Материал: Технология и оборудование производства радиоэлектронных модулей. Донец А.М

Рис. 10. Заливная форма паяного соединения: 1-контактная площадка;

2-металлизированное отверстие; 3-вывод компонента

Паяное соединение с неполным заполнением припоем металлизированного отверстия не бракуется, если припой смачивает стенки отверстия по всей высоте γ и со стороны корпуса образуется вогнутая галтель ₁ не менее 1/3  (рис. 11)

Рис.11. Паяное соединение с неполным заполнением

металлизированного отверстия: 1-металлизированное

отверстие; 2-вывод компонента

У ЧИП – компонентов с высотой металлизации не менее 1,2 мм высота галтели h должна быть не менее 1/3 Н. Если высота Н более 1,2 мм, то высота галтели должна быть не менее 0,4 мм (рис. 12).

Рис. 12. Форма паяного соединения у ЧИП – компонентов: 1-ЧИП –

компонент; 2-металлизация на корпусе контакта; 3-контактная

площадка

Выводы компонентов в корпусах SO, SOT должны быть пропаяны не менее чем 75 % длины их монтажных частей.

Рентгеновский метод применяют для выявления внутренних дефектов паяного соединения. Наиболее эффективным является рентгенотелевизионный вариант этого метода, обеспечивающий обнаружение малых трещин, пор и инородных включений.

В рентгеновских установках реализуется принцип рентгеноскопии или принцип рентгенографии. Рентгеноскопия – визуализация теневого рентгеновского изображения на экране, а рентгенография – получение теневого изображения на рентгеновской пленке. Диагностические возможности рентгеновского метода определяются проникающей способностью рентгеновского излучения и чувствительностью. При прохождении через объект контроля пучка рентгеновских лучей с определенной длиной волны интенсивность излучения уменьшается по экспоненциальному закону:

, (4.1)

где I₀ – интенсивность излучения без ослабления; I – интенсивность излучения на глубине x объекта; μ – линейный коэффициент ослабления излучения.

Выражение (4.1) можно представить в таком виде:

, (4.2)

где px – масса вещества в столбике сечением 1 см² и длиной x см; μ/ρ – массовый коэффициент ослабления, характеризующий ослабление интенсивности излучения слоем, содержащим один грамм вещества на каждый квадратный сантиметр.

При px=1

, (4.3)

Коэффициент μ растет с увеличением атомного номера материала и уменьшается с ростом энергии излучения Е, связанной с длиной волны λ выражением

, (4.4)

где h – постоянная Планка.

В рентгеновских трубках минимальная длина в ангстремах рентгеновского излучения равна

λ_min = 12,395V, (4.5)

где V – напряжение анода, кВ.

Следовательно, чем больше анодное напряжение, тем больше энергия Е и тем глубже в материал проникает рентгеновское излучение. Излучение с большой проникающей способностью называют жестким, а с небольшой проникающей способностью - мягким. Анодное напряжение выбирают с учетом материала и толщины контролируемого объекта.

Интенсивность излучения, проходящего через объект с дефектом типа трещины, поры или инородного включения, определяются по формуле

, (4.6)

где μ₁ – линейный коэффициент ослабления излучения в дефекте; Δx- протяженность дефекта по направлению излучения.

Разделив (4.6) на (4.1), получим

, (4.7)

При наличии в паяном соединении пор и трещин μ₁ < μ и I₁ > I; если имеется включение с плотностью большей, чем у материала объекта контроля, то μ₁ > μ и I₁ < I. Изменение интенсивности излучения проявляется в виде темных или светлых пятен на экране или рентгеновской пленке.

Чувствительность рентгенографии и рентгеноскопии характеризуется разрешающей способностью и контрастностью изображения на экране и пленке: предельная разрешающая способность определяется числом различных линий на отрезке шириной 1 мм. Чувствительность рентгенотелевизионного микроскопа зависит от чувствительности рентгеновского блока, преобразователя рентгеновского излучения в электрический сигнал и телевизионной системы.

Отечественный рентгенотелевизионный микроскоп МТР – 3И имеет предельную разрешающую способность 20 линий/ мм, а увеличение размеров изображения в телевизионном канале составляет до 35 раз.

В микроскопе РС – 1 фирмы Nicolet используется система увеличения в 20 – 50 раз с цветным телевизором. Предельная разрешающая способность около 100 линий / мм.

Для контроля качества пайки компонентов в корпусах BGA и других КПМ разработана рентгеновская установка СРХ с увеличением 400 раз.

Дефектные паяные соединения выявляют активным и пассивным методами теплового контроля. Активный метод базируется на том, что дефекты паяного соединения препятствуют передаче тепла и искажают характер его распространения между разогретыми монтажными элементами. В результате этого на границе с повышенным тепловым сопротивлением возникает градиент температур, который фиксируется инфракрасными измерительными приборами.

Разогрев монтажных элементов производится в стационарном и нестационарном режимах. При стационарном режиме монтажные элементы разогреваются одновременно источником тепловой энергии. В этом случае могут быть выявлены дефекты (трещины, пустоты, включения), ориентированные перпендикулярно направлению теплового потока. Различимость дефектов в стационарном режиме меньше, чем в случае нестационарного (динамического) нагрева. Динамический нагрев производится локальным источником тепла, перемещающимся по наиболее благоприятной для выявления дефектов траектории. Выбор траектории перемещения локального теплового источника позволяет оценить качество паяного соединения по характеру распределения температуры монтажных элементов и по ее изменению на отдельных участках с течением времени.

При пассивном методе теплового контроля оценивается собственное тепловое излучение изделия, подключенного к источнику питания. Дефектность паяного соединения характеризует тепловыделение, зависящее от величены протекающего по цепи тока и переходного сопротивления системы металл – припой – металл.

Тепловой контроль осуществляется ИК - радиометрами, ИК – профилографами, например установкой типа Laser Inspect, созданной фирмой Vansetti Systems (США). В ней измерение уровня сигнала ИК – детектора выполняется сначала при максимальном нагреве паяных соединений, а затем через каждые 20 – 30 мс в течение 5 с. Полученные результаты используются для построения временных зависимостей измерения температур паяных соединений в процессе охлаждения РМ. По этим зависимостям судят об избытке или недостатке припоя в соединениях. «Холодную» пайку выявляют по возрастанию сигнала из-за более высокой поглотительной способности поверхности. Поры и трещины в паяном соединении обнаруживают вследствие большого поглощения ИК – излучения.

Измерения шумов паяных соединений несут важную информацию об их надежности. Шумы паяного соединения представляют собой случайные флюктуации его сопротивления, происходящие под действием внешних и внутренних факторов. Информация о качестве и надежности паяного соединения может быть получена в процессе измерения фликерной и лавинной составляющих шума. Спектральная плотность мощности фликерной составляющей обратно пропорциональна частоте f, поэтому эту составляющую шума называют шумом типа 1 / f. В паяном соединении шум типа 1 / f вызывается релаксацией внутренних напряжений, перестройкой структуры из за неоднородности химического состава паяного шва и другими явлениями.

Лавинный шум обычно связан с тем, что при протекании тока в паяном соединении с нестабильной и плохой проводимостью возникают микроплазменные области, в которых реализуется режим электрического пробоя. Лавинный шум проявляется в виде всплеска спектральной плотности мощности на относительно высоких частотах.

Механическим испытаниям подвергают непосредственно изделия или образцы, вырезанные из изделий, и контрольные образцы, приготовленные для создания определенного нагружения. Для определения механических свойств паяных соединений изделия и образцы испытывают на растяжение, сдвиг и изгиб.

Металлографические исследования проводят с целью определения кристаллической и фазовой структуры паяных соединений, размера диффузионных зон и выявления распределения дефектов в паяном шве.

Виды дефектов паяных соединений, причины их возникновения и меры по их устранению представлены в табл. 7.

Таблица 7

Продолжение табл. 7

Продолжение табл. 7

Продолжение табл. 7

Продолжение табл. 7

Контроль качества удаления флюсов с поверхности ПП производят визуальным осмотром, люминесцентным и нефелометрическим методами.