Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Санкт-Петербургский Государственный Университет
Информационных Технологий, Механики и Оптики
А.А. Аллас
Лазерная пайка в производстве радиоэлектронной аппаратуры
Санкт-Петербург
2007
Аллас А. А. Лазерная пайка в производстве радиоэлектронной аппаратуры.
/Под редакцией д.т.н., профессора В.П. Вейко и д.х.н., профессораВ.С.Новосадова.
СПб: СПбГУ ИТМО, 2007. 134 с.
В монографии рассмотрены вопросы оптимизации технологических режимов лазерной пайки с учетом свойств припойных паст для получения высокопрочных паяных соединений.
Работа может быть использована как учебное пособие, восполняющее недостаток учебно-методической литературы по лазерной технике и лазерным технологиям. Оно посвящено новому направлению лазерной технологии –лазерной пайке изделий радиоэлектронной техники.
Учебное пособие является дополнительным материалом по курсам «Физико-технические основы лазерной технологии» и «Лазерное оборудование, автоматизация и контроль технологических процессов». В пособии рассмотрены физико-технические особенности формирования паяных соединений повышенной надежности в процессе автоматизированной лазерной пайки интегральных микросхем на печатные платы.
Рекомендовано УМО по образованию в области приборостроения и оптотехники в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, по специальности 200201 – «Лазерная техника и лазерные технологии» и специальности 200200 – «Оптотехника».
ISBN 5–7577–0327–X
В 2007 году СПбГУ ИТМО стал победителем конкурса инновационных образовательных программ вузов России на 2007–2008 годы. Реализация инновационной образовательной программы «Инновационная система подготовки специалистов нового поколения в области информационных и оптических технологий» позволит выйти на качественно новый уровень подготовки выпускников и удовлетворить возрастающий спрос на специалистов в информационной, оптической и других высокотехнологичных отраслях экономики.
Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики, 2007.
Аллас А.А., 2007.
Оглавление
1. Проблемы повышения надежности паяных соединений при автоматизации сборочно-монтажной пайки 4
1. 1. Миниатюризация радиоэлектронной аппаратуры и оценка надежности паяных соединений 6
2. Особенности физико-химических процессов сборочно-монтажной пайки 17
2. 1. Смачивание и растекание припоев 19
2. 2. Кинетика формирования спаев. Основные способы пайки 27
2. 3. Кристаллизация припоя в зазоре 40
2. 4. Старение оловянно-свинцовых припоев 47
2. 5. Дефекты паяных соединений 49
2. 6. Технологические особенности автоматизированных способов сборочно-монтажной пайки 53
2. 7. Припойные материалы и их дозирование. 63
3. Математическое моделирование кинетики формирования паяных соединений 71
4. Физико-технологические особенности лазерной пайки 91
4. 2. Температурные режимы формирования паяных соединений 97
4. 3. Влияние свойств припойных паст и режимов пайки на прочностные свойства паяных соединений 106
5. Оборудование для автоматизированной лазерной пайки 120
Список использованной литературы 130
История кафедры 132
1. Проблемы повышения надежности паяных соединений при автоматизации сборочно-монтажной пайки
В настоящее время в радиоэлектронном приборостроении прослеживается четкая тенденция миниатюризации аппаратуры. Этому в значительной степени способствует бурное развитие микроэлектроники. Наличие большого многообразия интегральных микросхем (ИМС) позволяет разработчикам радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) значительно сократить время на ее проектирование, снизить массогабаритные характеристики и повысить надежность. Современная аппаратура отличается повышенной сложностью, и с каждым годом требования, предъявляемые к ней по качеству и надежности, все более возрастают. В этих условиях наиболее важное значение имеет своевременное технологическое перевооружение производства, от которого в первую очередь зависит качество и надежность продукции. При этом основное внимание должно уделяться разработке и освоению в производстве новых материалов и элементной базы, повышению уровня механизации и автоматизации производственных процессов, обеспечивающих повышение надежности аппаратуры.
В современной радиоэлектронной аппаратуре широко применяются ИМС с планарными выводами. Это связано с тем, что использование их в РЭА обеспечивает повышение плотности монтажа за счет размещения их с обеих сторон на платах печатного монтажа (ППМ). Основным методом получения электрических соединений остается пайка легкоплавкими припоями. Анализ отечественного сборочно-монтажного производства показывает, что, несмотря на многообразие существующего парка оборудования для пайки, основным методом монтажа ИМС с планарными выводами является ручная пайка паяльником. Это объясняется тем, что значительная часть изделий электронной техники, в которых применяются данные микросхемы, изготавливается в условиях мелкосерийных производств, отличающихся малыми объемами выпуска и огромной номенклатурой изделий. При этом существующее автоматизированное сборочно-монтажное оборудование в силу его ограниченных возможностей, как правило, не приемлемо. В связи с этим, автор настоящего пособия в течении ряда лет работал над проблемой создания прогрессивной автоматизированной технологии монтажа ИМС с планарными выводами на ППМ, обеспечивающей получение качественных и надежных паяных соединений в условиях мелкосерийного многономенклатурного производства. В настоящее время в приборостроении применяется около 16 типов корпусов пяти модификаций ИМС, имеющих 14, 16, 24, 48 планарных выводов. Монтажные платы также отличаются большим многообразием по конструктивным признакам и сортаменту материалов. Плотность монтажных соединений на ППМ достигает 20-50 точек на площади в один квадратный сантиметр, а общее количество паек на одной плате - нескольких тысяч.
В этих условиях ручная пайка паяльником является весьма непроизводительным процессом. Даже при высокой квалификации монтажников строгое соблюдение режимов пайки становится невозможным и увеличивается вероятность ошибок при монтаже, что в конечном итоге существенно сказывается на снижении производительности труда, качестве и надежности продукции. Известно, что трудоемкость сборочно-монтажной пайки составляет 20-25% от общей трудоемкости изготовления модулей на ППМ. В данных условиях наиболее целесообразным является разработка гибкого программно-управляемого универсального способа пайки ИМС на ППМ.
Наиболее перспективным методом пайки, обеспечивающим возможность решения поставленной задачи, является лазерная пайка в сочетании с применением паяльных паст, дозирование которых возможно в автоматическом режиме пневматическим дозатором. Отличительной особенностью данного процесса является локальность теплового воздействия, высокая стабильность температурно-временных режимов, гибкое регулирование подводимой тепловой энергии, отсутствие контакта с паяемым изделием, высокая производительность процесса, возможность автоматизации, высокое качество и надежность паяных соединений.