшения в технологию бессвинцовой пайки при монтаже печатных плат в сквозные отверстия.