Фізико-технологічні основи процесів пайки

МІНІСТЕРСТВО НАУКИ І ОСВІТИ УКРАЇНИ

ДЕРЖАВНИЙ ВИЩИЙ НАВЧАЛЬНИЙ ЗАКЛАД

Курсова робота

Фізико-технологічні основи процесів пайки

Зміст

Вступ

І. Основні дані припоїв та їх використання

1.1 Пайка напівпровідників

1.2 Сполуки припоїв і режими пайки германія й кремнію

1.3 Сполуки низькотемпературних припоїв, застосовуваних при пайці германія й кремнію

1.4 Паяння друкованих плат

ІІ. Методи паяння

2.1 Паяння зануренням

2.2 Паяння хвилею припою

ІІІ. Роль флюсу при паянні

ІV. Перевірка паяних з’єднань

4.1 Повторне паяння

Висновок

Список використаної літератури

Вступ

Метал або сплав, що виконує роль зв'язування при з'єднанні твердих металевих тіл методом паяння, називається припоєм. Протягом декількох тисячоріч існування процесу паяння була розроблено велика кількість сплавів, застосовуваних як припої. Багато які з них з появою нових, що володіють кращими властивостями, були забуті, але й у цей час число застосовуваних у практиці припоїв досить велике. Припої звичайно ділять на два класи: м'які (головним чином на олов'яній і свинцевій основах) і тверді (переважно на мідній і срібній основах). Доти, поки застосовувалися припої лише на свинцевооловяній і мідносрібній основах, така класифікація була цілком прийнятною. З появою великої кількості зовсім нових припоїв (наприклад, на цинковій й алюмінієвій основах) прийнята раніше класифікація втратила зміст. Дійсно, цинковооловяні припої, наприклад, мають високу твердість і відносити їх до м'яких припоїв (як це робиться в цей час) немає підстав; разом з тим ні по своєму призначенню, ні по способі застосування ці припої ніяк не можуть бути об'єднані в один клас із твердими припоями на мідній і срібній основах.

Тому в цей час необхідна нова, більше раціональна класифікація припоїв.

Через те, що однієї з найголовніших характеристик припою, що визначає як призначення, так і спосіб застосування його, є температура плавлення, найбільше раціонально розділити всі припої за цією ознакою на два класи: легкоплавкі, - які мають температуру плавлення нижче 400-450° (до яких відносяться сплави на олов'яній, свинцевій, кадмиевій, вісмутовій і цинковій основах), і тугоплавкі, - які мають температуру плавлення вище 450-500° (сюди ввійдуть сплави на мідній, срібній, золотій, алюмінієвій, магнієвій і нікелевій основах). Надалі ми будемо дотримуватися цієї прийнятої нами класифікації.[1]

Застосовувані для паяння метали й сплав-приналежні сполуки мають мати наступні специфічні властивості, без яких неможливе одержання надійного з'єднання: [1]

1) температура плавлення припою обов'язково повинна бути нижче температури плавлення металів, що паяють;

2) розплавлений припой повинен добре змочувати метал, що паяють, і легко розтікатися по його поверхні;

3) у розплавленому стані припой повинен володіти високою текучістю, необхідною для гарного заповнення шва;

4) міцність і пластичність припою повинні бути досить високими;

5) у парі з металлами паяють, припій повинен бути корозіостійким;

6) коефіцієнт термічного розширення припою не повинен різко відрізнятися від коефіцієнту розширення металу основи;

7) припої, застосовувані для паяння струмопровідних виробів, повинні мати високу електропровідність;

8) метали, що входять до складу припою, не повинні бути дефіцитними й надмірно дорогими.

У результаті багатовікового практичного відбору, у процесі якого були відкинуті всі сплави, що не задовольняють перерахованим вище вимогам, а також завдяки численним науковим дослідженням, проведеним в останні десятиліття, підібрані наступні групи сплавів, застосовуваних як припої:

1) свинцевооловяні сплави, як у чистому виді, так і із присадкою сурми, кадмію, срібла й ін.;

2) сплави на цинковій основі з алюмінієм, оловом і міддю;

3) сплави на мідній основі із цинком, оловом, нікелем, марганцем, фосфором і сріблом;

4) сплави на срібній основі з міддю, цинком, оловом, кадмієм, марганцем, фосфором і нікелем;

5) сплави на алюмінієвій основі із кремнієм і міддю, і деякі інші. [1]

І. Основні дані припоїв та їх використання

Таблиця 1.1

Марка	Хімічний склад, %	Температура плав-лення, °C	Грани-ця міцнос-ті при розтягу, кг/мм2	Призначення
1	2	3	4	5
ПОС-90	Олово(89-90); сурма(0,15), свинець - решта	222	4,3	Для паяння деталей і складальних одиниць, що в подальшому покриваються сріблом чи золотом.
ПОС-61	Олово(59-61); сурма(0,8), свинець - решта; домішок не більше 0,314	190	6-7	Для паяння відповідальних деталей, коли не припус-тимий чи небажаний висо-кий нагрів в зоні пайки, а також коли потребується підвищена механічна міцність.
ПОС-50	Олово(49-50); сурма(0,8), свинець - решта; домішок не більше 0,314	222	3,6	Те саме, коли допустима більш вища температура нагріву
1	2	3	4	5
ПОС-30	Олово(29-30); сурма(1,5-2), свинець - решта; домішок не більше 0,424	256	3,3	Для лудіння та паяння менш відповідальних меха-нічних деталей з міді, її сплавів, сталі.
ПОС-18	Олово(17-18); сурма(2-2,25), свинець - решта	277	2,8	Для паяння при пониженій вимозі до міцності шву, для лудіння перед паянням.
ПОС-4-6	Олово(3-4); сурма(5-6), свинець - решта; домішок не більше 0,424	265	5,8	Для паянням зануренням у ванну з розплавленим при-поєм.
ПОСК-50	Олово(49,0-51,0); свинець (32); кадмій(17-19); домішок не більше 0,35	145	–	Для паяння деталей з міді та її сплавів, що не допускають місцевого перегріву
ПОСВ-33	Олово(32,4-34,4); свинець (32,3-34,3); вісмут(49,0-51,0); домішок не більше 0,3	130	–	Для паяння плавких запобіжників; мідь, срібло, нанесене на кераміку методом впалювання й паяння константану

В індивідуальному виробництві всі ці роботи виконують вручну.

В масовому виробництві згинання та обрізання виводів ЕРЕ виконуються на спеціальних напівавтоматах.

Встановлення ЕРЕ на друковану плату складається із наступних операцій:

·  подача ЕРЕ в зону встановлення;

·  орієнтування виводів відносно монтажних отворів;

·  фіксація ЕРЕ в потрібному положенні.

Встановлюють ЕРЕ в такій послідовності: резистори, конденсатори, мікросхеми.

Розміщення ЕРЕ на друкованій платі повинне сприяти спрощенню технологічного процесу і можливості застосовувати механізацію. [2]

Найзручніше розташовувати всі елементи на тій стороні плати, де немає друкованих провідників. Таке розташування полегшує процес паяння. При розміщенні ЕРЕ необхідно дотримуватися паралельності. Всі ЕРЕ повинні бути міцно закріпленні на платі, щоб не було зміщень при механічних впливах.

Закріплення ЕРЕ виконується в основному за допомогою виводів. Виводи вставляють в отвори і підгинають, після чого з’єднують з печатним провідником паянням. Таке з’єднання забезпечує механічну міцність і електричний контакт.

Встановлення і закріплення ЕРЕ на друкованих платах може бути здійснене повністю на автоматичних лініях. Застосування автоматичних і механічних пристроїв має смисл тільки в багатосерійному чи масовому виробництвах, так як ці пристрої складні й дорого коштують[2]

1.1 Пайка напівпровідників.

Поверхня виробу з напівпровідника, що підлягає пайці, попередньо облуговують у розплаві припою за допомогою ультразвукового паяльника, способом гальванічного покриття (нікелювання, золочення).

Пайку роблять у печах з контрольованою атмосферою (нейтральною, відбудовною), у вакуумі або методом опору попередньо полуджених поверхонь. При сполуці виробів із уже готовим переходом потрібно суворо витримувати температуру нагрівання, для чого застосовують терморегулятори.

Пайку тонких електричних висновків можна здійснювати на повітрі мікропаяльниками з використанням захисних або активних флюсів (спиртового розчину каніфолі, флюсу на основі хлористого амонію). Після флюсової пайки виріб промивають деіонізованою водою й сушать. [2] [3]

У виробництві напівпровідників операції по зборці виробу під пайку виконують у складальних лінійках, що мають контрольовану атмосферу й складаються з декількох з'єднаних між собою скафандрів, у яких подається повітря або азот певної температури й вологості.

При пайцці напівпровідникових матеріалів припої повинні утворювати електронно-дирковий перехід або омічний контакт, що не випрямляє. У виробництві германієвих і кремнієвих приладів як основу застосовують алюміній, індій і сплави на основі олова й свинцю. Для створення в місці контакту провідності електронного типу в основу припоїв у якості примісів уводять фосфор, миш'як, сурму й вісмут. Для забезпечення омічного контакту, що не випрямляє, в основу припоїв додають бор і галій.

При створенні переходів й омічних контактів на інтерметалічних сполуках застосовують олово, вісмут, сурму, цинк, кадмій й ін.

Сполуки припоїв і режими пайки германія й кремнію наведені в табл. 1.2

Для пайки напівпровідників застосовують також припої - пасти на основі гелію. Для забезпечення надійності змочування контактної поверхні використають ультразвук. [2] [3]

1.2 Сполуки припоїв і режими пайки германія й кремнію

Таблиця 1.2

Матеріали що паяють	Сполука припою (масові частки), %	Режими пайки			Застосуван-ня, особли-вості про-цесу
		Температура, °З	Час, хв.	Середо-вище
Кремній n-типу	Pb - 63; Sn - 35,5; Sb - 1,5	720?730	12?13	Флюс
	Pb - 97; Sb - 1,5; Ni - 1,5
	Алюміній	___	___	Вакуум 6*10-2 Па	Кремнієві вентилі
	Силумін
	Ag - 97; Pb - 2; Sb - 1
Кремній	Золото (контактно-реактивна пайка)	420	___	___	Інтегральні схеми
Арсенід галію + +нікель і кремній + +нікель	Ga - 39,6; Sn - 4,4; Cu (порошок) -56	100			Нагрівання променем лазера
Кремній КЭФ + ковар 29НК	Стекло З48 - 1 або «Пирекс»	980	10	Аргон	Пайка у два етапи: 1) скло з коваром; 2)стекло-коваровий вузол із кремнієм U = 800?1000У
		400?450	20?25
Германій + платина	Sn – 99; Bi - 1	280	5	Водень	___

Сполука припоїв впливає на електричні параметри приладів, що паяють, тому при виборі припоїв варто враховувати їх електрофізичні властивості, наприклад електропровідність, температурний коефіцієнт лінійного розширення.

Сполука припоїв, використовуваних для низькотемпературної пайки напівпровідників, наведені в табл. 1.3[2] [3]

1.3 Сполуки низькотемпературних припоїв, застосовуваних при пайкі германія й кремнію

Таблиця 1.3

Зміст (масові частки), %				Тпл, °З
Bi	Pb	Sn	Cd
50,1 52,0 56,0 -	24,9 40,0 44,0 36,0	14,2 - - 64,0	10,8 8,0 - -	65,5 91,5 125,0 181,0

Як флюси використовують спиртові й водяні розчини хлористого цинку й хлористого амонію або вазелінової пасти (безкислотні флюси - розчин каніфолі в спирті). При високотемпературній пайці застосовують флюси на основі бури.

Дифузійні процеси між припоєм і напівпровідником сприяють утворенню сполук, що збільшують перехідний опір термоелемента, тому час контакту напівпровідника із припоєм у процесі лудіння й пайки повинне бути гранично обмеженим. Відхилення температури нагрівання при пайкі не повинне перевищувати 2-3 °С. [2]