Толстые пленки в микроэлектронике, страница 19

5.4 Пайка мягким припоем.           

Пайка мягким припоем используется для присоединения одного металлического материала к другому. Она уже довольно долго применяется в электронике. Благодаря своей простоте и обеспечению очень надёжного метода «склеивания» материалов пайка мягким припоем получила широкое распространение в производстве толстоплёночных гибридных схем.

Существуют два вида пайки: твёрдым и мягким припоем. Твёрдые припои расплавляются при их нагреве до температуры красного каления. Температуры расплавления мягких припоев более низкие. Мягкие припои обычно пластичны и мягки, твёрдые припои обладают этими качествами в гораздо меньшей степени.

Пайка начинается с нагрева соединяемых частей выше точки плавления припоя. Расплавленный припой растекается, «смачивая» две металлические поверхности. При последующем охлаждении и затвердевании припой их удерживает. Электрическое сопротивление соединения мало, поэтому паяные соединения являются хорошими проводниками электричества.

Для получения надёжного паяного соединения припой:

-  должен хорошо «смачивать» два металла при температуре достаточно низкой, чтобы их не повредить;

-  отвечать некоторым электрическим и физическим требованиям (таким, как прочность соединения, низкое электросопротивление, достаточная пластичность для компенсации различия в величинах коэффициентов температурного расширения);

-  не должен вызывать повреждения соединяемых материалов во время пайки или после неё;

1. Смачивание.

Пайка представляет собой процесс соединения двух металлических (или металлизированных) деталей схемы путём расплавления низкотемпературного припоя, помещённого между ними. До некоторой степени её можно сравнить со склеиванием двух предметов, но только в данном случаи клеем служит металлический сплав, а не органическое вещество.

Адгезия между припоем и металлом создаётся за счёт того, что расплавленный припой смачивает поверхность металла, на которую он наносится. Чтобы возникло смачивание, поверхность должна быть чистой. Для получения прочных соединений необходим тесный контакт металла с металлом, что обеспечивается смачиванием.

Степень смачивания припоем можно определить, рассматривая площадь, по которой расплывается капля припоя. Отсутствие смачивания может наблюдаться при наличии слоя грязи между металлом и припоем, а также между припоем и окисной плёнкой.

5.5 Флюсы.   

Флюсы – это вещества, удаляющие загрязнения с поверхности паяемого материала и обеспечивающие смачивание. На большинстве металлов в обычной среде образуется тонкий слой окислов. Эти плёнки следует удалять, чтобы обеспечить смачивание. Поверхность металла может также оказаться покрытой грязью или жиром, но флюсы обычно их не удаляют. Грязь или жировые плёнки можно удалить погружением в растворитель или промывкой до подачи флюса.

1. Назначение флюса. 

Флюсы разрушают и удаляют с металлической поверхности окисные плёнки химическим путём.

Флюсы также должны предохранять поверхность металла в процессе пайки. При температурах пайки на незащищённых поверхностях могут возникать окислы. Флюс должен обладать такими свойствами, чтобы не только удалять окисел с поверхности металла, но и продолжать удерживать поверхность чистой до тех пор, пока припой не расплавится и не растечётся по офлюсованной поверхности.

Одно из ограничений, связанных с воздействием флюса, заключается в том, что его действие не должно быть слишком сильным. От флюсов требуется удалять только окислы, не разъедая металл. Необходимо также, чтобы флюсы не представляли опасности для обслуживающего персонала и не оказывали действия после окончания пайки. Никакие реакции помимо взаимодействия с плёнками окислов нежелательны ни перед пайкой, ни во время неё, ни после.

2. Удаление флюса.    

Хотя большинство флюсов после пайки относительно неактивны (при температуре пайки они дезактивируются), принято тщательно удалять все остатки флюса. Особенно это важно при эксплуатации микросхем.