Соединения, полученные сваркой сопротивлением

Категория:
Производство радиоаппаратуры


Соединения, полученные сваркой сопротивлением

Сварка сейчас все шире используется в электронной и радиоэлектронной промышленности. Это связано с тем, что накоплен опыт по получению надежных сварных соединений и отработана технология. Преимущество сварки состоит в том, что она уменьшает вероятность ухудшения термочувствительных компонентов при монтаже печатных плат. Этим методом можно присоединять компоненты при достаточно близком расстоянии к их корпусам и уменьшать расстояние между соединениями. Механическая прочность соединений, полученных сваркой, и их долговечность достаточно велики; такие соединения способны выдержать высокие рабочие температуры. Режимы сварки (так же, как и при пайке различных соединений) необходимо выбирать так, чтобы они позволяли делать соединения для различных материалов выводов, т. е. подходили для всех типов компонентов.

С помощью сварных соединений можно также конструировать миниатюрные печатные платы с высокой плотностью упаковки.

Опыт показал, что для обеспечения высокого качества соединений необходимо иметь тщательно отработанную технологию. Визуальный контроль также существенно помогает получить надежные соединения, своевременно выявив брак.

Визуальный контроль

Для обнаружения дефектов рекомендуется использовать микроскопы с увеличением в 5 и более раз. К дефектам относятся: трещины любого вида, формы, размера; свободно свисающие кусочки любого материала, вида или формы, которые могут быть на соединении; избыточная деформация свыше 50%; изменение цвета соединений (обгоревшие соединения и т. д.); выводы, покрытые припоем (см. раздел по выводам, покрытым припоем).

Причины образования дефектов

Появление дефектов, перечисленных в предыдущем разделе, которые наблюдаются при визуальном контроле, может быть вызвано следующими причинами:
— растрескивание из-за избытка теплоты или давления при сварке. Эти причины могут быть устранены введением строгого контроля при проведении процесса;
— растрескивание или разбрызгивание припоя из-за несоответствия между количеством тепла и давления при сварке. Обычно это случается, когда один провод расплавляется слишком быстро и разрывается;
— неправильная регулировка электрода, разбаланс теплоты и давления при сварке, использование электродов неправильной формы или загрязненных;
— обгоревшее соединение (т. е. соединение, где материал вывода полностью окружен черным обугленным пятном), возникающее из-за избытка теплоты. В этом случае в материале вывода имеются такие скрытые дефекты, как хрупкость, пористость, сожженные участки.

Требования к сварным соединениям

Сварное соединение представляет собой металлургическое соединение кованого или сплавного типа. Механическая прочность соединения примерно равна прочности наиболее механически слабого из соединяемых материалов. При изготовлении сварного соединения существенно изменяются характеристики соединяемых материалов (пластичность, проводимость и механическая прочность).

Когда проволочные выводы покрыты припоем, то о.н обычно расплавляется раньше, чем материал вывода. При определенной энергетической мощности сварочной установки можно получить только паяные соединения. Однако при повышении мощности сварки частицы припоя могут оказаться включенными в само соединение и механическая прочность его понижается. Олово при этом часто выгорает или выбрасывается из места соединения. Это может привести к серьезным последствиям, если олово используется для защиты от коррозии и для повышения способности материала к пайке.

Требования к сварным соединениям:
— материалы выводов компонентов должны обладать хорошей способностью к сварке, однако нежелательно применять выводы, покрытые свинцово-оловянным припоем;
— для каждой комбинации материалов и размеров выводов необходимо использовать специальные режимы сварки;
— требуется обеспечить очень небольшие изменения тянущего усилия, для чего необходимо иметь в виду, что максимальное выделение тепла и зона расплава должны быть как можно ближе к границе раздела свариваемых выводов. Доказательства перегрева можно получить, рассматривая окрестность вывода, а также если наблюдается зернистая структура вывода в месте перегрева.

Протяженность тепловой зоны, общую деформацию объединенного вывода, степень и протяженность материала покрытия, включенного в границу раздела соединения, следует контролировать.

Электроды. Выбор формы электродов, их материала, а также комбинация электродов для конкретной сварочной операции зависит от формы, а также от тепловой п электрической проводимости материала-основы, к которому приводится приваривание.

Для концентрации тепла на свариваемой поверхности при сварке материалов с высокой тепловой проводимостью (сплавы на основе меди) обычно требуются электроды (или кончики электродов) с высоким сопротивлением. Материалы с низкой проводимостью, такие, как никель и сплавы на основе никеля, требуют использования электродов с малым сопротивлением.

Режимы сварки. Технология сварки позволяет получать воспроизводимые результаты и высокую надежность сварных соединений. Сила тока и давления при сварке, установленные режимом, являются величиной относительной. Качество будущих соединений зависит от правильного подбора режимов и проведения необходимого эксперимента. В дальнейшем в производственных условиях нужно строго выполнять режимы, установленные технологией.

Существуют различные способы определения оптимального режима сварки, большая часть которых основана на методе проб и ошибок. Наиболее надежный из них базируется на систематическом стремлении компенсировать множество переменных процессов (таких, как разность материалов, размеров выводов и свойств выводов). Оптимальная механическая прочность устанавливается по графику зависимости механической прочности сварного соединения от давления электродов и электрической энергии сварки. Впоследствии проводится дополнительное исследование и оптимизация на основе учета влияния различного материалов электродов, различной формы электродов, их комбинаций и полярности напряжения при сварке на прочность соединения. Эти факторы совместно с данными по деформации сварного соединения, исследованию мест отказов и силы сцепления соединения подтверждают правильность выбора оптимальных условий сварки.

Установление оптимальных характеристик сварки затем экспериментально проверяется на пяти образцах и, если отказов не наблюдается, то режим сварки считается отработанным, и может быть получена оптимальная кривая зависимости мощности при сварке от давления.

Для выбора режима необходимо подготовить 28 образцов, 25 из которых проходят испытания на механическую прочность, деформацию сварного соединения, места отказов и визуальный контроль.

Надежность

Такие изделия, как ИС, транзисторы, танталовые конденсаторы и другие компоненты, могут быть повреждены при изготовлении соединений сваркой сопротивлением. Это происходит, если часть тока сварки течет через компоненты. Небольшие полупроводниковые приборы могут быть повреждены, если на переход подано смещение в прямом направлении порядка 0,5 В и обратное смещение в несколько милливольт. Кроме того, импульсы обратной полярности величиной 0,5 В могут повредить танталовые конденсаторы.

Рис. 1. Форма импульса напряжения

Рис. 2. Потенциально рискованное сварное соединение туннель ного диода и танталового конденсатора

Рис. 3. Потенциально опасное сварное соединение германиевого транзистора и туннельного диода

Приведенные на этих рисунках примеры не описывают все возможные конфигурации схем, которые могут встретиться при сварке. Однако ниже приводятся некоторые рекомендации по обеспечению надежности:

1. Изготовители печатных плат, в которых используется сварка, должны учитывать данные по пиковому напряжению при сварке в зависимости от установки режима сварочного автомата по энергии, давлению, характеристик свариваемых материалов, типа сварки.
2. При оценке надежности аппаратуры необходимо учитывать повреждения, которые могут возникнуть в процессе сварки. Это предотвратит катастрофический отказ компонентов, которые были повреждены, но не разрушены сваркой.
3. Необходимо исключить возможности повреждения компонентов при сварке. Особое внимание следует обратить на печатные платы, содержащие интетральные схемы, туннельные диоды, германиевые транзисторы и диоды, танталовые конденсаторы.
4. При проектировании печатных плат необходимо учитывать процесс сварки. Разработчик лучше может определить опасные пути сварочных токов и налагаемые этим ограничения.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум