Взаимодействие припоя ПОИн50 с золотым технологическим покрытием ППИ

В технологии производства радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) одной из операций сборки является присоединение диэлектрических плат к металлическим основаниям. Из всех способов крепления плат СВЧ и ГИС на металлические основания наиболее широко применяется пайка, так как она обеспечивает качественное интерметаллическое соединение, а главное – электрический контакт, который с увеличением площади спая повышает надежность механического контакта и улучшает электрические характеристики изделий. На поверхности плат под пайку наносят золотое технологическое покрытие толщиной около 3 мкм (в качестве подслоя золота использовалась напыленная и гальваническая медь общей толщиной около 8 мкм).

Для получения надежных паяных соединений с использованием низкотемпературных припоев необходимо учитывать активное взаимодействие золотого покрытия с припоями. В результате этих процессов уменьшается прочность шва и нарушается его сплошность. Поскольку поверхность платы покрыта пленкой золота, то проводились исследования взаимодействия припоя ПОИн50 с золотым покрытием.

Для исследования взаимодействия оловянно-индиевых припоев с золотым покрытием в качестве материала плат использовали поликор и ситалл. Схема сборки образцов для исследований показана на рис. 5.13.

Рис. 5.13. Схема сборки образцов для исследования взаимодействия припоя с золотым покрытием плат: 1 – плата; 2 – Cr (600 Å); 3 – медь вакуумная (толщина пленки 1-2 мкм); 4 – медь гальваническая (6 мкм); 5 – пленка золота (3 мкм); 6 – припой ПОИн50

Поскольку поверхность платы покрыта пленкой золота, то проводились исследования взаимодействия припоя ПОИн50 с золотым покрытием. На рис. 5.14 показана форма растекания припоя по золотому гальваническому покрытию платы. Исследования формы и площади растекания припоя показали, что смачивание припоем ПОИн50 золотого покрытия хорошее.

Рис. 5.14. Растекание припоя ПОИн50 по золотому гальваническому покрытию платы. Увеличение 24^´

Микроструктура поперечного сечения позолоченной ситалловой платы, паянной припоем ПОИн50, показана на рис. 5.15. Микроструктурный анализ проводился после пайки образцов, а также после испытания при температуре от –60 до +100 °С после 100 термоциклов. Исследования показали, что после пайки образцов в некоторых случаях наблюдаются продольные поры между золотым покрытием и припоем. После испытаний образцов на термоциклирование золотая пленка частично сохраняется в паяном шве. Следует отметить, что в шве имеются поры как одиночные, так и в виде цепочки, однако структура паяного шва обладает достаточной плотностью.

Рис. 5.15. Микроструктура паяного соединения золотого покрытия припоем ПОИн50: а – после пайки (увеличение 500^´); б – после 100 термоциклов при температуре от –60 до +100 °С (850^´)

При монтаже, а особенно при эксплуатации РЭА, платы с навесными компонентами в некоторых случаях приходится перепаивать. В процессе перепайки золотое покрытие растворяется в расплавленном припое. При оценке надежности РЭА необходимо учитывать растворение золотого покрытия в припое при различных режимах пайки. С этой целью проведены исследования по влиянию многоразовой перепайки на растворение золотого покрытия плат из поликора толщиной 0,5 мм. Толщина пленки золота составляла 3 мкм.

Продолжительность одноразовой пайки находилась в пределах 3 с. Температура пайки с использованием припоя ПОИн50 поддерживалась в пределах 160±10 °С. Число перепаек составляло от одной до шести, что соответствовало суммарной продолжительности воздействия расплавленного припоя на золотое покрытие от 3 до 18 с. Микроструктурный анализ процессов взаимодействия золотого покрытия с припоем после каждой перепайки проводился по металлографическим поперечным шлифам на микроскопе МИМ-8М.

Эксперименты с припоем ПОИн50 показали, что ярко выраженных структурных изменений от увеличения числа перепаек не наблюдается. После шести перепаек сплошной интерметаллической прослойки, прилегающей к нерастворенному золотому покрытию, не обнаружено. Изменение толщины золотого покрытия от числа перепаек припоем ПОИн50 приведены в табл. 5.15.

Табл. 5.15. Влияние количества паек припоем ПОИн50 на толщину золотого покрытия

Незначительный разброс значений толщин меди и золотого покрытия связан, по-видимому, с погрешностями при измерении или с отклонениями в толщинах исходных покрытий.

Таким образом, золотое технологическое покрытие частично сохраняется после шести перепаек при использовании припоя ПОИн50.

Проведенные исследования растворения золота в контакте с припоем ПОИн50 показали, что этот припой в меньшей степени растворяет золото, чем припои, содержащие свинец. Из литературных данных известно, что золото с такими металлами, как олово и индий обладает ограниченной растворимостью. При взаимодействии золота с индием образуются следующие соединения: AuIn₂, AuIn, Аu₇In₃, Au₃In и Au₄In. Предельная растворимость индия в золоте в твердом состоянии составляет 9 % (ат.).

Максимальная растворимость олова в золоте составляет 6,8 % (ат.) при температуре (498±10) °С. Система Au-Sn имеет следующие соединения: AuSn, AuSn₂, AuSn₄, Au₁₀Sn и Au₈₃Sn₁₇.

Сплавы Au-In и Au-Sn используют для низкотемпературной пайки ППИ. Следует отметить, что при пайке ППИ припоями на основе олова и индия в паяном шве возникают значительные механические напряжения. Это обусловлено тем, что тепловое расширение обычного белого олова и индия, имеющих тетрагональную кристаллическую структуру, крайне анизотропно: ТКЛР вдоль главной оси кристалла больше ТКЛР в направлении, перпендикулярном главной оси. Это приводит к тому, что при изменении температуры на несколько десятков градусов напряжения вызывают пластическую деформацию припоя независимо от контактируемых материалов, имеющих другой ТКЛР.

Анализ микроструктуры паяных соединений золотого покрытия припоем ПОИн50 показал, что пластические деформации наиболее интенсивны в центре паяного шва (рис. 5.15, б). Поэтому при определенных условиях эксплуатации ППИ, паянных припоем ПОИн50, возможно появление в паяном шве не только цепочки пор, но и продольных трещин. Это обстоятельство нужно иметь в виду конструктору и технологу при изготовлении ППИ с использованием при сборке и монтаже оловянно-индиевых припоев.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: