Lutowanie bezołowiowe

Lutowanie bezołowiowe

rok wydania: 2007
ISBN: 978-8360-23325-2
ilość stron: 398
format: B5
oprawa: twarda

Opis

Technologie lutowania (montażu) bezołowiowego nadal należą do grona nowatorskich we współczesnej elektronice, co łącznie z ograniczonym dostępem do kompetentnych polskojęzycznych źródeł informacji powoduje, że wzbudzają one wśród praktyków wiele kontrowersji. Brak kompleksowej informacji na temat parametrów, możliwości i ograniczeń technologii bezołowiowych może mieć także negatywny wpływ na trwałość i niezawodność produkowanych urządzeń elektronicznych.
Książka jest pierwszym, wydanym w języku polskim, kompleksowym podręcznikiem z elementami przeglądowego poradnika, przeznaczonym dla technologów i konstruktorów urządzeń elektronicznych, studentów uczelni technicznych, a także czytelników zainteresowanych nowoczesnymi trendami występującymi we współczesnej elektronice. Poruszono w nim wszelkie zagadnienia, istotne z punktu widzenia praktyki, związane z szeroko rozumianą "technologią bezołowiową".

Spis treści

1. Procesy lutowania w świetle dyrektyw Unii Europejskiej / 11
1.1. Dyrektywa RoHS / 15
1.1.1. Dokumenty dotyczące dyrektywy RoHS / 15
1.1.2. Zasadnicze postulaty zawarte w dyrektywie RoHS / 16
1.1.3. Wyłączenia z dyrektywy RoHS / 18
1.1.4. Zgodność z dyrektywą RoHS / 22
1.1.5. Badanie na zgodność z dyrektywą RoHS / 24
1.2. Dyrektywa WEEE / 27
1.3. Kierunki zmian w montażu bezołowiowym / 31
1.3.1. Stopy bezołowiowe / 31
1.3.2. Topniki / 31
1.3.3. Pasty lutownicze / 32
1.3.4. Płytki drukowane / 32
1.3.5. Podzespoły / 32
1.3.6. Środki myjące / 32
1.3.7. Agregaty do lutowania na fali / 33
1.3.8. Piece do lutowania rozpływowego / 33
1.3.9. Procesy lutowania / 34
1.3.10. Znakowanie elementów, podzespołów i zespołów w wykonaniu bezołowiowym / 35
Literatura do rozdziału 1 / 37

2. Podstawy procesu lutowania / 41
2.1. Zwilżanie / 42
2.1.1. Procesy kapilarne / 45
2.2. Procesy dyfuzyjne / 46
2.3. Związki międzymetaliczne / 47
Literatura do rozdziału 2 / 52

3. Bezołowiowe materiały lutownicze / 53
3.1. Bezołowiowe stopy lutownicze / 54
3.1.1. Zamienniki stopów SnPb / 54
3.1.2. Właściwości stopów bezołowiowych / 56
3.1.2.1. Temperatura topnienia / 56
3.1.2.2. Napięcie powierzchniowe / 57
3.1.2.3. Napięcie międzyfazowe / 59
3.1.2.4. Gęstość / 61
3.1.2.5. Współczynnik rozszerzalności cieplnej / 62
3.1.2.6. Rezystywność / 63
3.1.2.7. Wytrzymałość mechaniczna / 63
3.1.3. Znormalizowane stopy bezołowiowe / 64
3.2. Topniki do lutowania bezołowiowego / 65
3.2.1. Funkcje topników w procesie lutowania / 66
3.2.2. Klasyfikacja topników / 66
3.2.3. Właściwości ciekłych topników do lutowania na fali / 70
3.3. Bezołowiowe pasty lutownicze / 72
3.3.1. Składniki bezołowiowych past lutowniczych / 73
3.3.1.1. Proszki bezołowiowych stopów lutowniczych / 73
3.3.1.1.1. Kształt cząstek proszku / 73
3.3.1.1.2. Wielkość i granulacja cząstek proszku / 74
3.3.1.1.3. Zawartość tlenu w proszku / 75
3.3.1.2. Zawartość stopu w paście / 75
3.3.1.3. Topniki do past bezołowiowych / 75
3.3.2. Właściwości bezołowiowych past lutowniczych / 77
3.3.2.1. Lepkość / 77
3.3.2.2. Zwilżalność / 79
3.3.2.3. Osiadanie / 80
3.3.2.4. Koalescencja / 82
3.3.2.5. Kleistość / 82
3.4. Bezołowiowe luty rdzeniowe / 84
Literatura do rozdziału 3 / 86

4. Badania bezołowiowych materiałów lutowniczych / 89
4.1. Badanie właściwości bezołowiowych stopów lutowniczych / 90
4.1.1. Skład chemiczny stopu / 90
4.1.2. Temperatura topnienia / 90
4.1.3. Gęstość stopów mierzona metodą dylatometryczną / 91
4.1.4. Napięcie powierzchniowe stopów mierzone metodą maksymalnego ciśnienia w pęcherzykach gazowych / 92
4.1.5. Napięcie powierzchniowe i międzyfazowe stopów lutowniczych mierzone metodą Miyazaki / 93
4.1.6. Zwilżanie podłoży stopami bezołowiowymi / 95
4.1.6.1. Meniskograficzny pomiar siły i czasu zwilżania / 95
4.1.6.2. Pomiar kąta zwilżania / 98
4.1.6.2.1. Metoda leżącej kropli lutu / 98
4.1.6.2.2. Metoda meniskograficzna / 99
4.1.7. Pomiar rezystywności stopu / 100
4.1.8. Pomiar wytrzymałości stopu na rozciąganie / 100
4.1.9. Badanie współczynnika rozszerzalności cieplnej stopów metodą dylatometryczną / 101
4.2. Badanie właściwości topników / 102
4.2.1. Badanie skuteczności działania topnika / 102
4.2.1.1. Metoda meniskograficzna / 102
4.2.1.2. Próba rozpływności lutu miękkiego / 102
4.2.2. Działanie korozyjne topnika / 103
4.2.2.1. Próba lustra miedzi / 103
4.2.2.2. Próba korozji miedzi / 104
4.2.3. Badania jakościowe na obecność halogenków w topniku – próba z papierkiem z chromianem srebra / 105
4.2.4. Badania ilościowe zawartości halogenków w topniku / 105
4.2.5. Badanie rezystancji powierzchniowej izolacji (SIR) / 106
4.2.6. Gęstość topnika / 108
4.2.7. Zawartość części stałych (nielotnych) topnika / 109
4.2.8. Liczba kwasowa / 109
4.3. Badanie właściwości bezołowiowych past lutowniczych / 110
4.3.1. Lepkość past lutowniczych / 110
4.3.1.1. Właściwości reologiczne past lutowniczych / 110
4.3.1.1.1. Granica płynięcia / 112
4.3.1.1.2. Współczynnik tiksotropii (β) / 112
4.3.1.1.3. Współczynnik rozrzedzenia ścinaniem χ / 114
4.3.2. Właściwości technologiczne past lutowniczych / 114
4.3.2.1. Zwilżalność podłoży pastami lutowniczymi / 114
4.3.2.2. Osiadanie pasty lutowniczej / 115
4.3.2.3. Koalescencja pasty lutowniczej / 117
4.3.2.4. Kleistość pasty lutowniczej / 118
4.3.2.4.1. Metoda stałego nacisku wstępnego / 119
4.3.2.4.2. Metoda nacisku punktowego / 119
4.3.2.4.3. Metoda zadanej głębokości zanurzania / 119
4.4. Badanie właściwości lutów rdzeniowych / 121
Literatura do rozdziału 4 / 122

5. Lutowność podzespołów i płytek drukowanych / 125
5.1. Badanie lutowności płytek drukowanych / 126
5.1.1. Meniskograficzna metoda kąpielą lutowniczą / 126
5.1.2. Meniskograficzna metoda kropli lutu / 129
5.1.3. Metoda zanurzania obrotowego (badanie pól lutowniczych i otworów metalizowanych) / 130
5.2. Badanie lutowności podzespołów / 131
5.2.1. Jakościowe metody oznaczania lutowności podzespołów / 132
5.2.1.1. Metoda kąpielą lutowniczą „zanurz i patrz” / 132
5.2.1.2. Metoda lutowania rozpływowego / 133
5.2.2. Ilościowe metody badania lutowności podzespołów / 133
5.2.2.1. Meniskograficzna próba kąpielą lutowniczą / 133
5.2.2.2. Meniskograficzna próba kropli lutu / 133
5.2.2.3. Parametry i kryteria oceny lutowności podzespołów metodami meniskograficznymi / 135
Literatura do rozdziału 5 / 136

6. Bezołowiowe powłoki lutowne na płytkach drukowanych / 137
6.1. Właściwości bezołowiowych powłok na płytkach drukowanych / 139
6.1.1. SnCu i SnAgCu naniesione metodą HASL / 140
6.1.2. Ni/Au (ENIG) / 143
6.1.3. Ni/Pd/Au (ENEPIG) / 144
6.1.4. Cyna immersyjna / 145
6.1.5. Srebro immersyjne / 147
6.1.6. Powłoki organiczne (OSP) / 149
Literatura do rozdziału 6 / 150

7. Zjawiska specjalne powodujące uszkodzenia podzespołów i płytek drukowanych / 153
7.1. Zjawisko generowania dróg przewodzenia w dielektryku / 154
7.2. Zaraza cynowa / 156
7.3. Wiskery / 156
7.4. Pełzająca korozja / 161
Literatura do rozdziału 7 / 161

8. Kompatybilność podzespołów i płytek drukowanych z procesem lutowania bezołowiowego / 163
8.1. Podzespoły elektroniczne / 166
8.1.1. Kompatybilność powłoki zabezpieczającej lutowność końcówek lub wyprowadzeń / 167
8.1.1.1. Podzespoły do montażu powierzchniowego / 167
8.1.1.2. Podzespoły z kontaktami sferycznymi typu BGA / 170
8.1.2. Stosowanie podzespołów z końcówkami/wyprowadzeniami zawierającymi ołów / 170
8.1.3. Wytrzymałość cieplna korpusów i obudów podzespołów / 171
8.1.4. Podzespoły wrażliwe na wilgoć / 173
8.1.5. Wady połączeń lutowanych związane z podzespołami / 177
8.2. Płytki drukowane / 178
8.2.1. Powłoki zabezpieczające lutowność płytek drukowanych / 178
8.2.2. Podłoża płytek drukowanych 179
8.2.3. Wielowarstwowe, złożone płytki drukowane o dużych wymiarach / 180
8.2.4. Wady połączeń lutowanych związane z płytką drukowaną / 181
8.3. Magazynowanie i manipulowanie podzespołami do lutowania bezołowiowego / 182
Literatura do rozdziału 8 / 183

9. Procesy lutowania w montażu elektronicznym / 185
9.1. Techniki lutowania w zależności od konstrukcji zespołu / 186
9.2. Metody lutowania rozpływowego w warunkach bezołowiowych / 188
9.2.1. Opis procesu / 188
9.2.2. Metody dostarczania ciepła / 189
Literatura do rozdziału 9 / 192

10. Bezołowiowe konwenkcyjne lutowanie rozpływowe / 193
10.1. Aspekty procesu / 194
10.2. Wybór bezołowiowej pasty lutowniczej / 195
10.2.1. Wpływ pasty na niezawodność procesu lutowania / 195
10.2.1.1. Stop bezołowiowy / 197
10.2.1.2. Topnik w pastach bezołowiowych / 198
10.2.1.3. Manipulowanie bezołowiową pasta lutowniczą / 199
10.2.1.4. Bezpieczeństwo pracy z pastami bezołowiowymi / 200
10.3. Nanoszenie past lutowniczych metodą druku przez szablon / 201
10.3.1. Systemy nanoszenia pasty / 203
10.3.2. Czynniki decydujące o dokładności procesu drukowania / 204
10.3.3. Efektywność transferu pasty / 206
10.3.4. Wpływ rakli w procesie drukowania past bezołowiowych / 207
10.3.5. Wpływ szablonu w procesie drukowania past bezołowiowych / 210
10.3.6. Kontrola i urządzenia do weryfikacji ilości nałożonej pasty / 214
10.4. Proces lutowania rozpływowego / 215
10.4.1. Okno procesowe / 215
10.4.2. Przebieg charakterystyki temperaturowo-czasowej / 216
10.4.3. Optymalizacja procesu lutowania / 219
10.4.4. Kompatybilność konstrukcji zespołu na płytce drukowanej z lutowaniem bezołowiowym / 220
10.4.5. Szybkość przebiegu procesu lutowania / 222
10.4.6. Monitorowanie przebiegu procesu lutowania / 222
10.5. Kompatybilność urządzeń / 225
10.5.1. Konwekcyjne piece tunelowe / 225
10.5.2. Ogólne wymagania / 225
10.5.3. Monitorowanie pracy pieca / 226
10.5.4. Transporter i system podparcia płytek / 227
10.5.5. Strefy grzania / 228
10.5.6. Strefa chłodzenia / 231
10.5.7. Zarządzanie przepływem par topnika / 232
10.5.8. Instalacja azotu i lutowanie w azocie / 233
10.6. Przykład procesu i połączeń lutowanych / 235
10.7. Wady lutowania / 237
10.7.1. Niezwilżenie i odwilżenia / 237
10.7.2. Tworzenie mostków lutu / 239
10.7.3. Luźne kulki lutu rozproszone na powierzchni płytki / 240
10.7.4. Kulki lutu pod podzespołami typu R/C / 241
10.7.5. Efekt nagrobkowy / 242
10.7.6. Wciąganie lutu / 244
10.7.7. Powstawanie pustych przestrzeni w połączeniu lutowanym / 245
10.7.8. Wady połączeń lutowanych ukrytych pod obudową podzespołu / 246
10.8. Lutowanie rozpływowe podzespołów do montażu przewlekanego / 249
10.8.1. Etap projektowania połączenia THR / 250
10.8.2. Czynniki optymalizacji wypełnienia otworu / 252
10.8.3. Wymagania dotyczące podzespołów / 253
10.8.4. Proces osadzania podzespołów / 254
10.8.5. Proces lutowania rozpływowego / 254
10.8.6. Ocena połączeń lutowanych / 255
Literatura do rozdziału 10 / 256

11. Bezołowiowe lutowanie na fali / 259
11.1. Opis procesu / 260
11.2. Stopy lutownicze / 261
11.3. Topniki / 261
11.3.1. Kompatybilność topnika / 261
11.3.2. Przykład stosowania topnika w procesie bezołowiowym / 263
11.3.3. Znormalizowane wymagania ogólne / 264
11.3.4. Bezpieczeństwo pracy z topnikami / 265
11.4. Przebieg procesu lutowania / 265
11.4.1. Działanie fali / 265
11.4.2. Podstawowe parametry procesu / 266
11.4.3. Monitorowanie warunków lutowania na fali / 268
11.5. Nadmierne formowanie żużla / 269
11.6. Kompatybilność urządzeń i materiałów konstrukcyjnych urządzeń / 271
11.6.1. Systemy nanoszenia topnika / 271
11.6.2. Strefa grzania wstępnego / 273
11.6.3. Wanna lutownicza / 275
11.6.4. Moduły formowania fali / 276
11.6.5. Nóż powietrzny / 280
11.6.6. Transporter / 281
11.6.7. System podtrzymywania płytek / 281
11.6.8. Instalacja azotu / 282
11.6.9. Kompatybilność materiałów konstrukcyjnych / 283
11.6.9.1. Nowe materiały konstrukcyjne / 284
11.6.9.2. Wymiana stopu w wannie lutowniczej / 286
11.6.9.3. Przykład zastosowania nowych rozwiązań w praktyce / 288
11.7. Monitorowanie składu stopu / 88
11.7.1. Niebezpieczeństwo zanieczyszczenia ołowiem / 288
11.7.2. Inne zanieczyszczenia / 289
11.8. Przykład procesu i połączeń lutowanych / 291
11.9. Wady lutowania / 294
11.9.1. Wygląd połączenia / 295
11.9.2. Niewystarczająca ilość lutu w połączeniu / 296
11.9.3. Tworzenie mostków lutu / 297
11.9.4. Sople lutu / 298
11.9.5. Obecność kulek lutu na powierzchni płytki / 298
11.9.6. Efekt cieniowania (dotyczy podzespołów SMD) / 299
11.9.7. Nadmiarowe sferyczne wypełnienie lutem z jednej strony połączenia lutowanego (dotyczy podzespołów SMD) / 300
11.9.8. Puste przestrzenie w połączeniach lutowanych / 301
11.9.9. Odrywanie się części lutu połączenia od podłoża / 302
11.9.10. Mostki w postaci włoskowatych kryształów / 303
Literatura do rozdziału 11 / 303

12. Bezołowiowe zmechanizowane lutowanie selektywne / 305
12.1. Opis procesu / 306
12.2. Sposoby lutowania / 310
12.2.1. Lutowania przez przeciąganie / 310
12.2.1.1. Długość końcówek / 311
12.2.1.2. Inne wymagania / 311
12.2.2. Lutowanie przez zanurzenie / 312
12.2.2.1. Wymiary dyszy i inne wymagania / 313
12.3. Przebieg procesu lutowania selektywnego / 313
12.3.1. Transport / 313
12.3.2. Topnikowanie / 313
12.3.3. Grzanie wstępne / 315
12.3.4. Pozycjonowanie płytki / 317
12.3.5. Lutowanie / 317
12.3.5.1. Lutowanie przez przeciąganie / 317
12.3.5.2. Lutowanie przez zanurzenie / 318
12.4. Stosowanie atmosfery azotu / 320
12.5. Urządzenia do lutowania selektywnego i programowanie / 321
12.6. Przykład procesu i połączeń lutowanych / 324
12.7. Wady lutowania / 328
Literatura do rozdziału 12 / 328

13. Bezołowiowe lutowanie ręczne / 329
13.1. Aspekty procesu / 330
13.2. Lutowanie ręczne za pomocą lutownicy / 330
13.3. Druty lutownicze / 332
13.4. Uwagi dotyczące działania topnika / 333
13.5. Narzędzia do lutowania ręcznego / 334
13.6. Stabilność cieplna procesu lutowania ręcznego / 335
13.7. Powtarzalność warunków formowania połączenia lutowanego / 336
13.8. Wzrost roli efektywności przekazywania ciepła / 338
13.9. Konstrukcja i trwałość grota / 339
13.10. Procedury postępowania w operacji bezołowiowego lutowania ręcznego za pomocą lutownicy / 341
13.10.1. Procedura lutowania / 341
13.10.2. Procedura użytkowania grota / 342
13.11. Wady lutowania / 343
13.12. Stosowanie azotu w lutowaniu ręcznym / 343
13.13. Bezpieczeństwo pracy w procesie bezołowiowego lutowania ręcznego / 344
Literatura do rozdziału 13 / 345

14. Mycie po procesie lutowania / 347
14.1. Rodzaje zanieczyszczeń / 348
14.1.1. Zanieczyszczenia jonowe / 349
14.1.2. Zanieczyszczenia niejonowe / 352
14.1.3. Inne zanieczyszczenia / 353
14.2. Mycie i środki myjące / 353
14.2.1. Mycie rozpuszczalnikami / 354
14.2.2. Mycie półwodne / 357
14.2.2. Mycie wodne / 357
14.3. Sprawdzanie odporności materiałów na rozpuszczalniki / 358
14.4. Sprawdzanie rozpuszczalności pozostałości topnika / 359
14.5. Oznaczanie czystości zespołów po myciu / 359
14.5.1. Kontrola wizualna / 360
14.5.2. Oznaczanie zanieczyszczeń jonowych / 360
14.5.3. Rezystancja powierzchniowa izolacji (SIR) / 363
Literatura do rozdziału 14 / 364

15. Ocena połączeń lutowanych / 365
15.1. Mechanizmy uszkodzeń / 367
15.2. Znormalizowane podstawy oceny połączeń lutowanych / 369
15.3. Badania i metody kontroli jakości połączeń lutowanych / 371
15.4. Cechy połączenia lutowanego / 373
15.4.1. Zwilżenie i wygląd wypełnienia lutem / 373
15.4.2. Kształt i wypełnienie połączenia lutowanego / 374
15.4.2.1. Podzespoły do montażu powierzchniowego / 374
15.4.2.2. Podzespoły do montażu powierzchniowego z połączeniami lutowanymi ukrytymi pod obudową / 378
15.4.2.3. Podzespoły do montażu przewlekanego / 380
15.5. Kruchość połączeń lutowanych spowodowana obecnością złota / 381
15.6. Integralność połączeń lutowanych / 382
15.6.1. Czynniki oddziałujące na integralność połączenia / 383
15.6.2. Wpływ obciążenia termomechanicznego na integralność połączenia / 385
15.6.3. Badania wytrzymałości mechanicznej połączeń lutowanych / 387
15.6.3.1. Badanie wytrzymałości na ścinanie / 389
15.6.3.2. Badanie wytrzymałości na wyrywanie końcówki / 391
15.6.4. Programy badań starzeniowych / 392
Literatura do rozdziału 15 / 396