Температуру пайки на практике определяют как температуру поверхности паяемой детали в процессе пайки. Поскольку регистрировать температуру пайки трудно и она сильно зависит от соотношения между теплоемкостью детали и мощностью паяльного устройства, то температуру испытания определяют как температуру паяльной установки перед проведением испытания образца.
Для имитации реальных условий пайки испытания проводят при разных температурах. Температуру 350 °С используют, когда нельзя провести испытание с применением паяльной ванны и капельной установки и для имитации применения высокотемпературного паяльника, который часто используют для ремонтных работ и для пайки самофлюсующихся эмалированных проводов. Для имитации производственной пайки погружением в расплавленный припой или пайки паяльником с регулятором температуры требуется более низкая температура. Несмотря на то, что указанную пайку часто осуществляют при температуре 250 °С, для испытания на паяемость выбирают температуру 235 °С, так как при температуре 250 °С время пайки выводов с хорошей паяемостью слишком мало, чтобы его точность измерить. При более низкой температуре время пайки увеличивается и испытание благодаря этому приобретает большую разрешающую способность при условии, что в процессе испытания температура не приближается к температуре ликвидуса припоя.
8. СТАРЕНИЕ
Со временем паяемость детали может значительно ухудшиться. Поэтому возникает необходимость в методике, применяя которую можно искусственно ускорить старение, чтобы предвидеть состояние детали после длительного хранения. Процесс старения может быть обусловлен либо воздействием окружающей среды во время хранения, либо внутренними свойствами самой детали.
Следует подчеркнуть, что результаты естественного старения чрезвычайно разнообразны и зависят от местных условий. Поэтому не представляется возможным создать методику «ускоренного естественного старения». Однако возможно создать условия для протекания стандартного старения под действием воздуха, влаги и диффузии в металле. Соответствие ускоренного старения естественному в данной окружающей среде может быть установлено весьма приближенно. Результаты старения в соответствии с методиками 1, 2 или 3 не обязательно сравнимы и зависят от природы испытуемых выводов.
Приведенные методики старения ускоряют только воздействие атмосферного кислорода, влаги и внутреннюю склонность детали к старению. Они не предназначены для имитации воздействия промышленных атмосферных загрязнений.
Ускоренное старение проводят только в том случае, если предусмотрено испытание на сохранение удовлетворительной паяемости после естественного старения. Его обычно не проводят, если испытание входит в группу испытаний, проводимых последовательно.
9. МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЯ НА ПАЯЕМОСТЬ. ВЫБОР МЕТОДА
Метод с применением капельной установки предназначен для определения времени пайки проволочных выводов круглого сечения.
Методы с применением паяльной ванны и паяльника применяют, если форма элемента или его вывода не позволяет применить капельную установку (например в случае элементов с лепестковыми выводами или печатных плат) или требуемая температура пайки находится за пределами диапазона температур капельной установки (например для эмалированных проводов в полиуретановой оплетке).
Следует отметить, что скорость пайки обычно увеличивается с повышением температуры, поэтому у выводов, испытанных при температуре 235 °С, время пайки обычно будет меньше при более высоких температурах.
Разработчик соответствующей НТД должен предусмотреть, чтобы любая последовательность испытаний элементов (например для типовых испытаний) была составлена таким образом, чтобы:
не имела места предварительная пайка (например для проведения первоначальных измерений);
не имела места предварительная обработка, влияющая на паяемость (например предварительная выдержка при повышенных температурах), если иное не указано в соответствующей НТД (см. разд. 8). Поэтому испытание на паяемость в последовательности испытаний должно быть в числе первых;
покрытия выводов не были повреждены при предшествующих испытаниях.
При проведении испытаний на паяемость любым методом необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
испытания следует проводить в местах, где нет потоков воздуха;
рекомендуется использовать пинцет, чтобы не загрязнять поверхность образца.
Если образец необходимо выпрямить, то это должно быть сделано таким образом, чтобы поверхность не была поцарапана или загрязнена.
10. ИСПЫТАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ КАПЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Испытуемый образец провода покрывают флюсом, затем погружают в каплю расплавленного припоя таким образом, чтобы она делилась пополам. Время с момента деления проводом капли припоя пополам до момента соединения ее над проводом является временем пайки.
Соотношение между диаметром провода и высотой капли выбирают так, чтобы слияние капли припоя над проводом не могло возникнуть без смачивания. Высоту капли регулируют применением доз припоя, имеющих определенную массу, помещенных на железный стержень и сохраняемых алюминиевой поверхностью, не смачиваемой припоем. Алюминий способствует также стабилизации температуры железного стержня.
Верхняя поверхность железного стержня должна быть облужена. Нагревательный блок после окончания испытания следует охладить, при этом доза припоя должна остаться на железном стержне для предотвращения окисления его поверхности и последующего десмачивания.
В спорных случаях может оказаться необходимым убедиться, что масса всех используемых доз припоя находится в пределах ± 10 % их номинальной массы.
Необходимо руководствоваться следующими общими правилами при использовании капельной установки:
верхняя поверхность железного стержня должна быть совершенно чистой, а в пространстве между алюминиевым блоком и горизонтальной панелью не должно быть остатков припоя, так как это может повлиять на температуру;
флюс должен соответствовать указанному типу и не быть липким при испарении растворителя. Количество применяемого флюса должно тщательно контролироваться, так как избыток флюса вызывает дополнительное понижение температуры;
каждая расплавленная капля припоя должна быть чистой и блестящей, а масса используемой дозы припоя выбирается в соответствии с номинальным диаметром вывода;
вывод должен точно делить каплю припоя пополам. Если этого не происходит, результат не за-считывается и предпринимается новая попытка в новой точке вывода.
Для проводов с одинаковой паяемостью время пайки увеличивается с увеличением диаметра провода. На испытание оказывает влияние температура и поэтому результаты испытаний будут разными в зависимости от тепловых характеристик выводов элемента, которые влияют на эффективную температуру пайки. Эти факторы в равной степени действуют и при производственной пайке, их следует принимать во внимание при разработке соответствующей НТД. Следует иметь в виду, что в производстве обычно применяют активированные флюсы, значительно сокращающие время пайки.
Испытание проходит быстро, имеет количественный и избирательный характер; оно позволяет при необходимости определить паяемость в ряде точек на выводе.
11. ИСПЫТАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПАЯЛЬНОЙ ВАННЫ
Существует два варианта этого испытания: один - для проволочных и лепестковых выводов, другой - для печатных плат. Оба испытания можно проводить в одной и той же ванне. При погружении образца температура припоя в зоне погружения понижается, но указанная ванна должна иметь достаточные размеры для того, чтобы не было резкого понижения температуры припоя.
Методика испытания на паяемость по методу 1 испытания Та предельно упрощена, чтобы сделать наиболее доступным ее применение. Метод предназначен, главным образом, для испытания выводов некруглого сечения, которые предназначены для пайки в паяльной ванне.
Требования к глубине погружения, указанные в МЭК 68-2-20 (ГОСТ 28211), должны указываться в соответствующей НТД.
Для печатных плат (испытание Тс) глубина погружения платы строго ограничена для того, чтобы припой проходил через отверстия в печатной плате благодаря смачиванию, а не действию выталкивающих сил Архимеда.
12. ИСПЫТАНИЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ПАЯЛЬНИКА
Указанный метод сохранен для возможности оценки паяемости в тех случаях, когда образцы нельзя испытать методами с применением капельной установки или паяльной ванны. Типичными примерами таких образцов являются самофлюсующиеся эмалированные провода, для которых температура припоя при других методах слишком низка, а также изделия с лепестковыми выводами, не предназначенные для пайки погружением, для которых можно использовать только паяльник.
13. ПАЯЕМОСТЬ И ЯВЛЕНИЯ ДЕСМАЧИВАНИЯ
Вследствие многообразия форм и размеров выводов изделий только по результатам испытаний на паяемость нельзя судить о прочности паяного соединения. Поэтому предлагается подготавливать образцы узлов элементов и подвергать их механическим испытаниям, таким, как испытание Е. «Ударное воздействие» или испытание F. «Вибрация».
По контактному углу между припоем и образцом можно судить о способности соединяться.
Определяемое в испытаниях время пайки является, по существу, временем, которое необходимо для того, чтобы контактный угол по всей границе припой - образец достиг одинакового низкого значения. Однако, если образец остается в соприкосновении с расплавленным припоем, контактный угол может снова увеличиться. Это явление известно как «десмачивание» и обуславливается либо тем, что припой образует несмачиваемый слой интерметаллического соединения на поверхности образца, либо тем, что припой растворяет покрытие и обнажает несмачиваемую поверхность основы. В соответствующей НТД необходимо предусмотреть испытание на десмачивание, если оно может иметь место.
14. ТЕПЛОСТОЙКОСТЬ ПРИ ПАЙКЕ
Предпочтительно применять активированный флюс, чтобы ускорить смачивание и исключить, насколько возможно, зависимость скорости притока тепла к испытуемому элементу от паяемости.
Указания, приведенные в разд. 5 и 7 относительно выбора припоя и температуры при испытаниях на паяемость, относятся в равной мере и к испытанию на теплостойкость при пайке. Особенно важно, чтобы при испытании элементов с большой теплоемкостью равновесная температура не опускалась ниже температуры, на 40 °С превышающей температуру ликвидуса припоя. Тепловое равновесие может и не достигаться в течение 5- или 10-секундного погружения, указанного в п. 5.4.3 МЭК 68-2-20 (ГОСТ 28211), но поскольку состояние равновесия зависит от скорости притока тепла до достижения равновесия, вышеупомянутое указание остается в силе. Паяльная ванна, указанная в методе 1, имеет размеры, достаточные для обеспечения постоянного значения температуры.
Указанное испытание не предназначено для имитации или оценки воздействия случайных механических напряжений, которые могут возникнуть при пайке. При установлении последовательности испытаний на воздействие факторов окружающей среды необходимо иметь в виду, что испытание на теплостойкость при пайке может вызвать повреждение элемента.
___________________________________________