Учебное пособие 800549

нялись компоненты, реквизиты исполнителя и руководителя и т.п) [6].

Одновременно происходит создание базовой директории, содержащей самый низкий логический уровень деления.

Каталоги в этой директории должны соответствовать разделам классификатора.

Например: если библиотека компонентов P-CAD общая на весь базовый уровень она должна содержаться в директории «Библиотека P-CAD» расположенном в базовой директории; если datasheet разделены по производителям, для каждого производителя должна быть организована своя директория внутри папки datasheet, также рекомендуется для серии компонентов и конкретного компонента создавать свои директории[7], если будет информация общая на серию или несколько datasheet на один радиокомпонент.

Блок 6. Заполнение базовой директории и нижнего раздела классификатора файлами.

Блок 7. Выделение для наглядности категорий в классификаторе отдельным цветом. Пример внешнего вида классификатора приведен на рис. 4.

Рис. 4. Внешний вид нижнего уровня раздела классификатора

В данной статье был рассмотрен комплексный подход к проблеме оптимизации поиска и подбора радиокомпонентов в

31

электрической схеме и методика, по которой любая организация сможет создать у себя на предприятии простую базу данных, которая в свою очередь, позволит оптимизировать процесс подбора компонентов и тем самым, снизить затрачиваемое время на их поиск [8].

Литература

1.Ципина Н.В.Математические методы геометрического представления моделей в САПР/ Н.В. Ципина, Н.Э. Самойленко, С.С. Потапов.//Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем Межвузовский сборник научных трудов. Воронеж - 2018. - С. 125-129.

2.Макаров О.Ю. Комплексный подход при определении

иоптимизации характеристик РЭС в процессе проектировании/ О.Ю. Макаров, А.В.Турецкий, Н.В. Ципина, В.А.Шуваев// Радиотехника. – 2016. – № 6. – С. 50-54.

3.Макаров О.Ю. Комплексное моделирование и оптимизация характеристик в процессе конструкторского проектирования радиоэлектронных средств / О.Ю.Макаров, А.В.Турецкий, Н.В.Ципина, В.А.Шуваев // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2015. Т. 11. № 6. С. 100104.

4.Макаров О.Ю. Комплексный подход к решению задач анализа и обеспечения тепловых характеристик при проектировании РЭС / О.Ю.Макаров, Н.В.Ципина, В.А.Шуваев // Радиотехника. 2017. №6. С. 166-170.

5.Иванов С.В. Методы тестирования и испытаний в системе качества ISO 9000 / С.В. Иванов, В.Н. Хорошилов, Н.В. Ципина // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2004. № 4-4. С. 41-48.

6.Дергачева Л.М. Изучение технологии создания, хранения и поиска информации в базе данных // Вестник Московского городского педагогического университета. 2008. № 13. С. 15-21.

7.Яньшин С.Н.Совершенствование методологии планирования радиочастотного спектра на основе технологий математического моделирования /С.Н.Яньшин, В.В.Лавлинский,

32

С.А.Змеев, Е.А.Рогозин, И.А.Новикова, М.В Питолин., Н.В.Ципина, О.Ю.Макаров//Монография Воронежский государственный технический университет. Воронеж -2017. 178 с.

8.Муратов А.В. Проблемы обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: сборник научных трудов / А.В. Муратов, О.Ю. Макаров. – Воронеж, Воронежский государственный технический университет. – 2019. – С. 133.

9.Чирков О.Н. Актуальные подходы к оценке канала радиосвязи в системе подвижных абонентов с высокой скоростью перемещения // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2019. Т. 15. № 6. С. 89-93.

Воронежский государственный технический университет

33

УДК 621.3

МИНИМИЗАЦИЯ ПУСТОТ В ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Н.В. Кашлев, А.В. Турецкий

В данной статье рассматриваются основные причины, влияющие на образование пустот в паяных соединениях при сборке печатных узлов ответственного применения. Присутствие пустот в паяном соединении является большой проблемой для всей радиоэлектронной промышленности, пустоты снижают механическую прочность соединения, а также ухудшают надежность и проводящие свойства паяного соединения. В ходе проведения исследования получены практические результаты влияния на образования пустот термопрофиля, конструкции трафарета и состава паяльной пасты.

Ключевые слова: минимизация пустот, термопрофиль, состав паяльной пасты, конструкция трафарета.

Пустоты представляют собой полости находящиеся в паяном соединении, приобретающие размер и форму благодаря равновесному состоянию, установившемуся между поверхностным натяжением расплавленного припоя и давлением газа. Именно этим фактом обусловлена сферическая форма и гладкая внутренняя поверхность пустот [1]. На практике пустоты (см. рис.1) можно определить как пузырьки газа, при этом плотность расплавленного припоя намного больше плотности самого пузырька.

Рис. 1. Пустоты в паяных соединениях силовых элементов

34

Основной природой появления пустот, возникающих в паяных соединениях, является процесс дегазации. Этот процесс возникает при оплавлении. Наиболее легкие химические вещества, содержащиеся в объеме флюса или на поверхности компонентов, при испарении задерживаются в паяном соединении, тем самым образуя газовую полость. Также причинами выделения газа могут являться побочные реакции активаторов с оксидами металлов и разложение смол и прочих компонентов, содержащихся в объеме флюса[2].

Уравнение Юнга-Лапласа это математическое описание зависимости размера полости при определенной температуре от поверхности натяжения припоя и атмосферного давления, при допущении, что масса газа, содержащаяся в полости неизменна:

где Pb– давление в пузырьке, Pа - атмосферное давление, γ - поверхностное натяжение поверхности раздела между пузырьком и припоем, r - радиус пузырька[3].

Из формулы (1) следует, для уменьшения размеров газовой полости, необходимо уменьшить величину поверхностного натяжения γ и снизить атмосферное давление Pа:

В прикладных задачах производства образование пустот зависит от множества факторов, основными причинами являются: хранение паяльной пасты и правильная эксплуатация в условиях производственного процесса, оптимально подобранный термопрофиль для конкретного изделия и правильно рассчитанная доза паяльной пасты для контактной площадки компонента. На рис. 2 изображены основные факторы, связанные с паяльной пастой, влияющие на образование полостей в паяных соединениях в условиях реального производственного процесса.

35

Рис. 2. Основные факторы, влияющие на появление пустот [4]

В нашем случае задача минимизации пустот решалась с помощью разработанной стратегии изображенной на рис. 3.

Рис. 3. Стратегия снижения образования пустот при пайке

Подбор паяльных паст.

Основой для паяльных паст служат шарики припоя, в зависимости от типа пасты, шарики имеют разный диаметр. Связующим звеном для шариков является флюс, он придает паяльной пасте свойства вязкости и тиксотропности, а также служит активатором поверхностей контактных площадок.

Наиболее популярны свинцовые и бессвинцовые сплавы из Sn63/Pb37 и Sn96.5/Ag3.0/Cu0.5соответственно. В основе ис-

следования использовалось паяльные пасты из бессвинцового

36

сплаваSn96.5/g3.0/Cu0.5[5], сравнительная характеристики которых показана в таблице.

Сравнительная характеристика паяльных паст

37

Испытания проводились на планках DBC контактные площадки, которых покрыты финишным покрытием ENIG, толщина трафарета составляла 127 мкм.

Минимальное количество пустот в паяном соединении показала паста S3X58-G803. Сравнительный анализ изображен на рис. 4. Паста S3X58-G803 в своем составе имеет меньшую массовую долю флюса и меньшую вязкость по сравнению с другими пастами, что способствует предотвращению появлению газовых полостей в паяных соединениях.

Рис. 4. Сравнение снимков рентгеновского контроля паяльных паст: 1) S3X58-M555, 2)S3X58-M406ECO, 3) S3X58-G803

Конструкция трафарета.

Основными моментами, которые определяют конструкцию трафарета, являются: толщина, структура изображения и размер апертуры.Определенных комбинаций всех этих параметров для пайки не существует. Необходимо рассматривать все эти различные варианты в контексте решения определенной задачи и в общем процессе сборки.

В исследовании сравнивались трафареты с толщинами 100 мкм и 127 мкм соответственно, также сравнивались трафареты с разной геометрией изображения апертур, толщина трафарета в этом случае составляла 127 мкм. На рис. 5 показаны различные геометрии изображений апертур трафарета.

38

Рис. 5. Апертуры с различной геометрией рисунка

Входе данного эксперимента выяснилось, что вероятность появление пустот напрямую зависит от объема нанесенной паяльной пасты.

Вслучае с применением трафарета толщиной 100 мкм пустот меньше, за счет меньшего объема паяльной пасты, следовательно, меньше флюсосодержащих веществ – меньше дегазация, таким образом, вероятность образования газовой полости сводится к минимуму. Сравнение результатов представлены на рис. 6.

Рис. 6. Сравнение результатов трафаретов с различными толщинами: 1) толщина 100 мкм, 2) толщина 127 мкм

Результаты исследования различных геометрий апертур во всех образцах примерно одинаковы, что доказывает гипотезу

– меньше объем пасты, меньше вероятность образования пустот. Режим термопрофиля.

Температурным профилем пайки (термопрофилем) называется график, по которому изменяется температура в печи и происходит пайка оплавлением. Этот график описывает зави-

39

симость температуры нагрева в рабочей зоне от времени нагрева.

Для модернизации температурного профиля и как следствие уменьшение количества пустот в паяных соединениях следует подобрать оптимальные параметры, отвечающие за появления пустот. В эти параметры входит скорость нарастания температуры в конвекционной печи оплавления, время пребывания выше точки плавления, а также температура на пике оплавления.

Опытным путем, исходя из рекомендации производителей паяльных паст, подбирались выше описанные параметры с соблюдением доступных пределов технологического процесса.

Оптимальный режим термопрофиля изображен на рис. 7.

Рис. 7. Оптимальные параметры для термопрофиля

Таким образом, благодаря вышеописанным исследованиям по снижению вероятности появления пустот в паяных соединениях мы получили:

1)Минимальное количество пустот в паяном соединении показала паста S3X58-G803.

2)Уменьшение толщины трафарета и разная геометрия рисунка трафарета приводит к снижению объема наносимой па-

40