Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о материале. Чтобы узнать о процессе, см. Пайка .
Паяное соединение, используемое для прикрепления провода к контакту компонента на задней стороне печатной платы.
Катушка с припоем диаметром 1,6 мм

Припой ( / ев oʊ л д ər / , [1] / с ɒ л д ər / [1] или в Северной Америке / с ɒ д ər / [2] ) представляет собой легкоплавкий металлический сплависпользуется для создания прочной связи между металлическими деталями. Припой плавится, чтобы прилипнуть к деталям и соединить их после охлаждения, для чего требуется, чтобы сплав, пригодный для использования в качестве припоя, имел более низкую температуру плавления, чем соединяемые детали. Припой также должен быть устойчивым к окислительным и коррозионным воздействиям, которые со временем разрушат соединение. Припой, используемый для электрических соединений, также должен иметь хорошие электрические характеристики.

Мягкий припой обычно имеет диапазон температур плавления от 90 до 450 ° C (от 190 до 840 ° F; от 360 до 720 K) [3] и обычно используется в электронике , сантехнике и работе с листовым металлом. Чаще всего используются сплавы , плавящиеся при температуре от 180 до 190 ° C (от 360 до 370 ° F; от 450 до 460 K). Пайка, выполняемая с использованием сплавов с температурой плавления выше 450 ° C (840 ° F; 720 K), называется «твердой пайкой», «серебряной пайкой» или пайкой твердым припоем .

В определенных пропорциях некоторые сплавы являются эвтектическими, то есть температура плавления сплава является самой низкой из возможных для смеси этих компонентов и совпадает с точкой замерзания. Неэвтектические сплавы могут иметь существенно разные солидус и ликвидус.температуры, поскольку они имеют четкие переходы между жидкостью и твердым телом. Неэвтектические смеси часто существуют в виде пасты твердых частиц в расплавленной матрице низкоплавкой фазы, поскольку они достигают достаточно высоких температур. При электромонтажных работах, если соединение будет нарушено в этом «пастообразном» состоянии до полного затвердевания, это может привести к плохому электрическому соединению; использование эвтектического припоя уменьшает эту проблему. Пастообразное состояние неэвтектического припоя можно использовать в водопроводе, поскольку оно позволяет формовать припой во время охлаждения, например, для обеспечения водонепроницаемого соединения труб, что приводит к так называемому «протертому стыку».

Для электрических и электронных работ доступен припой различной толщины для ручной пайки (ручная пайка выполняется с помощью паяльника или паяльника ), а также с сердечниками, содержащими флюс . Он также доступен в виде пасты для комнатной температуры, в виде предварительно отформованной фольги, форма которой соответствует заготовке, что может быть более подходящим для механизированного массового производства.или в виде маленьких «язычков», которые можно обернуть вокруг стыка и расплавить пламенем там, где утюг непригоден или недоступен, как, например, при ремонте в полевых условиях. Сплавы свинца и олова широко использовались в прошлом и до сих пор доступны; они особенно удобны для ручной пайки. Использование бессвинцовых припоев растет в связи с нормативными требованиями, а также с пользой для здоровья и окружающей среды за счет отказа от электронных компонентов на основе свинца. Сегодня они почти исключительно используются в бытовой электронике. [4]

Сантехники часто используют прутки припоя, намного толще проволоки, используемой для электрических применений, и наносят флюс отдельно; многие флюсы для пайки, подходящие для сантехники, являются слишком коррозионными (или проводящими) для использования в электрических или электронных работах. Ювелиры часто используют припой в виде тонких листов, которые они разрезают на кусочки.

Этимология [ править ]

Слово solder происходит от среднеанглийского слова soudur , через старофранцузское solduree и soulder , от латинского solidare , что означает «делать твердый». [5]

Состав [ править ]

На основе свинца [ править ]

Припой Sn 60 Pb 40

Олово - свинец (Sn-Pb) припои, называемые также мягкие припои, являются коммерчески доступными с концентрацией олова в диапазоне от 5% до 70% по весу. Чем выше концентрация олова, тем выше прочность припоя на растяжение и сдвиг . Исторически сложилось, что свинец было широко распространено мнение , чтобы смягчить образование оловянных усов , [6] , хотя точный механизм этого неизвестен. [7] Сегодня многие методы используются для смягчения проблемы, включая изменения в процессе отжига (нагрев и охлаждение), добавление таких элементов, как медь и никель, и нанесение защитных покрытий . [8]Сплавы, обычно используемые для электрической пайки, - это 60/40 Sn-Pb, плавящийся при 188 ° C (370 ° F), [9] и 63/37 Sn-Pb, используемый в основном в электрических / электронных работах. Эта смесь представляет собой эвтектический сплав этих металлов, который:

  1. имеет самую низкую температуру плавления (183 ° C или 361 ° F) из всех сплавов олово-свинец; и
  2. точка плавления - это действительно точка, а  не диапазон.

В Соединенных Штатах с 1974 года в соответствии с Законом о безопасной питьевой воде (SDWA) использование свинца в припое и флюсе в водопроводных системах для питьевой воды запрещено . [10] Исторически сложилось так, что доля свинца была выше, обычно 50/50. Это имело преимущество в более медленном затвердевании сплава. Поскольку трубы физически соединяются друг с другом перед пайкой, припой можно протирать по стыку для обеспечения водонепроницаемости. Хотя свинцовые водопроводные трубы были заменены медью, когда важность отравления свинцом стала полностью осознаваться, свинцовый припой все еще использовался до 1980-х годов, потому что считалось, что количество свинца, которое могло вымыться в воду из припоя, было незначительным из-за правильного использования. паяный стык. электрохимическийпара меди и свинца способствует коррозии свинца и олова. Олово же защищено нерастворимым оксидом. Поскольку даже небольшое количество свинца было признано вредным для здоровья как мощный нейротоксин , [11] свинец в водопроводном припое был заменен серебром (для пищевых продуктов) или сурьмой , часто с добавлением меди , а доля олова была увеличена ( см. Бессвинцовый припой .)

Добавление олова, более дорогого, чем свинец, улучшает смачивающие свойства сплава; Сам свинец имеет плохие смачивающие характеристики. Сплавы с высоким содержанием олова и свинца имеют ограниченное применение, так как диапазон обрабатываемости может быть обеспечен более дешевым сплавом с высоким содержанием свинца. [12]

Свинцово-оловянные припои легко растворяются золото обшивки и образуют хрупкие интерметаллида. [13] Припой 60/40 Sn-Pb окисляется на поверхности, образуя сложную 4-слойную структуру: оксид олова (IV) на поверхности, под ним слой оксида олова (II) с мелкодисперсным свинцом, за которым следует слой оксида олова (II) с мелкодисперсными оловом и свинцом и сам припой под ним. [14]

Свинец и до некоторой степени олово, используемые в припое, содержат небольшое, но значительное количество радиоизотопных примесей. Радиоизотопы, подвергающиеся альфа-распаду, вызывают беспокойство из-за их склонности вызывать мягкие ошибки . Полоний-210 особенно проблематичен; бета-распад свинца-210 превращается в висмут-210, который затем бета-распад превращается в полоний-210, интенсивный излучатель альфа-частиц . Уран-238 и торий-232 - другие важные загрязнители сплавов свинца. [15] [16]

Бессвинцовый [ править ]

Припой из чистого олова
Пайка медных труб пропановой горелкой и бессвинцовым припоем

Европейский союз по утилизации электрического и электронного оборудования (WEEE) и об ограничении использования опасных веществ Директива RoHS () были приняты в начале 2003 года и вступил в силу 1 июля 2006 года, ограничение включения свинца в большинстве бытовой электроники , продаваемых в ЕС, и оказывает большое влияние на бытовую электронику, продаваемую во всем мире. В США производители могут получить налоговые льготы за счет сокращения использования припоя на основе свинца. Бессвинцовые припои, используемые в коммерческих целях, могут содержать олово, медь, серебро, висмут , индий , цинк , сурьму., и следы других металлов. Большинство бессвинцовых заменителей обычных припоев 60/40 и 63/37 Sn-Pb имеют температуры плавления на 50–200 ° C выше [17], хотя есть также припои с гораздо более низкими температурами плавления. Бессвинцовый припой обычно требует около 2% флюса по массе для адекватной смачивающей способности. [18]

Когда при пайке волной припоя используется бессвинцовый припой, может потребоваться слегка модифицированный припой (например, титановые гильзы или рабочие колеса) для снижения затрат на техническое обслуживание из-за повышенного улавливания олова припоя с высоким содержанием олова.

Бессвинцовый припой может быть менее желательным для критически важных приложений, таких как аэрокосмические и медицинские проекты, поскольку его свойства менее изучены.

Припои на основе олова, серебра и меди (Sn-Ag-Cu или SAC) используются двумя третями японских производителей для пайки оплавлением и волной припоя и примерно 75% компаний для ручной пайки. Широкое распространение этого популярного семейства бессвинцовых припоев основано на пониженной температуре плавления тройной эвтектики Sn-Ag-Cu (217 ° C (423 ° F)), которая ниже 22/78 Sn-Ag. (мас.%) эвтектика 221 ° C (430 ° F) и эвтектика 59/41 Sn-Cu 227 ° C (441 ° F). [19] Тройное эвтектическое поведение Sn-Ag-Cu и его применение для сборки электроники было обнаружено (и запатентовано) группой исследователей из Лаборатории Эймса , Университет штата Айова , и из Национальных лабораторий Сандии в Альбукерке.

Многие недавние исследования были сосредоточены на добавлении четвертого элемента в припой Sn-Ag-Cu, чтобы обеспечить совместимость с пониженной скоростью охлаждения паяльной сферы для сборки решеток шариков . Примерами этих четырехэлементных композиций являются 18/64/14/4 олово-серебро-медь-цинк (Sn-Ag-Cu-Zn) (интервал плавления 217–220 ° C) и 18/64/16/2 олово- серебро-медь- марганец (Sn-Ag-Cu-Mn) (интервал плавления 211–215 ° C).

Припои на основе олова легко растворяют золото, образуя хрупкие интерметаллические соединения; для сплавов Sn-Pb критическая концентрация золота для охрупчивания соединения составляет около 4%. Припои с высоким содержанием индия (обычно индий-свинец) более подходят для пайки более толстого слоя золота, поскольку скорость растворения золота в индии намного ниже. Припои с высоким содержанием олова также легко растворяют серебро; для пайки серебряной металлизации или поверхностей подходят сплавы с добавлением серебра; Сплавы, не содержащие олова, также являются выбором, хотя их смачиваемость хуже. Если время пайки достаточно велико для образования интерметаллидов, оловянная поверхность соединения, припаянного к золоту, будет очень тусклой. [13]

Твердый припой [ править ]

Твердые припои используются для пайки и плавятся при более высоких температурах. Наиболее распространены сплавы меди с цинком или серебром.

При изготовлении серебряных изделий или ювелирных изделий используются специальные твердые припои, которые выдерживают испытания . Они содержат большую долю паяемого металла, и свинец в этих сплавах не используется. Эти припои различаются по твердости и обозначаются как «эмалированные», «твердые», «средние» и «легкие». Эмалированный припой имеет высокую температуру плавления, близкую к температуре плавления самого материала, что предотвращает распайку стыков.во время обжига в процессе эмалирования. Остальные типы припоев используются в порядке убывания твердости в процессе изготовления изделия, чтобы предотвратить ранее спаянный шов или распайку стыка во время пайки дополнительных участков. Легкий припой также часто используется при ремонтных работах по той же причине. Флюс также используется для предотвращения распайки стыков.

Серебряный припой также используется в производстве для соединения металлических деталей, которые нельзя сваривать . Сплавы, используемые для этих целей, содержат высокую долю серебра (до 40%), а также могут содержать кадмий .

Сплавы [ править ]

Основная статья: припои

В припойном сплаве разные элементы выполняют разные функции:

  • Сурьма добавляется для увеличения прочности, не влияя на смачиваемость. Предотвращает появление оловянных вредителей. Следует избегать обработки цинка, кадмия или гальванизированных металлов, так как получаемое соединение является хрупким. [20]
  • Висмут значительно снижает температуру плавления и улучшает смачиваемость. В присутствии достаточного количества свинца и олова висмут образует кристаллы Sn 16 Pb 32 Bi 52 с температурой плавления всего 95 ° C, которые диффундируют по границам зерен и могут вызвать разрушение соединения при относительно низких температурах. Таким образом, высокомощная деталь, предварительно луженная свинцовым сплавом, может отсоединяться под нагрузкой, если припаяна висмутсодержащим припоем. Такие стыки также склонны к растрескиванию. Сплавы с более чем 47% Bi расширяются при охлаждении, что может использоваться для компенсации напряжений несоответствия теплового расширения. Замедляет рост усов олова . Относительно дорого, ограниченная доступность.
  • Медь улучшает сопротивление усталости от термического цикла и улучшает смачивающие свойства расплавленного припоя. Это также замедляет скорость растворения меди на плате и выводах деталей в жидком припое. Медь в припоях образует интерметаллические соединения. Перенасыщенный (примерно на 1%) раствор меди в олове можно использовать для ингибирования растворения тонкопленочной металлизации под выступом BGA- чипов, например, как Sn 94 Ag 3 Cu 3 . [19] [21]
  • Никель может быть добавлен в припой для образования перенасыщенного раствора, препятствующего растворению тонкопленочной металлизации под выступом. [21] В сплавах олово-медь небольшая добавка Ni (<0,5 мас.%) Препятствует образованию пустот и взаимной диффузии элементов Cu и Sn. [19] Подавляет растворение меди, даже в большей степени в синергии с висмутом. Присутствие никеля стабилизирует интерметаллиды медь-олово, подавляет рост проэвтектических дендритов β-олова (и, следовательно, увеличивает текучесть вблизи точки плавления эвтектики медь-олово), способствует появлению блестящей яркой поверхности после затвердевания, препятствует растрескиванию поверхности при охлаждении; такие сплавы называются «никель-модифицированными» или «никелевыми». Небольшие количества увеличивают текучесть расплава, в большинстве случаев на 0,06%. [22]Чтобы избежать проблем с патентами, можно использовать субоптимальные суммы. Уменьшение текучести увеличивает заполнение отверстий и уменьшает образование мостиков и сосулек.
  • Кобальт используется вместо никеля, чтобы избежать проблем с патентами при улучшении текучести. Не стабилизирует интерметаллидные образования в твердом сплаве.
  • Индий снижает температуру плавления и улучшает пластичность. В присутствии свинца он образует тройное соединение, которое претерпевает фазовый переход при 114 ° C. Очень высокая стоимость (в несколько раз больше серебра), низкая доступность. Легко окисляется, что вызывает проблемы при ремонте и переделке, особенно когда нельзя использовать флюс для удаления оксидов, например, во время присоединения кристалла GaAs. Сплавы индия используются для криогенных применений и для пайки золота, поскольку золото растворяется в индии гораздо меньше, чем в олове. Индий также может паять многие неметаллы (например, стекло, слюду, оксид алюминия, магнезию, диоксид титана, диоксид циркония., фарфор, кирпич, бетон, мрамор). Склонен к диффузии в полупроводники и вызывает нежелательное легирование. При повышенных температурах легко диффундирует через металлы. Низкое давление пара, подходит для использования в вакуумных системах. Образует с золотом хрупкие интерметаллиды; Припои с высоким содержанием индия на толстом золоте ненадежны. Индий-припои на основе склонны к коррозии, особенно в присутствии хлорида ионов. [23]
  • Свинец стоит недорого и обладает подходящими свойствами. Хуже смачивания, чем олово. Токсично, выводится из употребления. Замедляет рост усов олова, подавляет оловянных вредителей. Снижает растворимость меди и других металлов в олове.
  • Серебро обеспечивает механическую прочность, но его пластичность хуже, чем у свинца. В отсутствие свинца улучшает сопротивление усталости от термических циклов. При использовании припоев SnAg с выводами, покрытыми HASL-SnPb, образуется фаза SnPb 36 Ag 2 с температурой плавления 179 ° C, которая перемещается к границе раздела плата-припой, затвердевает последней и отделяется от платы. [17] Добавление серебра к олову значительно снижает растворимость серебряных покрытий в фазе олова. В эвтектическом сплаве олово-серебро (3,5% Ag) и подобных сплавах (например, SAC305) он имеет тенденцию к образованию пластинок Ag 3.Sn, который, если он образуется вблизи места высокого напряжения, может служить инициирующим участком для трещин и вызывать плохие характеристики удара и падения; содержание серебра должно быть ниже 3%, чтобы предотвратить такие проблемы. [21] Высокая подвижность ионов, имеет тенденцию мигрировать и образовывать короткие замыкания при высокой влажности под действием смещения постоянного тока. Способствует коррозии ванн с припоем, увеличивает образование окалины.
  • Олово - обычный основной конструкционный металл сплава. Обладает хорошей прочностью и смачиванием. Сам по себе он подвержен оловянным вредителям , оловянному плачу и росту оловянных усов . Легко растворяет серебро, золото и в меньшей, но все же значительной степени многие другие металлы, например медь; это особенно важно для богатых оловом сплавов с более высокими температурами плавления и оплавления.
  • Цинк снижает температуру плавления и стоит недорого. Однако он очень подвержен коррозии и окислению на воздухе, поэтому цинкосодержащие сплавы непригодны для некоторых целей, например для пайки волной припоя, а у цинксодержащих паяльных паст более короткий срок хранения, чем у не содержащих цинка. Может образовывать хрупкие интерметаллические слои Cu-Zn при контакте с медью. Легко окисляется, что ухудшает смачивание, требует подходящего флюса.
  • Германий в бессвинцовых припоях на основе олова влияет на образование оксидов; ниже 0,002% увеличивает образование оксидов. Оптимальная концентрация для подавления окисления составляет 0,005%. [24] Используется, например, в сплаве Sn100C. Запатентовано.
  • Редкоземельные элементы , добавленные в небольших количествах, улучшают структуру матрицы в сплавах олово-медь, отделяя примеси на границах зерен. Однако чрезмерное добавление приводит к образованию усов олова; это также приводит к образованию паразитных фаз редкоземельных элементов, которые легко окисляются и ухудшают свойства припоя. [19]
  • Фосфор используется как антиоксидант для подавления образования шлака. Уменьшает текучесть оловянно-медных сплавов.

Примеси [ править ]

Примеси обычно попадают в резервуар для припоя путем растворения металлов, присутствующих в паяемых узлах. Растворение технологического оборудования не является обычным явлением, поскольку обычно выбираются материалы, не растворяющиеся в припое. [25]

  • Алюминий  - малорастворимый, вызывает вялость припоя и тусклый песчаный вид из-за образования оксидов. Добавление сурьмы к припоям приводит к образованию интерметаллидов Al-Sb, которые выделяются в шлак . Способствует охрупчиванию.
  • Сурьма  - добавление намеренно, до 0,3% улучшает смачивание, большие количества медленно ухудшают смачивание. Повышает температуру плавления.
  • Мышьяк  - образует тонкие интерметаллиды с неблагоприятным воздействием на механические свойства, вызывает обезвоживание латунных поверхностей.
  • Кадмий  - вызывает вялость припоя, образует оксиды и тусклость.
  • Медь  - наиболее распространенный загрязнитель, образует игольчатые интерметаллиды, вызывает вялость припоев, зернистость сплавов, снижение смачивания
  • Золото  - легко растворяется, образует хрупкие интерметаллиды, загрязнение выше 0,5% вызывает вялость и снижает смачивание. Понижает температуру плавления припоев на основе олова. Сплавы с высоким содержанием олова могут поглощать больше золота без охрупчивания. [26]
  • Железо  - образует интерметаллиды, вызывает песчанистость, но скорость растворения очень низкая; легко растворяется в свинце-олове при температуре выше 427 ° C. [13]
  • Свинец  - вызывает проблемы с соответствием RoHS при уровне выше 0,1%.
  • Никель  - вызывает зернистость, очень мало растворим в Sn-Pb
  • Фосфор  - образует фосфиды олова и свинца , вызывает песчанистость и обезвоживание, присутствует при химическом никелировании.
  • Серебро  - часто добавляется намеренно, в больших количествах образует интерметаллиды, которые вызывают зернистость и образование прыщиков на поверхности припоя, что может привести к охрупчиванию.
  • Сера  - образует сульфиды свинца и олова , вызывает обезвоживание.
  • Цинк  - в расплаве образует избыточный шлак, в затвердевших соединениях быстро окисляется на поверхности; оксид цинка не растворяется во флюсах, что ухудшает ремонтопригодность; при пайке латуни могут понадобиться барьерные слои из меди и никеля, чтобы предотвратить миграцию цинка на поверхность; возможность охрупчивания

Обработка плат против накопления примесей в ванне для пайки волной:

  • HASL, бессвинцовый (уровень горячего воздуха): обычно практически чистое олово. Не загрязняет ванны с высоким содержанием олова.
  • HASL, этилированный: некоторое количество свинца растворяется в ванне
  • ENIG (иммерсионное золото, не содержащее никель): обычно 100-200 микродюймов никеля с 3-5 микродюймами золота сверху. Некоторое количество золота растворяется в ванне, но превышение пределов накопления редко.
  • Иммерсионное серебро: обычно 10–15 микродюймов серебра. Некоторое количество растворяется в ванне, превышение пределов накопления встречается редко.
  • Иммерсионное олово: не загрязняет ванны с высоким содержанием олова.
  • OSP (Органический консервант паяемости): обычно соединения класса имидазола, образующие тонкий слой на поверхности меди. Медь легко растворяется в ваннах с высоким содержанием олова. [27]

Поток [ редактировать ]

Электрический припой со встроенным полимерным сердечником, видимым как темное пятно на обрезанном конце припоя.
Основная статья: Флюс (металлургия)

Флюс - это восстановитель, предназначенный для восстановления (возврата окисленных металлов в их металлическое состояние) оксидов металлов в точках контакта с целью улучшения электрического соединения и механической прочности. Двумя основными типами флюсов являются кислотный флюс (иногда называемый «активным флюсом»), содержащий сильные кислоты, используемый для ремонта металлов и водопровода, и канифольный флюс (иногда называемый «пассивным флюсом»), используемый в электронике. Канифольный флюс проявляет множество «действий», примерно соответствующих скорости и эффективности органических кислотных компонентов канифоли в растворении металлических поверхностных оксидов и, следовательно, коррозионной активности остатков флюса.

Из-за опасений по поводу загрязнения атмосферы и утилизации опасных отходов электронная промышленность постепенно переходит от канифольного флюса к водорастворимому флюсу, который можно удалить с помощью деионизированной воды и моющего средства вместо углеводородных растворителей . Водорастворимые флюсы обычно более проводящие, чем традиционно используемые электрические / электронные флюсы, и поэтому имеют больший потенциал для электрического взаимодействия с цепью; вообще важно удалить их следы после пайки. Некоторые следы флюса канифольного типа также должны быть удалены, и по той же причине.

В отличие от использования традиционных стержней или спиральных проволок из цельнометаллического припоя и ручного нанесения флюса на соединяемые детали, во многих случаях ручной пайки с середины 20-го века использовался припой с флюсовым сердечником. Он изготавливается в виде спиральной проволоки припоя с одним или несколькими сплошными телами из неорганической кислоты или канифольного флюса, встроенными в нее по длине. По мере того, как припой плавится на стыке, он высвобождает флюс и его на нем.

Операция [ править ]

Поведение при затвердевании зависит от состава сплава. Чистые металлы затвердевают при определенной температуре, образуя кристаллы одной фазы. Эвтектические сплавы также затвердевают при одной температуре, при этом все компоненты выделяются одновременно в ходе так называемого совместного роста . Неэвтектические композиции при охлаждении начинают сначала осаждать неэвтектическую фазу; дендриты, когда это металл, большие кристаллы, когда это интерметаллическое соединение. Такая смесь твердых частиц в расплавленной эвтектике называется кашеобразным состоянием. Даже относительно небольшая доля твердых частиц в жидкости может значительно снизить ее текучесть. [28]

Температура полного затвердевания - это солидус сплава, температура, при которой все компоненты расплавлены, - это ликвидус.

Мягкое состояние желательно там, где степень пластичности полезна для создания соединения, позволяя заполнять большие зазоры или протирать соединение (например, при пайке труб). При ручной пайке электроники это может быть вредным, поскольку соединение может казаться затвердевшим, пока оно еще не застыло. Преждевременное обращение с таким соединением приводит к нарушению его внутренней структуры и нарушению механической целостности.

Интерметаллиды [ править ]

Многие различные интерметаллические соединения образуются во время затвердевания припоев и во время их реакции с припаянными поверхностями. [25] Интерметаллиды образуют отдельные фазы, обычно в виде включений в пластичной матрице твердого раствора, но также могут образовывать саму матрицу с металлическими включениями или образовывать кристаллическое вещество с различными интерметаллидами. Интерметаллиды часто бывают твердыми и хрупкими. Мелкодисперсные интерметаллиды в пластичной матрице дают твердый сплав, а грубая структура дает более мягкий сплав. Между металлом и припоем часто образуется ряд интерметаллидов, доля металла возрастает; например, формирование структуры Cu-Cu 3 Sn-Cu 6 Sn 5-Сн. Между припоем и припаянным материалом могут образовываться слои интерметаллидов. Эти слои могут вызвать снижение механической надежности и хрупкость, повышенное электрическое сопротивление или электромиграцию и образование пустот. Интерметаллический слой золото-олово является причиной плохой механической надежности покрытых оловом позолоченных поверхностей, на которых позолота не полностью растворяется в припое.

В формировании паяного соединения играют роль два процесса: взаимодействие между подложкой и расплавленным припоем и рост интерметаллических соединений в твердом состоянии. Основной металл растворяется в расплавленном припое в количестве, зависящем от его растворимости в припое. Активный компонент припоя реагирует с основным металлом со скоростью, зависящей от растворимости активных компонентов в основном металле. Твердотельные реакции являются более сложными - образование интерметаллидов можно предотвратить, изменив состав основного металла или припоя, или используя подходящий барьерный слой для предотвращения диффузии металлов. [29]

Некоторые примеры взаимодействия включают:

  • Золото и палладий легко растворяются в припоях. Медь и никель имеют тенденцию к образованию интерметаллических слоев при нормальной пайке профилей. Индий также образует интерметаллиды.
  • Интерметаллиды индий-золото хрупкие и занимают примерно в 4 раза больше объема, чем исходное золото. Соединительные провода особенно подвержены воздействию индия. Такой рост интерметаллидов вместе с термоциклированием может привести к выходу из строя соединительных проводов. [30]
  • Часто используется медь, покрытая никелем и золотом. Тонкий слой золота способствует хорошей паяемости никеля, так как защищает никель от окисления; слой должен быть достаточно тонким, чтобы быстро и полностью раствориться, чтобы никель не подвергался воздействию припоя. [16]
  • Слои свинцово-оловянного припоя на медных выводах могут образовывать интерметаллические слои медь-олово; тогда припой локально обеднен оловом и образует богатый свинцом слой. В этом случае интерметаллиды Sn-Cu могут подвергнуться окислению, что приведет к ухудшению паяемости. [31]
  • Cu 6 Sn 5  - обычно на границе раздела припой-медь, образуется преимущественно при наличии избытка олова; в присутствии никеля может образоваться соединение (Cu, Ni) 6 Sn 5 [19] [6]
  • Cu 3 Sn - часто встречается на границе раздела припой-медь, предпочтительно образуется, когда имеется избыток меди, более термостойкий, чем Cu 6 Sn 5 , часто присутствует, когда происходит пайка при более высоких температурах [19] [6]
  • Ni 3 Sn 4  - общий на границе раздела припой-никель [19] [6]
  • FeSn 2  - очень медленное образование
  • Ag 3 Sn - при более высокой концентрации серебра (более 3%) в олове образует пластинки, которые могут служить очагами зарождения трещин.
  • AuSn 4  - β-фаза - хрупкая, образуется при избытке олова. Вредно для свойств припоев на основе олова для позолоченных слоев.
  • AuIn 2  - образуется на границе между золотом и свинцово-индийским припоем, действует как барьер против дальнейшего растворения золота.
Матрица из интерметаллических припоев
БанкаВестиИндий
МедьCu 4 Sn, Cu 6 Sn 5 , Cu 3 Sn , Cu 3 Sn 8 [19]Cu 3 In, Cu 9 In 4
НикельNi 3 Sn, Ni 3 Sn 2 , Ni 3 Sn 4 NiSn 3Ni 3 In, NiIn Ni 2 In 3 , Ni 3 In 7
УтюгFeSn, FeSn 2
ИндийIn 3 Sn, InSn 4В 3 Пб-
СурьмаСбСн
ВисмутBiPb 3
СереброAg 6 Sn, Ag 3 SnAg 3 In, AgIn 2
ЗолотоAu 5 Sn , AuSn AuSn 2 , AuSn 4Au 2 Pb, AuPb 2AuIn, AuIn 2
ПалладийPd 3 Sn, Pd 2 Sn, Pd 3 Sn 2 , PdSn, PdSn 2 , PdSn 4Pd 3 In, Pd 2 In, PdIn Pd 2 In 3
ПлатинаPt 3 Sn, Pt 2 Sn, PtSn, Pt 2 Sn 3 , PtSn 2 , PtSn 4Pt 3 Pb, PtPb PtPb 4Pt 2 в 3 , PtIn 2 , Pt 3 в 7

Преформа [ править ]

Преформа - это предварительно изготовленная форма припоя, специально разработанная для того приложения, в котором она будет использоваться. Для изготовления преформ припоя используется множество методов, наиболее распространенными являются штамповки. Заготовка припоя может содержать припой, необходимый для процесса пайки. Это может быть внутренний флюс внутри заготовки припоя или внешний с покрытием заготовки припоя.

Подобные вещества [ править ]

Стеклянный припой используется для соединения стекол с другими стеклами, керамикой , металлами , полупроводниками , слюдой и другими материалами в процессе, называемом соединением стеклянной фриттой . Стеклянный припой должен течь и смачивать паяные поверхности значительно ниже температуры, при которой происходит деформация или разрушение любого из соединенных материалов или близлежащих структур (например, слоев металлизации на чипах или керамических подложках). Обычная температура достижения растекания и смачивания составляет от 450 до 550 ° C (от 840 до 1020 ° F).

См. Также [ править ]

  • Припой корпуса
  • RoHS
  • Паяемость
  • Паяльная маска
  • Усталость припоя

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b "припой" . Оксфордские словари .
  2. ^ Оксфордский американский словарь
  3. ^ Франк Оберг, Франклин Д. Джонс, Холбрук Л. Хортон, редакторы Генри Х. Райффеля. (1988) Справочник машинного оборудования, 23-е издание, Industrial Press Inc., стр. 1203. ISBN 0-8311-1200-X 
  4. ^ Ogunseitan, Оладеле A. (2007). «Польза для здоровья населения и окружающей среды от применения бессвинцовых припоев». Журнал Общества минералов, металлов и материалов . 59 (7): 12–17. Bibcode : 2007JOM .... 59g..12O . DOI : 10.1007 / s11837-007-0082-8 .
  5. ^ Харпер, Дуглас. «припой» . Интернет-словарь этимологии .
  6. ^ а б в г Нан Цзян (2019). «Вопросы надежности бессвинцовых паяных соединений в электронных устройствах» . Наука и технология перспективных материалов . 20 (1): 876–901. DOI : 10.1080 / 14686996.2019.1640072 . PMC 6735330 . PMID 31528239 .  
  7. ^ "Основная информация о оловянных усах" . nepp.nasa.gov . Проверено 27 марта 2018 года .
  8. ^ Крейг Хиллман; Грегг Киттлсен и Рэнди Шуэллер. «Новый (лучший) подход к уменьшению воздействия усов олова» (PDF) . Решения DFR . Проверено 23 октября 2013 года .
  9. ^ Свойства припоев . farnell.com.
  10. ^ «Кодекс США: Название 42. Общественное здоровье и благосостояние» (PDF) . govinfo.gov. п. 990.
  11. ^ HL Needleman; и другие. (1990). «Долгосрочные последствия воздействия низких доз свинца в детстве. Отчет о 11-летнем наблюдении». Медицинский журнал Новой Англии . 322 (2): 83–8. DOI : 10.1056 / NEJM199001113220203 . PMID 2294437 . 
  12. ^ Джозеф Р. Дэвис (2001). Легирование: понимание основ . ASM International. п. 538. ISBN 978-0-87170-744-4.
  13. ^ a b c Говард Х. Манко (2001). Припои и пайка: материалы, дизайн, производство и анализ для надежного соединения . McGraw-Hill Professional. п. 164. ISBN 978-0-07-134417-3.
  14. ↑ AC Tan (1989). Свинец в полупроводниковых приборах: пайка . World Scientific. п. 45. ISBN 978-9971-5-0679-7.
  15. ^ Мадхав Датта; Тэцуя Осака; Иоахим Вальтер Шульце (2005). Микроэлектронная упаковка . CRC Press. п. 196. ISBN. 978-0-415-31190-8.
  16. ^ a b Карл Дж. Путтлиц; Кэтлин А. Сталтер (2004). Справочник по технологии бессвинцовых припоев для микроэлектронных сборок . CRC Press. п. 541. ISBN. 978-0-8247-4870-8.
  17. ^ a b Санка Ганешан; Майкл Печт (2006). Бессвинцовая электроника . Вайли. п. 110. ISBN 978-0-471-78617-7.
  18. ^ Питер Biocca (19 апреля 2006). "Бессвинцовая ручная пайка - конец кошмарам" (PDF) . Кестер . Проверено 20 октября 2019 года .
  19. ^ Б с д е е г ч Мэн Чжао, Лян Чжан, Zhi-Quan Лю, Мин-Юэ Сюн и Lei Солнца (2019). «Структура и свойства бессвинцовых припоев Sn-Cu в корпусах электроники» . Наука и технология перспективных материалов . 20 (1): 421–444. DOI : 10.1080 / 14686996.2019.1591168 . PMC 6711112 . PMID 31489052 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  20. ^ Kaushish (2008). Производственные процессы . PHI Learning Pvt. ООО п. 378. ISBN 978-81-203-3352-9.
  21. ^ a b c King-Ning Tu (2007) Технология пайки - материалы, свойства и надежность . Springer. ISBN 978-0-387-38892-2 
  22. ^ "Текучесть Ni-модифицированного эвтектического бессвинцового припоя Sn-Cu" (PDF) . Проверено 7 сентября 2019 .
  23. ^ IR Walker (2011). Надежность в научных исследованиях: повышение надежности измерений, расчетов, оборудования и программного обеспечения . Издательство Кембриджского университета. С. 160–. ISBN 978-0-521-85770-3.
  24. ^ "Balver Zinn Desoxy RSN" (PDF) . balverzinn.com . Проверено 27 марта 2018 года .
  25. ^ a b Майкл Пехт (1993). Паяльные процессы и оборудование . Wiley-IEEE. п. 18. ISBN 978-0-471-59167-2.
  26. ^ «Выбор припоя для фотонной упаковки» . 2013-02-27 . Дата обращения 20 августа 2016 .
  27. ^ Техническое руководство SN100C® . floridacirtech.com
  28. ^ Кейт Суитман & Тетсеро Нисимура (2006). «Текучесть бессвинцового припоя Sn-Cu, модифицированного никелем» (PDF) . Nihon Улучшенный Co., Ltd .
  29. ^ DR Frear; Стив Берчетт; Гарольд С. Морган; Джон Х. Лау (1994). Механика межсоединений из припоя . Springer. п. 51. ISBN 978-0-442-01505-3.
  30. ^ Индиевый припой, инкапсулирующий золотой соединительный провод, приводит к хрупким соединениям золота и индия и к ненадежному состоянию, которое приводит к разрыву межсоединений проводов . Консультации GSFC NASA]. (PDF). Проверено 9 марта 2019.
  31. Перейти ↑ Jennie S. Hwang (1996). Современные технологии пайки для конкурентоспособного производства электроники . McGraw-Hill Professional. п. 397. ISBN. 978-0-07-031749-9.

Внешние ссылки [ править ]

  • «Припой»  . Encyclopdia Britannica . 25 (11-е изд.). 1911. с. 374.
  • Фазовые диаграммы различных типов припоев