Pájení montáže na DPS s mědí pro velké proudy

Pájení na deskách plošných spojů se silnou mědí pro vysoké proudy může být docela problematické. Silná měď na desce má pozitivní i negativní účinky. Zatímco umožňuje účinné chlazení součástek na desce, chladí i samotnou měď při pájení, což není zrovna žádoucí, má-li pájení proběhnout správně. Při takovém pájení je potřeba v místě pájení dodávat teplo navíc, což může být zase následně škodlivé pro pájené součástky.

Obr. 1 Příklad desky se silnou mědí (zdroj: www.meiko-elec.com)

Pájení v peci

Dodat teplo navíc je potřeba i při reflow pájení v peci. Teplo navíc mohou obvykle dodat předehřívací zóny, ale pomůže i pomalejší pohyb dopravníku v peci. Problém je v tom, že silná měď na desce si uchovává teplo po dlouhou dobu, což může vést k porušení vazby mezi mědí a substrátem desky a nadzdvižení plošných spojů nad desku. Pochopitelně, že vše závisí na tloušťce a velikosti plochy mědi na desce. Nezbývá než proces pájení vyzkoušet, aby bylo možné zjistit vhodný teplotní profil v peci, a to specificky pro danou desku. Velké desky se silnou mědí mohou také potřebovat postupné ochlazování, aby se předešlo delaminaci.

Ruční pájení

Ruční pájení může někdy být jedinou možností, jak pájet součástky na desce s extra silnou mědí. Takové desky mohou vyžadovat předehřátí ještě před započetím ručního pájení. Desky se silnou mědí mívají silnější měď i v otvorech pájecích plošek, což komplikuje potřebné vyhřátí pájecí plošky, aniž by se měděné mezikruží plošky uvolnilo od substrátu. Výrobci holých desek pro takové desky obvykle volí lamináty odolné vůči vyšším teplotám, aby tak chránily plošky před odloupnutím i v případech výrazně většího absorbování tepla.

Důležitý je návrh desky

Návrháři desek se silnou mědí musí používat u pájecích plošek připojených na rozlitou měděnou plochu termální odlehčení. Připojení pájecích plošek na širší plošné spoje se silnou mědí musí být provedeno přes zúžení, které brání přílišnému odvodu tepla při pájení. Obě zmíněná provedení přispívají k pomalejšímu odvodu tepla během ručního pájení. Jinou metodou, jak zabránit přílišnému odvodu tepla z pájecí plošky do silné mědi, je položení silných plošných spojů do vnitřních vrstev desky, protože odvod tepla je omezen měděným povrchem propojovacího otvoru. Během pájení je ale také potřeba použít vhodnou pájecí pastu – ta by měla během pájení vydržet dostatečně dlouho při snadném nanášení. Nejčastějším problémem při pájení desek se silnou mědí je možnost vzniku studených spojů jako důsledek nedostatečného prohřátí pájených míst.

Zvýšení teploty desky

Během pájení je potřeba, aby teplota pájecí plošky byla vyšší než teplota tavení použité pájky. Proto je nezbytné, aby pájecí zařízení mělo dostatečný výkon k zajištění stabilní dodávky tepla po dobu potřebnou k roztavení a roztečení pájky. Nedostatečný výkon nezajistí potřebnou dodávku tepla, čímž vznikne špatný pájený spoj. K dispozici je několik metod, jak předejít problémům při pájení na desce se silnou mědí. Jednou z nich je předehřátí desky na horké plotně nebo ve vyhřívacím zařízení, čímž se teplota pájených míst přiblíží k potřebným teplotám pro pájení. Je také možné použít infračervené reflow pece nebo pájení vlnou, pokud deska vydrží předehřívací teploty bez delaminace. Dost možná bude potřeba nastavit rychlost dopravníku tak, aby se deska ohřívala potřebným způsobem. Je také vhodné ohodnotit použité SMD součástky s ohledem na použité teploty, aby bylo jisté, že vydrží průchod bez poškození.

Optimalizování reflow nebo pájení na vlně

Aby byl výsledek pájení uspokojivý, je potřeba optimalizovat reflow profil, protože použití nevhodných parametrů může vést k poškození pájených součástek. Obsluha by měla vzít v úvahu:

• omezení vrcholové teploty na 240 °C,
• zajištění lineárního ohřevu,
• vyvarování se skokových změn v teplotě, zejména během přechodu od měknutí pájky do přetavení,
• zajištění uniformní křivky kolem vrcholové teploty během intervalu, kdy pájka teče,
• použití zadní ohřívací zóny k zajištění pomalého chlazení,
• zvýšení operačního bodu chladiče v aktivních chladicích zónách,
• snížení rychlosti ventilátoru na minimum, což může pomoci k dosažení jemného chlazení,
• snížení rychlosti dopravníku, které může vyžadovat souběžné úpravy teplot ve všech ohřívacích zónách.

Tento článek vychází z informací uvedených v kapitole Assembling Heavy Copper PCB brožury eBook: PCB Assembly Fundamental.