Page 44 - SHY2012

Basic HTML Version

6/2007
[ www.shy-hitsaus.net ]
42
pilla tarkasteltuna (mikrorakenne) erilainen
kuin itse juoteseos tai liitettävien pintojen
metallit. Samoin juotosliitoksen sähkönjoh-
tokyky on erilainen kuin näillä alkuperäisillä
metalleilla. Erot johtuvat muun muassa siitä,
että liitettävän pinnan ja sulana olleen juot-
teen rajapinnalle muodostuu näiden metal-
listen aineiden muodostamia yhdisteitä, niin
sanottuja metallien välisiä yhdisteitä (IMC,
intermetallic compound).
Liitosten korkea
laatu on elinehto
Korkealaatuiset ja pitkään kestävät liitokset
ovat elinehto vaikkapa autojen ja tukiasemi-
en elektroniikkaa valmistavalle yritykselle.
Kulutuselektroniikassa pitkään kestoikään
ei sen sijaan panosteta yhtä paljon, vaan
siellä on tärkeämpää saada tuote kestämään
esimerkiksi tipahtamisen aiheuttamia hetkel-
lisiä rasituksia.
Pieniä juotosliitoksia voi olla yhdessä tuot-
teessa jopa tuhansia, ja niiden satapro-
senttinen tarkastaminen on käytännössä
mahdotonta. Juotosliitosten luotettavuutta
ja virheettömyyttä tutkitaan erittäin intensii-
visesti eri puolilla maailmaa, muun muassa
Japanissa [2]. Näitä asioita tutkitaan myös
Oulun yliopiston konetekniikan ja sähkötek-
niikan osastoilla.
Laadun merkitys korostuu erityisesti siksi,
että yhdenkin juotos- tai hitsiliitoksen pettä-
essä elektroniikkalaitteen sähköiset yhteydet
ja samalla laitteen toiminta saattaa häiriin-
tyä tai jopa pysähtyä. Niinpä esimerkiksi
henkilöauton tietty toiminto saattaa hävitä
sen vuoksi, että joku juotosliitos rikkoontuu
elektoniikkalaitteen piirilevyllä. Pienikokoisen
liitoksen pettäminen saattaa tuoda autoilijal-
le yllättävän suuren menoerän.
Elektroniikkatuotteiden liitokset ovat siis pie-
niä juotosliitoksia, joiden tehtävänä on johtaa
sähköä komponenttien ja johtimien välillä.
Liitoksilta ei tavanomaisessa mielessä edel-
lytetä ulkoisen kuorman kestämistä.
Juotosliitos voi kuitenkin rikkoontua käytössä
eri syistä, esimerkiksi niin sanotun virumi-
sen seurauksena. Juotosliitoksissa, joihin
kohdistuu jatkuva mekaaninen kuormitus
korkeahkoissa lämpötiloissa, tapahtuu ajan
mukana vähittäistä pysyvää muodonmuutos-
ta. Lopulta muodonmuutos saattaa johtaa
liitoksen rikkoontumiseen. Virumislämpöti-
la riippuu metallin sulamispisteestä. Niinpä
matalassa lämpötilassa sulava tinajuotoslii-
tos saattaa ajan mittaan mur tua virumisen
vuoksi jo huoneenlämpötilassa tai hieman
sen yläpuolella.
Terminen väsyminen, joka on läheistä sukua
virumiselle, voi myös johtaa juotosliitoksen
vaurioitumiseen. Kiinnitysalustana toimivan
piirilevyn ja toisaalta siihen juottamalla kiin-
nitettyjen komponenttien lämpölaajeneminen
on nimittäin erisuuruista. Niinpä lämpötilan
vaihtelu aiheuttaa huomattavia jännitysvaih-
teluja komponentin ja piirilevyn välille, jolloin
kiinnityskohdat eli juotosliitokset joutuvat to-
della lujille. Esimerkiksi autoelektroniikassa
juotosliitokseen saattaa syntyä tämän ter-
misen väsymisen vuoksi mur tumia lämpöti-
lan voimakkaasti vaihdellessa. Myös tässä
tapauksessa mur tuma etenee erityisesti
korkeassa lämpötilassa, siis virumalla.
Juotosliitoksiin voi kohdistua myös yllättäviä
ylikuormia. Vaikkapa piirilevyn putoaminen
lattialle saattaa aiheuttaa piirilevyn liitoksiin
hetkellisen ylikuorman ja sitä kautta rikkoa
yhden tai useamman juotosliitoksen.
Aaltojuotto ja reflow-juotto
Elektroniikan komponentteja kuten integ-
roituja piirejä, vastuksia ja kondensaatto-
reita liitetään automaattisessa tuotannos-
sa juottamalla ne lujitemuovisen piirilevyn
(PCB, printed circuit board) juotosalustoihin.
Juottamiseen on valittavana kaksi toisistaan
poikkeavaa pääprosessia, nimittäin aalto-
juotto ja reflow-juotto.
Aaltojuotossa (wave soldering) sula vir taava
juote huuhtelee aallon yli kulkevan piirilevyn
alapintaa kuvan 4 mukaisesti. Oloaika mää-
räytyy aallon ja piirilevyn kosketusleveyden
sekä levyn kuljetusnopeuden perusteella.
Aaltojuottokoneen tuotantokapasiteetti on
tavallisesti jokunen metri minuutissa.
Piirilevylle ladotut reikäasennuskomponentit
(ks. kuvat 2 ja 6) juottuvat kiinni pinnoitet-
tujen reikien kohdalta. Jotta kaikki halutut
liitoskohdat todella kiinnittyisivät kunnolla
yhdellä ker taa, sulan juotteen paineen on
oltava riittävän suuri. Toisaalta piirilevyn pin-
nan johtimien välille ei saa syntyä ylimää-
räisiä vir tareittejä eli siltoja, minkä vuoksi
tar vitaan tasaista laminaarista vir tausta.
Näiden osittain ristiriitaisten vaatimusten
yhteensovittamiseksi on mahdollista käyt-
tää juottamismenetelmää, jossa on kaksi
peräkkäistä juoteaaltoa.
Juottokone (kuva 5) koostuu useammasta
eri osasta, joilla jokaisella on oma tärkeä
tehtävänsä. Latausasemalla piirilevyt, joiden
pinnalle/pinnoille komponentit on ladottu,
Kuva 4. Aaltojuoton periaate. Sula juote
vir taa ylöspäin muodostaen aallon, joka
huuhtelee liikkuvan piirilevyn alapintaa.
Kuva 5. Aaltojuottokone [3].
Kuva 6. Pintaliitoskondensaattoreita (vas.) ja
reikäasennuskondensaattoreita (oik.) [4].