- •1.11.3. Оформление конструкторской документации
- •1.12. Заключение
- •Глава 2
- •2.1. Классификация способов нагрева
- •2.2. Процессы на границе раздела
- •2.2.1. Первая стадия – адсорбция
- •2.2.2. Вторая стадия – адгезия
- •2.2.3. Третья стадия – смачивание
- •2.2.4. Четвертая стадия - поверхностные реакции
- •2.2.5. Пятая стадия – сцепление
- •2.2.6. Стадии физико-химического процесса пайки
- •2.3. Процессы нагрева при пайке
- •2.3.1. Общие вопросы монтажной пайки
- •2 .3.2. Пайка волной припоя
- •2.3.2.1. Технологические этапы процесса волновой пайки
- •2.3.2.2. Блок флюсования
- •2.3.2.3. Предварительный нагрев
- •2.3.2.4. Процесс пайки
- •2.3.2.5. Охлаждение
- •2.3.2.6. Особенности пайки волной припоя
- •2.3.3. Инфракрасная пайка
- •2.3.4. Конвекционный нагрев
- •2.3.5. Конденсационная пайка
- •2.3.6. Локальная пайка
- •2.3.6.1. Пайка паяльниками
- •2.3.6.2. Пайка горячим газом
- •2.3.6.3. Пайка сопротивлением
- •2.3.6.4. Лучевая пайка
- •2.3.6.5. Лазерная пайка
- •2.4. Выбор методов нагрева
- •2.5. Типичные дефекты пайки
- •2.5.1. «Холодные» пайки
- •2.5.2. Растворение покрытий
- •2.5.3. Отсутствие смачивания
- •2.5.4. Растворение покрытий
- •2.5.5. Интерметаллические соединения
- •2.5.6. Эффект «надгробного камня»
- •2.5.7. Сдвиг компонента
- •2.5.8. Отток припоя
- •2.5.9. Образование перемычек
- •2.5.10. Отсутствие электрического контакта
- •2.5.10.1. Эффект подушки
- •2.5.10.2. Другие виды отсутствия электрического контакта
- •2.5.10.3. Отслаивание галтели
- •2.5.11. Образование шариков припоя
- •2.5.12. Образование пустот
- •2.6. Заключение
- •Глава 3 материалы
- •3.1. Низкотемпературные припои
- •3.1.1. Диаграмма сплавов олово-свинец
- •3.1.2. Примеры других мягких припоев
- •3.1.3. Загрязнения припоев
- •3.1.4. Составы припоев
- •3.2. Припои для бессвинцовой пайки
- •3.2.1. Существо бессвинцовой пайки
- •3.2.2. Бессвинцовые припои
- •3.2.3. Финишные покрытия для бессвинцовой пайки
- •3.2.4. Проблемы бессвинцовой пайки
- •3.3. Флюсы для монтажной пайки
- •3.3.1. Назначение флюсов
- •3.3.2. Составы флюсов
- •3.3.2.1. Классификация флюсов
- •3.3.2.2. Флюсы на синтетической основе
- •3.3.3. Типы флюсов
- •3.3.4. Активаторы
- •3.3.5. Растворители во флюсах и пастах
- •3.3.6. Реологические добавки
- •3.3.7. Остатки флюсов
- •3.3.8. Применение флюсов
- •3.3.9. Проверка правильности выбора припоя,
- •3.4. Паяльные пасты
- •3.4.1. Требования к паяльным пастам
- •3.4.2. Составы паяльных паст
- •3.4.3. Гранулированный припой в паяльных пастах
- •3.4.4. Флюсы в паяльных пастах
- •3.4.5. Остатки флюсов
- •3.4.6. Заключение
- •3.5. Клеи
- •3.5.1. Механизмы полимеризации клеев
- •3.5.2. Назначение клеев в сборочно-монтажных процессах
- •3.5.3. Прочность клеевого соединения
- •3.5.4. Влагоустойчивость клеев
- •3.5.5. Требования к поверхностному сопротивлению
- •3.5.6. Клеевые композиции
- •3.5.6.1. Связующие
- •3.5.6.2. Наполнители
- •3.5.6.3. Пластификаторы
- •3.5.6.4. Тиксотропные добавки
- •3.5.6.5. Стабилизаторы
- •3.5.6.6. Красители
- •3.5.5.7. Прочие добавки
- •3.6. Растворители
- •3.6.1. Жидкости для отмывок от загрязнений плат
- •Глава 4
- •4.1. История сварки
- •4.2. Место микросварки в производстве электроники
- •4.3. Механизм образования сварного шва
- •4.4. Термокомпрессионная микросварка
- •4.5. Ультразвуковая сварка
- •4.6. Микросварка расщепленным электродом
- •4.7. Точечная электродуговая сварка
- •4.8. Сварка микропламенем
- •4.9. Лучевая микросварка
- •Глава 5
- •5.1. Принципы непаяных соединений
- •5.2. Монтаж соединений накруткой
- •5.2.1. Контактное соединение накруткой
- •5.2.2. Конструкции соединений накруткой
- •5.2.3. Закрепление и прочность соединительных штырей
- •5.2.4. Технология накрутки
- •5.2.5. Современное применение накрутки
- •5.3. Соединение скручиванием и намоткой
- •5.4. Винтовое соединение
- •5.5. Зажимное соединение сжатием («термипойнт»)
- •5.5.1. Соединительный штырь
- •5.5.2. Провод
- •5.5.3. Зажим – клипса
- •5.6. Соединение с помощью спиральной пружины
- •5.7. Клеммное соединение прижатием
- •5.8. Соединения обжатием
- •5.9. Эластичное соединение («зебра»)
- •5.10. Соединения врезанием
- •5.11. Соединение проводящими пастами
- •5.12. Соединения типа Press-Fit
- •5.12.1. Обусловленность появления и применения Press-Fit
- •5.12.2. Элементы Press-Fit
- •5.12.2.1. Контактные штыри
- •5.12.2.2. Сквозные металлизированные отверстия
- •5.12.2.3. Механизм образования соединения
- •5.12.3. Техника межсоединений на основе технологий Press-Fit
- •5.12.4. Прочность соединений Press-Fit
- •5.12.5. Проблемы технологии запрессовки
- •5.13. Заключение
- •Глава 6 технология сборки и монтажа
- •6.1. Поверхностно монтируемые изделия (smd-компоненты)
- •6.1.2. Резисторы melf
- •6.1.5. Дискретные полупроводниковые компоненты
- •6.1.6. Интегральные схемы
- •6.2. Разнообразие типов компоновок
- •6.2.1. Классификация типов сборок
- •6.2.1.1. Тип 1. Установка компонентов с одной стороны
- •6.2.1.2. Тип 2. Установка компонентов с двух сторон
- •6.2.3. Маршруты сборки и монтажа
- •6.2.3.1. Последовательность сборки типа 1а:
- •6.2.3.2. Последовательность сборки типа 1в:
- •6.2.3.3. Последовательность сборки типа 1с:
- •6.2.3.4. Последовательность сборки типа 2а:
- •6.2.3.5. Последовательность сборки типа 2в:
- •6.2.3.6. Последовательность сборки типа 2с:
- •6.2.3.7. Последовательность сборки типа 2d:
- •6.3. Технологии пайки при поверхностном монтаже
- •6.3.1. Пайка волной
- •6.3.2. Пайка оплавлением
- •6.3.3. Преимущества технологии с использованием паяльной пасты при поверхностном монтаже
- •6.4. Последовательность сборки и монтажа
- •6.4.1. Схема процесса
- •6.4.3. Хранение и подготовка компонентов
- •6.4.4. Нанесение паяльной пасты на контактные площадки плат
- •6.4.4.1. Диспенсорный метод нанесения припойной пасты
- •6.4.4.2. Трафаретный метод нанесения припойной пасты
- •6.4.4.3. Рекомендации по применению трафаретов
- •6.4.5. Нанесение клея (адгезивов)
- •6.4.6. Установка компонентов
- •6.4.6.1. Прототипное производство
- •6.4.6.2. Принципы установки компоновки
- •6.4.6.3. Управление точностью установки
- •6.4.6.4. Питатели
- •6.4.6.5. Источники ошибок
- •6.4.6.6. Обновление оборудования
- •6.4.6.7. Выбор установщиков
- •6.5. Пайка
- •6.5.1. Термопрофиль
- •6.5.2. Методы нагрева
- •6.5.3. Требования, предъявляемые к печам пайки оплавлением
- •6.6. Очистка
- •6.7. Материалы лаковых покрытий
- •6.8. Тестирование
- •6.9. Инженерное обеспечение производства
- •6.9.1. Одежда персонала
3.1.2. Примеры других мягких припоев
Висмутовые припои обладают низкой температурой плавления, при кристаллизации увеличиваются в объеме, что бывает нужно для предотвращения усадочных явлений, однако недостаточно хорошо смачивают поверхности пайки. Пример: сплав Розе с температурой плавления 93,7 °С.
Кадмиевые припои обладают самой низкой температурой плавления (сплав Вуда — 66 °С), более высокой прочностью и пластичностью, чем оловянно-свинцовые, однако недостаточно хорошо смачивают поверхности пайки.
Индиевые припои обладают исключительно хорошей смачиваемостью ко всем поверхностям, даже к стеклу, керамике, кремнию. Добавление индия к любому припою существенно улучшает его смачиваемость. Однако индий как редкоземельный элемент крайне дефицитен.
Галлиевые припои способны формировать паяный шов при температурах пайки 40...50°С. При этих температурах в жидкий галлий вводят тонкие металлические порошки: меди, или никеля, или серебра и т.д. Галлий растворяет введенный в него металл, образуя твердый раствор с температурой плавления более 300 °С (до 800 °С). Технологическое время жизни (время, в течение которого его можно еще использовать): при комнатной температуре - 40 минут, в холодильнике — месяц.
В качестве порошка в галлий вводят, как правило, тот же металл, что и спаиваемые поверхности. Например, для пайки меди используют припой ПГМ65, где галлия 65%, остальное - медь, для пайки никеля — ПГН54, где галлия 54%, остальное — никель. Главное назначение галлиевых припоев — электромонтажная пайка деталей, нагрев которых противопоказан.
3.1.3. Загрязнения припоев
Растворенные в припоях примеси существенно ухудшают их свойства, и потому требуется своевременная очистка или замена отработавшего припоя на свежий. Примеры влияния загрязнений на свойства припоя:
• усиливают окисление припоя примеси алюминия, цинка, кадмия;
• снижают смачиваемость примеси сурьмы, алюминия, цинка, кадмия, меди;
• образуют интерметаллиды в виде посторонних включений, снижающих механическую прочность и пластичность, примеси золота, меди, железа;
• ускоряют процесс перехода олова в аморфное состояние («оловянная чума») примеси алюминия и цинка.
Более подробно влияние примесей и загрязнений припоя см. в табл. 3.1.
Таблица 3.1. Влияние примесей на характеристики припоя
Элемент |
Химическое обозначение |
Содержание, % |
Возможное влияние на характеристики припоя |
Алюминий |
Аl |
0,002% |
Изменяет окислительную способность припоя, образует оксидную пленку, формирует окалину |
Сурьма |
Sb |
0,500% |
Сурьма - один из элементов, который практически не вносит изменения в свойства сплава в количестве до 0,5% |
Мышьяк |
As |
0,020% |
Мышьяк в количестве более 0,02% приводит к ухудшению смачивания и уменьшению прочности узла пайки |
Свинец |
Pb |
– |
Допустимо изменение содержания свинца в пределах +1 % |
Кадмий |
Cd |
0,002% |
Изменяет окислительную способность, приводит к появлению окалины |
Железо |
Fe |
0,010% |
Приводит к появлению нерастворимых соединений в сплаве, ухудшает характеристики сплава |
Золото |
Au |
0,050% |
Золото приводит к увеличению вязкости расплава, узлы пайки получаются матовыми |
Индий |
In |
0,500% |
Не известно ухудшения свойств при содержании менее 0,5% |
Медь |
Cu |
0,300% |
Медь повышает вязкость расплава. Может привести к усадке и формированию перемычек, а также увеличению поверхности узла пайки |
Никель |
Ni |
0,010% |
При содержании выше установленного лимита не наблюдается влияния на паяльные свойства сплава |
Палладий |
Pd |
0,002% |
Приводит к образованию окалины |
Фосфор |
P |
0,010% |
Фосфор добавляют для восстановления окисленного сплава, при содержании более 0,01% он может привести к ухудшению смачиваемости |
Сера |
S |
0,001% |
Сера приводит к ухудшению смачиваемости и появлению пористости на поверхности соединения |
Серебро |
Ag |
0,100% |
Серебро приводит к образованию окалины и образованию пористости на поверхности соединения |
Висмут |
Bi |
– |
При содержании 2-3% не наблюдается негативного влияния на паяльные свойства сплава. При содержании от 2% узлы пайки выглядят матовыми |
Таблица 3.1. Окончание
Элемент |
Химическое обозначение |
Содержание, % |
Возможное влияние на характеристики припоя |
Цинк |
Zn |
0,002% |
Влияние цинка похоже на действие алюминия и кадмия. Он нарушает текучесть и адгезию. Увеличивает появление окалины, приводит к формированию твердой оксидной пленки и перемычек |
Олово |
Sn |
– |
Изменения в диапазоне от 0,5 до 1,0% могут привести к дефектам пайки |
В табл. 3.2 даны требования стандарта QQ-S-571E к сплавам оловянно-свинцовых припоев, определяющие основной состав и максимально допустимое содержание примесей [2]
Таблица 3.2. Требования стандарта QQ-S-571Е к сплавам оловянно-свинцовых припоев
Элемент |
Sn63/Pb37 |
Sn62/Pb38 |
Sn60/Pb40 |
Sn |
62,5...63,5 |
61,5...62,5 |
59,5...61,5 |
Pb |
Остальная |
Остальная |
Остальная |
часть |
часть |
часть |
|
Sb |
0,20...0,50 |
0,20...0,50 |
0,20...0,50 |
Bi |
0,25 |
0,25 |
0,25 |
Ag |
нет данных |
1,75...2,25 |
нет данных |
Cu |
0,08 |
0,08 |
0,08 |
Fe |
0,02 |
0,02 |
0,02 |
Zn |
0,005 |
0,005 |
0,005 |
AI |
0,005 |
0,005 |
0,005 |
As |
0,03 |
0,03 |
0,03 |
Прочие |
0,08 |
0,08 |
0,08 |