CC BY
32
Валентин Иванович Козинцев родился в 1945 г., окончил в 1969 г. МВТУ им. Н.Э. Баумана. Д-р. техн. наук, зам. директора НИИ радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана. Автор более 150 научных работ в области лазерной техники.
V.I. Kozintsev (b.1945) graduated from the Bauman Moscow Higher Technical School in 1969. D. Sc. (Eng.), Deputy director of "Radioelectronics and Laser Technology" Research Institute of Moscow State Technical University n.a. Bauman. Author of more than 150 publications in the field of laser technology.
Людмила Николаевна Еременко родилась в 1957 г., окончила в 1980 г. МВТУ им. Н.Э. Баумана. Ассистент кафедры "Лазерные и оптико-электронные системы" МГТУ им. Н.Э. Баумана.
L.N. Eremenko (b.1957) graduated from the Bauman Moscow Higher Technical School in 1980. Assistant of "Laser and Optoelectronic Systems" department of the Bauman Moscow State Technical University.
Юрий Викторович Федотов родился в 1974 г., окончил в 1998 г. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Канд. техн. наук, научный сотрудник НИИ радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им. Н.Э. Баумана. Автор более 20 научных работ в области лазерной техники.
Yu.V. Fedotov (b.1974) graduated from the Bauman Moscow Higher Technical University in 1998. Ph. D. (Eng.), researcher of "Radioelectronics and Laser Technology" Research Institute of the Bauman Moscow State Technical University. Author of more than 20 publications in the field of laser technology.
КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ >
УДК 621.88-192
Фэн Лэй, Б. В. Букеткин, А. Н. Чеканов
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ БЕССВИНЦОВЫХ ПРИПОЕВ
Рассмотрены основы расчетов механических параметров паяных соединений. Описана методика проведения эксперимента на растяжение. На основе экспериментальных данных исследовано влияние температуры пайки на предел прочности при растяжении паяных соединений.
С 1 июля 2006 г. свинец запрещен к использованию при производстве РЭА в ЕС, поэтому переход на бессвинцовую технологию пайки является главной проблемой изготовителей, которые направляют исследования на поиск оптимальных материалов для производства РЭА и соответствующей технологии.
Прочность паяных соединений при растяжении является одним из важных свойств используемых припоев.
Основы расчетов механических параметров паяных соединений. Чаще всего используются показатели качества и прочности паяных соединения в соответствии с ГОСТ 30535-97. Оценка среднего арифметического и среднего квадратического отклонения (СКО) является основой расчетов параметров надежности. Значения СКО характеризуют разброс наблюдаемых значений вокруг среднего значения. Чем больше СКО, тем больше разброс.
Если результаты, полученные в процессе независимых испытаний образцов, записаны в виде упорядоченного ряда значений и объем выборки п < 25, что соответствует малой выборке, то вычисляются оценки выборочного среднего арифметического Хср и среднего квадратичного отклонения Б по известным зависимостям.
В ряде испытаний можно встретить элементы выборки, значительно отличающиеся от других элементов. Независимо от причины возникновения таких отличий (наличие ошибки наблюдения или весьма редкого события) необходимо оценить правомерность пребывания указанных наблюдаемых значений в этом статистическом ряду.
Выполняя анализ, например, пребывания значения Хтах в ряду наблюдаемых значений Хь Х2,..., Хп, при нормальной совокупности N (Х,а), рассматривают безразмерную дробь
Хтах Хср /1 ч
* =-Б-• (1)
Если по заданному объему выборки п и заданной доверительной вероятности Р* = 1 — р из таблицы квантилей распределения находят
Хтах - Хср
величины V = -, сопоставляемые с числом £, что соответ-
Б
ствует выполнению неравенства
Р (V > 0= Р, (2)
то это означает, что оценка V лежит вне пределов доверительного интервала.
Если неравенство при каком-либо из уровней р выполняется, то Хтах для принятого Р* надо отбросить как грубую ошибку. При V ^ £ Хтах остается внутри данного ряда.
Методика проведения эксперимента на растяжение. Технологический процесс пайки как бессвинцовых, так и свинцовых паяных соединений должен состоять из следующих операций: механической или химической очистки поверхности пайки; предварительного об-луживания припоем; введения припоя, его расплавления и удаления излишков.
60,3
L^l И 1SL ||
30 0,3
Рис. 1. Изготовленный образец
Очистка и предварительное облу-живание имеют важное значение, так как в этом случае достигается меньший разброс значений характеристик прочности и плотности спая. В случае невозможности предварительного лужения пайку ведут и по чистой поверхности, но результаты будут хуже. Для предварительного лужения применяют припой такой же, как и для последующей пайки.
Для пайки использовалась паяльная станция в виде нагревающей пластины со стабилизатором заданной температуры. В процессе пайки стабилизируются два фактора: темпера- Рис. 2. Растягиваемый образец тура и продолжительность пайки, которые влияют на прочность и однообразие получаемых паяных соединений.
В соответствии с ГОСТ 28830-90 образцы для испытания на растяжение изготавливались путем спаивания двух медных стержней диаметром 3,5 мм. Геометрические параметры образца приведены на рис. 1, размеры образцов, полученных с применением бессвинцовой и свинцвой технологий, были одинаковыми.
В процессе испытаний исследовали влияние температуры пайки на прочность паяного соединения. Время пайки для каждой группы образцов было одинаковым. Образцы паялись припоем ПОС 61 и припоем следующего состава: Бп-99,3%, Си-0,7%. Температура плавления данного бессвинцового припоя составляла 227 °С.
Параметром оценки прочности был выбран предел прочности при растяжении.
Образец, растягиваемый на разрывной машине, приведен на рис. 2. Для всех испытанных образцов фиксировали силу разрыва паяного
соединения и вычисляли прочность на растяжение. Испытания всех образцов проводились при комнатной температуре.
Обработка результатов. Результаты эксперимента (таблица) получены путем деления значения силы разрыва на значение площади паяного соединения.
Таблица
Предел прочности паяного соединения, МПа
Температура пайки, °С, при использовании припоя
Номер образца свинцового (ПОС 61) бессвинцового (8п/0,7Си)
210 220 230 240 245 250 260 270
1 118 108 134 130 106 104 110 105
2 112 126 153 108 88 97 110 102
3 130 125 136 109 82 100 107 94
4 127 133 142 123 122 97 131 130
5 116 127 133 127 90 105 125 126
6 128 132 133 132 124 94 115 134
7 117 125 146 129 111 95 112 113
8 117 128 148 107 99 116 117 122
9 125 126 120 115 118 114 114 126
10 111 — 142 121 88 127 125 —
Хср 120 126 139 120 103 105 117 117
СКО 6,8 7,3 9,5 9,7 15,5 10,9 7,9 14
При температуре 245 °С у бессвинцового припоя получен самый большой разброс значений предела прочности образца, поэтому необходимо оценить правомерность пребывания значения Хтах в данном ряду.
При доверительной вероятности Р* = 0,95 для числа наблюдений п = 10 из таблицы квантилей распределения величины V = ХХ
Хтах Хср ~
= -—- находим квантиль £ = 2,29, определяем V =
124 - 103 . = - = 1,35, сравниваем оценки V и £; если выполняется
15,5
неравенство V < £, то значение Хтах остается. Таким образом, все результаты наблюдений остаются.
Зависимости предела прочности при растяжении от температуры пайки и СКО от температуры пайки приведены на рис. 3 и 4.
Выводы. 1. Предел прочности бессвинцовых паяных соединений при растяжении на 12% меньше, чем свинцовых соединений. Такое различие можно считать несущественным (для промышленности).
Рис.4. Зависимость СКО от темпера-Рис. 3. Зависимость предела прочно- туры пайки сти при растяжении от температуры пайки
2. Для данного технологического процесса при пайке свинцовым припоем предел прочности при растяжении имеет меньший разброс, чем при пайке бессвинцовым припоем.
3. В диапазоне использованных температур разброс значений предела прочности образца при пайке бессвинцовым припоем резко меняется. Стабильные паяные соединения получаются только в узком диапазоне температур пайки.
4. С повышением температуры пайки в исследованном диапазоне предел прочности бессвинцовых паяных соединений повышается.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Shohjc Ikuo, Yoshida Tomohiro, Takahashi Takehi-ko, Hioki Susumu. Comparison of low-melting lead-free solders in tensile properties with Sn-Pb eutectic solder // Journal of materials science. - 2004. - Vol. 15. -No. 4. - P. 219-223.
2. Вотинцев А. М. Современные материалы для бессвинцовой технологии // Тез. докл. конф. "Подготовка к введению европейских директив RoHS и WEEE".
Статья поступила в редакцию 28.05.2007
Фэн Лэй родился в 1978 г., окончил Харбинский политехнический университет (КНР) в 2002 г. Аспирант кафедры "Проектирование и технология производства электронной аппаратуры" МГТУ им. Н.Э. Баумана. Старший преподаватель кафедры "Электронные измерения" Харбинского политехнического университета. Автор 5 научных работ в области технологии приборостроения.
Fan Lay (b. 1978) graduated from the Harbin Polytechnic University (People's Republic of China) in 2002. Post-graduate of "Design and Production Technology of Electronic Apparatus" department of the Bauman Moscow State Technical University. Senior lecturer of "Electronic Measurements" of the Harbin Polytechnic University. Author of 5 publications in the field of technology of instrument engineering.
Борис Васильевич Букеткин родился в 1939 г., окончил МВТУ им. Н.Э. Баумана в 1963 г. Старший преподаватель кафедры "Прикладная механика" МГТУ им. Н.Э. Баумана. Автор 17 научных работ в области испытаний материалов и элементов конструкций на прочность.
B.V. Buketkin (b. 1939) graduated from the Bauman Moscow Higher Technical School in 1963. Senior lecturer of "Applied Mechanics" department of the Bauman Moscow State Technical University. Author of 17 publications in the field of strength tests of materials and construction elements.
Анатолий Николаевич Чеканов родился в 1921 г., окончил МВТУ им. Н.Э. Баумана в 1954 г. Канд. техн. наук, професор кафедры "Проектирование и технология производства электронной аппаратуры" МГТУ им. Н.Э. Баумана. Автор 160 научных работ в области конструирования и надежности электронной аппаратуры.
A.N. Chekanov (b. 1921) graduated from the Bauman Moscow Higher Technical School in 1954. Ph. D. (Eng.), professor of "Design and Production Technology of Electronic Apparatus" department of the Bauman Moscow State Technical University. Author of 160 publications in the field of design and reliability of electronic apparatus.
ЖУРНАЛ "ВЕСТНИК МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени Н.Э. БАУМАНА" ИЗДАТЕЛЬСТВО МГТУ имени Н.Э. БАУМАНА
В журнале публикуются наиболее значимые результаты фундаментальных и прикладных исследований и совместных разработок, выполненных в МГТУ имени Н.Э. Баумана и других научных и промышленных организациях.
Журнал "Вестник МГТУ имени Н.Э.Баумана" в соответствии с постановлением Высшей аттестационной комиссии Федерального агентства по образованию Российской Федерации включен в перечень периодических и научно-технических изданий, в которых рекомендуется публикация основных результатов диссертаций на соискание ученой степени доктора наук.
Журнал издается в трех сериях: "Приборостроение", "Машиностроение", "Естественные науки" с периодичностью 12 номеров в год.
В серии "Приборостроение" (главный редактор серии — д-р техн. наук профессор В.А. Матвеев) публикуются материалы по следующим основным направлениям: информатика и вычислительная техника; системы управления; лазерные и оптико-электронные системы; оптика; радиоэлектроника; навигационно-гироскопические системы; мехатроника и робототехника; биомедицинские технологии; конструирование и технология приборостроения.
Подписку на журнал "Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана" можно оформить через агентство "Роспечать".
Подписывайтесь и публикуйтесь!
Подписка по каталогу "Газеты, журналы" агентства "Роспечать"
Индекс Наименование серии Объем выпуска Подписная цена (руб.)
Полугодие 3 мес. 6 мес.
72781 "Машиностроение" 2 250 500
72783 "Приборостроение" 2 250 500
79982 "Естественные науки" 2 250 500
Адрес редакции журнала "Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана": 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д.5.
Тел.: (499) 263-62-60; (499) 263-67-98. Факс: (495) 261-45-97. E-mail: press@bmstu.ru
