Припой

редактировать
Паяное соединение, используемое для прикрепления провода к контакту компонента на задней панели печатной платы Катушка с припоем диаметром 1,6 мм

Припой (, или в Северной Америке ) плавкий металл сплав, используемый для создания прочного соединения 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) и обычно используется в электронике, сантехнике. и работы с листовым металлом. Сплавы, плавящиеся при температуре от 180 до 190 ° C (от 360 до 370 ° F; от 450 до 460 K), являются наиболее часто используемыми. Пайка, выполняемая с использованием сплавов с температурой плавления выше 450 ° C (840 ° F; 720 K), называется «твердой пайкой», «серебряной пайкой» или пайкой.

В определенных пропорциях некоторые сплавы эвтектика - то есть температура плавления сплава является самой низкой из возможных для смеси этих компонентов и совпадает с точкой замерзания. Неэвтектические сплавы могут иметь заметно разные температуры солидуса и ликвидуса, 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 находится 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, в результате чего получается так называемый «протертый стык».

Для электротехнических и электронных работ доступна паяльная проволока различной толщины для ручной пайки (ручная пайка выполняется с помощью паяльника или паяльника ), и с сердечниками, содержащими флюс. Он также доступен в виде пасты при комнатной температуре, в виде предварительно отформованной фольги, форма которой соответствует заготовке, которая может быть более подходящей для механизированного массового производства, или в виде небольших "язычков", которые можно обернуть вокруг стыка и плавится пламенем там, где утюг непригоден или недоступен, 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 все шире из-за нормативных требований, а также преимуществ для здоровья и окружающей среды от отказа от электронных компонентов на основе свинца. Сегодня они почти исключительно используются в бытовой электронике.

Сантехники часто используют прутки припоя, намного толще провода, используемого 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.

Содержание

  • 1 Этимология
  • 2 Состав
    • 2.1 На основе свинца
    • 2.2 Без свинца
    • 2.3 Твердый припой
    • 2.4 Сплавы
    • 2.5 Примеси
  • 3 Флюс
  • 4 Эксплуатация
    • 4.1 Интерметаллиды
  • 5 Преформа
  • 6 Подобные вещества
  • 7 См. Также
  • 8 Ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Этимология

Слово «припой» происходит от среднеанглийского слова soudur, через старофранцузского solduree и soulder, от латинского solidare, что означает «делать твердый».

Состав

Припой на основе свинца

Sn60Pb40

Олово - свинец (Sn-Pb), также называемые мягкими припоями, коммерчески доступны с концентрацией олова от 5 % и 70% по весу. Чем выше концентрация олова, тем больше у припоя растяжение и прочность на сдвиг. Исторически сложилось так, что свинец смягчает образование усов олова, хотя точный механизм этого неизвестен. Сегодня для решения этой проблемы используется множество методов, включая изменения в процессе отжига (нагрев и охлаждение), добавление таких элементов, как медь и никель, и нанесение защитных покрытий. Сплавы, обычно используемые для электрической пайки, - это 60/40 Sn-Pb, который плавится при 188 ° C (370 ° F), и 63/37 Sn-Pb, используемый в основном в электрических / электронных работах. Эта смесь является эвтектическим сплавом этих металлов, который:

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

В Соединенных Штатах с 1974 года свинец запрещен в припое и флюсе в водопроводных системах для питьевой воды в соответствии с Закон о безопасной питьевой воде (SDWA). 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 значимость отравления свинцом стала полностью осознаваться, свинцовый припой все еще использовался до 1980-х годов, поскольку считалось, что количество свинца, которое может выщелачиваться в воду из припоя было незначительно от правильно спаянного соединения. Электрохимическая пара меди и свинца способствует коррозии свинца и олова. Олово же защищено нерастворимым оксидом. Поскольку было обнаружено, что даже небольшое количество свинца вредно для здоровья как мощный нейротоксин, свинец в водопроводном припое был заменен на серебро (для пищевых продуктов) или сурьма, с частым добавлением меди, и увеличили долю олова (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, поскольку диапазон обрабатываемости может быть обеспечен более дешевым сплавом с высоким содержанием свинца.

Свинцово-оловянные припои легко растворяют золотое покрытие и образуют хрупкие интерметаллиды. 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.

Свинец и до некоторой степени олово, используемые в припое, содержат небольшие но значительные количества радиоизотопных примесей. Радиоизотопы, подвергающиеся альфа-распаду, вызывают беспокойство из-за их склонности вызывать мягкие ошибки. Полоний-210 особенно проблематичен; lead-210 бета-распад до висмут-210, который затем бета-распад до полония-210, интенсивного излучателя альфа-частиц. Уран-238 и торий-232 - другие важные загрязнители сплавов свинца.

Бессвинцовый

припой из чистого олова Пайка медных труб с использованием пропановой горелки и бессвинцового припоя

Директива Европейского Союза об отходах электрического и электронного оборудования (WEEE) и Директива об ограничении содержания опасных веществ (RoHS) были приняты в начале 2003 г. и вступили в силу 1 июля 2006 г., ограничив включение свинца в большинство бытовой электроники, продаваемой в ЕС, и оказали 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 другие металлы. Большинство бессвинцовых заменителей обычных припоев 60/40 и 63/37 Sn-Pb имеют температуры плавления на 50–200 ° C выше, хотя есть также припои с гораздо более низкими температурами плавления. Бессвинцовый припой обычно требует около 2% флюса по массе для адекватной смачивающей способности.

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

Бессвинцовый припой может быть менее желательным для критических применений, таких как аэрокосмическая и медицинские проекты, поскольку его свойства менее изучены.

Припои олово-серебро-медь (Sn-Ag-Cu, или «SAC») используются двумя третями японских производителей для пайки оплавлением и волной пайки, и примерно на 75%. предприятий по ручной пайке. 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). Тройное эвтектическое поведение Sn-Ag-Cu и его применение для сборки электроники было обнаружено (и запатентовано) группой исследователей из Лаборатории Эймса, Университета штата Айова и из Сандианские национальные лаборатории - 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.

Твердый припой

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

В ювелирном деле или производстве ювелирных изделий используются специальные твердые припои, которые проходят пробу. Они содержат большую долю паяемого металла, и свинец в этих сплавах не используется. Эти припои различаются по твердости, обозначаются как «эмалированные», «твердые», «средние» и «легкие». Эмалированный припой имеет высокую температуру плавления, близкую к температуре плавления самого материала, что предотвращает распайку соединения припоя 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

Различные элементы играют разные роли в припое:

  • Сурьма добавляется для увеличения прочности, не влияя на смачиваемость. Предотвращает появление оловянных вредителей. Следует избегать использования цинка, кадмия или гальванизированных металлов, так как получаемое соединение является хрупким.
  • Висмут значительно снижает температуру плавления и улучшает смачиваемость. В присутствии достаточного количества свинца и олова висмут образует кристаллы Sn 16Pb32Bi52с 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 отслаиваться под нагрузкой, если припаяна висмутсодержащим припоем. Такие стыки также склонны к растрескиванию. Сплавы с более чем 47% Bi расширяются при охлаждении, что может быть использовано для компенсации напряжений несоответствия теплового расширения. Замедляет рост усов олова. Относительно дорого, ограниченная доступность.
  • Медь улучшает сопротивление усталости при термическом цикле и улучшает свойства смачивания 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 чипов BGA, например Так как Sn 94Ag3Cu3.
  • Никель может быть добавлен в припой для образования перенасыщенного раствора, препятствующего растворению тонкопленочной металлизации под выступом. В сплавах олово-медь небольшая добавка Ni (<0.5 wt%) inhibits the formation of voids and interdiffusion of Cu and Sn elements. Inhibits copper dissolution, even more in synergy with bismuth. Nickel presence stabilizes the copper-tin intermetallics, inhibits growth of pro-eutectic β-tin dendrites (and therefore increases fluidity near the melting point of copper-tin eutectic), promotes shiny bright surface after solidification, inhibits surface cracking at cooling; such alloys are called "nickel-modified" or "nickel-stabilized". Small amounts increase melt fluidity, most at 0.06%. Suboptimal amounts may be used to avoid patent issues. Fluidity reduction increase hole filling and mitigates bridging and icicles.
  • Кобальт используется вместо никеля, чтобы избежать проблем с патентами при улучшении текучести. Не стабилизирует интерметаллические образования в твердом сплаве.
  • Индий снижает плавление точки 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 оксид -удаление флюса нельзя использовать, например, во время присоединения кристалла GaAs. Сплавы индия используются для криогенных применений и для пайки золота, поскольку золото растворяется в индии намного меньше, чем в олове. магнезия, диоксид титана, диоксид циркония, фарфор, кирпич, бетон и 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 brittl. е интерметаллиды с золотом; Припои с высоким содержанием индия на толстом золоте ненадежны. Припои на основе индия склонны к коррозии, особенно в присутствии ионов хлорида.
  • 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 имеет худшую пластичность, чем свинец. В отсутствие свинца улучшает сопротивление усталости от термических циклов. При использовании припоев SnAg с выводами, покрытыми HASL-SnPb, образуется фаза SnPb 36Ag2с температурой плавления 179 ° C, которая перемещается к границе раздела плата-припой, затвердевает последней и отделяется от платы. 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 из Ag 3 Sn, которые, если они образуются рядом с местом высокого напряжения, могут служить инициирующими центрами. на трещины и плохие характеристики удара и падения; содержание серебра должно быть ниже 3%, чтобы предотвратить такие проблемы. 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 является обычным основным конструкционным металлом сплава. Обладает хорошей прочностью и смачиванием. Сам по себе он склонен к оловянным вредителям, tin cry и росту усов олова. 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 является недорогим. Однако он очень подвержен коррозии и окислению на воздухе, поэтому цинкосодержащие сплавы не подходят для некоторых целей, например пайка волной припоя и цинкосодержащие паяльные пасты имеют более короткий срок хранения, чем не содержащие 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%. Используется, например, в Сплав Sn100C. Запатентовано.
  • Редкоземельные элементы при добавлении 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.
  • Фосфор используется в качестве антиоксиданта для предотвращения образования шлака. Уменьшает текучесть сплавов олово-медь.

Примеси

Примеси обычно попадают в резервуар для припоя при растворении металлов, присутствующих в паяемых узлах. Растворение технологического оборудования не является обычным явлением, так как материалы обычно выбираются так, чтобы они не растворялись в припое.

  • Алюминий - низкая растворимость, вызывает вялость припоя и тусклый песчаный вид из-за образования оксидов. Добавление сурьмы к припоям приводит к образованию интерметаллидов Al-Sb, которые выделяются в дросс. Способствует охрупчиванию.
  • Сурьма - добавлена ​​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 потускнение
  • 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.
  • Железо - образует интерметаллиды, вызывает песчанистость, но скорость растворения очень низкая; легко растворяется в свинце-олове при температуре выше 427 ° C.
  • Свинец - вызывает проблемы с соблюдением требований RoHS при более чем 0,1%.
  • Никель - вызывает песчанистость, очень низкую растворимость в Sn-Pb
  • Фосфор - образует олово и свинец фосфиды, вызывает зернистость и обезвоживание, присутствует при нанесении химического никелирования
  • Серебро - часто добавляется намеренно, в больших количествах образует интерметаллиды, вызывающие песчанистость и образование прыщей на поверхности припоя имеется возможность охрупчивания
  • Сера - образует сульфиды свинца и олова , вызывает обезвоживание
  • Цинк - в расплаве образует избыточный шлак, в затвердевших соединениях быстро окисляется на поверхность; 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 по сравнению с накоплением примесей в ванне для пайки волной:

  • HASL, без свинца (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 никеля): обычно 100-200 микродюймов никеля с 3-5 микродюймами золота сверху. Некоторое количество золота растворяется в ванне, но его накопление редко.
  • Иммерсионное серебро: обычно 10–15 микродюймов серебра. Некоторое количество растворяется в ванне, редко превышают пределы накопления.
  • Иммерсионное олово: не загрязняет ванны с высоким содержанием олова.
  • OSP (органический консервант паяемости): обычно соединения класса имидазола, образующие тонкий слой на медной поверхности. Медь легко растворяется в ваннах с высоким содержанием олова.

Флюс

Электрический припой со встроенным полимерным сердечником, видимым как темное пятно на обрезанном конце припоя.

Флюс - это восстановитель, предназначенный для помощи восстановлению (возвращению окисленных металлов в их металлическое состояние) оксидов металлов в точках контакта для 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 флюс канифоль (иногда называемый «пассивный флюс»), 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 деионизированная вода и детергент 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 проводов из цельнометаллического припоя и ручного нанесения флюса на соединяемые детали, во многих случаях ручной пайки с середины 20 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.

Эксплуатация

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 т.н. 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 мягким состоянием. Даже относительно небольшая доля твердых веществ в жидкости может значительно снизить ее текучесть.

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

Мягкое состояние желательно, когда степень пластичности благоприятна 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

Многие различные интерметаллические соединения образуются во время затвердевания припоев и во время их реакций с припаянными поверхностями. Интерметаллиды образуют отдельные фазы, обычно как включения в пластичной матрице твердого раствора, но также могут образовывать саму матрицу с включениями металлов 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 образуя структуру Cu-Cu 3 Sn-Cu 6Sn5-Sn. 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.

Некоторые примеры взаимодействий 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.
  • 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 обнаженный никель подвергался воздействию припоя.
  • Слои свинцово-оловянного припоя на медных выводах могут образовывать интерметаллические слои медь-олово; тогда припой локально обеднен оловом и образует богатый свинцом слой. Затем интерметаллиды Sn-Cu могут подвергаться окислению, что приводит к ухудшению паяемости.
  • Cu6Sn5- обычно на границе раздела припой-медь, предпочтительно образуется, когда имеется избыток олова; в присутствии никеля может образовываться соединение (Cu, Ni) 6Sn5
  • Cu3Sn - обычное на границе раздела припой-медь, образуется предпочтительно, когда имеется избыток меди, более термически стабильно, чем Cu 6Sn5, часто присутствует, когда произошла высокотемпературная пайка
  • Ni3Sn4- обычно на границе никель-припой
  • FeSn 2 - очень медленное образование
  • Ag3Sn - при более высокой концентрации серебра (более 3%) в олове образует пластинки, которые могут служить местами зарождения трещин.
  • AuSn 4 - β-фаза - хрупкая, образуется при избытке олова. Вредит свойствам 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 интерметаллических припоев
Олово Свинец Индий
Медь Cu4Sn, Cu6Sn5, Cu3Sn, Cu 3Sn8Cu3In, Cu 9In4
Никель Ni3Sn, Ni 3Sn2, Ni3Sn4NiSn 3Ni3In, NiIn Ni 2In3, Ni 3In7
Железо FeSn, FeSn 2
Индий In3Sn, InSn 4In3Pb
Сурьма SbSn
Висмут BiPb 3
Серебро Ag6Sn, Ag 3SnAg3In, AgIn 2
Золото Au5Sn, AuSn AuSn 2, AuSn 4Au2Pb, AuPb 2AuIn, AuIn 2
Палладий Pd3Sn, Pd 2 Sn, Pd 3Sn2, PdSn, PdSn 2, PdSn 4Pd3In, Pd 2 In, PdIn Pd 2In3
Платина Pt3Sn, Pt 2 Sn, PtSn, Pt 2Sn3, PtSn 2, PtSn 4Pt3Pb, PtPb PtPb 4Pt2In3, PtIn 2, Pt 3In7

Преформа

Преформа - это заранее изготовленная форма припоя, специально разработанная для применения, 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

Стеклянный припой используется для соединения стекол с другими стеклами, керамикой, металлами, полупроводники, слюда и другие материалы в процессе, называемом склеиванием 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

Ссылки

Внешние ссылки

На сайте Wikimedia Commons есть материалы относится к Пайка.
Последняя правка сделана 2021-06-08 08:50:57
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте