Propojování v elektronice – elektrické spoje a jejich realizace (6)
Doc. Ing. Ivan Szendiuch, CSc., Fellow IMAPS Vysoké Učení Technické v Brně, FEKT, ÚMEL e-mail:
[email protected]
Obsah 1.Úvod 2. Pájení a pájecí procesy 3. Pájky a pájecí pasty 4. Tavidla 5. Elektricky vodivá lepidla 6. Jakost pájených spojů 7. Závěr
Úvod - požadavky na elektrické spoje Elektrický spoj musí splňovat následující hlavní kritéria: Musí být technologicky (chemicky) slučitelný Musí být rozměrově úměrný Musí zachovávat integritu signálu (neovlivňovat) - vykazovat minimální ztráty - splňovat požadavky kladené z hlediska elektrického odporu, indukčnosti, kapacity, stínění a další Musí splňovat požadavky na mechanické vlastnosti Musí být ekologicky akceptovatelný
Úvod - provedení elektrických spojů Metalurgické spoje: Svařování (tavné nebo tlakové) – vznik nových meziatomových vazeb na základě vytvořených termodynamických podmínek (teplota a tlak)
Pájení (měkké pájení pro spoje, tvrdé pájení pro pouzdra) – spojování materiálů pomocí pájky, která má nižší teplotu tavení než spojované materiály
K metalurgickým spojům v elektronice patří spoje realizované buď kontaktováním spojovaných částí mikrospoji hlavně pro připojování polovodičových čipů (termokomprese, ultrazvuk nebo kombinace obou) nebo pájením (převážně měkkými pájkami).
Lepené spoje: Lepení (lepení čipů a pouzder, elektricky vodivé a nevodivé spoje, materiály pro
odvod tepla). Lepené spoje jsou tvořeny lepidly s vodivými částicemi kovů, které jsou obsaženy v nosiči – pryskyřici, která po vytvrzení umožní vytvoření vodivého kovového řetězce.
Mechanické spoje:
K mechanickým spojům patří především konektory, kde spojení je zajišťováno pomocí různých typů pérových, kolíkových nebo nožových kontaktů jež se dotýkají pod tlakem, nebo svorky, u nichž je tlak vyvolán např. šroubem nebo jiným sevřením.
Úvod – metalurgické spoje – pájené vs. svařované Pájení je využíváno v elektrotechnice především pro vytváření elektrických spojů (měkké pájení), ale také pro realizaci kontaktů a pouzdření (tvrdé pájení)
Výhody pájení oproti svařování:
Lze spojovat nesourodé materiály Lze spojovat nesvařitelné materiály Nedochází k natavení základního materiálu Spojování probíhá za teploty nižší než je teplota tavení pájeného materiálu Pájení může probíhat u několika spojů najednou Vizuálně lepší vzhled než u svarů – není nutno dále obrábět Nedochází ke změnám struktury základního materiálu Pájka vyplní celý průřez spoje najednou Plynulý přechod mezi pájenými dílci Nižší kvalifikační nároky zvláště při pájení v peci a na pájecích automatech 5
Úvod – lepené spoje jako alternativa k pájení
Vodivé lepidla jsou určena pro technologii vytváření vodivého spojení, jako alternativa k pájeným spojům. V současnosti jsou užívána pro speciální aplikace (např. pro výrobu LCD displejů, kontakty tepelných fólií apod.). Elektricky vodiva lepidla (Electrically Conductive Adhesives - ECAs) tvoří vedle pájek, druhou skupinou ekologických materiálů pro vytváření spojů v elektronice. Ve srovnání s pájkami však mají nižší spolehlivost a horší mechanické vlastnosti, a také vyšší cenu.
Úvod – mechanické spoje - konektory Opakování - připomenutí Úroveň pouzdření 1 1,5 2 3 4 5
Definice Spojení čipu se substrátem pouzdra nebo s jeho vývody Přímé spojení čipu se základní deskou (COB a DCA), nebo s HIO, MCM apod. Spojení pouzder nebo modulů se základní deskou (kartou) Spojení jednotlivých karet s hlavní systémovou deskou Spojení mezi jednotlivými systémovými deskami v systémové skříni Spojení různých systémových skříní kabeláží
Pro propojování na 3. (2.) až 6. úrovni se užívá širokého spektra různých konektorů. Jsou to součástky, kterými se realizují zásuvné spoje a liší se řadou parametrů:
počtem vodičů, jejichž propojení zajišťují tím, zda jsou určeny k montáži na desku (panel) nebo kabel povoleným proudovým zatížením kontaktů odporem kontaktů impedancí kontaktů a jejich kapacitou a indukčností stíněním kontaktů provedením podle montážní technologie, pro kterou jsou určeny (THT, SMT) prostředím, ve kterém může konektor pracovat rozměry a polohou, ve které jsou provozovány.
Úvod - typy konektorů dle určení
Konektory pro napájení
Konektory pro standardní sériový a paralelní přenos dat a konektory SCSI (Small Computer Systém Interface)
Konektory pro komponenty PC (HDD, FDD …)
Konektory USB (Universal Seriál Bus) a Firewire
Konektory pro počítačové sítě
Konektory pro audio a video
Konektory anténní
Konektory pro PC video
Úvod – Normy – nutno respektovat
ČSN ISO 857 (050001) Metody svařování, tvrdého a měkkého pájení – Slovník
ČSN EN ISO 10564 (050045) Materiály pro měkké a tvrdé pájení - Metody pro vzorkování měkkých pájek pro analýzu
ČSN EN ISO 9453 (055605) Slitiny pro měkké pájení - Chemické složení a tvary
ČSN EN 1044 Tvrdé pájení - Tavidla pro tvrdé pájení - Klasifikace a technické dodací podmínky Od ledna 2011 platí nová norma ČSN EN ISO 17672 Tvrdé pájení – Pájky
ČSN EN 1045 Tvrdé pájení - Tavidla pro tvrdé pájení - Klasifikace a technické dodací podmínky
2002/95/EC (RoHS)
IPC-A-610D
Od 1. července 2006 nesmí žádný produkt prodávaný v EU obsahovat tyto látky: Olovo, Rtuť, Kadmium, Hexavalentní chrom, PBB a PBDE samozhášecí přísady ….. a další materiály ….. ale ….. výjímky, kontrola ? PBB – polybrominated biphenyl PBDE – polybrominated difenyl ether
1.Úvod 2. Pájení a pájecí procesy 3. Pájky a pájecí pasty 4. Tavidla 5. Elektricky vodivá lepidla 6. Jakost pájených spojů 7. Závěr
Pájení jako základ spojování v elektronice Pájení je proces, při kterém jsou dvě nebo více částí spojovány roztaveným kovem (pájkou), která má nižší teplotu tavení než spojované části. Ke spojení dojde difúzí atomů pájky do materiálu spojovaných částí. V elektrotechnice se užívá tzv. tvrdého a měkkého pájení. Jako hranice mezi těmito typy pájení je obvykle uváděna teplota 400 - 500C. Pájené spoje jsou v elektronice realizovány převážně měkkými pájkami, což jsou slitiny, které vyhovují jak z hlediska ceny, tak elektrických a mechanických vlastností. Dlouho dominantní byly pájky SnPb, ale z důvodu ekologické legislativy jsou tyto nahrazovány ekologickými slitinami bez olova, a jako alternativní řešení jsou vyvíjena vodivá lepidla. Pro pouzdření, ale i pro některé typy spojů (kde je požadována vysoká teplotní či mechanická odolnost) se používají tvrdé pájky na bázi stříbra, hliníku, mědi, mosazi, a také pro pouzdření lze uvažovat i skelné pájky . Pozn.: Pb je neekologický kov a má neblahé účinky na živé organismy. Pokud se do lidského těla dostane vyšší koncentrace Pb, dochází k silné otravě. Pokud je absorbováno nižší množství této toxické látky, dochází k poškozování vědomí, nervového a reprodukčního systému. Pb a jeho slitiny a sloučeniny byly zařazeny do skupiny 10 typů materiálů, které byly označeny z ekologického hlediska jako nejnebezpečnější.
Podmínky pro pájení v elektrotechnice Pro vytvoření kvalitního pájeného spoje je třeba, aby byly vytvořeny podmínky pájitelnosti vývodů součástek i připojovacích plošek. K tomu musí být splněny následující podmínky: Smáčivost spojovaných materiálů – povrch a materiál vývodů součástek i připojovacích plošek musí být takový, aby vývody i připojovací plošky byly smáčeny roztavenou pájkou v čase, po který je prováděno pájení, bez následného odsmáčení (smáčivost kovového povrchu je definována jako schopnost povrchu podporovat vytvoření slitiny na rozhraní základního materiálu a pájky, která zajistí vytvoření mechanicky odolného spoje s nízkým elektrickým odporem). Povrchová úprava pájených ploch - pokovení vývodů i připojovacích plošek se v čase, potřebném pro zapájení, nesmí v pájce rozpustit ani pájkou odplavit Teplotní odolnost vývodů, připojovacích plošek, desek plošného spoje i pouzder součástek musí být taková, aby v čase potřebném pro zapájení nedošlo k teplotnímu poškození součástky ani desky plošného spoje.
Měkké a tvrdé pájení V anglickém jazyce jsou rozlišovány pojmy: Soldering Používané především v elektrotechnice a jemné mechanice (měkké pájení) Hard soldering (silver soldering) Používané především ve šperkovnictví, kde spoj musí být úhledný a splývat s pájenými materiály (používá se pájecí nástroj nebo jemný plamen) Brazing (hard soldering) Používané především pro spojování hrubých materiálů (oceli, měděných trubek apod.) s pomocí plamene
Při pájení natvrdo dosahuje pájka teploty v rozmezí 450 - 1000°C i více, a velice často se zde používá plamen. U pájení natvrdo se dosáhne větší pevnost sváru než u pájení měkkými pájkami. 13
Tvrdé pájení Pájka, jejíž teplota tavení je nad 450 °C a pod bodem tavení spojovaných kovů, vteče do mezery mezi spojovanými částmi a při zatuhnutí je spojí na úrovni molekulárních sil, kdy pájka difunduje do spojovaných materiálů. Dva základní tvary spoje jsou: - terčový (butt) - klínový (lap) Pájené plochy nutno očistit, nejlépe chemicky a mechanicky Drsnost povrchu by měla být do 0,6mm
14
Tvrdé pájení - provedení Způsoby ohřevu: - plamenem - v peci (vsázkové nebo průběžné) x) - s odporovým ohřevem - s indukčním ohřevem - v pájecí lázni - ve vakuové peci
x) V peci může být také ochranná atmosféra
Pájení plamenem Pájecí hořák • Plamen nepůsobí přímo na pájku, ale na stykové plochy • Od tepla stykových ploch se ohřívá pájka • Měkké pájení (pokovování) • Tvrdé pájení - Menší součásti - benzínové a lihové hořáky - Větší stykové plochy - kyslíko-acetylénové a propanbutanové hořáky
Tvrdé pájení – Zkouška páječe ČSN EN 13133 Tvrdé pájení - Zkouška postupu pájení ČSN EN 13134
Měkké pájení Pájení se v elektronice provádí třemi základními způsoby: -
ručně pájedlem, pájením vlnou, pájením přetavením.
Ručním pájedlem se dnes pájí pouze některé speciální součástky, např. větších rozměrů, které jsou osazovány do desky dodatečně po pájení hromadném. Pájení pájedlem je užíváno především při opravách osazených desek. Pájení vlnou se provádí na deskách plošného spoje osazených součástkami pro povrchovou montáž i součástkami s vývody vkládanými do děr. Dnes představuje významný segment montážní technologie v elektronice. Při pájení vlnou je v zásobníku s roztavenou pájkou vytvořena na hladině jedna nebo více vln, které smáčí povrch desky plošného spoje, která se pohybuje nad hladinou. Smáčen je ten povrch, na kterém mají být vytvořeny pájené spoje, ta část smáčeného povrchu, na kterou nemá být aplikována pájka, je chráněna nepájivou maskou. Pájení přetavením spočívá v nanesení pájecí pasty na pájecí plošky desky plošného spoje, na kterých mají být vytvořeny pájené spoje, pak osazení součástek na desku tak, aby jejich vývody, které mají být připájeny byly osazeny na připojovací plošky s nanesenou pájecí pastou a následné přetavení pasty průchodem desky píckou s vhodným teplotním profilem.
Pájení ruční - pájedlo topné těleso
nastavení napájení 230V/24V
topné těleso
termočlánek
Cu pouzdro
R regulační smyčka
a)
pájecí hrot
b)
teplotní senzor
pájecí hrot
směr pájení
pájecí vodivá plocha
tavidlo
výměnný hrot
pájka
oxidová vrstva substrát
ztuhlá pájka
Pájení ruční Pro ruční pájení součástek platí následující pravidla: •
maximální teplota pájky nesmí přesáhnout o více než 80 až 100 C nejvyšší teplotu pevné fáze, což znamená teplotu 260 až 290 C,
•
je nutné znát vztah mezi teplotou pájky a teplotou na hrotu teplota pájky musí být dosažena v co nejkratším čase (potřebná teplota hrotu je mezi 320 až 350 C – pozor na umístění senzoru),
•
teplota mezi hrotem pájedla a pájeným spojem se musí v průběhu pájení pohybovat v pásmu nad bodem tání pájky (pro bezolovnaté pájky přibližně 225C), ale pod hranicí 260C, kdy už jsou pájená součástka a substrát vystaveny nebezpečí poškození a v pájeném spoji dochází k nadměrnému nárůstu difúzní vrstvy.
•
čas pájení (pájka je v tekutém stavu) se pohybuje mezi 2 - 5 s (celkový čas pájení, tedy čas přiložení hrotu, závisí na výkonu pájedla, tepelném odporu pájecího hrotu a teplotních přechodových odporech, avšak neměl by přesáhnout z hlediska omezení přenosu tepla na součástky čas 6 s). C teplota hrotu 320
! 250 procesní okno 225
!
100 25
pokojová teplota (součástka) doba pájení
Pájení vlnou Pro typ pájky Sn60Pb40 (případně Sn63Pb37) byla požadovaná teplota pájky v pájecí vaně minimálně 240oC, aby byla zaručena teplota na substrátu 215 až 220 oC. Pro nejpoužívanější bezolovnaté pájky SA a SAC, např. Sn96Ag4 musí být teplota pájky v pájecí vaně výrazně vyšší, a to 245 až 260 oC aby byla zaručena v místech tvorby spojů teplota zaručující dobré smáčení (ta musí být 230 - 235 oC). Avšak teploty kolem 260 oC již nebezpečně zvyšují riziko poškození nebo zničení součástek. Proto se doporučuje nepřekročit v pájecí vaně teplotu 255 oC, a tato teplota je také dostatečná při vhodné konfiguraci procesu pro vytvoření spolehlivého spoje.
Zařízení pro pájení vlnou + teplotní profil
Pájení přetavením Podle způsobu ohřevu se rozlišují následující metody pájení přetavením : pájení infračerveným zářením (krátce nazývané pájení infraohřevem), pájení horkým vzduchem nebo plynem (konvekční ohřev), pájení v kondenzovaných parách (krátce nazývané pájení kondenzační), pájení laserem, pájení vyhřívaným nástrojem (někdy nazývané pájení impulsní), pájení na horké desce nebo pásu.
Zařízení pro pájení přetavením horkým vzduchem
1.Úvod 2. Pájení a pájecí procesy 3. Pájky a pájecí pasty 4. Tavidla 5. Elektricky vodivá lepidla 6. Jakost pájených spojů 7. Závěr
Co rozhoduje při výběru slitin: 1. Materiálové vlastnosti (teplotní odolnost, pevnost, . kompatibilita s povrchovou úpravou vývodů . . součástek a pájecích ploch) 2. Bod tání 3. Pájitelnost (smáčivost vývodů součástek a roztékavost na pájecích plochách) 4. Cena (dostupnost, skladovatelnost) 5. Množství tavidlových zbytků (nutnost čištění) 6. Toxicita
Pájky pro tvrdé pájení • Pro tvrdé pájení ve vzduchové atmosféře se vyrábí velký počet slitin různých kovů s vyšší teplotou tavení. Jsou to např. slitiny stříbra, mědi, kadmia, niklu a zinku v nejrůznějších kombinacích. Většina z nich obsahuje zinek, který má vysokou tenzi par a nemůže být proto použit pro pájení ve vakuu, kde se prudce odpařuje (sublimuje). Používají se také slitiny drahých kovů, např. Au-Ag, Au-Pd, Au-Cu, Au-Ni • Čisté kovy se používají spíš jen výjimečně. Může to být stříbro, měď, zlato a paladium. Dobře se hodí pro pájení ve vakuu. • Tvrdé pájky se používají v elektrotechnice tam, kde je pravděpodobnost ohřevu taková, že by byla překročena hodnota teploty odolnosti pájek měkkých (260oC), např. pro pájení kontaktů výkonových relé a pod. Jinak je rozšířenou aplikací spojování trubek nebo 26
Tvrdé pájky Jako tvrdé pájky se používají: Stříbrné Ag pájky (600 – 970 oC) Měď – stříbro – fosfor pájky (měď – fosfor) (640 – 790 /1085/ oC) Mosazné pájky (~ 900 oC) Hliníkové pájky (480 ~ 600 oC) Měděné pájky (600 – 1085 oC) Drahé kovy (např. Au-Ag, Au-Pd, Au-Cu, Au-Ni) Od ledna 2011 platí nová norma ČSN EN ISO 17672 Tvrdé pájení – Pájky ČSN EN 1045 Tvrdé pájení - Tavidla pro tvrdé pájení - Klasifikace a technické dodací podmínky
27
Alternativy pro měkké pájení (bezolovnaté pájky) Ag 961° C Zvýšení pevnosti spoje
Bi 271° C
Zlepšení pájitelnosti Snížení bodu tání
Sn 231° C
Snížení bodu tání pevnosti spoje
Cu 1083° C
Zvýšení Snížení bodu tání
Zn 420° C
1. Stříbro (Ag) - snižuje bod tání, zlepšuje smáčivost a pevnost 2. Bismut (Bi) - snižuje bod tání, zlepšuje smáčivost 3. Měď (Cu) - zvyšuje pevnost 4. Zinek (Zn) - nízký bod tání, nízká cena 5. Antimon (Sb) - zvyšuje pevnost, snižuje povrchové napětí pro lepší roztékavost a menší pravděpodbnost tombstoningu 6. Indium (In) - snižuje bod tání 7. Nikl (Ni) - zabraňuje odsmáčení 8. Germanium (Ge) - zabraňuje oxidaci
Pájecí slitiny O bla st ta ve ní (°C)
P á jka
V yuž ití v prům y slu
S pole čnost
S litiny s vys ok ým b odem ta ven í (> 2 10 °C ) 227
S n/Cu
221 217
S n/A g * S n/A g/Cu
217
S n/A g/Cu/S b * S n/In/A g * S n/A g/Cu/ Zn * S n/A g/B i/Cu S n/A g/B i/Cu/G e
S potře bitels k ý Telek om unik ac e
P anas o nic Nort el
3)
A utom obil o vý Telek om unik ac e
P anas o nic 2) Nok ia,N ortel,P a nas o nic Tos hiba
V ojens k ý /Letec k ý S potře bitels k ý
P anas o nic S ony
S potře bitels k ý V ojens k ý /Letec k ý S potře bitels k ý S potře bitels k ý
P anas o nic P anas o nic 1) Hitac hi NE C, P an., Tos hib a 4)
S potře bitels k ý
P anas o nic
S litiny s b odem tave ní v roz s a hu 1 80- 21 0° C 206 -2 13 206 -2 13
S n/A g/B i/ X S n/A g/B i
199 S n/Zn S litiny s níz k ým b odem tave ní (< 18 0° C) 138
S n/B i/Zn * S n/B i
1) je náchylná na kontaminaci Pb, které zhorší výrazně vlastnosti 2) 95,5/4/0,5 – je nejstarší slitinou objevenou v první polovině minulého století a proto není patentovatelná, není náchylná na kontaminace, proto v jiném složení je nejčastěji patentovanou slitinou pro pájky (např. Sn96,5/Ag3/Cu0,5 – bod tavení kolem 220°C, je asi o 36°C vyšší než u olovnatých pájek). V důsledku obsahu stříbra je její cena vyšší. Je vhodná pro vlnu, reflow i ruční pájení 3) je náchylná na kontaminace, zvyšuje se teplota tavení (99,3/0,7) 4) 91/9 – je levná, ale Zn je náchylné k oxidaci a k nečistotám celkem (pájení v dusíku zřejmě nutné). Zn pak zhoršuje i smáčivost a zkracuje i skladovatelnost. Má bod tavení blízký olovnatým pájkám (199°C)
Srovnání vlastností bezolovnatých pájek s pájkou SnPb smáčivost Wettability
cena
8
Cost
7 6
Spread Factor
5
teplota tavení Melting Point
4 3 2
Prevention of Fillet Lifting
1 0
SnPb Sn0.7Cu
Eleongation
Fatigue Property
Sn3.5Ag0.7Cu Sn2Ag4Bi0.5Cu0.1Ge
Interfacial Strength (Alloy42)
Interfacial Strength (Cu) Interfacial Strength (Ni)
Sn2.5Ag1Bi0.5Cu
Pájecí pasty – srovnání SnPb vs. SnAgCu Základní rozdíly mezi SnPb an SnAgCu pájkou lze shrnout následovně: SnAgCu pájka požaduje vyšší teplotu přetavení než SnPb. Bod tavení u SnAg3.8Cu0.7 je 219°C a SnAg3Cu0.5 je bod tavení 217°C, obojí tedy je vyšší než bod tavení eutektické slitiny SnPb, který je 183°C. Smáčení SnAgCu pájek není tak dobré jako u SnPb slitin především z důvodu vyššího povrchového napětí, ale zlepšení srovnatelných výsledků lze dosáhnout při použití dusíkové atmosféry . SnAgCu pájené spoje mají větší náchylnost k vytváření prázdných míst - „bublin“ (voids) než je tomu u pájek SnPb . Je patrný vzhledový rozdíl mezi SnAgCu a SnPb pájkou. Spoje SnPb jsou jasné a lesklé, zatím co spoje SnAgCu jsou matné a mají drsnější povrch. Tyto rozdíly vyžadují zohlednění při optické kontrole bezolovnatých pájených spojů.
Procesní okno pro bezolovnaté pájky
ΔT zařízení: délková a podélná teplotní nestabilita ΔT součástek: rozdíl teplot mezi největší a nejmenší součástkou, mezi komponentami s nejvyšší a nejnižší teplotní kapacitou (barva, hmotnost)
Pájecí pasty - parametry Pájecí pasty mají mnoho různých vlastností a parametrů. Výsledná jakost pájeného spoje pak je dána optimální volbou konkrétního materiálu pro danou aplikaci a také způsobem jeho teplotního zpracování. Mezi základní parametry past patří:
velikost částic pájecích složek, rozložení velikosti částic, smáčivost pájky, stupeň oxidace pájky, viskozita.
Pájecí pasty - struktura Pájecí pasta se skládá z mikroskopických kuliček pájky, které jsou pokryty vrstvou kysličníku, tavidla, aktivátoru a technologické složky, která vytváří ze směsi pastu s požadovanou viskozitou (viz obr.) .
Kysličník
Pájka
Technologická složka Obr. : Struktura pájecí pasty
Pájecí pasty - složení Pájecí pasta se skládá ze tří základních složek, kterými jsou:
a) pájecí materiály b) tavidlo c) pojivové složky Ad a) Pro většinu povrchových montáží se dnes již používají bezolovnaté pasty. Ad b) Podle tavidla obsaženého v pastě rozdělujeme pasty na několik typů. Toto rozdělení odpovídá kategoriím u tekutých pájecích tavidel, jež zahrnují kalafunu, přírodní nebo syntetické pryskyřice a organické látky. Nejoblíbenější tavidla jsou typu “no-clean“ nebo s nízkým zůstatkem nečistot -zbytků tavidla po tepelné reakci (odpadá starost s čištěním). Používaná jsou i tavidla na základě organických kyselin (OA). Ad c) Pojivové složky jsou chemicky složitější, většinou tekutá, avšak nejsou schopna zajistit (nastavit) viskozitu na požadovanou hodnotu. Kromě rozpouštědel a aktivátorů jsou obsažena v pastě navíc materiály pro úpravu viskozity (zahušťovadla) a teplotní stabilizátory. Zahušťovadla mají tu funkci, že pájecí prášek zůstává přichycen na tavidle a neodděluje se od něj. Teplotní stabilizátory zajišťují neměnnost vlastností pájecí pasty během přetavovacího procesu.
Pájecí pasty - oxidace Forma a stupeň oxidace
Forma a stupeň oxidace jsou důležité fyzikální vlastnosti pájecího prášku. Pro pájecí pastu musí být použit pouze kulový prášek. Prášek, jehož odchylka od přesného tvaru koule je větší než 4 je nevhodný. Použitím optického zobrazení je možno laboratorně měřit několik vlastností pájecích past současně. Pomocí optického zobrazení vybraného počtu částic lze určit velikost, tvar a rozložení – důležité vlastnosti ke správnému nanesení pájecí pasty přes šablonu.
Stupeň oxidace popisuje nevodivá vrstva, která se vytvoří na povrchu pájecího prášku, obsahuje uhličitany a sulfidy, které mohou ovlivnit viskozitu pasty, její schopnost tavení, tvorbu kapek a také její životnost. Obvykle, pájecí prášek obsahuje 0,05 - 0,25 objemových procent oxidantu.
1.Úvod 2. Pájení a pájecí pasty 3. Tavidla 4. Elektricky vodivá lepidla 5. Jakost pájených spojů 6. Závěr
Tavidla - funkce Hlavní funkce tavidla jsou: 1.
odstraňuje povrchové oxidy a další nečistoty
2.
odstraňuje a chrání před oxidací a brání přístupu reakčních prvků
3.
napomáhá přestupu a rovnoměrnému rozložení tepla
4.
vytváří prostředí s nízkým povrchovým napětím a zlepšuje smáčivost spojovaných povrchů Pokud je pájka dodávána jako pájecí pasta, je tavidlo smíšeno s částicemi pájky tak, že pasta tvoří homogenní materiál. V případě pájek „trubičkových“ je tavidlo náplní trubičky.
Aplikace tavidel u pájení vlnou se provádí třemi základním způsoby: - Smáčením (v zásobníku s tekutým tavidlem je vytvořena vlna, která smáčí povrch spodní desky plošného spoje. Za vlnou následuje měkký kartáč, který otírá přebytek tavidla z povrchu. Po nanesení je tavidlo sušeno při teplotě 80-110C) - nanášením ve spreji (jedná se o klasický proces známý např. z nanášení barev tímto způsobem) - nanášením pěny (využívá se probublávání plynu zásobníkem, ve kterém se nachází tavidlo. Na povrchu tavidla se vytváří bublinky, které se nanášejí na povrch desky. Při praskání bublinek dochází ke smáčení povrchu tavidlem a zároveň se podporuje čistící účinek tavidla)
Tavidla - typy Tavidla jsou tří základní typy: Tavidla rozpustná rozpouštědlem (kalafuna + aktivátory, syntetická t.) R, RMA, RA, RSA (fosfátové směsi) Např. tavidlo RMA je tvořeno kalafunou rozpuštěnou v ředidle doplněnou aktivátorem, kterým bývá organická kyselina nebo sůl. Poměr obsahu aktivátoru k obsahu ředidla určuje aktivitu a tím i korozivitu tavidla. Typické pro tavidlo je, že maximální aktivitu vykazuje během pájecího procesu. Po zapájení spoje vykazuje tento typ tavidla velice nízkou aktivitu a tím i korozivitu, a proto po zapájení spojů je nutné čištění.
tavidla rozpustná ve vodě ( až 40% organické kyseliny) Tavidla bezoplachová (1 – 5% organických kyselin, aminokyseliny)
Zákaz VOC - jsou těkavé organické sloučeniny, zjednodušeně řečeno organická rozpouštědla (složená z uhlíku, H3O a částečně z kyslíku, dusíku, síry, chlóru, brómu, fluoru). Složení VOC těkavých organických látek - benzen, toluen, etylbenzen, suma xylenů, styren, metylchlorid, trichlormetan, chlorbenzen, suma dichlorbenzenů, suma trimetylbenzenů, dichlormetan, chlorid uhličitý, trichloretylen, tetrachloretylen, 1,1,1 trichloretan, Freon 11, Freon 12 a Freon 113
Klasifikace tavidel podle ANSI-J-STD-004 Značení
Základ tavidla
Značení
1)
Stupeň aktivity (% halidu)
Typ tavidla
Klasifikace tavidel podle ISO-9454-1 Typ tavidla
Základ tavidla
Přídavné aktivátory
Forma tavidla
1.Úvod 2. Pájení a pájecí procesy 3. Pájky a pájecí pasty 4. Tavidla 5. Elektricky vodivá lepidla 6. Jakost pájených spojů 7. Závěr
Lepidla pro elektroniku Mohou být tříděna podle různých kritérií, z nichž pro elektrotechniku lze použít následující:
elektrické vlastnosti (izolační nebo vodivé), chemických vlastnostech (pryskyřičná nebo epoxidová), vytvrzovacích vlastnostech (tepelný nebo UV/tepelný ohřev), fyzikální vlastnosti po vytvrzení (termoplastický nebo tvrditelný teplem).
Lepidla pro elektroniku - nevodivá Nevodivá lepidla rozeznáváme z obecného pohledu elastomerické, termoplastické nebo vytvrditelné teplem. Elastometrická lepidla jsou materiály velmi pružné, jsou formovány v rozpouštědlech ze syntetických nebo přírodních polymerů. Vyznačují se vysokou elastičností a ohebností, ale v povrchové montáži nejsou obecně používané pro lepení součástek. Termoplastická lepidla (termoplasty) nevyužívají vlivem působení tepla chemické reakce, pouze mění své fyzikální vlastnosti odpařením rozpouštědel. Protože působením tepla měknou, nejsou rovněž vhodné k lepení součástek. Lepidla tvrditelná teplem (termosety), se vytvrzují teplem, jež vyvolává chemickou reakci způsobující prostorovou vazbu makromolekul polymeru. Přitom dochází k nevratnému procesu přechodu z plastického stavu do tuhému stavu. Termosety se dodávají jako jednosložková i dvousložková.
Epoxidová a akrylátová lepidla Základ tvoří: Epoxidová lepidla jsou nejrozšířenější a jsou dostupná jako jedno nebo dvousložkové systémy. Dvousložková lepidla se vytvrzují při pokojových teplotách, ale vyžadují pečlivou přípravu a namíchání v požadovaném poměru. Jednosložková lepidla se vytvrzují při zvýšené teplotě v požadovaném čase. Epoxidy se obecně vytvrzují při zvýšené teplotě a jejich použití je velmi rozmanité. Katalyzátory pro vytvrzení lepidla jsou epoxidy, jejichž molekula obsahuje atom kyslíku spojený s dvěma atomy uhlíku, které jsou vzájemně vázány. Tepelná energie rozdělí tento svazek a tím nastává proces vytvrzení. Akrylátová lepidla jsou většinou anaerobní (mohou se vytvrdit bez přítomnosti vzduchu). Abychom zabránili jejich přirozenému vytvrzení, měly by být uzavřeny ve vzduchotěsných obalech. Akrylátová lepidla se vytvrzují polymerací stejně jako epoxidové pryskyřice, ale mechanismus vytvrzování je odlišný. Vytvrzování nastává použitím světla určité vlnové délky - UV světla nebo tepla.
45
Lepidla pro elektroniku - nevodivá Termosety se vytvrzují: - při zvýšené teplotě - jsou citlivé na ultrafialové UV záření. Do první skupiny patří především epoxidové a akrylátové pryskyřice, někdy se používají ještě uretany a kyanoakryláty. Do druhé skupiny pak patří anaerobní lepidla na bázi akrylátových kompozic s vytvrzovacími přísadami na UV světlo. UV světlo způsobuje rozkládání kysličníků v lepidle jež tvoří radikály nebo volné elektrony. Tyto radikály způsobují řetězové reakce, a v lepidle tak vzniká vysoko molekulární polymer (vytvrzené lepidlo). Výhodou vytvrzování UV světlem oproti epoxidovým lepidlům je to, že při vytvrzování nedochází k poklesu viskozity, takže je sníženo nebezpečí posunutí součástek.
Elektricky vodivá lepidla Elektricky vodivá lepidla se skládají ze dvou složek: složky vazební (binder) složky vodivé (filler) Vazební složka je izolant a je tvořena pryskyřicí různého typu. Většinou se užívá epoxidových pryskyřic, ale jsou i elektricky vodivá lepidla na bázi polyimidových, akrylátových, silikonových a dalších pryskyřic. Vazební složka může být termoplastická nebo reaktoplastická. Použití termoplastických lepidel není tak časté jako reaktoplastických, ale tato lepidla mají oproti reaktoplastům výhodu při opravách adhezních spojů (tedy spojů vytvořených elektricky vodivými lepidly). Vazební pryskyřice může být jednosložková či dvousložková. V případě dvousložkového lepidla se k základní pryskyřici přidává pro její vytvrzení tvrdidlo. Proto některá dvousložková lepidla nepotřebují pro vytvrzování zvýšenou teplotu a vytvrdí se při pokojové teplotě. Jejich hlavní nevýhodou je, že jsou však dražší než jednosložková a že se musí před aplikací obě složky smísit ve správném poměru.
Vodivá složka je tvořena elektricky vodivými částicemi rovnoměrně rozptýlenými ve složce vazební. Obsah těchto částic musí být takový, aby se navzájem dotýkaly. Obvykle tvoří objem vodivých částic 60% až 80% celkového objemu lepidla, avšak může se od této hodnoty výrazně lišit v závislosti na použitém materiálu a tvaru částic. Vodivé částice jsou dvojího tvaru: - kuličky o průměru 1-20 m (balls) - lupínky (šupinky) různých velikostí (flakes)
Elektricky vodivá lepidla Vodivé lepidlo obvykle obsahuje 60 až 80% kovového plnidla, které tvoří nejčastěji drahé kovy (Ag nebo Au). Proto jsou vodivá lepidla poměrně drahá. Pro snížení ceny je snahou užívat také nikl, případně měď, ale silná oxidace způsobuje výrazné zhoršování vodivosti. Poté co je vodivé naneseno na spojovanou plošku, následuje tak jako v případě nevodivých lepidel jeho vytvrzení. Pro vytvrzení je v závislosti na použitých lepidlech možné využít konvenční pece (infračervené nebo ultrafialové záření, nebo horký vzduch). Doba vytvrzení se pohybuje od několika minut až hodinu v závislosti na typu lepidla a na samotném zařízení. Lepidla vyznačující se vysokou pevností se obyčejně vytvrzují kolem 150 C , lepidla s nižší mechanickou pevností pak kolem 100 C . Při použití vodivého lepidla se nepoužívá tavidlo a tak není nutné uvažovat čistění. Navíc, vodivá lepidla lze použít prakticky u všech typů povrchů (cín-olovo, OSP zlato, stříbro nebo paladium).
Elektricky vodivá lepidla Lepidla, která jsou na bázi pryskyřic, jsou výrazně elastičtější než pájky. Nevodivá epoxidová pryskyřice slouží jako základní hmota a vodivost je způsobena kovovými plnidly. Kovové částečky musí být obsaženy v co největším procentuálním množství, aby se dotýkaly navzájem a zajišťovaly tak požadovanou vodivost.
Elektricky vodivá lepidla
Rezistivita
Materiálem vodivých částic bývá nejčastěji stříbro, používají se však také kuličky měděné pokryté vrstvou stříbra, kuličky niklové, zlaté, palladiové, grafitové či plastové, které jsou pokryté tenkou kovovou (většinou zlatou) vrstvou zajišťující jejich vodivost. Lepidla plněná stříbrnými, zlatými a palladiovými částicemi mají nejlepší elektrické vlastnosti, ale jsou velmi drahá. Lepidla plněná stříbrem mají také výbornou tepelnou vodivost, a proto se využívají i v aplikacích, kde elektrická vodivost je sekundární a primární je tepelná vodivost lepidla. Použití niklových částic jako plniva je levnější alternativou, která se užívá u aplikací s nižšími nároky na vlastnosti vodivého spoje. Jako další levná varianta se může jevit také užití mědi či hliníku, ale protože se tyto kovy na vzduchu pokrývají vrstvou kysličníku, který je izolantem, a proto znemožňuje vedení proudu, tyto kovy se pro výrobu vodivých částic nepoužívají.
Závislost elektrického odporu elektricky vodivého lepidla na koncentraci vodivých částic v matrici
25 -30 % Koncentrace částic
Typy vodivých lepidel Izotropní vodivá lepidla Vodivou složkou izotropních elektricky vodivých lepidel jsou vodivé částice podobné kulovému tvaru, případně směs částic kulového tvaru a lupínků
Anizotropní vodivá lepidla Vykazují elektrickou vodivost pouze v jednom směru. Protože tímto směrem bývá směr osy z (osy x a y předpokládáme v rovině desky plošného spoje), někdy se nazývají také z-osová nebo také vertikální
Elektricky vodivá lepidla
•Vodivou složkou izotropních elektricky vodivých lepidel jsou částice kulového tvaru, případně směs částic kulového tvaru a lupínků •Základní matrici (vazební složku) elektricky vodivých lepidel s izotropní elektrickou vodivostí tvoří nejčastěji epoxidové pryskyřice.
Anizotropní elektricky vodivá lepidla vedou pouze v jednom směru. Vodivým plnivem těchto lepidel bývají lupínky (šupinky) kovů. •Koncentrace vodivých částic bývá nízká (obvykle 25%30%), aby se vzájemně dotýkaly pouze tak, že netvoří souvislou vodivou síť. Mohou být plněna i elektricky vodivými částicemi kulového tvaru (přibližně 10μm). Ty jsou z tvrdého polymeru a na povrchu mají nanesenou vodivou vrstvu (např. Ag) pokrytou tenkou izolační vrstvou.. •Při osazení součástky stlačí vývody lepidlo aplikované na připojovací plošku, izolační povlak částic se v místech jejich vzájemného kontaktu vlivem tlaku vývodu poruší a dojde k žádanému elektricky vodivému spojení. •Základní matricí elektricky vodivých lepidel s anizotropní vodivostí bývají většinou termoplastické pryskyřice, např. akrylátové.
Vodivá lepidla Tabulka :Základní vlastnosti některých typů elektricky vodivých lepidel
Vazební složka (pryskyřice)
Plnivo
Typ
Objemový
Doba
Teplota
částic
odpor
vytvrzování
vytvrzování
cm)
(min)
( C)
60
130
-5
o
Epoxy
Ag
lupínky
6.10
Epoxy
Pocínovaná Cu
lupínky
4.5 . 10
30
125
Epoxy
Ni
lupínky
1.0
120
65
Polyimid
Ag
jiný
-4
60
140
-2
168 hod
25
Silikon
Ag
lupínky kuličky
-3
5 . 10
1 . 10
1.Úvod 2. Pájení a pájecí procesy 3. Pájky a pájecí pasty 4. Tavidla 5. Elektricky vodivá lepidla 6. Jakost pájených spojů 7. Závěr
Jakost pájených spojů Jakost spoje je definována jako pravděpodobnost, že pájený spoj bude schopen vykonávat požadovanou funkci po dobu určitého časového intervalu, jenž se nazývá životnost pájeného spoje. Spolehlivost spoje je třeba chápat jako specifický požadavek závisející na dané součástce (velikost, typ pouzdření a povrch součástky včetně pokovení vývodů), dále na povrchu pájecí plochy, na pájecím materiálu, a také na tvaru spoje (závisí na topologii pájecích plošek).
Velikost součástky, typ pouzdra a tvar spoje předurčují i namáhání spoje v provozu. To je způsobeno různými koeficienty teplotní roztažnosti materiálů podílejících se na spoji včetně spoje samotného (včetně intermetalických slitin v něm vzniklých v průběhu pájení). Proto nelze brát za všeobecně platné takové závěry jako „bezolovnaté pájky mají celkově lepší vlastnosti než SnPb, nebo naopak“.
Na vodivé spoje v elektronice jsou kladena z hlediska jakosti následující kritéria: Musí splňovat požadované elektrické parametry odporu, indukčnosti, kapacity, stínění a případně další Musí vykazovat minimální ztráty Musí zachovávat integritu signálu (neovlivňování) Musí splňovat požadavky na mechanické vlastnosti Musí být technologicky slučitelné a rozměrově úměrné Musí být takové, aby bylo ekologicky akceptovatelné
Jakost pájených spojů – intermetalické vrstvy Vznik difúzní vrstvy na rozhraní pájka – vodivá ploška (pad) je z hlediska vzniku spoje nezbytným průvodním jevem, ovšem s rostoucí tloušťkou působí na spoj negativně, neboť snižuje pevnost spoje. Nadměrný růst této vrstvy může být vyvolán buď to při samotném vzniku difúzní vrstvy nebo v průběhu provozu: -
Při pájení
Tepelné namáhání v provozu
příliš dlouhá doba pájení příliš vysoká teplota
Nárůst difúzní vrstvy nastává především na úkor cínu, a tím dochází k postupnému úbytku samotného pájeného spoje. To způsobuje znatelné zhoršení elektrických a mechanických vlastností spoje, vedoucí postupem času až k jeho nefunkčnosti.
Sn, Ag
Sn, Ag
Sn, Ag
Cu
Cu
Cu
a)
b)
c)
Obrázek Vliv stárnutí a namáhání v intermetalické vrstvě Cu6Sn5 , CuAg3
Jakost pájených spojů - struktura Povrch pájky SAC je ve srovnání s SnPb matnější, a při detailním pohledu je na něm patrná dendritická struktura tuhnutí fáze SnAg pájkové slitiny (obr.5-4). Tyto složky se podílí na vzniku depletiční vrstvy (Ag3Sn), jejíž struktura je v případě bezolovnatých pájek komplikovanější než v případě pájky SnPb.
Obr.: Pohled na strukturu SnAgCu a) v detailním pohledu (zvětšení 500x) b) v pohledu spoje SMD (zvětšení 100x) c) vznik intermetalických slitin
Jakost pájených spojů - vzhled Pájené spoje žádoucí jakosti by také měly mít hladký, saténově lesklý až blýskavý povrch. U bezolovnatých a některých vysokoteplotních pájek tento požadavek nelze splnit v takové míře jako např. u pájky SnPbAg. Především u bezolovnatých pájek je povrch spíše matný až šedý. Dle normy IPC-A-610C však se tyto spoje hodnotí jako vyhovující.
MATERIAL PARAMETERS Solder alloy composition Flux activity Surface treatments of substrate Morphology (roughness) of surface Thin and Thick Films
ENVIRONMENTAL PARAMETERS
CHEM. COMPOSITION STRUCTURE AND MATERIAL SURFACE
ENVIRONMENT oxidation reduction (inertion)
Air Concentration of O2 /in nitrogen + hydrogen/ Concentration of O2 /in nitrogen / Air moisture
PROCESS PARAMETERS TEMPERATURE TIME
Faktory působící na jakost pájených spojů
Heat transfer Min.wetting temperature Flux temperature Temp. profile (lower/upper limit) Temp. gradient Max. temperature (peak)
PROCESS EVALUATION
?
PHASE CHANGES, PHASE AND INTERPHASE REACTIONS
Solving speed Diffusion coefficient Chemical reactions oxidation/reduction Surface and interphase changes in energy Geometry of joint
INPUT INFORMATION WETTING, SOLVING, DIFUSSION, IMC, FORMATION
Zdroj: Starý, Szendiuch, IMAPS Nordic 2004
Wetting angle, force and speed Solder Adhesion Structure and composition of final solder IMC – thickness and structure Joint reliability
Povrchové úpravy pájecích plošek Vývody – pájecí plošky jsou na organických PCB substrátech z mědi (Cu), a proto musí být chráněny před oxidací. To může být provedeno následujícími způsoby: Hot air solder levelling (HASL) – dlouhodobě dobrá pájitelnost, při vyšších teplotách se znehodnocuje (deformuje) Organic solderability preservatives (OSP) – levnější varianta, dobrá pájitelnost i při opravách, problém může být životnost a vliv tavidel Electroplated Nickel Immersion Gold (ENIG) – bez iontových nečistot, slučitelný s většinou tavidel, uhlazenější než HASL Electroless finishes - autocatalitic coating (Ni, Pd, Ag) – používají se Ni, Pd a Ag - immersion coating (Au, Ag, Sn) – dobré pokrytí a snadné zhotovení
Jakost pájených spojů - poruchy V procesu pájení působí celá řada faktorů, jež mohou jakost pájeného spoje ovlivnit. Dosažení jakostního spoje vyžaduje optimální nastavení těchto faktorů, což je záležitostí procesní a materiálové kompatibility. Prvořadým faktorem podmiňujícím vytvoření co nejdokonalejšího spoje je nastavení optimálního teplotního profilu, především v oblasti přetavení. Mezi poruchy pájených spojů, které vzniknou bezprostředně po pájení patří především: pájecí kovové plochy bez pájky (nebyla nanesena), kuličky pájky (na spoji a v jeho okolí), rozstřik pájky (do stran), pájkové můstky (zkraty), díry a krátery v pájce, pájkové špičky (do vrch nebo do stran), nesmočené pájecí plochy a vývody (studený spoj). Některé z těchto poruch sice nejsou podle normy IPC-A-610C považovány za chybu, ale pro zajištění jakosti elektronických systémů je vhodné tyto sledovat a eliminovat jejich příčinu Rozstřik pájky, pájkové krátery a pod.).
Jakost pájených spojů – identifikace poruch K poruše pájeného spoje v provozu nebo při další manipulaci (včetně oprav) může dojít z důvodu poruchy mezi: kontaktní ploškou na substrátu (DPS) a pájkou, vývodem součástky a pájkou, nebo v samotné pájce (jejími intermetalickými sloučeninami). Porucha pájeného spoje je způsobena selháním materiálu spoje, což může mít příčinu buď v únavě materiálu způsobenou změnou elektrických vlastností, nebo v mechanickém narušení struktury spoje (makroskopické praskliny nebo trhliny v pájeném spoji vzniklé např. v důsledku mechanicko-teplotního namáhání). Prasknutí a růst praskliny může být ovlivněno hrubostí (velikostí) zrn, a je výsledkem mechanického namáhání, které vyvolává pnutí ve spoji v důsledku např. teplotních změn. Přitom dochází k překročení hranice pružnosti a k deformaci struktury pájky.
IPC A 610 E
Pájka musí na obou stranách DPS pokrývat vývod a plynule přecházet do tenké vrstvy na hraně pájecí plochy nebo plošného vodiče.. Pro žádoucí kvalitu u drátových spojů je navíc nutné, aby pájka nenavzlínala až do ohybu vývodu či dokonce k pouzdru součástky.
Typy poruch při pájení v elektrotechnice
Pájení vlnou – Bridging – Webbing (pavučiny) – Spikes – Solder balls – Hole filling – Wicking
6.12.2012
Pájení přetavením – Bridging (můstky) – Tombstoning – Solder balls (kuličky) – Beading – Graping (kůrovatost) – Voiding (dutiny)
65
Špatné smáčení
6.12.2012
Safina Vestec 18.10.2011
66
Zvednuté a nezapájené vývody Důvodem je porušení koplanarity při manipulaci
Větší zvětšení a správný úhel pohledu je pro odhalení nezbytný! Picture: Philips 6.12.2012
67
Bridging (můstky) Fenomén Propojení mezi dvěma vývody nebo kontaktními ploškami, jež není požadováno.
Flux application root cause
Příčina Špatný návrh, nevhodně nanesená pájecí pasta, přehřátí spoje, špatná teplota při pájení, nevhodné nebo chybějící tavidlo, přílišná délka pájení
Možná řešení Nový návrh, úprava délky vývodů, úprava režimu pájení (teplota, čas), výběr vhodného tavidla
6.12.2012
68
Webbing (pavučiny) Fenomén Spojení pájky s nepájivou maskou (rezistem)
Možná příčina Nadměrná tvorba oxidů, příliš aktivní tavidlo, nepájivá maska (rezist)
Možná řešení Nastavení teplotního režimu, kontrola a úprava množství tavidla a jeho aktivity, kontrola rezistu
6.12.2012
69
Solderballs (kuličky) Fenomén Nepravidelně rozmístěné kuličky pájky na substrátu
Možná příčina Nepájivámaska (rezist), příliš vysoká teplota (přehřátí pájky), příliš aktivní tavidlo, nevhodně provedené nanášení pájky
Možná řešení Rezist s vyšší teplotou Tg, změna tavidla, snížení maximální teploty pájení
6.12.2012
70
Tombstoning Příčina: velké povrchové napětí tavené pájky a teplotní rozdíly na substrátu
6.12.2012
71
Graping (kůra pomeranče) Fenomén Neroztavená pájka se strukturou na povrchu podobnou kůře pomeranče
Možná příčina Oxidace v průběhu pájení v důsledku nedostatku tavidla nebo jeho nedostatečné aktivity. Špatný pájecí profil.
Možné řešení Více pasty a tavidla, nebo tavidlo s vyšší aktivitou, nové nastavení teplotního profilu
6.12.2012
72
Tvorba whiskerů a voidů
6.12.2012
73
Jakost pájených spojů – přehled různých typů spojů Součástka
Kvádrový tvar ( R, C, L )
Optimální
délka spoje 1
Akceptovatelný
Nevyhovující
2
3
h výška spoje
Vývody tvaru Gull wing ( SO a podobné typy )
4
5
6
Vývody tvaru Gull wing ( QFP, VSO )
7
8
9
Vývody tvaru J ( PLCC )
10
11
12
meniskus
Výbrus SOIC
1.Úvod 2. Pájení a pájecí procesy 3. Pájky a pájecí pasty 4. Tavidla 5. Elektricky vodivá lepidla 6. Jakost pájených spojů 7. Závěr
Závěr Pájení jako nejrozšířenější způsob spojování v elektrotechnice je metalurgické spojení materiálů stejného nebo rozdílného chemického složení pájkou mající teplotu tavení nižší než spojované materiály. Spoj vzniká vlivem difúze, což znamená prolnutí částic pájky s oběma spojovanými materiály. Proces pájení je velmi komplikovaný a v jeho trvání probíhají velmi složité chemické reakce, které ovlivňují strukturu spoje. V procesu pájení působí celá řada náhodných jevů, které ovlivňují konečnou strukturu pájeného spoje. Struktura spoje je rozhodující pro jeho spolehlivost a životnost. Každý proces pájení je třeba řídit, to znamená kontrolovat nejen parametry, které do procesu vstupují, ale i které jsou výstupem procesu, a tyto využívat zpětně pro jeho řízení.
Kontrolní otázky 1) Popište typy spojů používaných v mikroelektronice a nakreslete jejich základní princip 2) Vysvětlete jednotlivé úrovně propojování v elektronice a definujte požadavky na spoje 3) Popište přechod na bezolovnaté pájení – vyjmenujte materiály a uveďte změny v technologickém procesu 4) Definujte faktory působící v procesu pájení a vyjmenujte kritéria pro výběr pasty 5) Nakreslete teplotní profily pro pájení v parách, konvekčním způsobem a ruční 6) Vysvětlete význam tavidel a uveďte jejich rozdělení 7) Popište typy lepidel pro elektroniku, používané materiály a jejich vytvrzování 8) Vysvětlete pojmy izotropní a anizotropní lepidla a uveďte jejich využití v elektronice 9) Proveďte hodnocení jakosti pájených spojů a znázorněte příklady tvarů u nejpoužívanějších typů vývodů 10) Definujte smáčivost a popište vznik intermetalických slitin v pájených spojích 11) Popište typy poruch pájených spojů a jejich příčiny vzniku – rework a repair 12) Vysvětlete a popište průběh procesu pájení u pouzder BGA (tři fáze poklesu) 13) Popište způsoby testování pájených spojů a význam teplotního cyklování
