Для получения электрических соединений выводов компонентов с печатным монтажом чаще всего применяют пайку. Так как потолок термической стойкости большинства компонентов и ПП не превышает
300…350 0C, то используют мягкие припои с t0пл200…250 0C.
Для получения надежного паяного соединения необходимо обеспечить между припоем и соединяемыми металлами образование металлической связи, признаком которой является наличие диффузионной зоны (границы) толщиной 0,1…1 мкм (рис. 4.77). Отсутствие диффузионной зоны указывает на недостаточную связь, в лучшем случае адгезионную.
Схема образования диффузионной зоны приведена на рис. 4.78. Поверхность металла, полученного в вакууме (рис. 4.78, а), характеризуется наличием связей у атомов, лежащих на поверхности, т.е. свободная поверхность всегда обладает избытком энергии (который на рисунке показан в виде стрелок). С термодинамической точки зрения любая система стремится перейти в состояние с наименьшей свободной энергией. Поэтому в обычных условиях (на воздухе) на чистую поверхность оседают газы (кислород быстро окисляет поверхность), различные загрязнения, снижающие поверхностную энергия (рис. 4.78, б). Образовавшиеся пленки обычно химически устойчивы и представляют барьер для всякого процесса соединения. Удаление этих поверхностных пленок и предупреждение их повторного образования – неприменное условие любого процесса пайки.
|
|
Рис. 4.78. Схема пайки с флюсом:
а – металл в вакууме; б – окисление металла воздухом; в – смачивание окисленной поверхности флюсом; г – восстановление и очистка поверхности металла; д – смачивание поверхности металла припоем; е – возникновение зоны сплава за счет диффузии; 1 – вакуум; 2 – металл; 3 – воздух; 4 – оксидный слой; 5 – флюс; 6 – жидкий припой
Для борьбы с окислением, а также для обеспечения смачивания поверхностей и растекания расплавленного припоя в процессе спайки, используют флюсы. Они взаимодействуют с поверхностными пленками загрязнений (рис. 4.78, в), растворяют и восстанавливают окислы, освобождая поверхность металла для смачивания припоем (рис. 4.78, г). Следующий этап – смачивание поверхности металла жидким припоем и его растекание по поверхности (рис. 4.78, д). При этом происходит взаимодействие жидкой фазы припоя с покрываемым металлом, проявляющееся во взаимном растворении и диффузии (рис. 4.78, е). Скорость этих процессов зависит от природы взаимодействующих металлов, температуры, скорости и времени нагрева. После удаления источника тепловой энергии начинается стадия кристаллизации припоя. Рост кристаллов начинается на покрываемом металле, который оказывает сильное ориентирующее воздействие на припой.
|
|
При пайке ЭМПП используют главным образом органические флюсы: смолосодержащие (на основе канифоли или полиэфирных смол) и смолонесодержащие (водорастворимые). Смолосодержащие флюсы могут быть нейтральными (например, канифоль+ этиловый спирт или полиэфирная смола + этилацетат) или активированными (с добавками салициловой кислоты, триэтаноламина и т.д.). Остатки флюса на местах паек в большинстве случаев являются причиной ухудшения изоляции и коррозионных процессов. Остатки водорастворимых флюсов удаляют струйной промывкой в горячей (а затем холодной) проточной воде с протиркой щетками. Остатки смолосодержащих флюсов удаляются в спирто-бензиновой смеси, растворителях типа «Прозон» и др. Разрабатываются безотмывные флюсы (типа «No-Clean»), активные компоненты которых в процессе пайки взаимно нейтрализуются или разлагаются.
В качестве припоев в технологии САУ ЛА наибольшее распространение получили сплавы Sn и Pb, температура плавления которых определяется процентным содержанием этих компонентов (рис. 4.79). Сплав состава 61,9 % Sn + 38,1% Pb называется эвтектическим (т.е. имеющим наименьшую для данной системы t0пл = 183 0C). Близкий по составу сплав 611% Sn + 391% Pb выпускается под маркой ПОС61.
Рис. 4.79. Диаграмма состояния системы Sn – Pb:
1 – жидкая фаза; 2 – пастообразное состояние; 3 – твердая фаза
Применяются также околоэвтектические припои: 63% Sn+ 37% Pb, 60% Sn+ 40% Pb, легированные припои: 62% Sn+ 36% Pb+2%Ag (добавка Ag до 2% снижает растворимость серебряных покрытий в Sn-Pb припоях), 33% Sn+ 34% Pb+33%Bi (Bi понижает температуру плавления) и др. Припои выпускаются в виде проволоки или заполненной флюсом одно или пятиканальной трубки. В прессованной проволоке каждое зерно припоя окружено канифолью. Содержание канифоли в целом не превышает 0,8...1,2% от общей массы припоя. Разработан также композитный самофлюсующий припой ПОС-61 КП. Его расход на формирование соединений на 10...30% ниже по сравнению с обычным проволочным припоем.
В технологии поверхностного монтажа припой применяется в виде паст. Основным компонентом припойной (паяльной) пасты является порошок припоя (75…95 % по массе) в виде гранул не чисто сферической формы размером 10…150 мкм, получаемых УЗ-распылением жидкого припоя. В качестве связующих веществ используют органические смолы или их смеси. Кроме них в пасту вводят разбавители, пластификаторы, тиксотропные вещества. Последние препятствуют оседанию частиц припоя при хранении, повышают разрешающую способность пасты, обеспечивают заданный диапазон вязкости. Припои и флюсы, входящие в состав пасты, обычно те же, что используются при обычной пайке.
Одним из основных условий пайки является подвод к соединяемым поверхностям некоторого количества тепла, достаточного для плавления и растекания припоя, а также образования диффузионных зон. Тепло для пайки может переноситься теплопроводностью, конвекцией и излучением. На теплопроводности основано действие паяльников, применяемых в мелкосерийном производстве, а также при ремонтных работах. При ручной пайке должны обеспечиваться следующие условия: терморегулирование, дозированная подача припоя в зону пайки нажатием кнопки (рычага), отсос газов из зоны пайки.
В серийном и массовом производстве применяют групповые методы пайки: волной припоя, в парогазовой фазе (ПГФ), в ИК-лучах.