массу таких клеев приготавливают на основе эпоксидных, уретановых, силиконовых композиций.

Контактолы применяются при монтаже ЭА в тех случаях, когда пайка невозможна, так как нагрев ведет к повреждению термочувствительных компонентов, а также в труднодоступных местах сборочных единиц и блоков (например, для присоединения кристаллов и подложек ИМС к корпусам, при ремонте печатных плат, при заземлении компонентов, в СВЧ-устройствах). Контактолы имеют низкое удельное объемное электрическое сопротивление и стабильные электрические свойства при эксплуатации в жестких климатических условиях. Клеи типа К-8, К-12 применяются для соединения палладиевых, серебряных и медных поверхностей; К-16, К-17 – покрытых припоем ПОС61 и ПСрОСЗ-58; ТПК-3 - диэлектрических и металлических поверхностей. Недостатками данного вида соединений являются высокое электрическое сопротивление контакта, низкие термостойкость и надежность. Для посадки кристаллов ИМС на основания используют токопроводяшие пасты. При автоматизированной сборке кристаллов больших размеров токопроводяшие пасты обеспечивают высокую производительность, низкую стоимость, невысокую температуру процесса. Токопроводящая композиция на основе клея ВК-32-200 содержит 30…35 % никелевого порошка с размером частиц менее 10 мкм и 0,3…0,45 % порошка монокристаллического кремния с размером частиц 0,5…2 мкм. Удельное объемное сопротивление композиции составляет (1,5…2) 104Ом см, предел прочности соединений на разрыв 10…15 МПа. Недостатком данной композиции является изменение ее прочностных свойств при последующих операциях (термокомпрессионная разварка выводов), а также сложность поддержания однородного состава в процессе приклеивания. Лучшие характеристики имеют токопроводяшие композиции с металлическим наполнителем – порошком серебра. Так, композиция Ablebond 84 фирмы Ablestik имеет удельное сопротивление 104 Ом см, предел прочности соединений на разрыв – до 26 МПа.

Физико-химическое содержание процесса пайки

Пайкой называется процесс соединения материалов в твердом состоянии путем введения в зазор легкоплавкого металла – припоя, взаимодействующего с основными материалами и образующего жидкую металлическую прослойку, кристаллизация которой приводит к образованию паяного шва. Из определения следует, что:

•пайка происходит при температурах, существенно меньших температур плавления соединяемых материалов, что уменьшает их перегрев;

•возможно соединение как металлических, так и неметаллических материалов;

•в зоне контакта должен образовываться промежуточный слой, состоящий из припоя и продуктов его взаимодействия с паяемыми материалами.

Для образования качественного паяного соединения необходимо: подготовить поверхности соединяемых деталей; активировать материалы и припой; удалить оксидные пленки в зоне контакта; обеспечить взаимодействие

23

на межфазной границе раздела; создать условия для кристаллизации жидкой металлической прослойки.

Подготовка поверхностей деталей к пайке включает механическую, химическую или электрохимическую очистки от оксидов, загрязнений органического и минерального происхождения, а также нанесение покрытий, улучшающих условия пайки или повышающих прочность и коррозионную стойкость паяных соединений.

Удаление продуктов коррозии и оксидных пленок механическим способом проводят с помощью режущего инструмента (напильника, шлифовального круга, шабера), а также наждачной бумаги, проволочной сетки. Для повышения производительности при обработке протяженных или сложнопрофилированных изделий применяют гидроабразивную очистку с помощью струи жидкости или вращающихся щеток из синтетического материала с добавлением в моющий состав абразивных частиц. Образование шероховатой поверхности после механической обработки способствует увеличению растекания припоя, так как риски на поверхности являются мельчайшими капиллярами.

Удаление поверхностных пленок, препятствующих смачиванию расплавленным припоем, осуществляется как химическими, так и электрохимическими способами. Химическое обезжиривание деталей проводят в 5 %-м растворе щелочи или в органических растворителях (ацетон, бензин, спирт, четыреххлористый углерод), спиртобензиновых и спиртофреоновых смесях путем протирки, погружения, распыления, обработки в паровой фазе или ультразвуковой ванне.

Активация паяемых поверхностей необходима для физико-химического взаимодействия атомов основного металла и припоя. При этом с поверхности взаимодействующих металлов должны быть удалены оксидные пленки, а атомы должны достичь требуемого уровня энергии активации.

Для газопламенной пайки, сварки, резки мелких деталей с высокой температурой плавления применяют аппараты с водородной микрогорелкой, в основу работы которых положен принцип электролиза воды электрическим током.

Более перспективны бесконтактные способы нагрева паяемых деталей различными видами излучений. При пайке излучением высокой частоты (ВЧ) в деталях индуцируются токи, которые проходят главным образом в поверхностном слое определенной толщины и разогревают детали до необходимой температуры.

В процессах пайки широкое применение получили два вида ИК-нагрева: локальный сфокусированный и прецизионный рассеянный. К достоинствам пайки ИК-излучением следует отнести: бесконтактный подвод энергии к паяемым деталям, тонную регулировку времени й температуры нагрева, локальность нагрева в зоне пайки. Недостатки процесса — затруднение при флюсовой пайке (испаряющийся флюс загрязняет лампы и рефлекторы), отсутствие серийно выпускаемого оборудования.

Оптическое излучение в диапазоне длин волн 0,7…10,6 мкм, генерируемое различными типами лазеров, является удобным, надежным и экономич-

24

ным видом бесконтактного нагрева. В технологии пайки используют лазерные установки, основным элементом которых является оптический квантовый генератор (ОКГ), создающий мощный импульс монохроматического когерентного излучения. Пайка лазерным излучением не требует вакуума и позволяет соединять изделия из разнотолщинных элементов. В процессах пайки используют как непрерывное, так и импульсное лазерное излучение.

Технологические основы индивидуальной пайки

Индивидуальная пайка применяется при монтаже блоков в условиях мелкосерийного производства, а также во всех случаях ремонтных работ. ТП индивидуальной пайки состоит из следующих операций: фиксации соединяемых элементов, нанесения дозированного количества флюса и припоя, нагрева места пайки до заданной температуры и выдержки в течение фиксированного времени, охлаждения соединения без перемещения паяемых деталей, очистки и контроля качества соединения.

Для обеспечения надежности паяных соединений предусматривают:

•механическое закрепление элементов и монтажных проводников на контактных лепестках и гнездах при объемном монтаже;

•выбор оптимальных зазоров в конструкции паяных соединений между поверхностями монтажных элементов.

Контроль качества паяных соединений

Процессы контроля при монтаже ЭА включают: проверку соединяемых материалов на паяемость, контроль технологических режимов пайки, оценку качества соединений.

Паяемость характеризует способность паяемого материала вступать в физико-химическое взаимодействие с расплавленным припоем и образовывать надежное паяное соединение. Паяемость зависит от физико-химической природы металлов, способа и режимов флюсующих сред, условий подготовки паяемых поверхностей.

По критерию паяемости все многообразие современных паяемых материалов различной физико-химической природы можно классифицировать на следующие основные группы: легкопаяемые, среднепаяемые, труднопаяемые и непаяемые.

Контроль качества предусматривает следующие виды оценки паяных соединений:

•по внешнему виду с использованием эталона паяного соединения при 100 %-м контроле;

•прочности соединений на отрыв при выборочном контроле на образцахсвидетелях;

•переходного сопротивления контакта выборочно для различных проводников;

•надежности соединения путем определения интенсивности отказов в течение заданного срока испытаний.

25

Дефекты в паяных соединениях (поры, раковины, трещины) могут быть обнаружены с помощью телевизионно-рентгеновского микроскопа МТР-3 либо ультразвуковым дефектоскопом. Ультразвуковой контроль основан на изменении структуры акустического поля частотой 0,5…25 МГц при наличии в паяном соединении дефектов, отражающих УЗ-колебания. Универсальные УЗ-дефектоскопы типа УДМ-1М позволяют обнаруживать и определять раковины, трещины, поры, расслоение и другие дефекты в паяных соединениях.

Определенная часть дефектов, иногда до 60 % общего числа, может быть выявлена методом модуляции электрического сигнала. Он основан на свойстве дефектов паяных соединений служить модуляторами сигнала. Контрольная аппаратура включает генератор с регулируемым переменным напряжением частотой 10…100 Гц, блок индикатора, состоящий из двухкаскадного предварительного усилителя, детектора, указателя уровня, фильтрапробки, настроенного на фиксированную частоту (например, 3,2 кГц)» двухкаскадного усилителя, осциллографа или громкоговорителя.

После настройки генератора на частоту фильтра-пробки контролируемую схему подвергают вибрациям, при этом любое изменение омического сопротивления соединения вызывает появление электрического сигнала другой частоты, отличной от частоты генератора.

Одним из перспективных методов объективного контроля паяных соединений является оценка распределения температурных полей в электронном модуле. При его использовании контролируемую плату подключают к источнику питания и генератору импульсов фиксированной частоты. После установления теплового равновесия плату со стороны паек сканируют инфракрасным датчиком, соединенным с тепловизором, который позволяет воспроизводить распределение температур по поверхности исследуемого изделия. Прибор обнаруживает зоны локальных перегревов, соответствующие дефектным паяным соединениям, которые имеют температуру на 1…5 °С выше номинальной. В качестве датчика используют фотоболометры и другие ИК-детекторы. Тепловизор ТВ-03 (СССР) имеет температурное разрешение 0,2 °С в диапазоне измеряемых температур 25…300 °С.

Повышение качества контроля паяных соединений достигается путем применения лазерной системы контроля дефектов

Если в дополнение к лазерной установке предусмотреть ультразвуковой контроль, то можно определять и те дефекты, которые не могут быть обнаружены с помощью лазера. Автоматизированный контроль паяных соединений с комбинированной лазерно-ультразвуковой системой позволяет увеличить производительность контроля паяных соединений печатных плат.

Монтажная микросварка

Монтажная микросварка применяется при монтаже кристаллов ИМС с помощью золотых и алюминиевых выводов. Процесс УЗ-микросварки основывается на введении механических колебаний УЗ-частоты в зону соединения, что приводит к пластической деформации приконтактной зоны, разру-

26