Додаток. Дефекти паяних з'єднань

Дефекти паяних з'єднань

Якість паяних виробів визначається їх міцністю, надійністю, корозійною стійкістю, здатністю виконувати спеціальні функції (теплопровідність, електропровідність, комутаційні характеристики тощо). Забезпечення цих характеристик досягається оптимальними рішеннями в процесі виробництва паяного виробу. Дефекти, що виникають при виготовленні паяних виробів, можна розділити на дефекти заготовки і збірки, дефекти паяних з'єднань і паяних виробів.

До найбільш типових дефектів паяних з'єднань відносяться пори, раковини, шлакові і флюсові включення, непропаї, тріщини. Ці дефекти класифікують на дві групи: що пов'язані із заповненням проміжку розплавом припою між зпаяними деталями і що виникають у процесі охолодження виробу від температури пайки до температури навколишнього середовища. Дефекти першої групи пов'язані головним чином з особливостями заповнення капілярних проміжків в процесі пайки. Дефекти другої групи зумовлені зменшенням розчинності газів у металах при переході їх з рідкого стану в твердий та усадковими явищами. До них також належить пористість кристалізаційного і дифузійного походження. Крім пор до дефектів суцільності відносяться тріщини, які можуть виникати в металі шва, в зоні спаїв або в паяному металі. Велику групу дефектів становлять шлакові і флюсові включення.

Причиною утворення непропаїв, які беруть початок біля границі розділу з паяним металом, може бути неправильне конструювання паяного з'єднання (наявність «глухих», не маючих виходу порожнин), блокування рідким припоєм газу при наявності нерівномірного нагріву або нерівномірного проміжку, місцева відсутність змочування рідким припоєм поверхні паяного металу. Причиною появи блокованих залишків газу в швах може бути нерівномірність руху фронту рідини при затікання припою в проміжок. Фронт дробиться на ділянки прискореного й уповільненого просування, в результаті чого можуть відсікатися малі обсяги газу. Таким же чином може відбуватися захоплення флюсу і шлаків в шві. У процесі охолодження з'єднання через зменшення розчинності газів відбувається їх виділення та утворення розсіяної газової пористості. Досвід високотемпературної пайки алюмінієвих сплавів з попередньою дегазацією припоїв і флюсів показує, що пористість металу шва при цьому різко зменшується. Іншою вельми поширеною причиною утворення розсіяної пористості є виникнення так званої усадочної пористості. Це явище характерне для випадку затвердіння сплаву з широким інтервалом кристалізації. При малих проміжках усадочні міждендритні (дендрит від грецького δένδρον — «дерево») порожнини, як правило, тягнуться у вигляді ланцюжка в центральній частині шва. При великих проміжках усадочні пори розташовуються в шві більш рівномірно в міждендритному просторі.

Причиною утворення пор в паяних швах може бути ефект сфероїдизації. У цьому випадку пористість в зоні шва виникає в результаті нескомпенсованої дифузії атомів припою і паяного металу. Такого роду пористість виникає в системах припій ‑ паяний метал, у яких є помітна різниця в коефіцієнтах дифузії.

Тріщини в паяних швах можуть виникати під дією напруг і деформацій металу виробу в процесі охолодження. Прийнято розрізняти холодні і гарячі тріщини. Холодні тріщини утворюються при температурах до 200°С. Гарячими називаються тріщини, що утворюються при температурі вище 200°С. Ці тріщини зазвичай мають кристалізаційне або полігонізаційне походження. (Полігонізації – перебудова і впорядкування дислокаційної структури металів. Полігонізації призводить до утворення субзеренних границь.) Якщо в процесі кристалізації швидкість охолодження висока і виникаючі напруги великі, а деформаційна здатність металу шва мала, то з'являються кристалізаційні тріщини. Полігонізаційні тріщини виникають вже при температурах нижче температури солідуса після затвердіння сплаву по так званим полігонізаційним кордонам, що утворюються при вибудовуванні дислокації в металі до рядів та утворенні сітки дислокацій під дією внутрішніх напружень. Холодні тріщини виникають найчастіше в зоні спаїв, особливо в разі утворення прошарку тендітних інтерметалідів. Тріщини в паяному металі можуть з'явитися і в результаті впливу рідких припоїв, що викликають адсорбційне зниження міцності.

Рис. Схема трансформації дислокаційної структуры при полигонизации

Неметалеві включення типу флюсових або шлакових виникають при недостатньо ретельній підготовці поверхні виробу до пайки або при порушенні її режиму. При дуже тривалому нагріванні під пайку флюс реагує з паяним металом з утворенням твердих залишків, які погано витісняються із проміжку припоєм. Шлакові включення можуть утворитися також через взаємодію припоїв і флюсів з киснем повітря або полум'ям пальника.

Відсмоктувач

Відсмоктувач - пристрій для видалення припою. Являє собою вакуумний насос з наконечником для втягування розплавленого припою з оброблюваної поверхні. Зазвичай використовується для демонтажу електронних компонентів.

Найпростіші і найпоширеніші конструкції засновані на вакуумному насосі у вигляді підпружиненого поршня з фіксатором його положення в зведеному стані, з наконечником вхідного каналу у вигляді звуження. Як правило, наконечник змінний і виконаний з фторопласту. Принцип дії: припій на місці пайки розплавляють, підносять зведений відсмоктувач, натискають на спускову кнопку фіксатора, пружина виштовхує поршень, перепад тиску засмоктує припій всередину, звільняючи деталі на платі від припою.

У професійних конструкціях відсмоктувач обладнують спеціалізованим автоматизованим вакуумним насосом і регульованим по температурі наконечником для одночасного розплавлення і відсмоктування припою. У такій конструкції припій не застигає в каналі наконечника.

При демонтажі деталей з використанням відсмоктування, слід звертати увагу на розмір доріжок, що підходять до демонтованої деталі. При роботі з тонкими доріжками, використання відсмоктувача може привести до їх відшарування від плати. У таких випадку замість відсмоктувача доцільніше використовувати мідну обмотку коаксіального кабелю.