Индивидуальная пайка электронных компонентов

Кристаллизация металлической прослойки

После удаления источника тепловой энергии наступает стадия кристаллизации металлической прослойки, которая оказывает большое влияние на качество паяных соединений. Кристаллизация в шве начинается на основном металле, который оказывает сильное ориентирующее воздействие на расплавленный припой, и на тугоплавких частицах, попавших в расплав. На структуру паяного соединения влияют зазор, так как он определяет температурный градиент расплава, величина и протяженность области концентрационного переохлаждения, а также скорость снижения температуры. При прочих равных условиях уменьшение зазора, а, следовательно, толщины кристаллизирующейся жидкости приводит к таким изменениям указанных факторов, что дендритная форма кристаллов (при зазоре 0,5...2 мм) постепенно уступает место ячеистой (0,3...0,4 мм), а ячеистая — преобладающему росту кристаллов с гладкой поверхностью (0,1...0,2 мм). Характерным для кристаллизации при пайке является ярко выраженная ликвация шва, связанная с образованием зональных неоднородностей, дендритных образований, отличающихся меньшей прочностью. Необходимо также стремиться к увеличению скорости охлаждения, так как это способствует сдерживанию роста кристаллов, и структура шва получается более мелкозернистой, с минимальной интерметаллической прослойкой, а, следовательно, спай будет более прочным.

Требуемый температурный режим при индивидуальной пайке обеспечивается теплофизическими характеристиками применяемого паяльника: 1) температурой рабочего конца жала (наконечника); 2) степенью стабильности этой температуры, обусловленной динамикой теплового баланса между теплопоглощением при пайке, теплоподводом и теплозапасом в паяльном жале; 3) мощностью нагревателя и термическим КПД паяльника, определяющими интенсивность теплового потока в паяемые соединения и необходимую температуру пайки.

Температура рабочего конца жала, измеряемая на холостом ходу, задается на 30...100 ⁰С выше точки ликвидуса припоя (полного расплавления твердой фазы). Номинальное значение температуры определяется термической чувствительностью элементов. В процессе пайки температура жала паяльника снижается за счет теплоотдачи, что при малой мощности нагревателя ограничивает число последовательно выполняемых соединений, чтобы не выйти за нижнюю границу тепловой зоны. Рекомендуемые мощности паяльников для пайки микросхем 4, 6, 12, 18 Вт, для печатного монтажа 25, 30, 35, 40, 50, 60 Вт, при проводном (жгутовом) монтаже 50, 60, 75, 90, 100, 120 Вт. Выбор мощности паяльников с учетом КПД (25...55%) производится в соответствии со средним теплопоглощением при многократной пайке элементов: ИС — 1,5...3 кал., ПП — 9...10 кал., жгутов — 15 кал.

Стабилизация температуры производится с помощью: 1) массивного паяльного жала (до 3 мм для микропаяльников) и близкого расположения нагревателя к концу жала; 2) импульсного нагрева, который эффективно восполняет потери тепла в процессе пайки; 3) электронных регуляторов, работающих на основании информации специальных датчиков (термопар); 4) использования для нагревателей материала, изменяющего свое электрическое сопротивление (например, агломерат свинца и бария) или магнитные свойства (рис. 2.7).

В качестве материала для паяльных жал используют медь ввиду ее высокой теплопроводности. Но вследствие химического взаимодействия с расплавленным припоем и флюсом, термоударов, окисления кислородом воздуха и структурных изменений долговечность такого жала составляет 700...1000 паек, после чего его перезатачивают. Нанесение на жало химического никеля увеличивает период между заточками до 1500 паек, а гальванический никель толщиной 90...100 мкм — до 2000 паек. В качестве перспективных материалов для паяльных жал рекомендуются медные сплавы МХН1-4, спеченный порошок сплава Сu—W, в котором износо- и термо-стойкость вольфрама сочетаются с электропроводностью меди. Гарантированная пористость материала улучшает смачивание жала припоем.

Рис. 2.7. Миниатюрный паяльник с термостабилизацией (фирма Weller, США)

Дата добавления: 2014-10-31