Файл: Егунов, А. В. Опыт применения контактно-реактивной пайки сопротивлением в производстве аппаратуры на интегральных схемах.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.11.2024
Просмотров: 13
Скачиваний: 0
Hue 4. Принципиальная электрическая схема устройства автоматического
регулирования длительного нагрева по дифференцированному сигналу
элемента И—НЕ, состоящая из резистора /?]9 и |
диодов Д5— Дт, |
которые предотвращают срабатывание схемы и |
отключение тока |
нагрева до момента t↑. Одновибратор OB1 формирует импульс дли тельностью 2—3 мсек (что превышает время переходного процес
са), а одновибратор OB2 — длительностью 10—15 мсек. Благода ря их совместному действию на выходе CC полезный сигнал может
Рис. 5. Временнёя диаграмма напряжений и. сигналов в точках
.4 — E принципиальной электрической с'хемы
появиться только во время работы одновибратора OB2. Суммар ная длительность импульсов, вырабатываемых одновибраторами,, должна превышать максимальную длительность включения источ ника питания сварочной машины.
В момент времени t∙2, когда происходит образование паяного соединения (характеризуется резким спадом кривой «]), на выхо де CC появляется сигнал, запускающий формирователь импульсов, управления ФИУ. Последний представляет собой усилитель на транзисторах Т&—Ts и блокинг-генератор на транзисторе Tio, вы полненный с тороидальным сердечником с прямоугольной петлей гистерезиса. C помощью обмотки 1 трансформатора Tpl осущест
11
вляется размагничивание сердечника. C обмотки IV этого тран сформатора. запускающий импульс подастся на управляющий электрод тиристора, включенного параллельно первичной обмот ке силового трансформатора машины ПМС-І-02. Открываясь, ти
ристор шунтирует силовой трансформатор, прекращая процесс на грева паяемых деталей .*
ТЕХНОЛОГИЯ ПАЙКИ
Контактно-реактивную пайку можно получить путем подбора соответствующих металлов, наносимых на медные контактные пло щадки печатных плат. При выборе системы покрытий необходимо, чтобы образующийся сплав обладал высокими механическими и коррозионными свойствами, а технология нанесения покрытий бы ла совместима с существующими способами изготовления печат ных плат. Исходя из этих требований, были разработаны и внед
рены в производстве две системы покрытий.
Для штат, изготовляемых по позитивной технологии, разра ботана система покрытий никель—медь—серебро [2]. Никель служит тепловым барьером, предотвращая отслаивание медного проводника от диэлектрика, так как имеет сравнительно высокие значения электросопротивления и теплового сопротивления, а так же уменьшает опасность прожога контактной площадки, обладая высокой температурой плавления.
Слои меди (3—6 мкм) и серебра (10—І5 мкм) необходимы для получения сплава эвтектического состава с температурой плавле ния 779oC при контактно-реактивном плавлении.
На рис. 6 представлена микроструктура паяного соединения с использованием системы покрытий никель—медь—серебро.
Благодаря введению никеля расширяется диапазон допусти
мых температур нагрева при пайке. Это повышает воспроизводи мость процесса и стабильность качества паяных соединений.
Применяются два метода нанесения никелевого покрытия. IIo ■одному из них слой никеля толщиной 15—20 мкм высаживают не только на печатные проводники платы, но и в металлизированные отверстия (на подслой химической меди), затем следует гальвани ческое меднение, серебрение и травление рисунка.
По другому методу слой никеля толщиной 3 — 6 мкм высажи
вают на заготовку печатной платы, после чего выполняют все
остальные операции по изготовлению платы. Этот метод реко
мендуется в том случае, когда пайка ведется с отсечкой тока нагрева по дифференцированным сигналам, так как при меньшей толщине никелевого покрытия достигается более четкая работа устройства отсечки.
* В разработке схемы принимал участие В. П. Борисов.
£2
Состав ванн для нанесения никелевого покрытия, г/л
ііѣікель |
сернокислый.................................................................. |
200—280 |
Натрий |
сернокислый.................................................................. |
80—160 |
Магний |
сернокислый.................................................................. |
30—40 |
Кислота |
борная....................................................................... |
25—35 |
Натрий |
хлористый................................................................... |
5—15 |
Плотность тока составляет 0,6—0,8 a ∂M2.
Рис. 6. |
Микроструктура галтельного участка |
|
паяного соединения с системой покрытий |
||
никель — медь — серебро |
(Х500) : |
|
/ — |
золото; 2 — ковар; |
3 — припой |
(медь—серебро); 4 — медь гальваническая: Ь — никель гальванический; 6 — медь—фольга
Состав ванн для нанесения медного покрытия, г/л
Медь сернокислая....................................................................... |
150—160 |
Кислота серная............................................................................ |
15—17 |
Спирт этиловый.......................................................... |
12— |
'Плотность тока составляет 3—5 a ∂M2. |
|
Состав ванн для нанесения серебряного покрытия, г/л |
|
Серебро в виде комплексной соли |
25—30 |
в пересчете на металл......................................................... |
|
Калий цианистый....................................................................... |
30—40 |
Карбонат калия............................................................................ |
12—18 |
Температура всех электролитов — комнатная.
13
Для плат, изготовляемых по негативной технологии, разрабо тана система покрытий никель—кадмий. Никель введен для того,
чтобы исключить подтравливанію медного печатного проводника и снизить контактную разность потенциалов между медью и кадмием с целью повышения коррозионной стойкости печатных плат.
Образующийся при пайке сплав золото — кадмий (золото — с вывода интегральной схемы) эвтектического типа обладает темпе ратурой плавления около 500oC. За счет этого диапазон допустимых температур нагрева при пайке по сравнению с системой покрытий никель—медь—серебро расширяется.
|
Состав ванны кадмирования, г/л |
|
Окись |
кадмия ......................................... |
40 |
Натрий |
цианистыйобший.......................................................... |
100 |
Натрий |
едкий............................................................................... |
'25 |
Натрии |
сернокислый.................................................................. |
45 |
Сульфированное касторовое масло...................................... |
12 |
Плотность тока составляет 0,8 |
сцдм2. Температура |
электроли |
та — комнатная. |
|
|
Кадмиевое покрытие осветляют в растворе следующего состава |
||
(г/л).- |
|
|
Хромовый ангидрид.................................................................. |
230—250 |
|
Азотная кислота............................................................. |
, . . |
15—17 |
Серная кислота............................................................................. |
|
12—(5 |
Температура обработки — комнатная, время 2 — 5 сек. |
||
Несколько худшей паяемостью |
обладает кадмиевое покрытие, |
|
осажденное из электролита с триэтаноламином (10 г/л) |
вместо ка |
|
сторового масла. Состав ванны никелирования под кадмирование аналогичен указанному выше.
Воспроизводимость процесса пайки во многом зависит от толщи ны наносимых покрытий. В связи с этим при их осаждении предъ
являются повышенные требования к равномерности толщин покры
тий в пределах поля платы и от платы к плате (допуск на толщину каждого покрытия +3 мкм). Равнотолщинность покрытия обеспе
чивается перемешиванием электролита, введение реверса тока и установкой экранов по периметру заготовки печатной платы.
Оптимальными толщинами покрытий для системы никель — медь—серебро являются: никель — 12—15 мкм, медь — 4—7 мкм,
серебро — 7—10 мкм; для системы никель—кадмий: никель — 3—6 мкм, кадмий — 12—15 мкм.
Воспроизводимость процесса пайки зависит также от ширины контактных площадок, определяющей величину их поперечного се
чения. Необходимо тщательно следить за тем, |
чтобы |
установлен |
|
ный допуск на |
ширину контактных площадок |
(равный обычно |
|
0,1 мм) строго |
выполнялся. В зазорах между контактными пло |
||
щадками не допускается делать выступы, перемычки и. |
отводы пе |
||
14
чатных проводников, увеличивающие их ширину в зоне протекания тока нагрева. Длину контактных площадок желательно устанавли
вать не менее 3 .w.w во избежание их частичного или полного отсла ивания.
На различных участках поля платы (или на технологическом припуске, если он сохраняется до операции монтажа) следует иметь 10—20 контактных площадок, на которых можно подобрать или проверить режим пайки.
Формовку выводов интегральных схем выполняют так, чтобы оба перегиба вывода имели углы, близкие к 90°.
Установку и фиксацию интегральной схемы на печатной пла те можно осуществлять двумя способами:
Í) корпус интегральной схемы приклеивают к плате масти-
кои или эпоксидным клеем; 2) интегральные схемы набирают в кассеты.
Совмещение кассеты с платой целесообразно выполнять по ба зовым отверстиям, а не по краям платы, так как в первом случае точность совмещения выше (не добавляется допуск на вырубку
платы по контуру).
Кассетный способ фиксации интегральных схем возможен толь
ко в случае изготовления первичных негативов (позитивов) печат ных плат на автоматическом координатографе (при этом достига ется необходимая точность совмещения выводов интегральной схе мы с контактными площадками), а также в массовом производстве,
когда точное совмещение обеспечивается за счет выполнения кассет по негативу (позитиву) — при каждой замене негатива заменяется и кассета.
Печатная плата с установленными на ней интегральными схе
мами поступает на пайку.
Влияние основных факторов процесса пайки на прочность па яных соединений показано на рис. 7. Номинальные значения пара
метров режима пайки задаются на следующем уровне: напряжение на электродах — 0,8—1,2 в (рис. 7, а); длительность импульса то ка (время нагрева) — 8—-10 мсек (рш 7, б); усилие сжатия
электродов — 1.2 —1,8 кг (рис. 7, в).
Приведенные зависимости свидетельствуют о большом влиянии на прочность напряжения на электродах. Кроме того, необходимо
•отметить, что при использовании системы покрытий никель—кад
мий прочность соединений изменяется в меньшей степени, т. е. в этом случае процесс является менее критичным к изменению основ ных параметров процесса по сравнению с системой покрытий ни
кель—медь—серебро.
Оператор, исходя из характера формирования паяного соеди нения, корректирует напряжение на электродах в ту или иную сто
рону. При использовании устройства автоматической отсечки тока
пайка выполняется в основном без подстройки режима.
Один-два раза в смену необходимо проверять состояние рабочих поверхностей электродов и производить их зачистку мелкой шкур-
15