ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Пайка низкотемпературными припоями из "Физико-химические основы производства радиоэлектронной аппаратуры" Определение процессов пайки и лужения. Механизм сцепления. [c.21] Пайка представляет собой процесс механического и электрического соединения металлических деталей с нагревом ниже температуры их автономного расплавления, путем смачивания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепления при кристаллизации шва. [c.21] Припоем называют металл или сплав, вводимый в зазор между соединяемыми деталями и имеющий более низкую температуру начала плавления, чем паяемые материалы. [c.21] При монтаже РЗА используют низкотемпературную пайку, при которой нагрев не превышает 450° С. Низкотемпературная пайка характеризуется капиллярным механизмом, при котором расплавленный припой заполняет паяльный зазор и удерживается в нем под действием капиллярных сил. Участок паяного соединения с литой структурой, закристаллизовавшийся в процессе пайки, называют паяным швом. Участок паяного шва, образовавшийся у края зазора на наружных поверхностях соединяемых деталей под действием капиллярных сил, называют галтелью паяного шва [7]. [c.21] Лужением называют нанесение на поверхность материала расплавленного припоя, смачивающего эту поверхность и кристаллизующегося на ней. Лужение является способом подготовки поверхности соединяемых металлов под пайку и дозированного введения припоя в зону пайки. [c.21] Технологический процесс пайки в целом представляет собой совокупность технологических операций при изготовлении паяного изделия. При монтаже РЭА пайка й лужение входят в сложный комплекс процессов, включая лужение, консервацию и расконсервацию соединяемых поверхностей, обрезку в размер, формовку выводов, установку и фиксацию электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и микросхем (МС) на платы (подложки), флюсование и пайку соединений, удаление остатков флюсов (отмывка). [c.21] Задачей пайки при монтаже РЭА является механическое и электрическое соединение выводов ЭРЭ и МС с контактными площадками на печатных платах, проводов с разъемами и т. д. Различают Два варианта конструктивного решения контактного узла — с отверстием в контактной площадке или без него. В первом случае механическое соединение усилено благодаря заполнению припоем зазора между проволочным выводом и стенками отверстия. После затвердевания образуется металлическое утолщение, заклиненное в отверстии вместе с выводом. На это утолщение распределяется основная часть механической нагрузки. Утолщение работает на срез и сжатие, а не на отрыв. Во втором случае механическое соединение в паяном шве осуществляется только за счет сцепления припоя с плоскостью контактной площадки, поэтому применяют приклеивание тела навесного элемента к подложке, чтобы усилия отрыва при механических нагрузках к паяному шву не прикладывались. [c.21] Основным условием сцепления при горячем лужении и пайке является физико-химическое взаимодействие жидкого припоя с чистой поверхностью металла. В расплавленном состоянии припои должны быть хорошо смачивающими жидкостями. Степень смачивания и растекания не является физической константой, а зависит от вида контактирующих металлов, состояния поверхности (наличие окислов, шероховатость), а также условий лужения (температура, газовая среда, продолжительность). Флюсы, применяемые при лужении, не только растворяют окислы на поверхности твердого металла. Являясь поверхностно-активными веществами, они уменьшают поверхностное натяжение припоев, способствуют улучшению смачивания и растекания, передаче тепла на всю зону покрытия. [c.22] При смачивании припоем возникает взаимодействие, приводящее при затвердевании к образованию связи между кристаллитами. [c.22] Если взаимодействие жидкого припоя с основным металлом ограничено во времени и протекает при температуре смачивания, т. е. без перегрева, то диффузией можно пренебречь. Процесс соединения определяется хемосорбцией и образованием химических связей. Такой механизм процесса предпочтителен во многих случаях сборочно-монтажных работ в производстве РЭА, так как не изменяет физико-механических свойств основного металла и протекает в тонком, практически двумерном слое. [c.22] При смачивании припоем основного металла возможно образование интерметаллических соединений. Интерметаллиды могут образовываться в паяном шве на поверхности основного металла в результате взаимодействия на межфазной границе, выделяться при кристаллизации расплава на этой границе и в объеме припоя. Наибольшую опасность представляют интерметаллиды, отлагающиеся на поверхности основного металла, так как их кристаллическая структура, как правило, резко отличается от кристаллической структуры основного металла и припоя. В результате прочность паяного шва снижается. Например, взаимодействие олова с медью дает два металлида Сиз8п имеет орторомбическую решетку с 64 атомами в ячейке СиеЗПб имеет орторомбическую решетку, содержащую 530 атомов в элементарной ячейке [16]. В тех случаях, когда прочность шва имеет особое значение, целесообразно применять барьерное покрытие. Металл барьерного покрытия должен образовывать плотную и прочно связанную с основным металлом пленку, хорошо смачиваемую расплавом припоя и не растворяющ юся в процессе пайки. [c.22] Значительную опасность растворение основного металла в припое представляет в случае пайки в микроузлах к толстым или тонким пленкам, нанесенным на керамику или ситалл. Малый объем пленки почти весь вовлекается в зону паяного шва и интенсивное растворение может привести к отрыву пленки от подложки. [c.23] Общим металлургическим средством снижения растворимости основного металла в припое з 2 4 является предварительное легирование припоя этим же металлом (до 2%). [c.23] Важным требованием для достижения высокого качества пайки является соблюдение оптимальных размеров зазоров в зоне паяного шва между соединяемыми деталями. Полезный капиллярный эффект, обеспечивающий засасывание припоя и заполнение им зазоров в шве, может протекать только в ограниченном интервале зазоров в пределах 0,1—0,3 мм. Очень узкие зазоры опасны тем, что припой в них не затечет и останутся пустоты Для оловянно-свинцовых припоев (ПОС) оптимальный зазор составляет 0,1 мм, при этом прочность шва на срез около 4 кг/мм . Излишки припоя не способствуют увеличению прочности паяного шва и опасны тем, что могут скрыть раковины и пустоты в зазорах. Форма паяных соединений должна быть рельефной, повторяющей поверхность пропаянного шва, с вогнутыми галтелями припоя по шву и без избытка припоя (рис. 2, 3). [c.23] Составы и свойства низкотемпературных припоев. Одним из сложных многофакторных вопросов является выбор припоя (табл. [c.23] Сплавы, в которых происходит одновременная по всему объему кристаллизация компонентов при самой низкой для данной системы температуре, называют эвтектическими [9]. [c.23] Ликвацией называют химическую и структурную неоднородность затвердевшего сплава, возникаюш,ую при затвердевании из-за неполноты диффузии во время кристаллизации, идущей не в полном соответствии с диаграммой фазового равновесия. В припоях ПОС, далеко отстоящих от эвтектики, наблюдается зональная ликвация, протекающая во всем объеме. Кристаллы, обогащенные более тугоплавкими компонентами припоя и выпавшие в первую очередь, сцепляются с поверхностью соединяемых металлов и внутренняя часть паяного шва затвердевает независимо от них. Получается паяный шов со слоистой структурой и с составом, изменяющимся от обеих поверхностей соединяемых металлов к глубинной зоне шва. [c.27] В припое ПОС-61 ликвация не наблюдается. Она присуща не-эвтектоидным припоям, особенно висмутовым, при длительном (4 ч) нагревании ванны с припоем и протекает в объеме ванны. [c.27] Время пайки при монтаже ЭРЭ должно быть 1—3 с, чтобы не перегревать микросхемы и транзисторы, многие из которых при длительном термическом воздействии могут претерпеть необратимые изменения. [c.27] Чем ниже температура пайки, чем более щадящими будут условия воздействия при групповой пайке. Поэтому оправдано стремление использовать более низкотемпературные припои, чем припой ПОС-61. При этом необходимо учитывать, что висмут, применяемый в составе оловянно-свинцовых припоев для снижения температуры пайки, относится к дефицитным металлам, и его количество в припое следует ограничивать. Сплавы должны быть эв-тектоидными или близкими к ним по составу, с минимальной крутизной линий ликвидуса у эвтектической точки. [c.27] Вернуться к основной статье