автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Групповой монтаж функциональных модулей устройств радиотехники и средств связи

РГ5 ОД

1 6 ШР шп

На правах рукописи

СЕЗОНОВ Александр Викторович

ГРУППОВОЙ МОНТАЖ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МОДУЛЕЙ УСТРОЙСТВ РАДИОТЕХНИКИ И СРЕЛСТВ СВЯЗИ

Специальность 05.12.13 Системы и устройства радиотехники и связи

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1997

Работа выполнена в Санкт-Петербургской государственной академии аэрокосмического приборостроения.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор А.Г. Вархаяетян

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Ю.З. Бубнов - кандидат технических наук, доцент А.Г. Михайлов

Ведущее предприятие - ОАО "НИИ Системотехники",.

г. С.-Петербург.

Защита диссертации состоится "_" 1997 г.

в __часов на заседании диссертационного совета

Д 063.21.01 в Санкт-Петербургской государственной академии аэрокосмического приборостроения по адресу: 190000, г. С.-Петербург, ГСП, ул.Большая Морская, 67.

С диссертацией «одно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургской государственной академии аэрокосмического приборостроения.

Автореферат разослан ",_" 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теми. Перед разработчиками и производителями современник устройств радиотехники и средств сиязи стоят .задачи реализации довшонких требований к быстродействию, несу и габаритам аппаратуры при условии достихешк: высокого качества и пядеж-иости с пошамо иошх консчрук'юрско-технологических ревэний.

Одной из вгпшейяшх проблем практической реализации радиоэлектронной аппаратуры (ГОД) является поиск оптимальной технологии электрошит&ка. соответствуй^» современным и перспективна техническим требованиям. Актуальность этой проблемы усиливается при развития злектрокдой аппаратуры как граудгнекого, • так к военного применения, так как реализация электрических функции достигается с поморю дискретных электрорадиоэлешнтов и интегральных микросхем.

Современны« устройства радиотехники и средств связи на основе вольтаж (ВКС) н сверхбольших (СБИС) иитегралышк схем характеризуются высокими требованиями к плотности монтажа, которая достигает ¡з современник модулях РЭД Е0-; 50 монтахных соединений на один квадратной сантиметр поверхности печатной плати (ЯП).

Непрерывное усложнение радиотехнических устройств (РТУ) неизбежно ведет к увеличения количества паяных соединений (ПО) пос-кодыс/, ОСКОВШЙ4 методом получения электрических соединений,' а таю»; креплений элементов в узлах и блоках РЭА на Ш остается на сегодняшний день пайка.

Практика показывает, что повышение надежности элементов и модулей на Ш без одновременного повышения надежности электрических ПС не позволяет достичь требуемого уровня качества.

Обеспечение надежности ПС, повышение производительности и снижение трудоемкости сборочно-монташшх процессов возможно при широком внедрении технологии монтажа на поверхность (ТШ).

ТШ удовлетворяет требованиям радиотехнической промышленности и прсмыиленности средств связи на более дешевые, меньшие по габаритам и улучшенные по параметрам 1111 с установленными на них компонентами.

Использование методов ТШ может быть успешным только при комплексном подходе к решению этой задачи, а Iшенио, в результате исследования, разработки и внедрения новых технических и технодо-

гнчееких решений по подготовке материалов для пайки, дозированному нанесению припойных материалов на контактные плошвдш1 1Ш, методов и оборудования для автоматизации сборочно-монтахного производства устройств радиотехники и средств связи.

Современное состояние освоения каждого из этих этапов и их совокупности на отечественных предприятиях радиотехнической промышленности все еще не позволяет получать высокий выход годных изделий при низких затратах, ожидаемых от применения ТШ. Ведущие фирмы промышленно развитых стран, прежде всего США и Японии, придают первостепенное значение внедрению ТШ н технологию производства современной микроэлектронной аппаратуры.

Таким образом, - разработка и внедрение технических и технологических средств ТШ, обеспечивающих монтаж перспективных конструкций функционально насыщенных электронных устройств, является на сегодняшний день актуальной задачей, решение которой приведет к повышению уровня качества выпускаемой продукции.

Целью данной работы является повышение производительности и качества операций сборки и монтажа современной и перспективной элементной базы электронных модулей первого уровня устройств радиотехники и средств связи ка основе использования технологии монтажа на поверхность.

Сформулированная цель обуславливает следующий комплекс взаимосвязанных задач, решаемых в диссертационной работе:

- выявление физико-химических закономерностей формирования паяных соединений на основе исследования моделей процессов массопереноса в зазоре;

- исследование технологических свойств и особенностей производства припойных паст различных рецептур для максимального согласования физико-химических свойств применяемых материалов;

- разработка рекомендаций по методам и техническим средствам дозированного нанесения паст на ПП; •

- сравнительные исследования процессов групповой пайки ра- • диоэлектронных модулей 1 уровня (РЭМ-1) устройств радиотехники и средств связи;

- разработка рекомендаций по технологии удаления флюсующей связки после оплавления прилойной пасты;

- сопоставление результатов практических исследований с ре-

- ч -

зульгазами моделирования;

разработка технологических процессов, оснащения м оборудования;

внедрение исследованных и разработанных технологий и оборудования ;

Метод ксслсдоватш. При лгьт.олнеш-'.» работы испсльгсвзлись ие-тоды чкслешюго моделирования; маого$акгориуй регрессионный -анализ , основанный на статистическое плгкиропаини Э1сспер!!;.:ента; металлографические псследочаяия; испытания механической прочности паяного соединения; метод теизомитрической мек'кокогра^ии для ис-следовагнл киуической активности флюсов.

Исследования проведеш ка базе ре&тьных объектов в условиях • производств.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработаны и исследовали математические модели процессов массспереиоса в кашшгяриых зазорах, онределяюцие закономерности ф5:зико-хкдмсскик процессов Формирования ПС и позволяющие прогнозировать состояние Г'С, полученных в конкретных технологических ре;ш.'.ах или назначать конкретные техкологичесгае режимы пайки, обеслечивкоаще получение надежных ПС;

- предложены и обоснованы новые критерии для оценки физико-химических свойств припайных паст: параметр смачивания и коэффициент 'растекаемости флюсувдих связок по припоя, определяемые по . межфазному и поверхностному натякенням, на основе которых' выполнено исследование физика-химических свойств припойнкх паст, обоснованы ра;тональные составы флюсующих связок и паст в целом с учетом требований дозированного•нанесения; бесконтактных методов пайки, некоррозиошюй активности остатков после оплавления для сборки РЭМ-1 методами ТМП;

- предложена и разработана физико-технологическая модель . процесса группового нанесения паяльной пасты на контактные пло-шддки (Kit) ПЛ. описывающая движение пасты через ячейки (сетки) трафарета в виде ламинарного потока жидкости (уравнение Рейноль-дса); разработана динамическая математическая модель ■ процесса группового нанесения прилганной пасты, позволяющая обеспечить стабильность толщины слоя пасты в ходе ее нанесения v решающая задачу управления процессом группового нанесения пасты;

- установлено, что зависимость ' показателей качества ПС от

параметров технологического процесса конденсационной пайки имеет экстремальный характер, что поззоляет сформулировать задачу оптимизации технологических редимэв по параметра« качества пайки; обоснованные технологические рели-хьгы конденсационной пайки, полученные с псисп&ю регрессионных зависшостзй, обеспечивает максимум прочности ПС на отрыв; сохранение прочности соединения на уровне не менее 90Х от оптимального обеспечивается разработанной системой допусков на опслонения технологических режимов пайки.

Достоверность теоретических положений работы проверена и подтверждена соответствием результатов математического моделирования и экспериментальных исследований, необходимым объемом статистической информации, применением, современной вычислительной техники, программного обеспечения к поверенного испытательного оборудования.

Практическая ценность. Главный практический результат - разработаны технология и оборудование для поверхностного монтажа, включающие в себя производство припойных паст, нанесение пасты, конденсационную пайку электронных .модулей и отмывку остатков флюсующих связок после оплавления припойных паст. Результаты апробации и внедрения подтвердили технико-экономическую эффективность применения разработанного оборудования, образующего полный комплект технологических средств, необходимых для оснащения участка поверхностного монтака мелкосерийного производства электронных средств. .

- установлена-комбинация технологических.параметров процесса диспергирования низкотемпературного припоя методом эмульгирования: скорости вращения винта-мешалки, температуры эмульгирующей шадкости, типа конструкции лопастей, количества подаваемого припоя, - обеспечивасшя максимальную однородность гранулометрического состава порошка припоя. _

- предложена и разработана конструкция комбинированных тра-■фаретоз для нанесения паяльных паст-и технология их изготовления, позволившие решить задачу группового нанесения паяльных паст методом трафаретной печати на крупноформатные. (280 х 180 мм) ПП для сборки РЭМ-1 средствами ТМП.

- выполнены экспериментально-технологические исследования технологического процесса (ТП) группового нанесения паяльных паст методом трафаретной печати, позволившие определить режимы лроцес-

са группового нанесения пасты на ГШ и технические требования -к исполнительным органам СТО, трафаретам, составу и свойства,) паст.

- предложенные составы паяльных паст обеспечивают необходимые свойства ПС с учетом требований дозированного нанесения, бесконтактных методов пайки, некоррознонной активности остатков после оплавления длл сборки РЕМ-1 методами ТШ;

- по проведенным сопоставительным исследованиям различных типов теплоносителей, используемым для конденсационной пайки электронных модулей, установлено, что наилучшее качество оплавления припойных паст с температурой оплавления до 200°С как на многослойных, так и на односторонних ЛП обеспечивает перфтортрибути-ламин БАФ-3 с температурой кипения 175°С.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на научно-технической конференции "XXIII Гагаринские чтения", Москва. 1997 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ.

Объем и структура диссертационной работы. Диссертационная работа изложена на 253 страницах, иллюстрируется 44 рисунками, таблицами и состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы из 62 наименований на 6 страницах и четырех приложений на 40 страницах.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований, кратко изложены результаты, которые выносятся на защиту.

Первый раздел посвящен исследованию тенденций развития и методов повышения эффективности процессов сборки и монтажа устройств радиотехники и средств связи, рассматриваются особенности элементной базы для ТМП, коммутационных плат и монтажного оборудования. Анализируются вопросы, связанные с выбором технологических материалов. Приводится анализ причин отказов РЭА и классифи-¡сация основных дефектов ПС. ■

Выявлено, что на надежность ПС при сборке РЭА'основное влияние оказывают дозирование припоя, флюса и непосредственно процесс пайки, в результате которого формируются ПС с необходимыми экс-

плуатациониыми свойствами. Причинами отказов, связанных с технологией изготовления 'РЭА, как правило, являются электрохимические процессы, обусловленные неполным удалением остатков загрязняющих веществ; нарушением режимов термообработки при пайке; нарушением геометрии внутреннего монтажа; некачественностью конструкционных материалов, приводящей к разрушению элементов при тепловых, механических воздействиях и в агрессивных средах.

• Показано, что надежность ПС определяется адгезией поверхностей, лежащих под галтелью пайки и, что повышение надежности ПС достигается за счет оптимизации физико-химических процессов пайки, улучшения совместимости свойств материалов и повышения стабильности структуры.паяных швов в целях предотвращения. образования интерметаллидных прослоек и одновременного повышения прочности припоя в паяном шве. Предпосылки к развитию электрохимических процессов наиболее трудно выявляются в производстве, поэтому гарантии бездефектного производства, а равно и рост надежности и качества РЭА. необходимо связать с совершенствованием технологии, используемых материалов и элементной базы. При этом одним из основных вопросов является оценка влияния изменения параметров ТП на качество и надежность ПС.

Существенное повышение эффективности сборочно-монтажного производства РЭА на базе доступных отечественных материалов и технологической оснастки можно получить при системном подходе к решению задачи, т.е. при комплексном решении вопросов разработки и получения технологических материалов, исследовании и разработке оборудования ТП дозированного нанесения паяльных паст на ПП. исследовании и разработке оборудования и ТП пайки, исследовании ТП отмывки ПП. контроля качества выполнения операций нанесения, установки. пайки, отмывки.

Во втором разделе исследована возможность улучшения совместимости свойств материалов, повышения стабильности структуры паяных швов и прочности припоя в паяном шве за счет оптимизации фи-зико-хиыических процессов пайки путем математического моделирова-' ния кинетики формирования ПС.

Для прогнозирования надежности ПС и управления процессом их формирования на основе теории массопереноса в капиллярных зазорах. разработана феноменологическая модель, позволяющая моделировать кинетические закономерности диффузионных процессов (скорость

движения межфязных' границ, время завершения кинетических стадий, поле концентраций в фазах, количество «идкой фазы), начиная со стадии смачивании (при (;>10_/с) и до полного»исчезновения хидкой прослойки при изотермической кристаллизации.

Получены приближенные аналитические решения нестационарных диффузионных задач на двнхуц'чхся границах для капиллярного зазора, позволяющие исследовать влияние температуры, особенности диаграммы состояния и исходной величины плоского зазора на кинетику процессов массообмена. Сущность приближенных решений состоит в использовании аппроксимаций концентрированных профилей в твердой и жидкой фазах в виде полиномов. Корректность аппроксимаций проверяется сравнением с решенигми, получаемыми численными методой, и экспериментальными данными.

На первом этапе растворения (1<1х) распределение концентрации аппроксимируется полиномом:

Са(хД) = С2Н4(С1(1)-С2и)([г(1)-х]/[7.(1)-У(1)])п,

1,5<п<3,

где Фронт концентрированного возмущения определяется следующим образом:

С(х,1)зС2Н при 2^)<к<1,

После преобразований получаем систему дифференциальных, уравнений для определения СПЬ), 2Ц), У(Ь) с однородными начальными условиями:

1/(п+1)(ССх (Ь)-С211) С2(Ь)-У(1))) ' + [С{ (1)-С;>н]У' (й) =

= 02П[01(1)-С.гн]/С2(1)-У(1)), [С1н-С1(1)]У*а) = -02П[С1(Ь)-С2н]/[2(Ь)-У(Ь)],

кл22 = Díгnl:ci(t)-c2нvcz(t)-y(t)3.

Решение системы в безразмерных координатах и обозначениях имеет вид:

«> (г) = ( 1+2соб (Р1/3+4К/3) )/2е, а(х)-плсс). . ^(т)=-еп0г(т)/(п+1); где р1=агссоз(4£3ч(г)), Я(х)=ЗГ(1+п)/2пе-1/4Е3.

Аналогично строятся системы при рассмотрении всех основных кинетических стадий формирования спаев в зазоре.

Используя предложенную модель и разработанное программное обеспечение, становится возможны!.« прогнозирование состояния ПС, полученных в конкретных технологических режимах и, наоборот, используя полученные зависимости имеется возможность назначать конкретные технологические режимы пайки (температура, время пайки, величина зазора и скорость охлаждения), позволяющие избежать образования интерметаллидных прослоек и обеспечивающие получение надежных ПС.

Третий раздел посвящен задаче выбора технологических материалов для монтажа РаЛ-1. Характеристики паяльных паст оказывают значительное влияние на качество получаемых после оплавления ПС. Основными составляющими паяльной (припайной) пасты являются порошок припоя и флюс-связка. Поэтому исследование и.разработка технологии получения порошков низкотемпературных припоев, обоснование и выбор наиболее эффективного способа из целого ряда существующих, исследование свойств флюсующих связок, характера их взаимодействия с порошкообразным припоем, определение возможности корректировки составов пас* - обеспечивает высокое качество пасты, а, следовательно, и качество ТМИ ПС.

Обоснованный в данной работе способ получения порошкообразного припоя методом эмульгирования представляет собой объединение методов механического смешения расплава припоя с формообразующей

(диспергирующей) жидкостью и лродавливания жидкого припоя через капилляр. В качестве эмульгирующей жидкости использована кремни-йорганическая жидкость - полиметилсилоксан (ПМС-200), относящаяся к классу олнгометилсилоксанов, которая при сравнении с ранее использованными составами (ФОЖ-1, ЖЗ-2, <10Ж-2) характеризуется незначительными изменениями вязкости в широком интервале рабочих температур (г50 + +20С °С). Для предложенного способа определены режимы процесса диспергирования, обеспечивающие максимальный выход частиц припойного порош'са по однородности фракционного состава, а также уточнены границы изменения параметров ТП, при которых сохраняется выход порошка заданной фракции на уровне не менее 90% от максимального значения. Разработаны основные элементы коне- -трукции эмульгатора и устройства рассева порошков припоя.

В разделе приведены результаты исследования физико-химических свойств припойных паст, изучено влияние этих свойств и отработана система выбора оптимального состава флюсующей связки и соотношения "флюсующая связка - припой" для ТМП монтажа. Особенностью предложенных композиций припойных паст является присутствие поверхностно-активных веществ - солей триэтаноламина. а таске органических кислот в составе флюсующих связок. Упомянутые компоненты повышают активность паст и улучшают их реологические свойства. Положительным моментом является легкость устранения загрязнений после проведения процесса оплавления.

Показано, что определяемый с помощью метода менискографии параметр смачивания является объективным критерием для оценки и корректировки качественного и количественного составов флюсующих связок, выбора типа связок, контроля сохраняемости сеойств связок во времени. Параметры межфазного натяжения "флюс-паста", поверхностного натяжения флюсующих связок, коэффициенты растекаемости флюсующей связки по припою, установленные при исследовании физико-химических свойств паяльных паст, позволяют обоснованно регулировать состав паяльных паст.

Четвертый раздел посвящен формализованному описанию технологии группового нанесения паяльной пасты на КП Ш1 методом трафаретной печати, для чего сформулированы и решены две задачи :

- разработана математическая модель процесса нанесения паяльной пасты на КП ПП на основе уравнения Рейнольдса, описывающая движение пасты через ячейки (сетки) трафарета в виде ламинарного

потока жидкости, в результате решения которой определены основные Физико-технологические параметры процесса нанесения паяльной пасты на КП ПП: допустимая величина угла наклона лезвия ракеля, скорость движения, оптимальные размеры лезвия ракеля, требуемое усилие сдвига паяльной пасты.

- разработана'динамическая математическая модель, устанавливающая зависимость конструктивных параметров формуемого элемента от технологических параметров процесса на основе статистических методов планирования эксперимента, которая обеспечивает управление выходными характеристиками изделия в ходе его изготовления, то есть стабильность толщины наносимого слоя паяльной пасты средствами автоматизированного управления с обратной связью.

Задача заключается в получении выражения для определения толщины Ь наносимого слоя как функцию давления Р и скорости перемещения ракеля Ух . в виде

ДЬ=(dP/dh

)_1Др - (dP/dVx

P=PO

dP/dh

Р=РО

Р-Ро

Устанавливая Р=Ро,- а Др=0 на период локального управления СТО для нанесения пасты, имеем

üh*- (dP/íJVx

)(dP/dh

Р=Ро

)_1AVX

P=Po

Скорость движения ракеля изменяется путем изменения управляющего напряжения на двигателе, при этом с увеличением скорости ракеля уменьшается толщина наносимого слоя пасты, что является условием лучшей заполняемое™ ячеек трафарета. Разностное уравнение изменения скорости движения ракеля б зависимости от изменения напряжения на двигателе учитывает пошаговое перемещение ПП в под-ракельном пространстве и имеет вид

ДV(к+1)=ах1ДV(к)+В1ДУ(к).

В результате динамическая математическая модель ТП нанесения паяльной пасты на КП ПП. методом трафаретной печати принимает вид

/И1(к+1)=^а11ДУ(к)+а1зДЬ(Ю+й2а;21Д{1(к)+Ы1(к). Дц(к+1)-а21Д»1(к)+о2(к). ДУ(к+11=ацДУ(к)+В1ЛУ(к), к=1,2,3....

записав получение уравнения в области гюремешпи состояний, получим динамическую математическую модель процесса нанесения паяльной пасты методом трафаретной печати-в виде

где

х(к+1)=Ах(к)+ВУ(к)+Гш(к); х(0)=х0, • х=(Х1Х2хэ)т=(ДЬ.Дц,ДУ)т,

У-(ДУ(к)), и(к)=(о)1,ь)2)т, 313 <31а21 й1в1

матрица состоянии А=

313 с11аг1 с^ац О а21 О О 0 ац

матрица управлений В=

О О В1

матрица переменной выходной Г=

1 <11 О 1 О О

Выходная переменная У ТП нанесения паяльной пасты является функцией толщины нанесенного слоя пасты, и определяется как

У(к)=Сх+У1(Ю,

где С=(С1С20).

VI(к) - шумы измерений. -

Полученная модель является векторным стохастическим разностным уравнением и решает задачу оптимального управления процессом группового нанесения пасты АСУ ТП.

Далее в разделе выполнена оценка погрешностей нанесения паяльной пасты на КП ПП методом трафаретной печати. Дается анализ и классификация основных источников, видов и причин возникновения ошибок.

На основе выполненного анализа предложена и разработана

конструкция комбинированного трафарета, отличающаяся от традиционной - маска из металлической фольги наклеивается на сетку из синтетических волокон или стальную сетку, а затем часть сетки, находящаяся на рабочей области трафарета, удаляется. Таким образом, сет!са используется только как крепежный элемент трафарета.

Такая конструкция трафарета позволяет:

- значительно упростить решение задачи крепления фольговой маски к рабочей раме;

- существенно уменьшить площадь фольги, используемой для изготовления маски, сведя ее к размеру печатной платы;

- обеспечить возможность гибкого регулирования режима трафаретной печати (выбора типа печати: печать с зазором или контактную печать);

- обеспечить возможность варьирования толщины слоя пасты при печати в диапазоне от 0,1 до 0,4 мм;

- использовать любые, имеющиеся в наличии сетгл (капрон, нейлон, сталь,бронза),, независимо от размеров окна сеток;

- обеспечить точное совмещение рисушса маски и ПП, что невозможно на сетчатых трафаретах с достаточно большим окном в свету (более 100 мкм) из-за сложного рисунка края окна на сетке;

- существенно уменьшить погрешности совмещения от обратимого растяжения сеток, которым отличаются чисто сетчатые трафареты;

- получить высокое разрешение при изготовлении фольговой маски, обеспечиваемое высокой разрешающей способностью используемого фоторезиста.

В пятом разделе приведены результаты сравнительного исследования процессов инфракрасной и конденсационной пайки. Выполнено экспериментально-статистическое моделирование зависимости показателя качества соединения (усилия отрыва вывода микросхемы от контактной площадки МПП) от параметров ТП при пайке компонентов указанными способами, определены допустимые значения параметров ТП инфракрасной и конденсационной пайки, изложены рекомендации по проектированию установок конденсационной.пайки, обоснован выбор жидкости-теплоносителя.

При оплавлении инфракрасным излучением выявлена неравномерность нагрева элементов тест-плат, появление в них горячих точек; плохая воспроизводимость результатов вследствие рассогласования спектра излучения источника и спектра поглощения подложки, про-

водников, элементов; необходимость подбирать режимы пайки для каздого типа плат а зависимости о? их геометрий, массы и т.п.; трудность опашки функциональных узлов от остатков флюса вследствие окисления.

Экспериментально подтзерздено, что пайка в паровой фазе теплоносителя характеризуется более низкой температурой, контролируемой са'.в:м процессом оплавления, равномерной и однородной теплопередачей; -дикость испаряется с печатной платы не оставляя на ней следов и не повреждая электронных компонентов; окисление паяных соединений при моктатке отсутствует. Перечисленные преимущества наряду с хоропей управляемостью процессом пайки с цельи получения оптимальных результатов позволяет, при прочих равных условиях, отдать предпочтение конденсационной пайке при монтаже ТМП аппаратуры.

Показано, что обоснование выбора жидкости-теплоносителя необходимо проводить по показателям качества оплавления припойной пасты и простоты отмывки остатков флюсующей связки. По проведенным сопостазктелышм исследованиям различных типов теплоносителей установлено, что наилучшее качестзо оплавления лрнпойных паст с температурой оплавления до 200°С ¡сак на многослойных, так и на односторонних ГШ обеспечивает перфтортрибутиламин БАО-3 с температурой кипения 175°С.

Зависимость показателей качества ПС от параметров технологического процесса конденсационной пайки имеет экстремальный характер, что позволяет сформулировать задачу оптимизации технологических режимов по параметрам качества пайки. Сложность . физических, химических, тепловых и механических процессов, протекающих при образовании ПС, не позволяет создать строгие математические модели для исследования влияния технологических режимов на качество электромонтажных соединений, поэтому.для исследования поверхности отклика и поиска оптимачьных сочетаний факторов (технологических режимов пайки) достаточно оценить зависимость прочности ПС на отрыв от пятя влияющих факторов. Границы диапазона варьирования были установлены с учетом физических ограничений,• ста-, тистической различимости и однородности воздействия. Принятая априорная полиномиальная модель обладает достаточностью • и практически учитывает возможные взаимодействия, потенциально влияющие на* качество ПС.

Y=7.251+0,15STnp.+0,870 tn-0,41б\'охл.+0, ^6¡1Í 0,

+0,12бТпрЛп+0,080Тпр.Уохл.+0,022ТПр.\'охл.+0.1Л/ЛПр.Н.

Задача оптимизации параметров технологического рехснма формулируется -в следующей постанови: требуется реализовать схему оптимального компромисса мезду параметрами регжма процесса пешки (Тпр-. tn, Voxji.), конструктивны:.'!! особенностями KOHTc-JCTHoro соединения (толщина нанесения пасты - Н) и свойствами материала при-пойных паст типа ПЛ-112 и 0СЯШ-180 (оцениваема.:!! по характеристике - а), обеспечивающих максимум показателя качества ПС Y (усилие на отрыв) -

Y —<■ шах

при ограничениях:

п min так п ■ 20°С=ТПр<Тпр<ТПр =120 С

ir.in max 10 C=tn <tn<tn =40 С

n , ""•ах n ,

5 С/C=V0XJ¡Í\'oxm{Vqxji=50 С/с

min max 200 мкм=Н <HCH =400 мкы

min nv2ix 1.2=гг <эе<зе =2.1

Установленные технологические режимы конденсационной пайки, полученные с помощью регрессионных зависимостей, обеспечивает максимум прочности паяного соединения на отрыв. Сохранение прочности соединения на уровне не менее 00% от оптимального обеспечивается разработанной системой допусков на отклонения технологических режимов пайки.

Испытания электронных модулей на воздействие изменений температуры окружающей среды позволили установить, что термоусталость ПС на ПП без термокомпенсирующих слоев наступает на 100-200 циклов раньше, чем на платах с терыокоыпенсирующиын слоями.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТУ РАБОТЫ

1. Дача математическая постановка задачи анализа процессов массопереноса в капиллярных зазорах, определены закономерности физико-химичеасих процессов Формирования ПО. позволяющие прогнозировать состояние ПС.

2. Предложены и обоснованы новые критерии для оценки физико-химических свойств припойных паст: параметр смачивания и коэффициент растекаеиости флюсующих связок но припою, определяемые по межфазноыу и поверхностному натяжениям, позволяющие обосновать рациональные составы флюсующих связок и паст в целом.

3. Предложены составы паялышх паст, обеспечивающие необхо- • димые свойства ПС с учетом требований дозированного нанесения, бесконтактных методов пайки, некоррозионной активности остатков после оплавления для сборки Р3.1-1 методами ТМП;

4. Разработала физико-технологическая модель процесса группового нанесения паяльной пасты на КП ПЛ. описывающая движение пасты через ячейки (сетки) трафарета в виде ламинарного потока жидкости ; модель процесса группового нанесения припойной пасты, служащая для синтеза закона оптимального управления процессом группового нанесения пасты.

5. Дана математическая постановка задачи выбора оптимальных технологических режимов конденсационной пайки по параметрам качества пайки: обоснованные технологические режимы конденсационной пайки, полученные с помощью регрессионных зависимостей, обеспечивают максимум прочности ПС на отрыв. Сохранение прочности соединения на уровне не менее 90% от оптимального обеспечивается разработанной системой допусков на отклонения технологических режимов пайки.

6. Разработаны технология и оборудование для поверхностного монтажа, включающие в себя производство припойных паст, нанесение пасты, конденсационную пайку электронных модулей и отмывку остатков флюсующих связок после оплавления припойных паст.

7. Полученные результаты позволили:

- обеспечить возможность монтажа перспективной элементной

базы;

- повысить качество ПС, оцениваемое по прочности соединения п& отрыв, на 10-15

- снизить трудоемкость, увеличить производительность сбороч-но-монтажных операций в 2,5 раза по сравнению с традиционной технологией монтажа;

- получить техника-экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы в объеме 209,9 млн.руб.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Семенов A.B. Кинетические закономерности диффузионных процессов формирования паяных соединении: Тез. докл. науч.-техн. конф. "XXIII Гагаринские чтения" MATH. М., 1967. С.08-33.

2. Семенов A.B. Оптимизация параметров процесса эмульгирования расплава низкотемпературного припоя по критерию однородности фракционного состава порошка: Тез. докл. науч.-техн. конф. "XXIII Гагаринские чтения" МАТИ. М., 1997. С.89-90.

3. Семенов A.B. Имитационная математичеасая модель процесса нанесения припойной насты на контактные площадки печатных плат для поверхносткомонтнруемых компонентов// Известил ГГУ: сер. Радиоэлектронные средства, 1997. вып.502. С.57-70.

4. Семенов A.B. Оптимизация параметров технологического процесса эмульгирования расплава низкотемпературного припоя по критерию однородности фракционного состава порошка// Известия ГГУ: сер. Радиоэлектронные средства. 1Ö97, вып.502. С.50-57.

5. Семенов A.B. Параметрическая оптимизация пайки компонентов РЗЫ-1 в паровой фазе теплоносителя// Известия ГТУ: сер. Радиоэлектронные средства, 1997, вып.502. С.71-75.