Паяльное оборудование фирмы PACE – новые возможности

В условиях продолжающейся миниатюри­зации электронных устройств, а также пе­рехода к бессвинцовой технологии пайки по­вышаются требования к паяльному оборудо­ванию. В статье приведены основные харак­теристики продукции фирмы РАСЕ – одного из мировых лидеров в производстве обору­дования для пайки и ремонта электронных узлов.

Н. Малиновский, А. Мельниченко

Нынешний год для электронной промышленности будет отмечен вступлением в силу директивы RoHS (Restriction of Hazardous Substantces), в соответствии с которой шесть субстанций – свинец, ртуть, кадмий, шестивалентный хром, полибромистый бифенил (РВВ) и полибромистый дифенилэфир (PBDE) – зап­рещены к применению в радиоэлектронике. Однако, это ограничение пока касается лишь бытовой элект­роники, содержание свинца в которой составляет всего 0.5% от его общего расхода. Производители же аккумуляторов, в которых используется около 85% общего расхода свинца, вообще освобождены от ог­раничений. Кроме того, директива действует лишь в странах Европейского Союза, не распространяясь на страны Азии и Америки. Тем не менее, многие компа­нии мирового уровня, производящие оборудование и материалы для монтажа печатных плат, интенсивно готовятся к переходу на бессвинцовые технологии. К ним относится и фирма РАСЕ (США), которая в те­чение почти полувека остается одним из признанных мировых лидеров по производству ручного профес­сионального паяльного оборудования для монтажных и ремонтных работ. Все оборудование РАСЕ защище­но рядом патентов и удовлетворяет или превосходит требования промышленных и военных стандартов (MIL-STD-2000, ANSI/J-std-001, IPC7711, IPC7721 и IPC-A-610). Оборудованием фирмы РАСЕ оснащены такие фирмы, как SIEMENS, MOTOROLA, ALCATEL, NOCIA, Schroff и др. Кроме того, это оборудование применяется там, где требуется удовлетворение тре­бований стандартов НАТО.

За последний год фирма практически полностью обновила спектр оборудования. Новое поколение оборудования удовлетворяет требованиям техноло­гии бессвинцовой пайки и изготовлено в соответ­ствии с ней. Рассмотрим подробнее, что же предлага ет фирма РАСЕ в период перехода к бессвинцовой технологии.

Паяльные станции нового поколения IntelliHeat

В паяльных станциях IntelliHeat , предназначенных для монтажа и демонтажа компонентов контактным методом совмещены две системы управления темпе­ратурой инструмента – SensaTemp и HeatWise, что значительно расширяет их возможности.

Паяльные станции с системой управления Intelli- Heat имеют расширенный до 482 °С диапазон темпе­ратур, что удовлетворяет требованиям технологии бессвинцовой пайки.

Система SensaTemp уже давно зарекомендовала себя как одна из лучших систем управления процес­сом пайки как мелких компонентов, так и массивных на многослойных (и соответственно теплоемких) пла­тах. При этом компоненты не испытывают термоуда­ра. Предотвращение термоудара обусловлено тем, что система обеспечивает условия выполнения пайки за очень короткое время, в течение которого тепло из места пайки не успевает достичь корпуса микросхе­мы и, тем более, расположенного внутри корпуса кристалла. В инструментах для системы SensaTemp использован спиральный нагреватель, в качестве датчика температуры – платиновый термометр с ла­зерной подгонкой, точность которого в 5 раз превы­шает точность обычной термопары.

Система HeatWise обеспечивает работу индукци­онного нагревателя, построенного на использовании свойства ферромагнитного материала очень быстро нагреваться под действием наведенных токов высо­кой частоты с прекращаением разогрева при дости­жении температуры так называемой точки Кюри. Та­ким образом, стабилизация температуры наконечни­ка, на хвостовой части которого напылен ферромагнитный материал, происходит в точке Кюри. Темпера­тура точки Кюри зависит от частоты тока, воздейству­ющего на ферромагнитный материал. Таким образом, имея “нагреватель” непосредственно на наконечнике, мы получаем малоинерционную систему управления температурой, отличающуюся высокой стабиль­ностью.

Технология HeatWise используется в паяльнике TD-100 Thermo-Drive, мини-пинцете МТ-100 Mini-Tweez и термоэкстракторе ThermoPik 100.

Паяльные наконечники серии Diamond

Наконечники паяльников фирмы РАСЕ, как прави­ло, изготовлены из меди, покрытой хромоникелевым сплавом. На рабочей поверхности наконечника до­полнительно нанесен слой железа. Такая конструкция обеспечивает хорошую теплопроводность в сочета­нии с высокой износостойкостью. Учитывая более вы­сокие температуры бессвинцовой пайки, фирма раз­работала и запатентовала новую технологию изготов­ления наконечников серии Diamond, отличающихся повышенной износостойкостью. Это достигнуто за счет того, что в слой железного покрытия введены субмикронные частицы алмазного порошка. Такой композитный слой гораздо медленнее растворяется в бессвинцовом припое, обеспечивая более длитель­ный срок службы наконечников в условиях повышен­ных температур. Паяльные наконечники Diamond от­личаются также повышенной теплоемкостью, что обеспечивает безупречную пайку компонентов с большой тепловой массой. В составе новой серии имеется 48 наконечников различной формы, что поз­воляет выбрать инструмент, обеспечивающий макси­мальное удобство при пайке.

Установки для производства азота

При переходе к бессвинцовой технологии прояв­ляются преимущества пайки в азотной среде. Можно выделить два из них, наиболее существенных. Во- первых, процесс возникновения окислов в припое, на площадках платы и выводах компонентов при пайке в этой среде замедляется, чем сокращается расход флюса и улучшается смачиваемость спаиваемых по­верхностей. В результате надежность бессвинцовых соединений повышается, они выглядят более блестя­щими и гладкими. Во-вторых, существенно уменьша­ется окисление наконечника инструмента.

Для пайки в азотной среде фирма РАСЕ разрабо­тала три установки для производства азота: NF 100, NF 500 и NF 1000. Установки рассчитаны на питание от магистрали сжатого воздуха и могут обеспечивать азотом одну, 5 или 10 паяльных станций соответ­ственно. Установки содержат фильтр, пропускаю­щий лишь атомы азота и задерживающий остальные компоненты воздуха. Они не имеют движущихся час­тей, что упрощает их обслуживание и увеличивает срок службы.

Оборудование фирмы РАСЕ для пайки и ремонта печатных плат с бессвинцовыми компонентами

1. Инструменты

Паяльник TD-100 Thermo-Drive – это облегчен­ный паяльник, позволяющий снизить утомляемость оператора и увеличить производительность процесса пайки.

В паяльнике используется наконечник, изготов­ленный по запатентованной технологии Tip-Heater Cartridge, который в настоящее время является наи­более качественным и самым дешевым на рынке сре­ди аналогичных изделий. Выпускается почти 100 раз­личных наконечников для пайки компонентов и более 30 наконечников для их демонтажа.

Мини-термопинцет MT-100 MINITWEEZ™. Эр­гономичный термопинцет с плавным захватом и удоб­ными рукоятками. Его применение снижает утомляе­мость и повышает производительность работы. Нали­чие десяти сменных насадок делает пинцет одним из наиболее универсальных инструментов для удаления компонентов. Его стоимость ниже стоимости многих аналогичных изделий других производителей.

Термоэкстрактор ThermoPik 100. Инструмент последней модели для монтажа и демонтажа SMD- компонентов в QFP-корпусах. С помощью встроенной вакуумной присоски удаляемый компонент после вы­паивания отделяется от платы. Инструмент удобен в работе, имеет отличный дизайн. Для него имеется бо­лее десяти разновидностей насадок.

2. Паяльные станции

Одноканальные станции семейства ST. В этих станциях используется наиболее прогрессивная тех­нология регулирования температуры инструмента In- telliHeat. Станции допускают подключение различных инструментов для пайки и демонтажа и могут быть ис­пользованы для решения широкого круга задач.

ST 30. Станция, поставляемая в комплекте с па­яльником TD-100. Она может быть использована как отдельный блок управления температурой одного из четырех различных инструментов. Ее прочный корпус рассчитан на эксплуатацию в неблагоприятных про­изводственных условиях. С помощью дополнительных приспособлений возможно крепление станции к ниж­ней поверхности полки, что позволяет сэкономить место на монтажном столе. К станции также может быть подключена подставка для паяльника Instant­SetBack Cubby, которая через 45 с после установки инструмента в подставку переводит его в режим ожи­дания. Тем самым продлевается ресурс работы смен­ного наконечника паяльника.

ST 50. Станция с цифровой индикацией, постав­ляемая в комплекте с одним из паяльников TD-100 или PS-90. По своим характеристикам станция ана­логична предыдущей.

ST 70. Станция поставляется в комплекте с паяль­ником TD-100. Выбор желаемой температуры инстру­мента производится с помощью сменных вставок, каждая из которых соответствует определенной тем­пературе.

ST 115. Станция, сходна по характеристикам со станцией ST 50 и дополнена компрессором, в кото­ром используется запатентованная технология SNAP- VAC, обеспечивающая эффект пневматического уда­ра. Отсос припоя начинается только после достиже­ния требуемого разрежения, а не сразу после включе­ния компрессора. Защита компрессора от паров флюса обеспечивается воздушным фильтром, под­ключенным между инструментом и блоком управле­ния. Для того чтобы мелкие частицы с поверхности платы не засоряли воздушный канал, время работы компрессора ограничено.

Основные параметры станций ST 30, ST 50, ST 70 (ST 115 в скобках):

• диапазон температур инструментов: Tip Heater Cartridge – от 205 до 454 °С, SensaTemp – от 37 до 482 °С
• точность поддержания температуры не хуже ого­воренной стандартом ANSI-J-STD 001
• нестабильность температуры инструмента в ре­жиме ожидания ±1.1 °С
• напряжение питания: переменное 197-253 В, час­тотой 50/60 Гц
• потребляемая мощность не более 90 (120) Вт
• габаритные размеры (ШхВхГ) 130x104x152(171x88x254) мм
• масса 2.3 (4.5) кг.

Многоканальные станции. В этих станциях до­пускается подключение одновременно нескольких инструментов с различными системами регулирова­ния температуры, что значительно расширяет их воз­можности. Станция MBT 301 рассчитана на подключение двух, а станция MBT 350 – трех инструментов одновременно. Значение температур нагревателя каждого из инструментов отображается на цифровом индикаторе. В станциях имеется компрессор, созда­ющий как разрежение, так и избыточное давление. Наличие воздушного клапана с точной установкой давления обеспечивает возможность работы с весь­ма малыми компонентами. Станция обеспечивает выполнение следующих функций:

• защиту паролем от несанкционированного доступа
• возможность программирования диапазона уста­новки рабочих температур
• автоматическое отключение питания инструмента при длительном перерыве в работе

возможность подключения подставки для паяльника Instant-SetBack Cubby для увеличения срока службы инструмента.

Основные параметры станций МВТ 301 и МВТ 350:

• диапазон температур инструмента: Sen- saTemp – от 37 до 482 °С, TempWise – от 205 до 454 °С
• точность поддержания температуры не хуже оговоренной стандартом ANSI-J- STD 001
• нестабильность температуры инструмен­та в режиме ожидания ±1.1 °С
• максимальное разрежение 500 мм рт.ст.
• максимальное избыточное давление 18 psi (1.3 атм.)
• максимальная производительность компрессора 8 л/мин
• напряжение питания (для варианта “Е”) – пере­менное 230 В частотой 50 Гц
• потребляемая мощность не более 250 Вт
• габаритные размеры (ШхВхГ) 165x135x260 мм
• масса 5 кг.

Станции для конвекционной пайки. В этих стан­циях нагрев компонентов происходит бесконтактным способом с помощью горячего воздуха. Особенно удобны такие станции для демонтажа SMD-компонен­тов, так как с их использованием на плате остается го­раздо меньше припоя, чем при выпаивании контактным способом. Станции можно применять для монтажа ком­понентов в различных корпусах, в том числе BGA, MLF, LGA и LCC. При монтаже массивных компонентов, а так­же компонентов с выводами на нижней плоскости во из­бежание коробления рекомендуется фиксация плат в держателях и их предварительный подогрев.

Для термофена выпускается более 75 видов насадок.

Аналоговая станция ST 300 предназначена для демонтажа ЗМО-компонентов, а также монтажа любых компонентов. Задание требуемой температуры и скорости потока воздуха осуществляется шкальными регуляторами. Станция поставляется с м а л о м о щ н ы м компрессором и вакуумным пинцетом PV 65. Для удобства органы управления расположены на инструменте. Для расширения возможностей станции ее можно использовать совместно со штативом ST 500 и держателем плат ST 525 или ST 550.

Станция ST 325 – программируемая цифровая стан­ция для монтажа или демонтажа SMD- компонентов, а также восстановления BGA-корпусов. Станция может рабо­тать в двух режимах. В ручном режи­ме каждое нажатие кнопки пере­водит станцию из состояния “выключено” в состояние “включено” и наоборот.

В автоматическом ре­жиме станция может отрабатывать один из 20 записанных в ее памяти теплопрофилей пайки, каждый из которых характеризуется температурой и продолжительностью нагрева. Органы включения режимов и управления компрессором расположены на инструменте.

Станция имеет вход для подключения термопары К-типа, позволяющей отслеживать температуру ра­бочей зоны. В комплект поставки станции входит ва­куумный пинцет PV-65 для установки компонентов на плату. Необходимое для его работы разрежение соз­дается маломощным компрессором, расположенным в корпусе станции. При работе со штативом ST 500 и держателем плат ST 525 или ST 550 обеспечивается возможность монтажа или демонтажа SMD-компо­нентов любого типа со стандартным шагом выводов.

Подключив станцию к компьютеру и приобретя до­полнительно пакет программ, пользователь может создавать более сложные профили пайки, состоящие из нескольких зон. С помощью этих же программ можно управлять подогревателем ST 400 или ST 450, если необходим подогрев платы снизу. Созданные пользователем профили пайки можно перенести в станцию, после чего она может отрабатывать их в ав­тономном режиме без использования компьютера.

Основные параметры станций ST 300 и ST 325:

• диапазон температур воздушного потока от 149 до 482 °С
• нестабильность температуры ±9 °С
• производительность компрессора от 5 до 22 л/мин
• напряжение питания переменное 197-253 В час­тотой 50/60 Гц
• потребляемая мощность 575 Вт
• габаритные размеры (ШхВхГ) 264x134x245 мм
• масса: ST 300 – 4.3 кг, ST 325 – 4.5 кг.

Ремонтные станции ThermoFlo. Дискуссия о том, какой метод нагрева компонентов лучше – инф­ракрасный или конвекционный – продолжается до сих пор. Каждый из них имеет свои преимущества и не­достатки. В ремонтных станциях фирмы РАСЕ уже давно используется конвекци­онный метод. Поэтому счита­ем уместным еще раз акцен­тировать внимание читате­лей на его преимуществах. Основное из них, на наш взгляд, состоит в том, что при инфракрасном нагреве принципиально невозможно нагреть компонент и плату до одинаковой температу­ры вследствие их различной отра­жающей способ­ности. В противопо­ложность этому, при конвекционном нагреве разность температур компонента и приле­гающего к нему участка платы может быть сведена к нулю. Тем самым обеспечивается более точное уп­равление температурой, что особенно важно при бессвинцовой пайке, при которой риск перегрева компо­нента увеличивается.

Автоматизированные станции новейших моделей TF 1700 и TF 2700 предназначены для ремонта плат с компонентами в корпусах с матричным расположением выводов. Разработанные для ремонта современных пе­чатных плат, станции обеспечивают возможность безо­пасного монтажа и демонтажа SMD-компонентов в кор­пусах CSP, FC, BGA, CBGA, MLF, LCC и др. Программное обеспечение станций позволяет без особого труда соз­давать различные профили пайки. Посредством интер­активного диалога оператор легко может управлять станцией. В процессе всех операций – захвата компо­нента, его позиционирования, установки и пайки – пе­ремещения выполняются в направлении одной оси, в результате чего исключается риск смещения компонен­та после его установки на плату.

Станции содержат специально разработанный для них конвекционный нагреватель мощностью 1200 Вт, расположенный сверху, а также высокоэффективный инфракрасный нагреватель для подогрева плат снизу. Расстояние между платой и нижним нагревателем может регулироваться от стандартного до минималь­ного (38 мм), что бывает необходимо при бессвинцовой пайке.

В станции TF 1700 можно выполнять ремонт плат размером до 305×305 мм, а в станции TF 2700 – до 610×610 мм. Соответственно отличаются и мощности нижних нагревателей.

Перемещение плат вдоль осей Х и Y производится с помощью микрометрических винтов. Прецизионное движение вдоль оси Z осуществляется по двойному направляющему рельсу, как в автоматических уста­новщиках компонентов. В оптической системе для выравнивания положения компонентов используются современная цветная камера и высококачественная призма, дающие изображение высокой четкости.

Станции являются полностью автономными, для их работы не требуется наличие на предприятии воз­душной магистрали повышенного давления. Возмож­но выполнение пайки в азотной среде.

Основные параметры станций TF 1700 и TF 2700 (в скобках):

• верхний нагреватель – конвекционный,
• мощность 1200 Вт
• нижний нагреватель – инфракрасный, мощность 400 (1300) Вт
• макс. размер компонентов 65×65 мм
• макс. размер плат 305×305(610×610) мм
• диапазон температур верхнего нагревателя
• от 100 до 400 °С, нижнего – от 100 до 221 °С
• точность перемещения по оси Z ±25 мкм
• макс. производительность компрессора 20 л/мин
• макс. разрежение 450 мм рт.ст.
• напряжение питания 230 В частотой 50 Гц
• макс. потребляемая мощность 2000 (2800) Вт
• габаритные размеры (ШхВхГ) 686x737x737 (737x815x790) мм
• масса 45 (91) кг.