Требования к качеству паяных соединений SMD-компонентов

Определение и назначение

Настоящая инструкция предназначена для оценки качества паяных соединений поверхностно – монтируемых электронных компонентов  после пайки печатных узлов методом конвекционного оплавления паяльной пасты.

Инструкция предназначена для инженеров – технологов по подготовке производства, инженеров по наладке и испытаниям, инженеров по процессам, операторов  сборочно-монтажного цеха, контролеров ОТК.

Требования инструкции  являются обязательными для  должностных лиц цеха, эксплуатирующих и обслуживающих оборудование линий поверхностного  монтажа, осуществляющих монтаж и контроль качества электронных модулей.

Термины и определения

• Изделие электронной техники (ИЭТ) —  комплектующее изделие, предназначенное для применения в качестве элемента электрической схемы электронного устройства.
• Поверхностно-монтируемое изделие электронной техники (ПМИ или SMD) – выводное или безвыводное  ИЭТ, конструкция которого предназначена для монтажа на контактные площадки печатной платы без предварительной подготовки: обрезки, формовки выводов.
• Поверхностный монтаж – электромонтаж ПМИ на поверхность печатной платы с распайкой выводов или контактных поверхностей к контактным площадкам платы без использования монтажных отверстий.
• Вывод ИЭТ – элемент конструкции корпуса ИЭТ, предназначенный для соединения соответствующего электрода с внешней электрической цепью
• Печатный узел – печатная плата с подсоединенными к ней электрическими и механическими элементами и /или другими печатными платами и выполненными всеми процессами обработки.
• Пайка – образование соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их оплавления, их смачивания припоем, затекания припоя в зазор и последующей его кристаллизации. Температура пайки всегда выше точки плавления для того, чтобы дать металлу большую текучесть и хорошую смачивающую способность.
• Пайка оплавлением – пайка с дозированным количеством предварительно нанесенной паяльной пасты и последующим нагревом различными способами.
• Смачивание — образование однородной, гладкой, не имеющей разрывов пленки припоя, прилипающей к металлу.
• Cмачиваемость определяется степенью загрязнения контактных поверхностей, которая непосредственно зависит от условий хранения и транспортировки.
• Паяемость – свойство металлической поверхности, позволяющее смачивание ее припоем.
• Галтель припоя — поверхность, образованная припоем в процессе пайки.

Обозначения и сокращения

• IPC – The Institute for Interconnecting аnd Packaging  Electronic Circuits —  международная ассоциация компаний  —  производителей электроники. Область деятельности: конструирование, производство, стандартизация, сертификация в  электронной отрасли промышленности.
• SMD — компонент — Surface Mount  Device – компонент, монтируемый на поверхность печатной  платы
• ПП – печатная плата  
• КП – контактная площадка

Технические данные

Определение требований к качеству паяного соединения производится с учётом Класса изделия. Все изделия разделяются на три Класса по надёжности, долговечности, сложности, функциональным требованиям и частоте обслуживания.

При запуске в производство для каждого изделия в технологической документации указывается его Класс.

Классы аппаратуры по стандарту IPC– A– 610С  «Критерии качества паяных соединений»:

1 класс – бытовая электроника

(Изделия, к которым не предъявляются высокие требования по надежности: бытовая электроника, приборы, в которых допустимы косметические дефекты. Основная цель – принципиальная функциональность печатной платы).

2 класс – промышленная электроника

(Изделия с повышенными требованиями к надежности. Системы связи и управления, другие устройства, функционирование которых необходимо в течение длительного срока, однако выход из строя не является критическим. Допустимы небольшие косметические дефекты).

3 класс – спецтехника военная,  аэро-космическая, системы жизнеобеспечения

(Изделия с максимальными требованиями к надежности. Оборудование, которое должно функционировать при любых обстоятельствах. Системы поддержания жизнедеятельности, системы управления полетом и т. п. Недопустимы любые отклонения от предполагаемых

характеристик,  влияющие на функциональность и надежность устройства).

Изделия автомобильной электроники отнесены разработчиками изделий к 3 классу аппаратуры.

Общие требования к паяному соединению

  Поверхность паяного соединения в общем случае должна быть гладкой, блестящей или светло-матовой без темных пятен и посторонних включений. В особых случаях, например, при использовании бессвинцовых припоев  или специальных процессов пайки (если это дополнительно оговорено в технологическом процессе), поверхность паяного соединения может быть серой, матовой или зернистой.

  Переход от контактной площадки к запаиваемой поверхности или выводу компонента должен быть плавным. Допустима видимая линия раздела в зоне, где происходит смешивание используемого припоя с покрытием контактной поверхности компонента или печатной платы, при условии, что есть смачивание контактной поверхности припоем.

  Зарубины или царапины, мелкие раковины, неглубокие поры в паяном соединении не должны ухудшать его целостность.

Дефекты паяных соединений

Дефектами паяного соединения считаются:

• Паяные соединения с трещинами.
• Разрушенные паяные соединения.
• «Холодная» пайка. Термин «холодные соединения» относится к паяным соединениям, образованным с признаками неполного оплавления, такими, как зернистый вид поверхности, неправильная форма соединения или неполное слияние частиц припоя.
• Галтель припоя нарушает минимальный электроизоляционный промежуток между контактными площадками или выводами компонента,  или касается корпуса компонента.
• Отсутствие  смачивания или плохая смачиваемость контакта или контактной площадки —  отсутствие (полное или частичное) способности смачивания контактной площадки  или металлизированного контакта компонента расплавленным припоем, уменьшение площади контактной площадки или вывода, покрытой припоем.
• Перемычки припоя между соединениями, кроме случаев, когда электрический контакт между этими соединениями предусмотрен конструкцией изделия.

Простые корпуса для пассивных компонентов:

Сложные корпуса для многовыводных полупроводниковых приборов и микросхем:

Основные группы корпусов SMD-компонентов

Форма выводов или контактов (безвыводных) SMD – компонентов

    Выводы или контакты (безвыводных) электронных компонентов могут иметь следующую форму согласно международному стандарту  IPC- A- 610С:

• Прямоугольные или квадратные (сhip-резисторы, chip-конденсаторы, MELF с квадратными контактами и т.п.).
• Цилиндрические – Melf
• «Крыло чайки» — Gull Wing
• «Плоская лента» — Flat Ribbon
• L-образные;  L-образные, отформованные  внутрь под корпус
• J-образные
• Круглые – Round
• Сплющенные – Flattened (Coined)
• Корончатые  — Castellated termination (безвыводные)
• Неформованные  планарные  выводы
• Плоские контакты снизу под корпусом

Требования к качеству паяных соединений SMD-компонентов

1.  Компоненты с прямоугольными или квадратными контактами (CHIP-резисторы, CHIP-конденсаторы, MELF с квадратными контактами и т.п.)

Качество пайки компонентов с прямоугольными или квадратными контактами должно соответствовать таблице 3 и рисунку 9 в соответствии с классом изделия. Допускается контакт галтели припоя с нижней поверхностью компонента.

При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 1. SMD-компоненты с прямоугольными или квадратными контактами

  Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток.

(2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Припой может выходить за пределы контактной площадки и заходить на верхнюю плоскость вывода, но касание корпуса компонента не допускается.

Рисунок 1. SMD-компоненты с прямоугольными или квадратными контактами

1 — Поперечное смещение. 2 — Продольное смещение. 3 — Ширина паяного соединения. 4 – См. примечание (4) к таблице 1).  5 — Длина паяного соединения и перекрытие. 6 — Одна или две контактные поверхности. 7 — Три контактные поверхности. 8 — Пять контактных поверхностей. 9 – Конфигурации контактов.

2.   Компоненты с цилиндрическими контактами (MELF и т.п.)

Качество пайки компонентов с цилиндрическими контактами должно соответствовать таблице 2 и рисунку 2 в соответствии с классом изделия. Допускается контакт галтели припоя с нижней поверхностью компонента.

При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 2.  SMD-компоненты с цилиндрическими контактами

  Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток.

(2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Припой может выходить за пределы контактной площадки и заходить на верхнюю поверхность вывода, но касание корпуса компонента не допускается.

(5) Не распространяется на компоненты с контактами только на торцах.

Рисунок 2.   SMD-компоненты с цилиндрическими контактами

1 — Поперечное смещение. 2 — Продольное смещение. 3 — Ширина паяного соединения. 4 – См. примечание (4) к таблице 2.  5 — Длина паяного соединения и перекрытие.

3  Компоненты с корончатыми контактами

   Качество пайки компонентов с корончатыми контактами должно соответствовать таблице 3 и рисунку 3 в соответствии с классом изделия.

  При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 3.  SMD-компоненты с корончатыми контактами

  Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток.

(2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Длина «D» измеряется от края корпуса.

Рисунок 3.  SMD-компоненты с корончатыми контактами

 1 — Поперечное смещение. 2 — Обязательна галтель на углу, если присутствует металлизация.  3 – Длина паяного соединения. 4 — Ширина паяного соединения и поперечное смещение.

4.  Компоненты с выводами «плоская лента»,  выводы L-типа,  «крыло чайки»

Качество пайки компонентов с плоскими выводами должно соответствовать таблице 4 и рисунку 4 в соответствии с классом изделия. Для компонентов, у которых длина вывода «L» меньше ширины «W», минимальная длина паяного соединения «D» должна быть 75% от «L».

При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 4.  SMD-компоненты с плоскими выводами

   Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток.

(2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Галтель может подниматься дальше верхнего изгиба вывода. Припой не должен касаться корпуса компонента или изолятора (за исключением низкопрофильных SMD- компонентов, таких как SOIC и SOT).

Припой не должен проникать под корпус низкопрофильного SMD-компонента, если он изготовлен из паяемого материала.

(5) В случае компонента с пологой конфигурацией выводов галтель должна быть не ниже, чем середина нижнего изгиба вывода.

(6) Для компонентов с мелким шагом минимальная длина паяного соединения должна быть 0,5 мм.

Рисунок 4.  SMD-компоненты с плоскими выводами

 1 — Поперечное смещение. 2 — Продольное смещение. 3 — Ширина паяного соединения.  4 – Контактная площадка. 5 — Вывод. 6 — Другая конфигурация вывода. 7 — См. примечание (4) к таблице 6. 8 – Центральная линия размера «Т». 9 — Биссектриса нижнего изгиба вывода. 10 – См. примечание (5) к таблице  4. 11 – Длина паяного соединения.

5.  Компоненты с выводами круглого или овального профиля

Качество пайки компонентов с выводами круглого или овального профиля должно соответствовать таблице 5 и рисунку 5 в соответствии с классом изделия.

При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 5.    SMD-компоненты с выводами круглого или овального профиля

  Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток

 2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Галтель может подниматься дальше верхнего изгиба вывода. Припой не должен касаться корпуса компонента или изолятора (за исключением низкопрофильных SMD-компонентов, таких как SOIC и SOT). Припой не должен распространяться под корпус низкопрофильного SMD-компонента, если он изготовлен из паяемого материала.

(5) В случае компонента с пологой конфигурацией выводов галтель должна быть не ниже, чем середина нижнего изгиба вывода.

Рисунок 5.  SMD-компоненты с выводами круглого или овального профиля

1 — Поперечное смещение. 2 — Продольное смещение. 3 — Продольное смещение. 4 – См. примечание (4) к таблице  5 — Длина паяного соединения. 6 — Биссектриса нижнего изгиба вывода. 7 – См. примечание (5) к таблице 5.  8 — Другая конфигурация вывода.

6.  Компоненты с выводами J-типа

Качество пайки компонентов с выводами J-типа должно соответствовать таблице 6 и рисунку 6  в соответствии с классом изделия.

При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 6.   SMD-компоненты с выводами J-типа

 Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток.

(2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Припой не должен касаться корпуса компонента.

Рисунок 6.   SMD-компоненты с выводами J-типа.

1 — Поперечное смещение. 2 — Продольное смещение. 3 — Вывод. 4 — Контактная площадка. 5 – Ширина паяного соединения. 6 – См. примечание (4) к таблице 6.  7 — Длина паяного соединения

7.  Компоненты с выводами L-типа, отформованными внутрь

Качество пайки компонентов с выводами «L»-типа, отформованными внутрь, должно соответствовать таблице 7 и рисунку 7 в соответствии с классом изделия.

При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 7.  SMD-компоненты с выводами L-типа, отформованными внутрь

Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток.

(2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Припой не должен касаться корпуса компонента на внутренней части изгиба вывода.

 Если вывод разделён на два зубца, то требования должны выполняться для каждого из них.

     Рисунок 7.  SMD-компоненты с выводами L-типа, отформованными внутрь

8.  Компоненты с неформованными планарными выводами

Качество пайки компонентов с неформованными планарными выводами должно соответствовать таблице 8 и рисунку 8 в соответствии с классом изделия.

При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 8.  SMD-компоненты с неформованными планарными выводами

Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток.

(2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Если вывод предназначен для запайки под корпусом компонента и контактные площадки спроектированы с учётом этого,  должно быть смачивание вывода припоем в области «М».

Рисунок 8.   SMD-компоненты с неформованными планарными выводами

9.  Высокопрофильные компоненты с контактной поверхностью только снизу

Качество пайки высокопрофильных компонентов с контактной поверхностью только снизу должно соответствовать таблице 9 и рисунку 9 в соответствии с классом изделия. Если высота компонента превышает толщину, его нельзя использовать в изделиях, подверженных вибрациям или ударам, без дополнительного крепления при помощи соответствующего клея.

При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 9. Высокопрофильные компоненты с контактной поверхностью только снизу

Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток.

(2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Из-за конструктивных особенностей контактная поверхность может не доходить до края компонента, и корпус компонента может выходить за пределы контактной площадкой печатной платы. При этом контактная поверхность компонента не должна смещаться за пределы контактной площадки  печатной платы.

Рисунок 9.  Высокопрофильные компоненты с контактной поверхностью только снизу

10.  Компоненты с неформованными планарными выводами

Качество пайки компонентов с неформованными планарными выводами должно соответствовать таблице 10 и рисунку 10 в соответствии с классом изделия.

При несоответствии данным требованиям пайка считается дефектной.

Таблица 10.  SMD-компоненты с неформованными планарными выводами

Примечания:

(1) Величина не должна нарушать минимальный изоляционный промежуток.

(2) Неопределённая или переменная величина.

(3) Есть смачивание вывода компонента припоем.

(4) Если вывод предназначен для запайки под корпусом компонента и контактные площадки спроектированы с учётом этого,  должно быть смачивание вывода припоем в области «М».

Рисунок 10.   SMD-компоненты с неформованными планарными выводами