Testování pájitelnosti – Terminologie

Tento text je úvodem do problematiky vytváření pájených spojů z pohledu způsobilosti komponent budoucí sestavy pro předpokládaný proces pájení: ověřování pájitelnosti příslušných plošek součástky, tj. smáčitelnosti roztavenou pájkou, a rovněž ověřování odolnosti těchto komponent proti teplu při pájení.

Příspěvek je pokračováním terminologických článků na témata: „Terminologie pro montáž v elektronice“, „Vady pájených spojů“, „Způsobilost výrobce osazených desek“ a „Problémy s bezolovnatým pájením“. Aktuální stav problematiky je dosažitelný na internetu. Proto se uvádí zejména anglicko-český přehled souvisejících termínů a zkratek. Text vychází z dokumentů technické komise IEC/TC 91 Electronics assembly technology (Technologie montáže elektroniky).

Pájitelností se rovněž zabývají skupiny IPC:

• 5-23a – Printed Circuit Board Solderability Specifications, specifikace pro pájitelnost desek [J-STD-003]
• 5-23b – Component and Wire Solderability Specification, specifikace pro pájitelnost součástek a drátů.

IPC-TM-650 Test Methods Manual je příručka zkušebních metod, která v sekci 2.4: Mechanical Test Methods popisuje mj. metody pro zkoušení pájitelnosti:

• 2.4.12A Solderability, Edge Dip Method (Pájitelnost, metoda ponorem hranou)
• 2.4.14 Solderability of Metallic Surfaces (Pájitelnost kovových povrchů)
• 2.4.14.1 Solderability, Wave Solder Method (Pájitelnost, metoda pájení vlnou)

Metoda testování pájitelnosti by měla vycházet ze zvolené technologie pájení, Soldering Technology – např. technologie Flow zahrnuje (relativní) „obtékání“ pájeného vývodu roztavenou pájkou nebo technologie přetavením obsahují nanesení pasty na plošku nebo do otvoru a vhodný ohřev na teplotu pájení (pec, ič záření, lokalizovaný horký vzduch). Používané technologie pájení jsou např.:

• Condensation Soldering – kondenzační pájení
• Dip Soldering – pájení ponorem
• Drag Soldering – pájení vlečením
• Flow Soldering – pájení s (relativním) obtékáním (vlna, tažení nebo ponor)
• Mass Soldering – hromadné pájení
• Infrared Soldering – infračervené pájení (přetavení ič zářením)
• Intrusive Soldering – intruzivní pájení (součástek SMD, včetně součástek s vývody v otvoru)
• Jet Wave Soldering – pájení dutou vlnou
• Laser Soldering – laserové pájení (přetavení laserovým zářením)
• Local Reflow Soldering – lokální pájení přetavením
• Manual/Hand Soldering – ruční pájení
• Reflow Soldering – pájení přetavením
• Resistance Soldering – odporové pájení
• Ultrasonic Soldering – ultrazvukové pájení
• Vapour Phase Soldering – pájení v parách (kondenzační pájení)
• Wave Soldering – pájení vlnou

Zvolený proces pájení, Soldering proces – je definován např. pomocí:

• Temperature profile – požadovaného průběhu / profilu teploty v místě pájení
• Soldering apparature – zvoleného zařízení pro pájení (vlna, přetavení atp.).
• Solder aloy/solder paste – zvolené pájecí slitiny / pájecí pasty

Soldering related effects and problems – jevy a problémy související s pájením součástek [68-2; 60194; wiki]:

• contact angle – kontaktní úhel výplně pájky mezi rovinou tečnou k rozhraní pájka/ povrch základního kovu a rovinou tečnou k rozhraní pájka/vzduch v místě dotyku pájky se základnou; viz obr. 1a, 1b
• de-wetting – odsmáčení částí dříve smáčených plošek; stažení roztavené pájky zpět z tuhého povrchu, který byl původně smáčen
• effect of moisture and soldering heat – (kombinované) působení vlhkosti a tepla při pájení na pájené součástky
• non-wetting – nesmáčení, značí neschopnost vytvořit vrstvu, která by ulpěla na povrchu; kontaktní úhel je větší než 90°
• moisture soak – nasávání/difúze vlhkosti do součástky je např. první fází zkoušky, která prokazuje odolnost součástky proti působení tepla při pájení [60749-20]
• resistance to dissolution of metallization – odolnost proti rozpouštění metalizace
• resistance to soldering heat – odolnost proti teplu při pájení
• thermal stresses – tepelná namáhání, která se mohou vyskytovat v průběhu pájení
• wetting – smáčení, značí vytvoření přilnavého povlaku pájky na povrchu, s malým úhlem smáčení
• wetting angle – úhel smáčení (kontaktní úhel)

60068-2-X Environmental testing – Part 2-X (Zkoušení vlivů prostředí – Část 2-X); soubor norem IEC, EN, ČSN/ IEC, ČSN/EN

• 68-2-20 (pájitelnost a odolnost proti teplu při pájení pro součástky s vývody) – Test Ta: Solderability of wire and tag terminations (Pájitelnost drátových a plochých vývodů)
• 68-2-44 (Návod ke zkouškám T: Pájení podle 68-2-20, 68-2-54 a 68-2-58)
• 68-2-54 (pájitelnost součástek metodou wetting balance method, smáčecích vah)
• 68-2-58 (součástky SMD – pájitelnost, odolnost proti rozpouštění metalizace a proti teplu při pájení)
• 68-2-69 (součástky SMD – pájitelnost metodou smáčecích vah)
• 68-2-83 (součástky SMD – pájitelnost metodou smáčecích vah při použití pájecí pasty)

60749- X Semiconductor devices – Mechanical and climatic test methods – Part X: Solderability (Polovodičové součástky – Mechanické a klimatické zkoušky – Část X)

• 60749-20 (odolnost proti působení vlhkosti a tepla při pájení)
• 60749-21 (pájitelnost)

Vysvětlení dalších pojmů [68-2; wiki]

• colophony – kalafuna (obchodní označení) je přírodní pryskyřice získaná z pryskyřice borovic
• dwell time – doba prodlevy/výdrže ponoru
• lead-free solder – bezolovnatá pájka je slitina, která neobsahuje více než 0,1 % hmotnosti olova (Pb)
• mass fraction – hmotnostní zlomek je podíl hmotnosti složky (mA, mB…) k hmotnosti celé směsi %: weight percentage – hmotnostní procenta, např. 0,1 % (Pb) by weight = 0,1 % hmotnosti (Pb)
• rosin – přírodní pryskyřice; kalafuna
• solder ball – (připojovací) kulička pájky
• solder globule – (zkušební) kulička pájky, používaná pro zkoušení pájitelnosti, např. metodou smáčecích vah
• soldering iron tip – hrot páječky / hrot pájedla
• solderability tests for printed boards – testování pájitelnosti neosazené desky: vodičů, plošek a pokovených otvorů [J-STD-003]
• tag termination – plochý/tuhý vývod (pájecí očko/špička); (vyčnívající) pájecí zakončení
• terminal – vývod (součástky pro pájení); zakončení vývodu součástky
• termination – kontaktní ploška (součástky); vývod (součástky); připojení/připojování
• test – test, testování; zkouška, zkoušení; jazykový trend je k „testu a testování“
• tinning – pokrytí pájkou; pocínování
• wetting balance method – metoda smáčecích vah měří průběh smáčitelnosti a pájitelnosti měřením vertikální síly (rozdílu mezi povrchovým napětím a vztlakem) na vzorek a záznam této síly jako funkce času, když je vzorek ponořen do roztavené pájky [ZČU, 68-2-54]