Электрод для пайки

(51) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ский технологироения ство ССС1968.ство СССР1974,ев Н.В, Сваркке, М.: Советск ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР%508350, кл. В 23 КЗ/02,Назаров Г.В., Гревци пайка в микрозлектронирадио. с,12 - 14,(54) ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ПАЙКИ(57) Использование; радиоэлектронная промышленность, в частности область сборки микросхем и микросборок для пайки выводов и перемычек. Сущность изобретения; электрод для пайки содержит токоподводы 1, 2 и О-образный нагреватель, который для контроля паяьного соединения за счет измерения температуры выполнен в виде двух элементов из разнородных электропроводных материалов, 3,4 образующих между собой соединение 5 на рабочей поверхности нагревателя и обладающих в сочетании эффектом термоЭДС, 5 ил.Изобретение относится к радиоэлектронной промышленности, в частности к области сборки микросхем и микросборок, и может бытьиспользовано в технологии пайки выводов и перемычек микросхем и микросборок,Наиболее близким к предлагаемому является электрод для пайки давлением с косвенным импульсным нагревом, состоящий из токоподводящих элементов и нагреваемого элемента, изготавливаемого из ниобиевых теплостойких сплавов, жаропрочных сталей или из твердых сплавов. При пайке таким электродом его нагреваемый элемент устанавливают рабочей поверхностью на верхнюю паяемую деталь(проволока, вывод ИМС и т.п.) нагружают усилием Р, пропускают через нагреваемый элемент электрический ток, разогревают его и соединяемые детали,Затем под воздействием приложенного усилия сжатия и нагрева произойдет плавление припоя и образуется паяное соединение.Однако из-за износа рабочих поверхностей электрода для пайки или загрязнения элементов паяного соединения существенно изменяется тепловой режим процесса пайки, что приводит к появлению дефектов в паяном соединении (поры, раковины, трещины и т,п.).Контролировать тепловой режим формирования паяного соединения при пайке таким электродом невозможно, так как в конструкцию электрода не входят устройства для контроля температуры в зоне пайки.Таким образом, применение для пайки электрода с токоподводящими элементами и нагреваемым элементом, изготовленным из одного материала, не обеспечивает получение стабильного технологического процесса пайки, а это значит, что в эксплуатацию попадают соединения с дефектами непропай, поры, трещины и т,п.), которые приводят к отказу в эксплуатации механизмов и машин. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей электрода для пайки и улучшение сачества паяных соединений за счет контроля температурного режима пайки непосредственно в процессе пайки.Для осуществления поставленной целив известном. электроде для пайки, состоящем из токоподводов и О-образного нагревателя, нагреваемого проходящим токой, с рабочей поверхностью для пайки, на-"греватель выполнен из составных частей, изготавливаемых из разнородныхэлектропроводящих материалов, обладающих в сочетании эффектом термоЭДС,На фиг,1 представлен электрод для пайки; на фиг,2 - схема получения и контроля паяного соединения с помощью электрода для пайки; на фиг.3 - осциллограммы импульса тока амплитудой Чо и длительностью т для разогрева рабочей части предлагаемого электрода для пайки и осциллограммы импульсов термоЭДС амплитудой Ео, Е 1, Ег измеренных на составных частях нагреваемого элемента электрода для пайки после прохождения разогреваю- щего импульса тока; на фиг.4 - схема калибровки электрода для пайки и контроля паяных соединений при получении зависимости характеризующей изменение амплитуды термоЭДС, измеренной на составных частях нагреваемого элемента электрода, от температуры пайки; на фиг,5 - графическая 20 зависимость, характеризующая изменение термоЭДС Е, мВ, измеренной на токопроводах электрода для пайки от температуры взоне пайки. Графическая зависимость получена при калибровке электрода,Предлагаемый электрод для пайки и контроля паяных соединений содержит токопроводящие элементы 1, 2, выполненные и стали Х 200 Н 80), обладающих в сочетании эффектом термоЭДС, Нагреваемый элемент предлагаемого электрода для пайки и контроля паяных соединений выполнен составным из отдельных частей 4 и 3,Составные части нагреваемого злемен 35 та изготавливаются из материалов, идентичных материалам токопроводов, однако имеют существенно меньшее сечение, чем 40 токоподводы электрода, Такая конструкция обеспечивает преимущественный нагрев нагреваемого элемента электрода по сравнению с его токоподводами.Составные части нагреваемого элемента электрода соединяются сваркой 5 посредине его рабочей поверхности, перпендикулярно к линиям проходящего через нагреваемый элемент разогревающего импульса тока.При пайке предлагаемый электрод для пайки и контроля паяных соединений устанавливается на поверхность проводника 45 50 вывода), 6, который припаивается к контактной площадке 7, расположенной на подлокке 8,При калибровке предлагаемый элект- род для пайки устанавливается на проводник (вывод) 6 предварительно закрепленный пайкой на спае измерительной 30 из различных материалов (например, из сплава Б КМ и сплава ТМ, сплава ВК 6-М10 установки для пайки 20 25 30 35 50 термопары 9, которая располагается на поверхности нагревателя 10,Выполнение составных частей нагреваемого элемента и токоподводов электрода для пайки из разнородных материалов в сочетании обладающих эффектом термоЭДС обеспечивает воэможность контроля температурного режима в процесса формирования паяного соединения с применением Устройство работает следующим образом. Электрод для пайки устанавливают рабочей поверхностью с зоной соединения составных частей нагревателя 5 на поверхность привариваемого проводника 6, расположенного на контактной площадке 7подложки 8.Необходимое усилие нагрузки Р на электрод и импульс сварочного тока с амплитудой Ч и с длительностью т обеспечиваются при пайке установкой для пайки. В процессе пайки при прохождении импульса тока через составной нагреваемый элемент электрода 3 и 4 проводник 6 разогревается(нагрев проводника обеспечивается за счет теплообмена при контактировании рабочей поверхности электрода с поверхностью паяемого проводника), затем припой на проводнике расплавляется и происходит процесс пайки проводника к контактной площадке 7, расположенной на подложке 8.Температурный режим пайки оценивается оператором установки для пайки по показаниям регистрирующего прибора, подключенного к токопроводящим частям 1 и 2 электрода для пайки,При этом с помощью регистрирующего прибора в процессе пайки измеряется амплитуда термоЭДС на токопроводящих элементах электрода для пайки и контроля паяных соединений, значение которой пропорционально температуре к зоне пайки, так как составные элементы нагревателя с зоной их соединений 5 образуют термопару, измерительный спай которой расположен непосредственно в зоне пайки. Точное значение температуры в зонепайки оператор определяет по амплитуде ЭДС, измеренной на токоподводах электрода для пайки и контроля паяных соединений, используя калибровочную графическую зависимость для предлагаемого электрода по типу, приведенной на фиг.б. П р и м е р. Для проверки эффективности выполнения нагреваемого элемента электрода составным из разнородныхматериалов, обладающих в сочетании эффектом термоЭДС, составные части электрода были изготовлены из сплава ВК 6-М и сплава ТМ 20, Затем была проведена калибровка электрода по схеме, приведенной на фиг,4,При калибровке предлагаемый электрод для пайки устанавливался на поверхность проводника 6, который пайкойкрепился на поверхности спая хромель-копель термопары 9, предварительно установленной на поверхности. нагревателя 10,Хромель-копелевая термопара подключалась ко входу измерительного прибора 11(микровольтметра типа В 7-34), Микровольтметр 12 (В 7-34) подключался к токоподводящим элементам электрода для пайки,В процессе калибровки с помощью нагревателя 10 нагревался спай 9 эталоннойтермопары и проводник 6, прикрепленный(пайкой) к поверхности спая 9 эталоннойтермопары.Измеряя при различных температурахЭДС на эталонной термопаре и ЭДС на токоподводах предлагаемого электрода дляпайки, получали данные, по которым построили калибровочную графическую завй.симость, приведенную на фиг,5,Кривая 1 графической зависимости,приведенной на фиг,5, характеризует изме-. нение амплитуды термоЭДС Е, мВ, измеренной на изготовленных из сплава ВК 6-Ми сплава ТМтокоподводящих элементахпредлагаемого электрода от температурыповерхности припаиваемого проводника.Кривая 2 графической зависимости,приведенной на фиг.5, характеризует зависимость амплитуды термоЭДС эталоннойтермопары от температуры ее спая.Затем на установке ЭМпредлагаемым электродом при различных режимахпайки была проведена серия паек выводовИМС .0,2 мм с контактными площадкамиСг - Сь - й; При этом для каждой из паекпосле прохождения ймпульса разогревающего тока через составной нагреваемыйэлемент электрода с помощью регистрирующего прибора (светолучевого осциллографа НОЗО) была проведена регистрация ЭДС на токоподводящих элементах предлагаемого электрода и получены осциллограммы по типу, приведенных на фиг.З,Осциллограммы для различных режимов пайки имели исходные значения амплитуд термоЭДС Ео, Е 1, Е 2Дополнительное исследование прочностных свойств полученных паяных соединений (испытания на разрыв, визуальный контроль элементов паяного соединения) после его разрушения показало, что при оптимальном режиме пайки (припой ПОС 60) температура в зойе пайки может доходить до 260 С (Ео =1,4 мВ), при этом достигается получение паяных соединений максимальной прочности без дефектов в объеме припоя, Снижение температуры в зоне пайки ниже 200 С (Е 2 =0,95 мВ) приводит к появлениюдефектов(поры, трещины, включение флюса в объеме припоя) на границе раздела соединяемых пайкой элементов паяного соединения, что существенно снижает прочность паяных соединений.Повышение температуры пайки до 300 С (Е 1 = 1,8 мВ также приводит к ухудшению качества паяных соединений, так как при пайке с высокой температурой происходит частичное (или полное) отслоение контэкгных площадок и прочность соединений ухудшается,С учетом проведенных исследований по оценке качества полученных паяных соединений с помощью предлагаемого электрода была определена область оптимальных температур в зоне пайки и, соответственно, область значений оптимальных амплитуд термоЭДС, измеренных на токоподводящих элементах предлагаемого электрода, после прохождения импульса разогревающего тока.На фиг.З область оптимальных амплитуд. термоЭДС показана штриховкой;Таким образом, по сравнению с прототипом, который нашел широкое распространение в промышленности при сборке(пайке) полупроводниковых приборов, интегральных микросхем и т.п., предлагаемое техническое решения за счет выполнения нагреваемого элемента электрода для пай ки составным иэ разнородных электропроводных материалов, обладающих в сочетании эффектом термоЭДС, обеспечивает следующие технические преимущества: контроль температурного режима 10 формирования пэяного соединения, чтообеспечивает проведениетехнологического процесса пайки, при котором соединения с дефектами будут выявляться непосредственно в процессе пайки; своевременное вы явление в процессе пайки износа рабочихповерхностей электрода для пайки, выявлениезагрязнения элементов паяного соединения.ф ормулэ и зоб ретен ия 20 Электрод для пайки, содержащий токоподводы и О-образный нагреватель, о т л ич а ю щ и й с я тем, что с целью улучшения качества паяных соединений и расширения функциональных возможностей путем конт роля паяных соединений, нагревательвыполнен в виде двух элементов иэ раз- .нородных электропроводных материалов, образующих соединение между собой на рабочей поверхности нагревателя и облада- ЗО ющих в сочетании эффектом термоЭДС,1754360 2Составитель Ю.Кузубктдр А.Долинич Техред М,Моргентал Корректор Т.Палий каз 2 ЯЭ Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5изводственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101