Холо́дная па́йка (; русс. холодное паяное соединение) — дефект пайки, при котором не образуется прочного паяного соединения (надёжного электрического контакта) из-за диффузии влаги и кислорода воздуха, которые окисляют соприкасающиеся поверхности из-за неполного оплавления припоя или паяльной пасты.

Наличие дефекта устанавливается при помощи систем инфракрасного контроля и его сложно ремонтировать.

Внешние проявления дефекта Такое соединение имеет характерную зернистую структуру и тускло-серый цвет с матовой поверхностью. В своей структуре имеет неполное слияние частиц припоя в паяльной пасте или неполное смачивание и скатывание припоя со спаиваемых поверхностей.

Причины возникновения

Недостаточный прогрев места пайки Холодная пайка возникает при температурах в пределах 183-220 °C. При этих температурах припой размягчается, оплавляется, но не расплавляется, диффузия металлов не происходит на достаточном уровне, поэтому прочность соединений при холодной пайке очень низкая.

Для удовлетворительной текучести припоя и смачиваемости рабочая температура пайки должна превышать температуру ликвидуса на 30-40 градусов.

При ручной пайке время пребывания припоя в ванне при рабочей температуре должно быть 2-3 с., а при групповом нагреве температура нагрева мест пайки должна следовать установленному температурному профилю (время пребывания в расплавленном состоянии – 30-90 с.). При пайке бессвинцовыми припоями, которые характеризуются плохой смачиваемостью, для качественной пайки имеют рабочую температуру на 20-30 градусов больше, чем с содержанием свинца.

Сдвиг паяемых элементов Сдвиг спаиваемых элементов во время остывания припоя тоже может быть причиной дефекта. Он может возникнуть из-за сильного обдува при охлаждении или из-за толчков конвейера. Если это произойдет в момент перехода температуры от ликвидуса к солидусу, припой быстро затвердевает с образованием крупной кристаллической пористой структуры с образованием матовой поверхности. Наличие пор в месте пайки создает условия для его окисления. В результате возникает его последующее ослабление.

Низкая активность флюса Перегрев флюса приводит к потере его активности, поэтому он имеет определенный ограниченный температурный диапазон пайки. Использование азота, в качестве среды пайки, позволяет ограничено снизить влияние этого эффекта. Сильное загрязнение поверхности также нейтрализует активность флюса.

Недостаточная активность флюса может быть также вызвана его собственными свойствами или недостаточным нагревом места пайки, из-за чего он не активирует (плохая адгезия) паяемые поверхности. В такой ситуации он не замещается расплавленным припоем и остается прослойкой между припоем и паяемой поверхностью. Расплавленный припой не смачивает поверхности и застывает как есть, образуя дефект.

Окисление припоя в пасте В независимости от условий хранения, в пределах ограниченного срока эксплуатации, паяльной пасты, окисление поверхности её микроскопических частиц припоя неизбежно, что вызывает данный дефект.

Загрязнение припоя Загрязнения из-за несвоевременной очистки ванн, ввиду большой стоимости данной процедуры, значительно сказываются на свойствах припоев. В результате часть мест паек окажется с данным дефектом.

Термическая деструкция полимеров печатных плат и компонентов порождает выделение газов и паров воды, которые могут спровоцировать пассивацию поверхностей и ухудшению их способности к образованию качественных паяных соединений.

Неустойчивые свойства финишных покрытий Это относится к некоторым покрытиям. Например, иммерсионному олову без барьерного подслоя. Тонкий слой такого покрытия достаточно быстро, до двух недель, прорастает интерметаллидами и теряет паяемость. Наличие барьерного подслоя в покрытии гарантирует паяемость на несколько лет.

Для покрытия характерно наличие дефекта черной контактной площадки, появляющиеся на поверхности из-за оголения никеля и выпотевания фосфора, когда тонкий слой золота растворяется в припое раньше, чем припой смочит поверхность никеля.

Припой скатывается с фосфорированной и окисленной поверхности никеля, из-за чего и проявляется дефект черной контактной площадки. Данный дефект может возникнуть также при передержке процесса пайки и при неправильном выборе флюса. Передержка интенсифицирует образование интерметаллидов олова с никелем и олова с фосфором, внедренным в никель. Кроме того, выделение фосфора на поверхности никеля может вызвать и процесс золочения. Осаждение золота из нейтральных электролитов уменьшает вероятность этих явлений.

Особенности конструирования Холодная пайка может возникнуть даже при достаточной температуре припоя, если печатная плата спроектирована без учёта особенностей локального прогрева жалом паяльником (вручную или автоматизированным манипулятором). Например когда сквозное металлизированное отверстие соединено с обширными участками на внешних или внутренних слоях печатной платы. Такие массивные медные области действуют как теплоотвод, быстро отводя тепло от зоны пайки, вследствие чего выводы детали не достигают необходимой температуры плавления. Подобная конструкция часто встречается на платах, рассчитанных на групповые методы пайки — оплавление инфракрасным излучением (ИК-станция) или в конвекционных камерах, где нагрев осуществляется равномернее по всему объёму сборки. Однако при попытке собрать такую плату вручную паяльником возникают проблемы с локальным прогревом. Для обеспечения качественной локальной пайки применяется — специальная конструкция вокруг контактной площадки, которая вместо сплошного соединения с медным полем связана с ним через несколько узких дорожек-перемычек . Такой разрыв сплошной медной фольги ограничивает отток тепла от контактной площадки, позволяя прогреть зону пайки паяльником до необходимых температур.

Примечания

Литература

Cold Solder Joint

Категория:Пайка