Metoda smáčecích vah

Datum: 26.06.2017

Kategorie: Pájený spoj, pájitelnost

Tato metoda zajišťuje kvantitativní výsledky, které jsou vhodné pro analýzu základních vlastností kontaktů součástek. Stejně jako v ponořovacím testu ji lze použít pro charakteristiku pájitelnosti substrátů. Bohužel tato metoda je velmi drahá. Smáčení váhy jsou zařízení velmi drahé a pro většinu firem je nedostupné. Tento test je příznačný pro specializované laboratoře nebo velké firmy. Test je definován v ČSN EN 60068-2-69 a ČSN 34 5791-2-54. Samozřejmě rovněž normy IPC a MIL stanoví podmínky testu.

Metoda smáčecích vah

Činnost principu smáčecí váhy je nakreslen na Obr. 1. Testovaná součástka s naneseným tavidlem (R) případně kontakt součástky, část desky plošného spoje, atd je zavěšena na siloměru nad nádobu s roztavenou pájkou. Zařízení je označováno jako “meniskograf”. Se stoupáním nádoby s pájkou se kontakt ponoří do pájky. Zařízení registruje síly působené na měřený prvek. Nádoba s roztavenou pájkou je na zdvihacím mechanismu ovládaném krokovým motorem. Elektronické řízení dovoluje měnit rychlost zdvihu a tím rychlost ponoru. Teplota v lázni je udržována s přesností ±1°C. Jelikož všechny pohyby, teploty a čas jsou přesně řízeny a sledovány, je možné všechna měření přesně reprodukovat.

Uvedený příklad na Obr. 1 platí pro válcový vzorek. Počátek styku vzorku s pájkou je označena bodem A. Teplota vzorku je příliš nízká k podpoře smáčení a musí být vtlačován velkou silou. Sklon křivky mezi A a B je dán rychlostí, jakou je vzorek ponořován. V bodě C pájka začíná smáčet vzorek. Nastává změna působící síly do bodu F. Pájka nejprve vytlačuje vzorek směrem vzhůru, s postupujícím smáčením ho však začne povrchové napětí táhnout dolů do nádoby a je nutné vyvinout určitou sílu na jeho vytažení – křivka D až F. Bod D je okamžik, kdy povrch pájky je kolmý k povrchu vzorku. Síla v bodě D je rovna vztlakové síle a je možné ji vypočítat z rozměrů vzorku, hloubky ponoru a měrné hmotnosti pájky. V bodě E jsou síly působící na vzorek v rovnováze a výsledná síla je nulová. Časový interval B až C je dán tepelnou kapacitou vzorku a rychlostí přestupu tepla mezi pájkou a vzorkem. Tvar křivky C a F je dán rychlostí smáčení a má rozhodující význam pro určení kvality smáčitelnosti. Bod G je vrchol křivky a určuje, kdy došlo k úplnému vytažení vzorku z lázně, H je konečný stav. Tímto měřením jsme schopni velmi přesně stanovit smáčitelnost a rovněž i vliv dalších činitelů jako např. použití pájecího oleje.

Empiricky bylo zjištěno, že pájitelnost lze charakterizovat veličinou S.

S = (maximální vytahovací síla) krát (doba smáčení).

Laboratorní výsledky ukázaly, že dobrá pájitelnost je když S je 5 až 6. Nižší hodnoty vykazuje již odsmáčení.

Zařízení tohoto typu není standardním vybavením běžných firem, ale mělo by být součástí velkých společností, které chtějí produkovat náročné aplikace v SMT a chtějí dosahovat vynikající kvality a dlouhodobé spolehlivosti. Příklady různých typických průběhů časové závislosti smáčecí síly jsou zobrazeny na Obr. 2.