160. Вероятность безотказной работы паяных узлов. Критерий Мизеса при оценке прочности.

160. Виды отказов паяных узлов.

Отказы паяных соединений делятся на внезапные, параметрические и перемежающиеся. По характеру проявления различают следующие отказы: явный обрыв, микроизлом, микроотслоения, видимая целостность цепи. Механизмы отказов рассмотрены в табл. 7.1.

Помимо этих основных видов механизмов зарождения отказов паяных соединений существует еще ряд явлений и процессов в структуре контакта: естественное старение материалов; образование в паяном соединении хрупких интерметаллических соединений; аллотропическое превращение олова при низких температурах и т.п.

Таблица 7.1

Механизм причинно-следственных зарождений отказов паяных соединений

Виды механизмов отказов Причина возникновения отказа

паяных соединений

Возникновение пор и Из-за выхода газов из монтажных оснований;

трещин поглощения влаги из воздуха; усадки припоя

Коррозия Под воздействием различия электрохимических

потенциалов материалов; под воздействием

активных веществ

Непропай («холодная» пайка) Вследствие неправильного температурного режима;

несоблюдения временных режимов пайки или

процесса кристаллизации припоя

Усталостное разрушение В результате термомеханических напряжений;

контактной пары из-за некачественной конструкции контактной пары

Очень большое влияние на получение качественного паяного соединения оказывает подготовка поверхностей конструктивных элементов контактной пары и соблюдение определенных технологических требований при пайке.

Признаками некачественной подготовки поверхности под пайку являются: низкая паяемость; несмачиваемость; недостаточное заполнение припоем паяльного зазора или пятна пайки; уменьшенное сцепление в зоне контакта; пониженная прочность соединения; искажение формы галтели припоя (выпуклость, острые кромки и выступы) и др.

Таблица 7.2

Дефекты паяных соединений, причины их возникновения и меры предупреждения

Вид дефекта Причины возникновения Меры предупреждения

1. Припой не смачи- Недостаточный нагрев Повысить температуру

вает поверхность изделия под пайку пайки

металла в зоне пайки Наличие окисной пленки Проверить составы травителей

или других загрязнений режимы обработки. При пайке в

активных газовых средах прове-

рить наличие среды

Не обеспечено Использовать более активный

флюсование флюс или газовую среду, увели-

чить количество применяемых

флюсующих средств

Большая разность темпе- Подобрать припой и флюс в соот-

ратур плавления припоя ветствии с требованиями техноло-

и флюса гии пайки

Не обеспечена оптималь- Обеспечить подготовку поверхнос-

ная шероховатость по- ти к облуживанию (механически,

верхности химически или другим способом)

Припой не взаимодейст- Заменить состав припоя, повысить

вует с паяемым металлом температуру пайки, нанести на

паяемый материал технологичес-

кое покрытие

2. Припой не Увеличен или уменьшен Подобрать оптимальный зазор и

затекает в зазор при зазор в сравнении с оп- обеспечить его поддержание

наличии хорошего тимальным в процессе пайки

смачивания

3. Не образуются гал- Не выдержан оптималь- Изменить размер зазора до опти-

тели ный зазор, большая рас- мального, поднять температуру

творимость паяемого ме- пайки, увеличить количество

талла в припое припоя

Не выдержан режим на- Обеспечить равномерный прогрев

грева всего изделия до оптимальной

температуры

Плохое качество очистки Обеспечить более тщательную

паяемой поверхности очистку поверхности перед пай-

кой, применить более активные

флюсы или газовые среды

Наличие углерода на Проверить полноту удаления мас-

поверхности изделий лосодержащих материалов на пая-

емых изделиях

Отсутствие выхода для Сделать технологические

газов из замкнутых по- отверстия

лостей в зоне пайки

Недостаточное количест- Использовать в качестве связующе-

во припоя вследствие го паяльных паст полимеры, пере-

уноса при пайке связу- ходящие при нагреве из твердого

ющим компонентом состояния в газообразное (типа

припоя сополимера формальдегида с

диаксоланом – СФД)

4. Пористость пятна Высокая температура на- Сократить время или снизить тем-

пайки грева или слишком про- пературу пайки

должительный нагрев

Несоответствие припоя Подобрать припой, соответствую-

щий металлу

Испарение компонентов Пайку вести в контролируемой

припоя в флюсе среде при минимальных темпера-

туре и выдержке, применить спо-

соб нагрева, обеспечивающий со-

кращение времени нагрева

Влияние флюса или кон- Применить пайку в вакууме

тролируемых средств

Проникновение газов в Проверить качество металлизации

зону пайки из диэлект- отверстий печатных плат (толщина

риков при пайке печат- покрытия должна быть не менее

ных плат 25 мкм). Перед пайкой нагревать

печатные платы с целью их дегаза-

ции. Повысить продолжительность

пайки для удаления газообразных

компонентов через расплав припоя

5. Осадки на поверх- Выпадание белого осадка Удалить осадки сухой щеткой или

ности печатных плат связано с составом флю- промывкой водой

са, режимом пайки, ка-

чеством защитных по-

крытий

Выпадание темного Удалить остатки канифольного

осадка вследствие непра- флюса сразу после пайки с помо-

вильного выбора флюса щью растворителей. Остатки кис-

или неполного удаления лотных флюсов удалить с примен-

остатков флюса ением нейтрализующих добавок

6.Трещины в паяном Быстрое охлаждение Уменьшить скорость охлаждения.

соединении после пайки Использовать нагрев концентри-

рованным источником энергии

Значительная разность Подобрать материалы с близкими

характеристик паяемых характеристиками

материалов и припоя

Пайка припоями с широ- Применить композитные материа-

ким интервалом крис- лы

таллизации

Образование хрупких фаз Пересмотреть выбор припоя

(режим пайки)

7. Трещины в зоне Интенсивная диффузия Снизить температуру пайки, со-

паяного соединения припоя в основной кратить время нагрева

металл

Значительная разность Подобрать близкие по характерис-

характеристик паяемых тикам материалы. Применить кон-

материалов структивные и технологические

приемы для обеспечения пайки

различающихся по характеристи-

кам материалов.

Использовать концентрированные

источники нагрева

8. Смещение и пере- Плохое крепление изде- Использовать оснастку и приспо-

косы паяных соеди- лий перед пайкой собления, обеспечивающие надеж-

нений ную фиксацию изделия в процессе

пайки

9. Некачественное Окислительная среда Обеспечить герметичность соеди-

состояние поверхно- в камере пайки нений трубопроводов, подающих

сти изделий после защитную среду в камеру пайки.

пайки Создать избыточное давление в

системе, подающей защитную сре-

ду в камеру пайки. Проверить сос-

тояние внутренней поверхности

камеры пайки

Наличие углерода на Проверить полноту удаления мас-

поверхности изделий лосодержащих материалов на пая-

емых изделиях

10. Наплывы или Изделия недостаточно Повысить температуру пайки в

натеки припоя прогреты при пайке камере. При конвейерной пайке

уменьшить скорость движения

конвейера

Наличие перемычек на Использовать средства, изменяю-

печатных платах вслед- щие физические характеристики

ствие близкого располо- расплава припоя

жения мест паек

В результате низкой Повысить температуру расплава,

температуры пайки, ма- увеличить время контакта печат-

лой выдержки, несоот- ной платы с припоем. Применить

ветствия выбранного механические средства для уда-

припоя, плохой смачи- ления избытка припоя

ваемости поверхности

припоем

11. Шероховатая по- Высокая температура Снизить температуру или сокра-

верхность паяного или слишком продолжи- тить время нагрева

соединения тельный нагрев

12. Нет электрическо- Ложная пайка, отсутст- Перепаять место соединения

го контакта в паяном вие спая

соединении

13. Высокое электро- Пайка произошла не по Повторно облудить элементы кон-

сопротивление тер- всей поверхности кон- тактирования и спаять их

моэлемента такта

14. Включения флюса Температура плавления Температура плавления флюса

в паяном соединении припоя ниже температу- должна быть ниже температуры

ры плавления флюса плавления припоя

Заполнение паяного за- Обеспечить одностороннее запол-

зора происходит с двух нение зазора припоем

сторон

Удельный вес флюса Подобрать соответствующий флюс

больше удельного веса

припоя

15. Шлаковые вклю- Некачественная подго- Обеспечить тщательную подготов-

чения в шве товка поверхности соеди- ку поверхности перед пайкой

няемых изделий перед

пайкой

Излишняя продолжитель- Выдержать режим пайки

ность нагрева в процессе

пайки

Использование пламени Отрегулировать пламя горелки

с избыточным содержа-

нием кислорода

16. Локальная эрозия Повышенная раствори- Использовать припой, не вызыва-

паяемого материала мость материала в рас- ющий эрозию, снизить количество

в зоне соединения плаве припоя вводимого припоя, уменьшить тем-

пературу и продолжительность

пайки

17. Непропай Неправильное конструи- Доработка конструкции паяного

рование паяного соеди- соединения

нения, наличие «глухих»,

не имеющих выхода

полостей

Блокирование жидким То же. Доработать технологию

припоем газа при нали-

чии неравномерного за-

зора

Местное отсутствие сма- Меры предупреждения аналогичны

чивания жидким припо- дефекту 1

ем поверхности

18. Деформация и ко- Неравномерность нагрева Обеспечить равномерный нагрев и

робление паяного со- и охлаждения изделия охлаждение изделия. Применить

единения нагрев концентрированным источ-

ником тепла. Использовать оснаст-

ку, фиксирующую положение изде-

лия при сборке, пайке и охлаждении

Часть этих признаков наблюдаются при краевом угле смачивания θ > 30°, коэффициенте растекания KP< 0,9, времени смачивания более 4–5 с. Более детально виды дефектов паяных соединений, причины их возникновения и меры предупреждения рассмотрены в табл. 7.2.