Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология приборостроения

Диссертационная работа:

Фэн Лэй. Исследование технологического процесса пайки бессвинцовыми припоями с целью повышения надежности электронной аппаратуры : диссертация ... кандидата технических наук : 05.11.14 / Фэн Лэй; [Место защиты: Моск. гос. техн. ун-т им. Н.Э. Баумана]. - Москва, 2008. - 108 с. : ил. РГБ ОД, 61:08-5/1037

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ИССЛЕДОВАНИЕ БЕССВИНЦОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ,

ПРИМЕНЯЕМОЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭА 10

  1. Необходимость отказа от свинца 10

  2. Законы, регламентирующие переход на бессвинцовую технологию 11

  1. Директивы, действующие в Европе 11

  2. Отношение к свинцу в США 12

  3. Бессвинцовая технология в других странах 13

1.3. Требования к переходу на бессвинцовую технологию 14

  1. Отличие бессвинцовой технологии от пайки свинцовыми припоями 14

  2. Технологические требования 15

  3. Требования к бессвинцовым припоям 16

  4. Требования к материалам и технологиям печатных плат при бессвинцовой пайке 18

  5. Финишные покрытия 19

  6. Материалы корпусов компонентов 22

1.4. Существующие материалы, используемые в бессвинцовой
технологии 23

  1. Анализ физико-химических свойств материалов, используемых в 23 бессвинцовом технологическом процессе

  2. Бессвинцовые припои 25

  3. Бессвинцовые паяльные пасты 31

  4. Флюсы, используемые при бессвинцовой пайке 32

1.5. Дефекты, возникающие при пайке бессвинцовыми припоями 33

  1. Плохое смачивание выводов ЭРЭ, микросхем и контактных площадок 33

  2. Образование перемычек и шариков 35

стр.

  1. Пустоты, образованные при бессвинцовой пайке 37

  2. Эффект "надгробного камня" 39

  3. Отслоение галтели 40

  4. Зернистая структура поверхности паяного соединения 43

  5. Обобщение і характеристик требуемого профиля пайки 44

  1. Влияние конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов на прочность паяных соединений 46

  2. Выводы по первой главе 48

2. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА И
ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ МАТЕРИАЛЫ
50

  1. Припои, выбранные для проведения исследований 50

  2. Физико-механические характеристики выбранных припоев 51

  1. Прочностные характеристики выбранных припоев 51

  2. Смачиваемость выбранных припоев 54

  1. Методика проведения эксперимента на растяжение паяных соединений 55

  2. Методика проведения эксперимента для исследования структуры паяных соединений 58

  3. Выводы по второй главе 59

3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИСПЫТАНИЯ НА ПРОЧНОСТЬ
ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ МИКРОСТРУКТУРЫ
60

  1. Расчёты прочностных механических параметров паяных соединений 60

  2. Сравнение прочностных соединений, паянных свинцовыми и бессвинцовыми припоями 61

  3. Сопоставление механических характеристик соединений, паянных бессвинцовым припоем и пастой 66

  4. Различие прочностных характеристик паяных соединений с применением разных флюсов 67

стр.

  1. Влияние технологических параметров процесса на механические характеристики соединений паяных бессвинцовым припоем 68

  2. Исследование микроструктуры паяных соединений 73

  1. Анализ физико-химических составов интерметаллического соединения 74

  2. Влияние температуры пайки па микроструктуру паяных соединений 78

  3. Влияние длительности пайки на микроструктуру паяных соединений 80

3.7. Выводы по третьей главе 81

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА

ПАЙКИ БЕССВИИЦОВЬТМ ПРИПОЕМ 83

  1. Необходимость создания математической модели технологии пайки бессвинцовыми припоями 83

  2. Ортогональное планирование эксперимента по моделированию технологического процесса 85

  3. Математическая модель процесса пайки 91

  4. Проверка модели на адекватность 97

  5. Отработка технологического процесса пайки бессвинцовым припоем на базе математической модели 101

  6. Доверительный интервал значения параметра минимизации 102

4.7. Вывод по четвертой главе 102

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 103

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 105

Введение к работе:

В настоящее время промышленность всего мира переживает очередной этап преобразований, связанных с ужесточением экологических стандартов — происходит всеобщий отказ от свинца, что влечёт необходимость бессвинцовой пайки при изготовлении радиоэлектронной техники.

Свинец является токсичным тяжелым металлом. В 2002-ом году Европейское Сообщество одобрило WEEE (Waste from Electrical and Electronic Equipment — Положение об отходах электрического и электронного оборудования) и RoHS (Reduction of Hazardous Substances -Положение о применении некоторых опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании). Эти положения касаются ограничения применения таких тяжелых металлов как свинец, кадмий, ртуть и шестивалентный хром, а также различные бромидные соединения. С 1 июля 2006 года эти вещества были запрещены к использованию в производстве электронной аппаратуры (далее - ЭА) в Европейском Сообществе.

Пайка — основной метод соединения компонентов при производстве ЭА. Паяные соединения имеют сложную многокомпонентную структуру и их механические свойства зависят от собственной прочности припоя в шве, прочности связи припоя с металлом припаиваемых элементов, прочности интермсталлических соединений, образующихся на границе между припоем и металлом основы и прочности металлов соединяемых элементов после воздействия на них расплавленного припоя.

Одной из самых важных проблем при переходе на бессвинцовую технологию является обеспечение надежности бессвинцовых паяных соединений по сравнению с обычными свинецсодержащими. Для свинецсодержащих припоев накоплен большой опыт и обширные данные по исследованию свойств соединений и электронных узлов в течение долгого срока эксплуатации, исследование бессвинцовых припоев находится на начальной стадии.

Повышение качества продукции является одной из важнейших задач современного производства. При отказе от свинецсодержащего припоя и переходе на бессвинцовые припои необходимо избежать резкого увеличения количества дефектов паяных соединений. Применение бессвинцовых припоев приводит к изменению технологии пайки, потребуется корректировка режимов пайки и доработка технологического оборудования. В этой связи, изготовители ЭА начинают свои исследования по поиску подходящих материалов и технологий без применения свинца. В первую очередь возникла необходимость проведения комплексных испытаний бессвинцовых паяных соединений на прочность и исследования их микроструктуры.

В настоящее время большое внимание уделяется исследованиям физико-химических свойств бессвинцовых материалов, рекомендуемых к применению в производстве ЭА. Существующие бессвинцовые припои разделены на пять основных групп, среди них самыми перспективными припоями являются сплавы Sn/Cu, Sn/Ag/X и Sn/Zn/X. Основываясь на результатах многочисленных исследований, крупнейшие ассоциации производителей электронной техники рекомендуют в качестве альтернативы традиционным припоям сплавы Sn/Ag/Cu для пайки оплавлением и Sn/Cu для пайки волной.

Особое место занимает исследование механических характеристик припоя Sn/Cu и соединений паяных с его применением, так как в научно-технической литературе приводятся противоречивые сведения о результатах его использования.

Описание технологического процесса бессвинцовой пайки в математической форме (математическое" моделирование) позволяет нам корректно, с научной точки зрения, разрабатывать, анализировать и повышать надежность продукции.

7 В представленной диссертационной работе основное внимание уделено

вилянию технологических факторов на прочностные характеристики

соединений, паяных с применением бессвинцовых припоев.

В связи с этим, Целью работы является исследование факторов влияющих на прочностные характеристики соединений, паяных бессвинцовыми припоями и моделирование технологического процесса бессвинцовой пайки.

Задачи, разрешённые в данной работе:

1. Разработана методика проведения испытаний на растяжение
согласно с ГОСТ 28830-90, которая может применяться при исследованиях
как прочностных характеристик рекомендуемых припоев, так и при анализе
технологии процесса пайки.

  1. Установлено, что прочность на растяжение соединений, паянных 99С (бессвинцовый припой SnO,7Cu) ниже, чем соединений паяных ПОС-61 (свинецсодержащий припой) на 10-12% - такое расхождение для промышленной технологии сборки ЭА можно считать несущественным.

  2. Обнаружено, что предел прочности соединений, паянных 99С 502 (трубчатый бессвинцовый припой SnO,7Cu, не требующий отмывки) снижается при длительной выдержке пайки, которая должна быть меньше 15 сек. Повышение среднего квадратного отклонения (СКО), характеризующее стабильность процесса пайки, возрастает с повышением температуры пайки выше 250 С.

  3. Исследованы спаи, в которых обнаружено соединение, имеющее фазу т\ (Sn5Cu6), обладающую низкой симметрией, что приводит к хрупкости. При оптимальной температуре пайки 250 С, с повышением длительности пайки толщина интерметаллических соединений возрастает.

  4. Получена математическая модель технологического процесса, на основе которой обработан процесс пайки бессвиицовым припоем 99С 502, в результате чего обнаружено влияние технологического процесса на СКО. На основе математической модели рекомендуются режимы пайки исследуемым

8 бессвинцовым припоем - температура пайки 250 С, длительность пайки в

пределах 5-15 сек. с учетом требования паяемого объекта и тип флюса Crystal 502.

Научная новизна работы заключается в следующем:

  1. Проанализированы достоинства и недостатки существующих бессвинцовх припоев , паст и флюсов, применяемых при пайке бессвинцовыми припоями. Исследованы особенности технологии пайки бессвипцовым припоем.

  2. Изучены дефекты, возникающие при пайке бессвинцовыми припоями, и разработаны методы их предотвращения.

  1. Разработана методика проведения эксперимента на растяжение паяных соединений, исследован предел прочности на разрыв соединений, паянных исследуемыми припоями и пастой при комнатной температуре, с помощью сканирующего электронного микроскопа и изучена микроструктура этого соединения.

  1. Разработан метод планирования эксперимента по моделированию технологического процесса и создана математическая модель технологического процесса пайки бессвинцовым припоем.

  2. Представлены рекомендации для технологического процесса пайки бессвинцовыми припоями указанных типов.

Автор защищает:

1. Разработанные существующие бессвинцовые припои, пасты и
флюсы, применяемые при пайке бессвинцовыми припоями.

  1. Разработанную методику проведения эксперимента на растяжение паяных соединений и их микроструктуры.

  2. Анализ полученных данных лабораторных испытаний.

4. Полученную математическую модель технологического процесса
пайки бессвинцовым припоем.

5. Представленные рекомендации для производства ЭА с применением
бессвинцовой пайки.

9 Работа была выполнена на кафедре «Проектирование и технология

производства электронной аппаратуры» МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Автор благодарит научного руководителя к.т.н., профессора Чеканова А.Н. за постоянную помощь в работе, полезные советы и поддержку на протяжении всех этапов исследования. Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры» МГТУ им. Н.Э. Баумана, в особенности: к.т.н., доценту Макарчуку В.В. за помощь в выполнении пайки, к.т.н., доценту Журавлевой Л.В. за ценные консультации по вопросам моделирования, доценту Шерстневу В. В. за проверку диссертации. Хочется особо поблагодарить Букеткина Б.В., сотрудника лаборатории кафедры <Прикладная механика> РК-5 МГТУ им. Н. Э. Баумана за неоценимую помощь при проведении испытаний прочности на растяжение.

Выражаю также свою особую благодарность д.т.н., профессору Шахнову В.А., заведующему кафедрой «Проектирование и технология производства электронной аппаратуры» МГТУ им. Н.Э. Баумана за поддержку и ценные советы.

)

Подобные работы
Бажанов Анатолий Павлович
Методы прогнозирования и оценки надежности датчиковой аппаратуры, работающей в экстремальных условиях
Шитько Юрий Михайлович
Разработка и исследование бункерных устройств для автоматизации процессов захвата из россыпи и последующей транспортировки малогабаритных штучных объектов произвольной формы и размеров
Прокошев, Илья Владимирович
Разработка и исследование информационной системы автоматизированного диагностирования ИНС в процессе стендовых испытаний
Молчанов Алексей Владимирович
Исследование конструктивно-технологических характеристик лазерного гироскопа с целью повышения его качества
Лепе Сергей Николаевич
Разработка и исследование метода калибровки избыточных измерителей ускорения с целью повышения точности БИНС
Шолохова Александра Леонидовна
Исследование конструктивно-технологических параметров автоматической системы регулирования периметра лазерного гироскопа с целью повышения его точности
Васильчиков Сергей Алексеевич
Исследование и разработка путей повышения надежности приборов на базе печатных узлов с учетом тепловых воздействий
Еремеев Анатолий Николаевич
Повышение надежности дизельных двигателей путем оптимизации регулировочных параметров топливной аппаратуры
Шишов Александр Васильевич
Повышение послерементной надежности тракторных дизелей путем оптимизации регулировочных параметров топливной аппаратуры и оперативного контроля отказов форсунок
Мачалкин Юрий Николаевич
Исследование и обоснование технологического процесса очистки деталей дизельной топливной аппаратуры моющим раствором в ультразвуковом поле (На примере распылителей форсунок)

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net