Информационно-познавательный сайт     Материаловедение     Электроматериаловедение  

3. Проводниковые материалы

3.9. Припои


top include

 

Меню разделов:
Аквариумистика
Биология
Вирусология
История
Материаловедение
Менеджмент
Радиоэлектроника
Фармация
Физика

 

top-2 include right include

 

Кроме подвижных контактов в радиоэлектронной аппаратуре широко используются и неподвижные контакты, основными из которых являются пайка, сварка и соединение контактолами.

Пайку применяют не только для получения постоянного электрического контакта с малым переходным сопротивлением и хорошей механической прочностью, но и для получения вакуумплотных швов.

Пайкой называется процесс получения неразъемных соединений с помощью специальных сплавов или металлов, температура плавления которых ниже температур плавления соединяемых деталей.

Специальные сплавы, применяемые при пайке, называют припоями. Процесс пайки сопровождается нагреванием. В результате припой плавится, растекается по поверхности соединяемых деталей, заполняя зазор между ними. На границе соприкосновения расплавленного припоя и поверхностей соединяемых деталей происходят сложные физико-химические процессы. Припой диффундирует в основной металл, а поверхностный слой основного металла растворяется в припое, образуя промежуточную прослойку. После застывания образуется неразъемное соединение.

Наличие оксидных пленок, механических и органических загрязнений на поверхностях соединяемых деталей затрудняет процесс пайки. Поэтому перед пайкой соединяемые поверхности тщательно очищают, а в процессе пайки защищают от окисления вспомогательными составами, называемыми флюсами.

Для получения электрических контактов в радиоэлектронике применяют также токопроводящие пасты, клеи, эмали, объединяемые общим названием контактолы. Припои должны обладать следующими свойствами:

- хорошая жидкотекучесть, т. е. способность легко растекаться в расплавленном состоянии и заполнять узкие зазоры и щели;

- малый интервал температур кристаллизации;

- высокая механическая прочность;

- коррозионная стойкость;

- высокая электропроводность.

Припои подразделяют на мягкие с температурой плавления Tпл до 400 °С и твердые с температурой плавления Тпл выше 400 °С.

Кроме температуры плавления припои существенно различаются по механическим свойствам. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении σр не выше 50...70 МПа, а твердые - до 500 МПа. Различие между пайкой мягкими и твердыми припоями состоит в том, что при пайке мягкими припоями преобладает адгезия (поверхностное сцепление), которая способствует смачиванию, а при пайке твердыми припоями наряду с адгезией - сплавление и диффузия. С повышением температуры скорость взаимной диффузии и смачиваемость возрастают.

Основные свойства и область применения мягких припоев приведены в табл. 3.11.

 

Состав, основные свойства и область применения мягких припоев

 

Название марок припоев определяется металлами, входящими в них в наибольшем количестве (олово - О, свинец - С, алюминий - А, серебро - Ср, сурьма - Су, медь - М, цинк - Ц, висмут - Ви, кадмий - К). Обозначение драгоценного или редкого металла, входящего в состав припоя, присутствует в названии марки даже при малых количествах этого металла в сплаве. Марка припоя выбирается в зависимости от рода соединяемых металлов и сплавов, требуемой механической прочности, коррозионной стойкости и удельной электрической проводимости припоя (при пайке токоведущих частей).

 

Мягкие припои.

Мягкие припои имеют сравнительно невысокую температуру плавления и в ряде случаев не обеспечивают контакту необходимую механическую прочность. Мягкими в основном являются оловянно-свинцовые припои (ПОС) с содержанием олова от 18% (ПОС-18) до 90% (ПОС-90). Удельная проводимость этих припоев составляет 9...13% от удельной проводимости меди, а температурный коэффициент линейного расширения ТКl больше, чем у меди, на 60...70%. Они содержат Sn-Pb с температурой плавления Tпл=183°С.

Введение сурьмы повышает прочность припоя марки ПОС и уменьшает его «ползучесть» под нагрузкой. По содержанию сурьмы припои марки ПОС подразделяют на бессурьмянистые, малосурьмянистые (0,2...0,5% сурьмы, например ПОССу-30-0,5) и сурьмянистые 1...5% сурьмы, например ПОССу-40-2).

Добавка кадмия повышает проводимость и механическую прочность контакта (например, припои марки ПОСК).

Мягкие припои подразделяют также на низкотемпературные с температурой плавления Tпл до 400 °С и легкоплавкие с температурой плавления Тпл до 145 °С. Механическая прочность этих припоев не значительна, но они находят применение при пайке деталей, чувствительных к нагреванию (полупроводниковые приборы, тонкопленочные выводы гибридно-пленочных и многокристальных больших интегральных микросхем). Для придания припоям таких свойств в их состав вводят индий, висмут, кадмий. Например, сплав Вуда (50% Bi, 25% Pb, 12,5% Sn, 12,5% Cd) имеет температуру плавления всего 60,5 °С.

Разработанные для пайки алюминия и его сплавов припои, содержащие цинк, кадмий и алюминий, не нашли широкого применения в микроэлектронике.

Мягкие припои используют для пайки внутренних выводов корпусов микросхем, проволочных выводов навесных компонентов, герметизации корпусов, лужения наружных выводов корпусов микросхем, коммутационных слоев печатных плат, мест монтажа бескорпусных интегральных микросхем.

 

Твердые припои.

Твердые припои отличаются тугоплавкостью (температура плавления 500.. .900°С) и высокой механической прочностью, но технология пайки при этом значительно сложнее и процесс ведется в специальных электрических печах.

Твердые припои на основе серебра (ПСр) применяют при пайке особо ответственных изделий электронной техники. В электровакуумной промышленности твердыми припоями паяют узлы электронных ламп, электровакуумных устройств, а также герметичных корпусов. Такие припои называются электровакуумными. Они должны обладать следующими свойствами:

- обеспечивать высокую механическую прочность паяного соединения в инертной среде или вакууме без применения флюса, поскольку остатки флюса и образующиеся оксиды могут загрязнять внутреннюю поверхность электровакуумного устройства;

- не испаряться при нагревании и не загрязнять внутренние детали устройства;

- температура плавления припоя должна быть примерно на 100°С выше температуры нагревания прибора Тн при вакуумной откачке;

- обладать достаточно большими значениями электро- и теплопроводности.

Состав, основные свойства и область применения твердых припоев приведены в табл. 3.12.

 

Состав, основные свойства и область применения твердых припоев

 

В зависимости от допустимой температуры нагревания прибора припои предназначаются для приборов с температурой нагревания T=450°С или T=700°С.

Припои для приборов Tн = 450°С представляют собой сплавы серебро - медь - олово, серебро - медь - индий, которые часто используют в порошке, поскольку они отличаются хрупкостью.

Припои для приборов Tн = 700 °С представляют собой сплавы на основе золота, меди, палладия и никеля.

 

3.1. Классификация проводниковых материалов
3.2. Основные свойства и характеристики проводниковых материалов
3.3. Материалы с высокой проводимостью
    3.3.1. Медь и её сплавы
    3.3.2. Алюминий и его сплавы
    3.3.3. Железо и его сплавы
    3.3.4. Натрий
3.4. Материалы с высоким сопротивлением
    3.4.1. Проводниковые резистивные материалы
    3.4.2. Пленочные резистивные материалы
    3.4.3. Материалы для термопар
3.5. Проводниковые материалы и сплавы различного применения
    3.5.1. Благородные металлы
    3.5.2. Тугоплавкие металлы
    3.5.3. Ртуть Hg
    3.5.4. Галлий Ga
    3.5.5. Индий In
    3.5.6. Олово Sn
    3.5.7. Кадмий Cd
    3.5.8. Свинец Pb
    3.5.9. Цинк Zn
3.6. Сверхпроводники и криопроводники
    3.6.1. Сверхпроводники
    3.6.2. Криопроводники
3.7. Неметаллические проводниковые материалы
    3.7.1. Материалы для электроугольных изделий
    3.7.2. Проводящие и резистивные композиционные материалы
    3.7.3. Контактолы
3.8. Материалы для подвижных контактов
    3.8.1. Материалы для скользящих контактов
    3.8.2. Материалы для размыкающих контактов
3.9. Припои
3.10. Металлокерамика
3.11. Металлические покрытия
3.12. Проводниковые изделия

botton include

 


author include