Оценка качества монтажных соединений электронной аппаратуры (стр. 1 из 11)
Дипломная работа
Оценка качества монтажных соединений электронной аппаратуры
РЕФЕРАТ
Пояснительная записка к бакалаврской работе содержит 59 с., 18 рис., 1 табл., 11 источников.
Цель работы - оценивание качества монтажных соединений электронной аппаратуры.
Проведено анализ процессов формирования конструктивно-технологических характеристик монтажных соединений ЭА, методов и средств технологического мониторинга свойств МОС. Рассмотрено моделирование процессов формирования поверхности разрыва при испытаниях материалов, образующих монтажное соединение, на прочность. Сформулированы методы выявления и оценивания информационных признаков.
ЭЛЕКТРОННАЯ АППАРАТУРА, МЕТОДЫ МОНИТОРИНГА, ПОВЕРХНОСТЬ РАЗРЫВА.
СОДЕРЖАНИЕ
Перечень условных обозначений, символов, единиц, сокращений и терминов
Введение
1. Анализ процессов формирования конструктивно технологических характеристик монтажных соединений ЭА, методов и средств технологического мониторинга свойств МОС
1.1 Анализ современных методов технологического мониторинга свойств МОС
1.2 Анализ процессов формирования и изменения свойств МОС при образовании монтажного соединения
1.3 Оценка свойств МОС в составе соединения
2. Моделирование процессов формирования поверхности разрыва при испытаниях материалов, образующих монтажное соединение, на прочность
2.1 Моделирование процессов разрушения монтажного соединения ЭА
2.2 Моделирование процессов формирования структуры МОС в составе соединения
2.3 Модель формирования поверхности разрыва при испытаниях МОС на прочность
3. Методы выявления и оценивания информационных признаков
3.1 Теоретический анализ и оценка признаков распознавания поверхности разрыва
Выводы
Перечень ссылок
Приложение А
ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ, СИМВОЛОВ, ЕДИНИЦ, СОКРАЩЕНИЙ И ТЕРМИНОВ
ВАХ – вольтамперная характеристика;
МОС – монтажное соединение;
ПВ – прореагировавшее вещество;
ПР – поверхность разрыва;
ПС – постоянное соединение;
ЭА – электронный аппарат.
ВВЕДЕНИЕ
В производстве электронных аппаратов широко используются технологические процессы сборки и монтажа. Влияние технологических факторов на процесс образования монтажного соединения ЭА может привести к отклонению параметров соединений от ожидаемых. Это обуславливает необходимость технологического мониторинга соединений. Так как влияние технологических факторов отражается в первую очередь на свойствах материалов, образующих монтажные соединения (МОС), предлагается в основу технологического мониторинга положить оценку свойств МОС. Технологический мониторинг, основанный на оценке свойств МОС, дает возможность получать информацию не только о ходе процесса, но и оценивать характеристики соединения, получаемые после его реализации. Существующие методы принципиально не могут обеспечить возможности полного контроля состава и структуры материала, находящегося в соединении, и дать оценку его физико-химической активности в процессе образования соединения, это приводит к необходимости поиска новых методов, дающих оценку свойств в условиях реальных технологических процессов монтажа ЭА.
Таким образом, разработка методов технологического мониторинга монтажных соединений в производстве электронных аппаратов путем оценки свойств материалов, образующих монтажные соединения, является актуальной задачей.
1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ КОНСТРУКТИВНО ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МОНТАЖНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЭА, МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА СВОЙСТВ МОС
1.1 Анализ современных методов технологического мониторинга свойств МОС
При выполнении неразъемных соединений между конструктивными и электрическими элементами ЭА находит применение три вида материалов: припои, клеи и композиционные материалы – пасты, которые обеспечивают электрические и прочностные характеристики соединений, а так же обладают необходимыми технологическими показателями.
Электрических характеристики в достаточной степени задаются составом МОС, имеется большое количество измерительных приборов и методов [1, 2], позволяющих измерять электропроводность в достаточных для применяемых материалов пределах от 10–3 Ом до 107 Ом.
Основными технологическими показателями МОС, имеющего определенный состав, который определяет режимы технологических операций монтажа, можно считать смачиваемость и вязкость. Для контроля этих показателей используются методы [3 – 4].
В настоящее время контроль смачивания является обязательной операцией технологического процесса монтажной пайки при изготовлении ЭА. В качестве характеристики степени смачивания в системе припой–основной металл–флюс можно воспользоваться так называемым углом смачивания. Двумя предельными условиями смачивания являются:
а) полное не смачивание, когда угол смачивания θ = 180°;
б) полное смачивание, когда θ = 0°.
Между этими двумя крайними состояниями существует непрерывный ряд состояний частичного смачивания. Состояние частичного смачивания нуждается в дополнительных разъяснениях, в особенности, если мы вспомним, что система во время пайки редко достигает истинного равновесия. Обычно время пайки слишком мало, и система затвердевает до того, как будет достигнуто равновесие. В этом отношении полезно рассмотрение угла смачивания. Он характеризует как направление, в котором развивается смачивание, так и достигнутую степень смачивания. Разобьем диапазон 0 – 180° на три участка:
а)θ < М. Это условие указывает на хорошее смачивание. За предельную величину М произвольно берется 75° и даже меньше, если от соединения требуется исключительно высокое качество;
б)90° > θ >М. Такое соотношение означает условие предельного смачивания; оно приемлемо только в случае, если имеют место какие-либо специфичные условия;
в)θ > 90°. Данное условие соответствует отсутствию смачивания, или не смачиванию. Припой затвердевает до наступления смачивания или при не смачивании паяемой поверхности. В случае не смачивания сила, действующая на жидкий припой, заставляет его стягиваться, и скорость этого стягивания является прямой функцией угла смачивания.
В целях контроля качества паяных соединений величину М необходимо строго определять, так как она является критерием хорошего смачивания и бездефектного паяного соединения.
К сказанному выше относительно угла смачивания следует добавить, что угол, образованный между основным металлом и припоем по периферии последнего, на практике является функцией взятого количества припоя и основного металла. Процесс пайки протекает в ограниченный промежуток времени, и это не дает системе припой-флюс-основной металл возможности достичь равновесия. Поэтому замеренный угол смачивания лишь свидетельствует о достигнутом состоянии смачивания и не дает абсолютных характеристик рассматриваемой системы. Одна и та же комбинация основной поверхности, припоя и флюса при идеальных условиях и длительном времени пайки даст, как правило, гораздо меньший угол смачивания, чем при обычных условиях выполнения процесса.
Для того чтобы продемонстрировать возможности использования угла смачивания для оценки качества паяного соединения, ниже приводится несколько взятых из практики примеров. На рисунке 1.1, а показано соединение, выполненное на печатной схеме при хорошем смачивании. На рискунке 1.1, б представлена не смоченная поверхность.
а)б)
а – хорошее смачивание; б – плохое смачивание
Рисунок 1.1 – Оценка качества паяного соединения с помощью угла смачивания
Под не смачиванием мы понимаем процесс, когда сначала припой смачивает поверхность, но затем вследствие недостаточного смачивания стягивается, оставляя за собой на поверхности основного металла тонкий слой затвердевшего сплава. Основная масса припоя свертывается в шарики. Такая картина обычно является результатом неудовлетворительной подготовки поверхности и в качественном соединении недопустима.
Прочностные показатели МОС являются определяющими при оценке возможности монтажного соединения и в целом ЭА выдерживать механические и термоциклические нагрузки. Здесь могут быть использованы общепринятые методы оценки прочностных показателей. Прочность материалов в значительной степени определяется его составом и структурой. На определенном этапе формирования соединений происходит изменение агрегатного состояния МОС путем перевода его в жидкую фазу с помощью повышения температуры, добавки растворителей и других факторов, увеличивающих реакционную способность контактирующих материалов. Жидкофазные материалы характеризуются тем, что в них происходят определенные, изменяющие состав и структуру, физико-химические превращения в гетерогенной системе, которые составляют основу формирования прочности монтажного соединения и затрагивают его электропроводность [1, 5 – 7]. В этой связи можно поставить под сомнение достаточность оценки свойств МОС по общепринятым методикам и поставить вопрос о контроле свойств в составе монтажных соединений.
1.2 Анализ процессов формирования и изменения свойств МОС при образовании монтажного соединения
Для образования монтажных соединений в ЭА в зависимости от выполняемых функций (механическое крепление, электрический контакт и т.д.) используются разнообразные материалы, позволяющие создавать клеи, припои и пасты.
Клеевые соединения реализуют сложный механизм, приводящий к межмолекулярным связям между контактирующими поверхностями, следовательно, контролировать прочность клея вне соединения представляется нецелесообразным.