Составление обзора по теме исследований

2 Составление обзора по теме исследований

Пайкой называется процесс соединения металлов посредством введенного между ними расплавленного связующего материала - припоя. Последний заполняет зазор между соединяемыми деталями и, застывая, прочно соединяется с ними, образуя неразъемное соединение [3].

При пайке припой нагревают до температуры, превышающей температуру его плавления, но не достигающей точки плавления металла соединяемых деталей. Становясь жидким, припой смачивает поверхности и заполняет все зазоры за счет действия капиллярных сил. Происходит растворение основного материала в припое и их взаимная диффузия. Застывая, припой прочно сцепляется с паяемыми деталями.

При пайке должно выполняться следующее температурное условие: Т1<Т2<Т3<Т4, (1)

где: Т1 - температура, при которой паяное соединение работает;

Т2 - температура плавления припоя;

Т3 - температура нагрева при пайке;

Т4 - температура плавления соединимых деталей [2].

Паяное соединение по своему виду напоминает сварное, однако по своей сути пайка металлов радикально отличается от сварки. Основное отличие состоит в том, что основной металл не расплавляется, как при сварке, а лишь нагревается до определенной температуры, значение которой никогда не достигает температуры его плавления. Из этого основного различия вытекают все остальные.

Отсутствие расплавления основного металла делает возможным соединение пайкой деталей самых маленьких размеров, а также многократное разъединение и соединение спаянных деталей без нарушения их целостности.

Из-за того, что основной металл не расплавляется, его структура и механические свойства остаются неизменными, отсутствует деформация паяемых деталей, выдерживаются формы и размеры получаемого изделия.

Пайка позволяет соединять металлы (и даже неметаллы) в любом сочетании друг с другом.

При всех своих достоинствах пайка все же уступает сварке по прочности и надежности соединения. Из-за низкой механической прочности мягкого припоя, низкотемпературная пайка встык является непрочной, поэтому для достижения необходимой прочности детали необходимо соединять с перекрытием [4].

Существует три типа пайки, в которых используются все более высокие температуры, которые, в свою очередь, создают все более прочные соединения:

1. Мягкая пайка (90 ° C - 450 ° C) - этот процесс имеет самую низкую температуру плавления присадочного металла среди всех типов пайки при температуре менее 400 ° C. Эти присадочные металлы обычно представляют собой сплавы, часто содержащие свинец с температурами ликвидуса ниже 350 ° C. , Из-за низких температур, используемых при мягкой пайке, он меньше всего подвергает термической нагрузке компоненты, но не создает прочных соединений, и, следовательно, поэтому не подходит для применений, несущих механическую нагрузку. Он также не подходит для использования при высоких температурах, так как этот тип припоя теряет прочность и плавится [5].

2. Твердая (серебряная) пайка (> 450 ° C) - латунь или серебро является связующим металлом, используемым в этом процессе, и требует паяльной лампы для достижения температур, при которых металл припоя [5].

3. Пайка (> 450 ° C) - этот тип пайки использует металл с гораздо более высокой температурой плавления, чем при твердой и мягкой пайке. Однако, подобно твердой пайке, склеиваемый металл нагревается, а не плавится. Как только оба материала нагреваются достаточно, вы можете поместить паяльный металл между ними, который плавится и действует как связующий агент [5].

Сегодня сложно сказать, кто первым открыл, как «склеивать» металлы. Одно можно сказать наверняка; Ювелиры древнего Египта знали, как соединить золото более 5000 лет назад. Их коллеги в Трое были также мастерами пайки задолго до того, как древние тевтонцы могли даже мечтать о таком ремесле.

С тех пор мировая технология пайки росла. Сначала он распространился по Средиземному морю. Критяне показали его этрускам, которые затем обучали его римлянам, тунисцам и испанцам, а затем многим другим, включая менее развитые культуры того времени - швейцарцам, богемцам, венграм, тевтонцам и скандинавам. Искусство пайки совершенствовалось и совершенствовалось от культуры к культуре, из поколения в поколение. Оглядываясь назад, самые впечатляющие достижения можно отнести к древним римлянам. Они паяли 400-километровые водопроводные трубы, сделанные из свинца, со швами, которые могли выдержать 18 атм, и надували печи и ванны из бронзы, не говоря уже об искусстве их ювелиров и оружейников [1].

Непрерывное развитие и совершенствование технологии пайки продолжается и в современном мире.

В частности, в прошлом веке наблюдалось не только улучшение навыков пайки мастером, но и наше понимание было усовершенствовано в отношении научных взаимодействий, происходящих во время пайки. Следовательно, мягкая пайка превратилась в самостоятельную область производства в электронной промышленности. Он в равной степени сочетает в себе дисциплины механики, химии, физики и металлургии. Эрнст Сакс, основатель Ersa (имя, состоящее из начальных букв его имени и фамилии) способствовал этому развитию. В 1921 году, более 80 лет назад, он разработал первый электрический и серийный паяльник для промышленности. Движимые стремлением к инновациям, мы посвятили себя постоянному развитию и совершенствованию технологии пайки [2].

С введением в действие директивы 2002/96/ЕС Европейского Парламента и Совета от 27 января 2003 года по отходам электрического и электронного оборудования (WEEE) перед современной радиоэлектронной промышленностью встала задача организации сбора и удаления отходов, имеющих в своем составе тяжелые металлы и огнезащитные составы. В данной рубрике рассматриваются все проблемы перехода на бессвинцовые технологии изготовления электронного оборудования - технологии с применением материалов, не содержащих свинец. Приводятся обзоры нового оборудования для бессвинцовой пайки, новые технологические решения, исследования по надежности, методы анализа и контроля [8].

Среди селективной пайки тоже есть новые развивающиеся направления.

«Современные тенденции в производстве печатных плат требуют значительного повышения точности. Быстрое и точное нанесение припоя особенно важно при монтаже миниатюрных электронных компонентов. Чем меньше компонент, тем он быстрее нагревается, а перегрев ведет к его повреждению» [6].

«Одним из важнейших условий достижения высокого качества паяных соединений, в частности при селективной пайке, является поддержание инертной атмосферы. Инертность атмосферы у паяльного наконечника обеспечивается постоянным притоком азота высокой чистоты. Азот, поступающий из резервуара, криогенного источника или газогенератора, должен иметь чистоту на уровне 99,995% или выше. Газогенераторы компании Pillarhouse вырабатывают азот с объемной долей кислорода до 50 ppm, который представляет собой оптимальную атмосферу для пайки» [6].

Современная микроэлектронная упаковка более высокой плотности необходима для обеспечения функциональности интегральных схем нового поколения. Это новое поколение пакетов включает в себя технологии BGA, флип-чип и медные стойки, пакеты 2,5 / 3D и компоненты с мелким шагом чипа. Кроме того, внедрение новых полимерных химических флюсов, используемых в бессвинцовых паяльных пастах для оплавления припоя, потребовало изменений в способах обработки узлов. Многие проблемы сборки печатных плат требуют новых технологий, оборудования и материалов [10].

Основным способом соединения компонентов с печатной платой является пайка, которая зависит от степени смачивания между припоем и соединяемыми материалами. Когда печатные платы спаяны на воздухе, системы из металлических сплавов, используемые в процессах электронной сборки, подвергаются окислению. Оксиды олова быстро образуются в воздушной среде, и эти оксиды препятствуют смачиванию расплавленного сплава на площадках печатных плат и выводах компонентов, что может привести к дефектам пайки. Использование азота в качестве технологического газа обеспечивает инертную атмосферу с пониженным содержанием кислорода. Устраняя образование оксидов припоя, улучшается смачивание и улучшается качество пайки.

Преимущества инертной атмосферы:

- устранение окисления поверхности металла;

- улучшает смачивание припоя к выводам компонентов и плате;

- уменьшает распространенные дефекты, такие как перекрытие, не смачивание; недостаточный припой и холодные паяные соединения;

- улучшает выравнивание компонентов;

- совместим с паяльными пастами с низким остатком;

- улучшает активность флюса за счет снижения полимеризации флюса и уменьшения образования нового оксида металла;

- улучшает выход первого паяльного припоя;

- сокращает переделку, повышает производительность;

- обеспечивает более широкое окно процесса [11]

⇐ Предыдущая 1 2 345 Следующая ⇒