Реферат: Физико-химические основы процесса пайки

,

где D ₀ — коэффициент, зависящий от типа кристаллической решетки; Q — энергия активации диффузии; R — универсальная газовая постоянная: R = 8,31 кДж/(кмоль·град); Т — абсолютная температура.

Для практических целей решение второго уравнения Фика имеет вид

,

где С_х — концентрация диффундирующего вещества на глубине x от поверхности; С ₀ — концентрация элемента на поверхности; Ф — интеграл функции ошибок Гаусса.

На скорость процесса диффузии помимо температуры оказывает влияние состояние металла. Наклеп, сопровождающийся искажением кристаллической решетки и появлением вакансий, увеличивает диффузию по границам зерен и вдоль дислокации, что приводит к увеличению диффузионной зоны. Диффузионные процессы при пайке позволяют увеличить механическую прочность соединений, однако образование интерметаллидных соединений в спае типа Cu₃ Sn, AuSn₂ при глубокой взаимной диффузии компонентов вызывает снижение прочности паяных соединений.

Процесс кристаллизации при пайке сопровождается затвердеванием жидкой металлической прослойки расплавленного металла, находящегося в зазоре.

Основными особенностями кристаллизации при пайке являются:

· неравновесность процесса, т. е. отсутствие выравнивания состава в жидкой фазе, что приводит к выделению в паяном шве наряду с легкоплавкими тугоплавких фаз повышенной хрупкости;

· влияние основного металла, которое проявляется в эпитаксиально-ориентированной кристаллизации зерен припоя вблизи поверхности основного металла;

· ярко выраженная ликвация в паяном шве — появление зональных неоднородностей, дендритных образований, отличающихся меньшей прочностью;

· зависимость характера кристаллизации от объема припоя в зазоре.

Для получения надежных паяных соединений применяют эвтектические припои с узкой зоной кристаллизации, а также уменьшают время кристаллизации, что способствует получению мелкозернистой структуры спая. В результате физико-химического взаимодействия припоя и основного металла образуется паяное соединение с определенной структурой. Паянный шов включает зону сплавления (припой) и образовавшиеся диффузионные зоны на границе между припоем и основным металлом (рис. 11.).

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

· бездиффузионный , в котором существующими методами анализа не удается обнаружить зоны диффузии; такой спай образуется между металлами со слабым химическим сродством, низким коэффициентом взаимной диффузии, малым временем пайки и ограниченной температурой (например, соединение Fe—Sn);

· растворно-диффузионный , в котором реагирующие компоненты образуют твердые растворы или промежуточные фазы (интерметаллиды, например Au—Sn, Ag—Sn и др.);

· контактно-реакционный , который возникает при контакте металла с полупроводником; в результате образуется эвтектический сплав с низкой температурой плавления (Au—Si).

1,5  соединяемые детали; 2,4  зоны диффузии; 3  припой

рис. 11. Структура паяного соединения

ЛИТЕРАТУРА

1. Гелль П.П., Иванов-Есипович Н.К. Конструирование и микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. - Спб.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд. - 2004. - 536 с.

2. Технология поверхностного монтажа: Учеб. пособие / Кундас С.П., Достанко А.П., Ануфриев Л.П. и др. – Мн.: «Армита - Маркетинг, Менеджмент», 2000.

3. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ А.П. Достанко, В.Л.Ланин, А.А. Хмыль, Л.П. Ануфриев; Под общ. ред. А.П. Достанко. – Мн.: Выш. шк., 2002