Фізико-технологічні основи процесів пайки

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

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]

1.4 Паяння друкованих плат

Одним з останніх етапів у складанні друкованих плат є паяння. При паянні необхідно забезпечити механічне закріплення і електричний контакт між провідником і ЕРЕ. Паяння проводиться на повітрі з застосуванням різних флюсів, які захищають поверхні з’єднуваних елементів від окислення в процесі нагріву.

Окремі технологічні операції, що забезпечують якісні паяні з’єднання наступні (додаток 1):

· отримання металевих поверхонь шляхом очищення від поверхневих шарів при допомозі флюсу;

· нагрівання вище точки плавлення припою;

· витіснення флюсу з допомогою наступального припою;

· розпливання рідкого припою по металевій поверхні – процес змочування;

· дифузія атомів з твердої металевої фази в рідкий припой і навпаки – утворення сплавної зони;

· наступна обробка паяльних з’єднань – очищення, коли видаляються флюси, що сприяють корозії.

Перед паянням всі зпаювані поверхні очищають від захисних покрить. Припой, який застосовується при паянні, повинен мати температуру плавлення не менше, ніж на 60°С нижче температури плавлення з’єднуваних металів і не більше 300°С, так як її обмежує відносно невисока термічна стійкість майже всіх ЕРЕ і друкованих плат. Найчастіше для гарячого лудіння провідників друкованих плат використовується сплав Розе (олово – 28%, свинець – 22%, вісмут – 50%), а для паяння – олов’яно-свинцевий припой ПОС-61(олово – 60-62%, свинець – 40-38%).[3]

Флюс є неметалевим матеріалом, який створює передумови для міцності у місці паяння. При флюсуванні здійснюються наступні операції:

· швидке і повне змочування металевої поверхні завдяки впливу сил поверхневого натягу;

· видалення окислених шарів на контактуючих металах, а також розчинення і видалення продуктів реакцій при температурі нижче температури плавлення припою;

· захист очищеної металевої поверхні від нового окислення.

Залишки флюсу повинні легко видалятися або бути нейтральними, тобто не повинні змінювати електричні параметри початкового матеріалу і не викликати корозії. Найбільш придатним є флюс ФКТ (соснова каніфоль – 10-40%, етиловий спирт – 59,9-89,9%, нітробромідіксітен – 0,05-0,1%).[3]

ІІ. Методи паяння

При паянні компонентів зі стержневими виводами (дискретних ЕРЕ, ІС в пластмасових корпусах зі стержневими виводами) для контактування використовується тільки та сторона друкованої плати, де проводиться паяння. Дротові виводи, що виступають над платою до 3 мм міцно з’єднуються тільки методом групового паяння. Таким методом є паяння зануренням, при якому металеві поверхні зі сторони паяння під час занурення в паяльну ванну покриваються припоєм. Інколи металеві поверхні на платі захищають від змочування припоєм, залишаючи вільними контактуючі поверхні зі стержнями, щоб запобігти утворенню перемичок та зекономити припой. Це селективне паяння досягається за допомогою паяльних масок, які утворюють шляхом покриття провідників захисним паяльним лаком. Паяльна маска залишає чистими тільки ті місця, які повинні бути покриті припоєм. Для інших металевих провідників захисний паяльний лак є не тільки відштовхувальною припой речовиною, але на основі свого складу (модифікована епоксидна смола) засобом корозійного захисту. Методи паяння повинні задовольняти вимоги поточного виробництва і гарантувати надійність зпаюваних з’єднань (щоб менше 1% зпаюваних з’єднань підлягали наступному допаюванню). Якщо паяння зануренням не можливе (обумовлена комбінація речовин, невелика партія, особлива форма компонентів), то доводиться застосовувати інші методи, наприклад, інфрачервоне паяння. Ручне паяння паяльником застосовується тільки під час ремонтних робіт для паяння стержневих виводів ЕРЕ. Для цього існують удосконалені багаточисленні паяльники і допоміжні засоби, які дозволяють виділяти певну кількість тепла, вносити дозовану кількість припою і відсмоктувати зайву його кількість від місця паяння.

2.1 Паяння зануренням

При паяння зануренням складена плата стороною паяння опускається в розплавлений припой (паяльна ванна). При цьому на стороні паяння всі виводи ЕРЕ, що виступають із монтажних отворів, з’єднуються з контактними площадками плати. Одночасно всі металеві поверхні (провідники, монтажні отвори) змочуються припоєм, оскільки вони не покриті паяльною маскою. В платах з металізованими отворами припой повинен піднятися до установочної сторони, завдяки чому підвищується надійність контакту.

При паянні зануренням паяльною ванною підводиться не тільки припой, але й необхідна кількість тепла. Так як перехід тепла від рідкого припою до твердих контактуючих металів проходить швидко, то температура паяння установлюється протягом 1-2 секунд.

Щоб втрати тепла ванни були незначні, сторона паяння друкованої плати попередньо підігрівається. Завдяки цьому вдається також запобігти теплового удару чутливих до нагріву базових матеріалів. Труднощі нагріву багатошарової друкованої плати в тім, що тепло швидко відводиться через багаточисельні проміжкові мідні поверхні. Щоб не змінилися умови паяння, необхідно підтримувати постійний температурний режим паяльної ванни.

Страницы: 1, 2, 3

В соцсетях