Сборка и тестирование изделий микроэлектроники в нииис

Установив Smile Line Smart Bridge Soldering Spider (2 штуки) 9060 самым подходящим образом можно смонтировать длинные мостовые конструкции.

Герметизация корпусов: Вакуумная пайка в среде муравьиной кислоты (создание вакуума до -92,3 кПа)

Маркировка изделий: Лазерный метод

Монтаж шариковых выводов (диаметром 0,35 и 0,4 мм): Лазерный метод

Контроль изделий электроники

При контроле изделий электроники (цифровых СБИС, БИС, ОЗУ, ПЗУ, микросхем ЦАП, АЦП, СВЧ, дискретных полупроводниковых приборов) специального и общепромышленного назначения важно использовать соответствующее оборудование. Вот некоторые параметры тестера БИС Formula-2K:

  • количество каналов до 128
  • напряжение (от -5 до +6) В
  • ток до 10мA
  • частота до 20 МГц

Комплекс для измерения ЦАП и АЦП микросхем включает:

  • до 128 цифровых каналов
  • напряжение (от 0 до 60) В
  • ток от 10 мкА до 10А
  • частота до 100 МГц

Комплекс для измерения СВЧ микросхем имеет следующие характеристики:

  • частота до 2 ГГц
  • напряжение (от 0 до 25) В
  • ток от 10 мА до 6А

Логический анализатор цифровых БИС предоставляет следующие возможности:

  • количество каналов до 256
  • диапазон задания периода от 6 до 163840 нс
  • длина векторной последовательности до 7 МБт
  • диапазон задания/измерения напряжения от -2 В до 7В
  • диапазон задания/измерения тока ± 40мА
  • диапазон источников питания ± 8 В (8А)
Читайте также:  Чем можно заменить флюс при пайки

Дополнительное оборудование

Для контроля кристаллов изделий на пластинах диаметром 100, 150 и 200 мм используют зондовые установки. Установки тепло/холод позволяют проводить испытания изделий в диапазоне температур от -60 до +225 °C. Контроль изделий на кристаллах и в корпусах может проводиться как в ручном, так и в полуавтоматическом режиме. Подбор или разработка оснастки индивидуально под каждого потребителя.

Припой

Припой — это материал, который используется для соединения металлических поверхностей при пайке. Припои имеют более низкую температуру плавления, чем материалы, которые они соединяют.

Классификация припоев

Основные виды припоев — мягкие и твёрдые. Рассмотрим каждый вид подробнее.

Мягкие припои

Мягкие припои обладают пониженной температурой плавления, обычно менее 300 градусов по Цельсию. Максимальная прочность составляет от 16 до 100 Мпа. Обычно они представляют собой сплавы олова и свинца, с процентным содержанием олова от 10 до 90%. По маркировке можно определить содержание олова — от ПОС-10 до ПОС-90.

Твёрдые припои

Твёрдые припои имеют температуру плавления выше 300 градусов по Цельсию, что делает их прочнее. Прочность таких припоев составляет от 100 до 500 Мпа.

Твёрдые припои: характеристики и назначение

Как правило, основу твёрдых припоев составляют медь и серебро. Разработано несколько сплавов с добавлением легирующих элементов – как правило, цинка. Его наличие позволяет варьировать температуру плавления, прочность, другие характеристики. Чаще всего применяются припои с содержанием меди, небольшого количества серебра и цинка. Они имеют аббревиатуру ПМЦ.

Виды твёрдых припоев продаваемых под брендом REXANT

ПОС-61 с канифолью

В этом составе 61% олова и 39% свинца. Припой данного типа используется для механически прочных соединений элементов друг с другом или фиксации на электронной печатной плате. Способы применения – пайка, лужение, смешанное производство. Припой скручивается в спиралевидную катушку. В составе имеется флюс (канифоль) без запаха, его процентное содержание – 2.2%. Это придаёт соединению повышенную прочность.

ПОМ-3 без свинца

Припой ПОМ-3 состоит из 97% олова и 3% меди, применяется в профессиональной сфере – в частности, в механизированной и автоматизированной пайке. С помощью данного припоя соединяют трубы из меди и её сплавов, операции востребованы при сборке и ремонте оборудования для пищевых и химических производств, для соединения узлов и деталей из металлокерамики. Изделие характеризуется повышенной прочностью во время затвердевания.

ПОСу 95-5, без свинца

Этот припой состоит из олова (95%) и сурьмы (5%). Используется для пайки латуни, стали, меди. Может быть использован для абразивной пайки. Припой востребован в электроламповой промышленности, электронике, автомобилестроении. С его помощью паяются трубы при высоких температурах, электронные платы. Отсутствие свинца гарантирует безопасность проведения операции.

Пруток ПОС-90

Классический припой, состоящий из олова (90%) и свинца (10%). Выполнен в виде прутков диаметром 8 мм. С его помощью получается достичь прочное и герметичное соединение или фиксация электронных микросхем на печатной плате.

Для сплавления слоя стеклянной пасты, наносимой на поверхность металла для предотвращения его переокисления, нагрев производят в муфельных, туннельных и конвейерных печах. Это целесообразно для пайки деталей простой конфигурации.

Нагрев стекла осуществляется за счет теплопроводности металла, нагретого при пропускании через него тока. Этот способ нагрева обеспечивает дозирование тепла и не требует высокой квалификации оператора.

Соединение стекла с металлом

Соединение стекла с металлом возможно за счет использования эмали. На соединяемые детали наносят слой эмалиевой пасты и место соединения нагревают до температуры ее плавления. При этом способе соединения уменьшаются внутренние напряжения, переокисление металла и обеспечивается получение разъемных вакуумно-плотных соединений.

После соединения стекла с металлом производят отжиг соединений для снижения внутренних напряжений. Режим отжига выбирают с учетом ТКЛР соединяемых материалов и конструкции спая.

Существующие способы пайки кварцевого стекла (кварца) с металлами различаются в зависимости от агрегатного состояния кварца во время пайки. Кварц можно паять, доводя его до плавления, при высокой температуре, как и стекло, или вести процесс при более низких температурах, когда кварц находится в твердом состоянии.

Соединение стекла с другими материалами

Для соединения стекла с другими материалами применяются галлиевые пасты. В таблице приведены сочетания материалов для которых получено соединение с применением галлиевого припоя.

МатериалыПроцент галлия
Ga; Sn; Си39.6; 4.4; 56

Пайка кварца с металлами

При пайке кварца с его оплавлением используется переходные стекла с различными ТКЛР, которые, сплавляясь друг с другом, образуют постепенный переход от металла к кварцу. Этот способ пайки кварца с металлами трудоемок, спаи имеют значительные размеры, механическая прочность и теплоемкость невелики.

Более прогрессивным считается способ впаивания металлической фольги непосредственно в кварц (ленточные спаи). При этом в качестве металлов используют вольфрам, молибден, тантал и платину. Однако размеры фольги ограничены из-за большой разности ТКЛР соединяемых материалов.

Пайка кварца с помощью активных металлов

Существует способ пайки кварца с помощью активных металлов. На поверхность кварца наносится слой титана или циркония, пайка производится припоями, содержащими олово, индий, галлий. Как конструкционный металл используют медь, серебро, золото.

По поверхности пленки меди, никеля или серебра можно производить пайку его с металлами малооловянистыми припоями с применением канифольных флюсов.

Возможна пайка кварца непосредственно с титаном или цирконием припоем ПСр 72. При этом образуются прочные и термостойкие спаи. Активный металл можно применять в качестве присадки к припою, например при пайке кварца со сплавом 29НК припоем ПСр 72. Для этого поверхность кварца покрывали гидридом титана, образующим в вакууме чистый титан. Для соединения кварца с никель-кобальтовым сплавом применяют также припой системы Ag-Cu эвтектического состава и сердечник, содержащий 8 % Ti (массовые доли). Получен­ ные таким образом спаи сохраняют вакуумную плотность при повторном нагреве до 400 °С. При изготовлении ненапряженного спая кварца с металлами используют оловянно-титановый или свинцово-титановый припой.

Для пайки кварца успешно используют галлиевые припои (например, при производст­ ве пьезоэлектрических кварцевых резонато­ ров). При пайке галлиевыми припоями, содер­ жащими индий, олово и медь, термообработку этих спаев следует проводить в кислородосо­ держащей атмосфере при температуре не менее 100 °С.

Пайка кварца, покрытого алюминием и медью с никель-кобальтовым сплавом и лату­ нью, производится припоем следующего со­

става (массовые доли), 75 In;

2,5 Ag; 7 Bi. Температура пайки 370

выдержка — 20 мин. Пайка производится в ва­ кууме 5 10° Па при давлении сжатия образцов 3 МПа. Полученные таким способом паяные соединения имеют предел прочности при срезе тср = 12 15 МПа; могут работать в условиях нагрева (80 100 °С) при статическом давле­ нии 30 МПа, амплитудах пульсации давления

4,5 МПа и диапазоне частот

ПАЙКА СИТАЛЛА, ФЕРРИТА, САПФИРА С МЕТАЛЛАМИ

С и т а л л ы . Составы припоев и режимы пай­ ки ситаллов с металлами приведены в табл. 12. Для изготовления оптических газонаполненных электроразрядных приборов применяют ситалл марки СТЛ-ЗМ. В этих приборах должны оста­ ваться неизменными геометрия конструкции, механическая прочность и вакуумная плотность. На основе определения температурной зависимо­ сти ТКЛР, микротвердосги и структуры показано, что целесообразная температура его пайки,800 900 °С в вакууме 1,3 • 10‘2 Па

Пайку высокопластичным припоем с ад­ гезионно-активными добавками применяют для соединения ситалла с ситаллом, кварцем, стеклом, сплавом 29НК и медью. Герметизированные этим способом пайки приборы работа­ ют в условиях от -5 до +300 °С, стойки к тер­ моудару при -5 +65 °С, виброустой’чивы, надежно работают свыше 10 лет. Известно непосредственное соединение ситаллов с ме­ дью, сталями, сплавами никеля, хрома с желе­ зом и расплавленной стекломассой в процессе прессования изделия и последующего нагрева его для превращения стекла в ситалл (нагрев до

900 °С, выдержка 1

предварительно подвергают тепловой

обработке при 500700 °С с целью образова­

ния окисной пленки.

Ф е р р и т ы .

ферриты паяют с титаном, сплавами Фени-46, 29НК, 47НД в среде очищенного аргона или в вакууме 10’2 Па. Скорость нагрева 20 °С/мин. Более быстрый нагрев недопустим, так как приводит к растрескиванию ферритов. Пайку производят по металлизированной никелем поверхности феррита или без предварительно­ го покрытия. Составы припоев, режимы пайки и свойства паяных соединений приведены в табл. 13.

12. С о с т а в ы п р и п о е ви р е ж и м ы п а й к и с и т а л л ас м е т а л л а м и

Ситалл (M g0-Al20 i-S i0 2) +

+ медь М 1 + сплав 29НКсеребро 6= 10

Ситалл (Li02-Al20 )-S i0 2) +торцового и охваты­

39,6 % Ga;Нагрев лучом лазера,

нанесение припоя с

4,4 % Sn; 56 % Си (порошок)

13. С о с т а в ы п р и п о е в , р е ж и м ы п а й к и и с в о й с т в а п а я н ы х с о ед и н е н и й ф е р р и т о в с м е т а л л а м и

30 СЧ-2 (покрытие — Nb) + титан

30 СЧ-3 (покрытие — Ni) + Фени-46(15 20 В)

30 СЧ-3 (покрытие — Ni) + 47 НД

30 СЧ-4 (покрытие — Ni) + 29НК*2

30СЧ-6 + ВТ1-0*2

*’ Выдержка 3 мин.

*2 Без термоциклирования паяного соединения.

П р и м е ч а н и е . Термоциклирование паяного соединения по режиму 20 — 800 — 20 °С 10 циклов.

С а п ф и р . Пайка сапфира с титановым спла­ вом ВТ-16 осуществляется припоем ПСр 72 при 840 °С в течение 5 мин в вакууме 1,3 мПа. Паяное соединение подвергается последующе­ му старению при 450 °С в течение 3 ч в вакуу­ ме 13 мПа. Предел прочности паяного соеди­ нения 1270 1300 МПа.

ПАЙКА МЕТАЛЛА КЕРАМИКОЙ

пайка металла с металлизированной керамикой (аналогично пайке металлов);

активная пайка с использованием тита­ на и циркония в качестве компонентов припоя;

пайка стеклоприпоем (глазурью);

пайка по металлизированному слою;

пайка неметаллизированной керамики под давлением.

Простейшие типы соединений керамики с металлами приведены на рис. 7.

П а й к а м е т а л л и з и р о в а н н о й к е р а м и к и .

В состав металлизационного покрытия, нано­ симого на керамику, входят: порошок молиб­ дена или вольфрама в количестве 75 95 % (по массе) и активные добавки марганца, крем­ ния титана (гидрида титана), железа, борида молибдена, ферросилиция, стекла и др. Выбор добавок определяется химсоставом керамиче­ ского материала и температурой спекания по­ крытия. в процессе которого происходит за­ крепление слоя металлизации на поверхности керамической детали. Составы применяемых для металлизации керамики паст приведены в табл. 14.

14. С о с т а в п а с т д л я м е т а л л и з а ц и и к е р а м и к и

Химический состав пасты, % (по массе)

80Мо, 20Mn; 80Мо, ЮМп, 10TiH4;75Мо, 20Mn, 5Si; 75Мо, 20Mn, 5Si;

75Мо, 20Мп, 5 стекло (С 48-2)

80Мо, ЮМп, 10TiH4; 75Мо, 20Мп, 5Si;80Мо, 14Мп, 6 ферросилиций

75Мо, 20Мп, 5V20 5; 80М, 20 стекло (Мп 0-Al20 3-Si02)

75Мо, 20Мп, 5 стекло (С 48 — 2); 80Мо, 14Мп, 6 ферросилиций

70Мо, 20Мп, 10МоВ4

95W, 5V20 5

15. Рецептура металлизационных паст

Биндер вязкостью 19 20, см3

Рис. 7. Э лем ентарны е формы соединений керам ики с м еталлам и:

— торцовое компенсированное; торцовое некомпенсированное; лезвийное; конусное;

охватывающее; — охватывающее с бандажом; цилиндрическое внутреннее и наружное

Компоненты паст перед приготовлением паст тщательно измельчают в ацетоне или эти­ ловом спирте. Для приготовления металлиза­ ционных паст используют раствор коллокси­ лина в изоамил-ацетате. Рецептура металлиза­ ционных паст из расчета на 300 г порошка приведена в табл. 15.

После нанесения паст детали поступают на вжигание. Температура вжигания для кера­ мических материалов, содержащих стекло (6 20 %), 1250 1450 °С. С уменьшением содер­ жания стекла температура вжигания может

После закрепления первого слоя порош­ ковым или гальваническим методом наносится второй слой (никеля, железа, меди). Состав и режим работы ванны для химического никели­

рования приведены ниже.

Никель хлористый, г/л

Аммоний хлористый, г/л

Натрий лим. кисл., г/л

Натрий гипофосфат, г/л

Перед никелированием детали травят в смеси соляной и азотной кислот в течение 4 8 с и промывают в проточной воде.

Сборка металлокерамических узлов осу­ ществляется при плотной посадке манжет на цилиндрические керамические детали с приме­ нением рычажных или винтовых процессов. При этом натяг манжеты на керамику не дол­ жен превышать 0,1 0,15 мм во избежание скола керамики и металлизационного слоя.

При сборке под пайку сущест венное значе­ ние имеет размещение припоя (рис. 8 и рис. 9). Режимы пайки металлокерамических узлов приведены на рис. 10. Пайку осуществляют в печах с защитной атмосферой. Рекомендуемое время выдержки и температура пайки металли­ зированной керамики с металлом приведены в табл. 16.

Для (МКУ), изготовленных с применением пайки, особое значение имеет сохранение вакуумной плотно­ сти в условиях эксплуатации и хранения. Ваку­ умную плотность изделий контролируют мето­ дом испытания на термостойкость, по величи­ не которой оценивают технологическую и экс­ плуатационную надежность конструкций.

Рис. 8. Расположение припоя

Рис. 9. Потолочное (верхнее) закрепление припоя в телескопических соединениях керам ики с м еталлам и:

— керамика; фольга припоя; манжета; припой

покрытия — никель гальванический 6

Пайка МКУ осуществлялась на

ЛМ 4890. Термостойкость исследовалась путем нагрева и охлаждения в среде азота по режиму 50 — 600 — 50 °С. После каждого цикла нагреваохлаждения производилась проверка узлов на вакуумную плотность гелиевым течеискателем ПТН-10. Из исследованных трех типов конст­ рукций паяного соединения наибольшей тер­ мостойкостью обладают МКУ с Т-образной конструкцией спая (рис. 11, наименьшей — с телескопической (рис. 11,6).

Рис. 10. Реж имы пайки м еталлокерам ических узлов медью и медно-серебряной эвтектикой:

1 — 3 — изделия простой формы размером до 100 мм, манжеты медные (/) и коваровые (2,3); 4 , 5 — изделия сложной формы или размером до 250 мм

Рис. 11. Конструкции спаев

Как следует из проведенных исследова­ ний, термостойкость паяных соединений кера­ мики ВК94-1 с коваром 29НК, выполненных медью для диаметров до 25 мм, существенно зависит как от конструкции паяного соедине­ ния, так и от геометрии спаев.

ПАЙКА У ГЛ ЕРО Д -У ГЛ ЕРО Д И С ТЫ Х

О М П О ЗИ Ц И О Н Н Ы Х М А ТЕРИ А Л О В

Углерод-углеродистые композиционные материалы (УУКМ) обладают высокой термо­ стойкостью (порядка 2000 К), что позволяет использовать их в энергетическом и химиче­ ском машиностроении. Перспективна высоко­ температурная пайка этих материалов для по­ лучения соединений с металлами. При пайке целесообразно применять припои на основе сплавов молибдена, ниобия, титана с темпера­ турой плавления до 2500 К.

При разработке паяных соединений УУКМ

металлами важно учитывать существенное от­ личие теплофизических характеристик металлов: теплопроводности, модуля упругости, прочности, коэффициента линейного расширения. Послед­ ний, например для материала КУП-ВИ-БС, очень

16. Рекомендуемое время выдержки и температура пайки металлизированной керамики с металлами

Металлизационное покрытое — металл

Молибден-марган- цевое покрытие (МоМп) без второго слоя — ковар

МоМп + второй слой Fe — ковар

МоМп + Ni — ковар

При увеличении времени выдерж­

120 с в 2 раза уменьшается

Менее зависимо от длительности

при оптимальном режиме

термостойкость в 2 раза меньше,

чем в предыдущем случае

ется качество соединения

Допустима выдержка до 2

100 150 °С

Лучший припой для пайки керамики

МоМп + Ni — железо

Наиболее надежные соединения

ПСр 999 *

МоМп + Ni — медьСильно растворяется медь

Спаиваемый с керамикой металл следует никелировать.

Т., Дергунова В. Кравецкий Г. А. Пайка и сварка графита. М.: Ме­ таллургия, 1978. 136 с.

Бережной А. И. Ситаллы и фотоситаллы. М.: Машиностроение, 1980. 348 с.

Курносов А. И., Юдин В. В. Техноло­ гия производства приборов и интегральных микросхем. М.: Высшая школа, 1979. 367 с.

Любимов М. Л. Спаи металла со стек­ лом. М.: Энергия, 1968. 280 с.

Маслов А. А. Технология и конструк­ ции полупроводниковых приборов. М.: Энер­ гия, 1970. 296 с.

Нагорный В. Г., Котосонов А.

С. Свойства конструкционных материалов на основе углерода. М.: Металлур­ гия, 1975.334 с.

Зенин В. В., Знаменский О. В., Клычев А. И. Пайка кристаллов с пленочными резисторами на теплоотводы / В сб.: Сварка и пайка в производстве аппаратуры и приборов. Пенза: 1992.

Ерошев В. К., Козлов Ю. А., Павло­ ва В. Д. Конструирование и технология изготов­ ления паяных металлокерамических узлов. Ч. 1: Свойства материалов и технология изготовления металлокерамических узлов. М., 1988.

Ерошев В. К., Козлов Ю. А., Павло­ ва В. Д. Конструирование и технология изго­ товления паяных металлокерамических узлов.

2: Расчет и конструирование металлокера­ мических узлов. М., 1988.

Прибылов Ю. И., Титов В. И., Чер­ нов В. Исследования термостойкости ме­ таллокерам ических узлов с различной конст­ рукцией спая / В сб.: Роль процессов пайки в создании новой техники. М., 1996. Ч. II. С. 22.

Чикунов М. И., Семенченко М. В., Карташов Н. Г. Технологические особенности получения герметичного соединения углерод­ ных материалов с металлами методом высоко­ температурной пайки / В сб.: Новые энерго- и материалосберегающие технологии пайки в на­ родном хозяйстве. Тез. докл. Всесоюзн. науч.- техн. совещания. Смоленск, 1991. С. 83 — 88.

Прочность соединений встык

где площадь поперечного сечения паяемого элемента; ст’р — предел прочности паяного шва

при растяжении (или сжатии).

Прочность косых швов можно рассчитать по аналогичной формуле

где площадь шва; т’ср — предел прочности

паяного стыкового шва при срезе.

при пайке обес­ печивают равнопрочность соединения и паяе­ мого материала; длину нахлестки находят из

a pF = t’cp6 /,

где т’ср — предел прочности при срезе паяных

внахлестку швов; ширина соединяемых элементов; / — протяженность паяного шва:

На рис. 1 приведены зависимости проч­ ности паяных соединений из разных марок сталей от длины нахлестки. Пайка производи­ лась медно-цинковым припоем Л63.

соединениях полос с элементами угол­ кового профиля протяженность шва зависит от соотношений толщин сочленяемых элементов.

телескопических трубчатых конст­ рукциях длина нахлестки при растягивающих силах определяется из соотношения:

где радиус трубы.

Паяные швы в соединениях втавр редко работают на растяжение, чаще — на срез в кон­ струкциях, испытывающих изгибающие мо­ менты. Напряжение среза

тср = 0 5 /^ 5 ,

где поперечная сила в элементе, испыты­

ции всего сечения; 8 — толщина вертикального листа, равная протяженности шва; статиче­ ский момент площади пояса относительно цен­ тра тяжести сечения.

В большинстве случаев напряжения сре­ за в поясных швах при поперечном изгибе незначительны и намного ниже допускаемых при срезе.

КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Концентрация напряжений в соедине­ ниях, паянных встык. Соединения, паянные встык, работают под нагрузкой аналогично сварным с мягкой прослойкой. Предел текуче­ сти паяного шва — мягкой прослойки — меньше предела текучести паяемого материала соеди­ няемых частей; модуль упругости паяного шва £ ‘ меньше модуля упругости паяемого материала (в мягких прослойках при сварке, как правило, £ ‘ мало отличается от

При работе соединения встык в пределах упругих деформаций прослойка испытывает упрочнение. В результате взаимодействия пая­ емого материала с припоем повышаются проч­ ностные свойства шва, в частности возрастает предел текучести. Продольные деформации в паяемом материале е. = a (стг нормальные напряжения) вызывают поперечное сужение,

Рис. 1. Прочность стальных паяных соединений внахлестку в зависимости от длины нахлестки. Сталь:

a -СтЗсп: 10ХСНД; в-ЗОХГСА

В паяных соединениях стержней круглого поперечного сечения в результате неодинако­ вого поперечного сужения стержня и прослой­ ки на границе в стержне возникают напряже­ ния сжатия. Кольцевая прослойка подвергается равномерному растяжению по радиальным направлениям при напряжениях

Рис. 2. Паяное соединение встык с мягкой прослойкой:

схеманагружения; — поле напряжений в прослойке

В прослойке образуются также напряже­ ния растяжения в окружном направлении = стг

Таким образом, в пределах упругих де­ формаций в кольцевой прослойке реализуется трехосное растяжение, связывающее незначи­ тельную концентрацию напряжений, так как стг и а, значительно меньше с г, но их возникнове­ ние способствует повышению предела текуче­ сти и понижению пластичности прослойки.

В пластическом состоянии поле напряже­ ний в мягкой прослойке толщиной 8 показано на рис. 2. Предел текучести прослойки при одноосном напряженном состоянии обозначим стт. Из теории пластичности известно, что наи­ большие напряжения возникают в прослойке на контактных поверхностях. Если допустить, что модули упругости прослойки £ ‘ и паяемого

материала близки (£ ‘« £), то

u j . 1 ^

о , = а , = а т ^ Д ( Л — г ) ,

где радиус стержня цилиндрической фор­ мы; 8 — ширина шва; — радиус, определяющий положение точки в сечении.

Наибольшие напряжения возникают при = 0, т.е.

мулами (10) и (11), невозможно. Задолго до образования в сечении полной текучести на­ пряжения ст. достигают значений, при которых происходит разрушение стержня, т.е. пласти­ ческий характер разрушений невозможен. Раз­ рушение прослойки хрупкое. Аналогичное яв­ ление наблюдается в стержнях с поперечными сечениями некруглой формы.

Характер работы паяной прослойки при модуле упругости £’, приближающемся к весь­ ма малой величине, отличается от рассмотрен­ ного при £ ‘« £.

Однако и в этом случае текучесть на кон­ тактных поверхностях возможна лишь при весьма больших значениях а г, ведущих к раз­ рушению стержней.

Таким образом, при всех значениях £’, отличных от £, мягкие прослойки при пайке встык разрушаются хрупко.

Концентрация напряжений в соедине­ ниях внахлестку. Концентрация напряжений вследствие неравномерной работы спая по дли­ не. Распределение касательных напряжений по длине нахлестки в направлении действия сил происходит неравномерно и почти аналогично распределению напряжений в сварных фланго­ вых швах. Для соединения двух изделий с рав­ ными площадями поперечных сечений £ (рис. 3)

СТг~ а ‘ "

Так как в тонких прослойках, имеющихРис. 3. Паяное соединение внахлестку,

место при пайке, отношение Я/8 очень велико,

то напряженное состояние, описываемое фор­нагруженное осевыми силами

наибольшее значение на единицу длины пая­ ного шва в концевых точках определяется сле­ дующим уравнением:

а l + ch aA

Рис. 4. Паяное соединение внахлестку

где / — длина нахлестки;образование дополнительных изгибающих

моментов. Каждый из элементов соединения

при растяжении изгибается (рис. 4).

где — модуль упругости паяного шва при сдвиге; ширина образца; £ модуль упру­ гости паяемого материала при растяжении; 50 — толщина мягкой прослойки (шва).

Если из условия статической равнопрочности паяного шва и паяемого материала при­ нять / = 25 и = (8 — толщина образца), то

Коэффициент концентрации напряжений в паяном шве

Если модуль упругости мягкой прослойки медно-цинкового припоя Л63 принять равным 98 000 МПа, модуль сдвига = 39 200 МПа, модуль упругости стали £ = 196 000 МПа, то G /Е = 0,4. Чем меньше отношение /£ , тем меньше коэффициент концентрации.

Выравнивание касательных напряжений и устранение концентрации напряжений воз­ можно лишь при очень больших пластических деформациях; при малых пластических дефор­ мациях концентрация напряжений в паяных соединениях возникает и монотонно снижается в процессе деформирования.

Образование пластических деформаций в соединениях внахлестку сопровождается сни­ жением коэффициентов концентрации напря­ жений в крайних точках соединений и вырав­ ниванием эпюры распределения (см. рис. 3) по длине соединения, что характерно для пая­ ных швов.

, вызванная изгибом элементов. Соединения, паянные вна­ хлестку, как и сварные (точечные и роли­ ковые), имеют эксцентриситеты, вызывающие

где а 0 — напряжение в элементах от растяги­ вающих сил; /„ — длина нахлестки; 5 — толщина элементов.

Значения напряжений изгиба зависят от величины нахлестки и толщин элементов: чем больше нахлестка и тоньше соединяемые эле­ менты, тем меньше напряжения изгиба.

Теоретический коэффициент концентрации

ПРОЧНОСТЬ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Прочность паяных соединений зависит от свойств паяемого и присадочного металлов, флюсующих сред, режима пайки. Взаимодей­ ствуя с соединяемыми металлами, припой не должен образовывать хрупких фаз.

f f h / d

Рис. 5. Зависимость предела прочности паяных соединений:

от ширины зазора; от площади шва

Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий