3.Физико-химическое основы процесса пайки.

Пайка - процесс соедине­ния мат-лов в твердом состоянии путем введения в зазор легкоплавкого м-лла — припоя, взаимодействую­щего с основными материалами и об­разующего жидкую металлич.про­слойку, кристаллизация к-рой при­водит к образованию паяного шва. Из определения следует, что:

• происх при температу­рах, меньших т.плавления мат-лов, что умен.их перегрев;

• можно соед. металли­ч и неметаллич ма­т-лов;

• в зоне контакта дб промежут.слой из припоя и продуктов его вз-вия с мат-лами.

Для образования качественного пая­ного соединения необх: 1)подго­товить поверхности соединяемых де­талей; 2)активировать материалы и при­пой; 3)удалить оксидные пленки в зоне контакта; 4)обеспечить взаимодействие на межфазной границе раздела; 5)соз­дать условия для кристаллизации жид­кой металлической прослойки.

Подготовка включает механическую (с пом.режущего инструмента), хими­ческую (травление щёлочью,промывка в органических растворителях-спирт,бензин и т д)или электрохимическую очи­стки а также нанесение покрытий, улучшающих условия пайки или по­вышающих прочность и коррозион­ную стойкость паяных соединений.

Способы тепловой активации паяемых поверхностей:

1)Теплопроводностью (паяльник, расплав припоя, нагретая жидкость). При пайке паяль­ником нагрев осущ. за счет тепло­проводности паяльного жала.

2)Конвекцией (газоплазменный, нагретым газом, парами жидкости). При газопламенном нагреве пламя горелки является конвективным теплообменным источником нагрева.

3)Излучением (ЭМИ ВЧ и СВЧ, ИК-излучением, лазерным лучом). При ВЧ в деталях индуцируются токи, которые проходят главным образом в поверх­ностном слое и разогрева­ют детали до необходимой температу­ры. ИК-излучение - для бесконтактного нагрева деталей в разл. средах: на возду­хе, в контролируемой атмосфере, в ва­кууме. Достоинства пайки ИК- бесконтактный подвод энергии к деталям, точную регулировку времени и температуры нагрева, локальность нагрева в зоне пайки. Недостатки— затруднение при флюсовой пайке, отсутствие серийно выпускаемого оборудования.

В обычном состоянии поверхность металлов покрыта оксидными пленками. Удаление оксидных пленок в процессе пайки является необходимым условием получения качест­венных паяных соединений. Виды:

-диссоциацией,всстановлением -механический(абразивом, трением)

Механическое удаление – их разрушение с пом. режущего или абразивного инструмента. Недостатки— низкая производительность, неравномерность удаления оксидных пленок, загрязнение припоя частицами абразива.

-флюсовый (жидким флюсом, самофлюсованием) Самый распространенный - флюсование. (очищает пов-ть ме­талла от оксидов; уменьшить поверх­н.натяжение припоя и угол сма­чивания).

-физический (ультразвуковой,плазмохимический, ионным лучом)

Ультразвуковое - введение упругих механич.колебаний частотой 18—45 кГц в расплавленный припой и создании в нем кавитации(возникновения, развития и захлопы­вания газовых полостей в жидкой сре­де.), а также ряда сопутствующих явлений: звуко­вого давления, микро- и макропото­ков. С помощью УЗ-металлизации удается соединять непаяемые материалы— керамику, стекло, ферриты и др.

Плазмохимический сп-б - воздействие ионного луча на поверхность металла приводит к испарению оксидной пленки в зоне обработки. Недостаток является необходимость высокого вакуума, сложного технологического оборудования, что ограничивает применение метода.

Основными особенностями кри­сталлизации при пайке являются:

• неравновесность пр-сса, что => к выде­лению в паяном шве тугоплавких фаз повы­шенной хрупкости;

• влияние основного металла, которое проявл. в эпитаксиально-ориентированной кристаллизации зерен припоя вблизи пов-ти основ­ного металла;

• появление зональных неоднородностей, дендритных обра­зований

• зависимость характера кристаллиза­ции от объема припоя в зазоре.

Конечная структура и состав паяного соединения зависят от природы взаи­модействующих металлов, их химиче­ского сродства, времени и температу­ры пайки. Различают следующие спаи:

• Бездиффузионный (не уда­ется обнаружить зоны диффузии)

• растворно-диффузионный(твердые растворы или промежуточ­ные фазы)

• контактно-реакционный, при контакте металла с полупроводником;