Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
А.Медведев Сборка и монтаж электронных устройст...doc
Скачиваний:
283
Добавлен:
14.11.2019
Размер:
6.54 Mб
Скачать

2.5.4. Растворение покрытий

В результате растворения основного металла расплавленным припоем при пайке паяное соединение может быть насыщено этими посторонними для них металлами и отдельными образованиями, которые могут содержать значительное количество частиц интерметаллических соединений, образованных этими металлами. Очень часто поверхность паяного соединения может выглядеть «песчаной» вследствие наличия на поверхности этих частиц. В случае чрезмерного растворения покрытий выводов и контактных площадок печатных плат поверхность может быть полностью разрушена для смачивания припоем. Разрушение покрытий при пайке может быть вызвано: 1) большой скоростью растворения припоем; 2) слишком тонкой металлизацией; 3) высокой активностью флюса; 4) высокой температурой пайки; 5) продолжительным временем пребывания при температуре, превышающей температуру ликвидуса припоя, при пайке.

На рис. 2.20 показано растворение металлов в припое Sn60/Pb40 [4]. Скорость растворения убывает в следующем порядке: Sn > 5Au > Ag > Си > Pd > Ni. Теоретически проблема высокой скорости растворения некоторых металлов может быть уменьшена путем замены их на покрытия с меньшей скоростью растворения. Одно из решений, используемых на практике, — это использование многослойных покрытий, например иммерсионного золота поверх химически осажденного никеля. Здесь слой золота представляет собой тонкую пленку (0,1 мкм) и служит в качестве защитного слоя от окисления никеля, в то время как слой никеля имеет толщину 5...6 мкм и служит в качестве барьера между медью и припоем, предотвращая ее растворимость, и в качестве диффузионного барьера, предотвращая образование интерметаллоидов типа SnxCuy. При пайке по покрытию Иммерсионное золото/Химникель тонкий слой золота полностью растворяется в припое за доли секунды, создавая возможность образования металлургических связей между припоем и свободным от оксидов никелем.

Другие химически и гальванически осажденные покрытия благородными металлами на подслой никеля могут быть более толстыми, чем иммерсионные, и за счет этого обеспечивать большую устойчивость процессов пайки.

При пайке металлизированных керамических оснований ГИС или микросборок даже незначительное растворение тонких покрытий может привести к его полному отсутствию на основании, приводя, таким образом, к отслоению паек.

Проблемы высокой скорости растворения покрытий можно решить, если заранее легировать припои металлом покрытий. Например, растворение серебра припоем олово-свинец значительно уменьшается после добавления в припой незначительного количества серебра. Однако такой подход не может быть применен при пайке по золотому покрытию. Легирование системы олово-свинец золотом приведет к образованию слишком большого количества интерметаллического соединения AuSn4, припой превратится в вязкую жидкость, что послужит причиной неудовлетворительного смачивания.

Растворение металлов в расплавленном припое часто усугубляется при использовании активных флюсов. Флюсы с большей активностью быстрее удаляют оксиды металлов, таким образом, они создают условия образования более раннего непосредственного контакта между расплавленным припоем и покрытием и, следовательно, этот контакт будет более продолжительным, а значит и более разрушительным. При неизменном температурном профиле пайки большее время контакта расплавленного припоя с покрытием будет означать большую степень растворения.

Высокая температура процесса и продолжительное время пребывания при температуре, превышающей температуру ликвидуса припоя, способствуют ускорению процессов растворения покрытий. Например, скорость растворения золота припоем Sn60/Pb40 может увеличиться в 1,5 раза, когда время пребывания при температуре, превышающей температуру ликвидуса припоя, увеличивается с 60 до 90 секунд, и увеличится почти в 3 раза, когда температура пайки повышается с 205 до 235 °С.

Перечень мер, способствующих уменьшению растворения покрытий, включает в себя: 1) использование финишных покрытий с меньшей скоростью растворения; 2) легирование покрытий элементом с меньшей скоростью растворения; 3) легирование припоя металлом покрытий; 4) использование флюса с меньшей активностью; 5) предотвращение перегрева паек.