автореферат диссертации по электронике, 05.27.07, диссертация на тему:Процессы и устройства для монтажа электронной техники при комбинированном воздействии ультразвуковых и электромагнитных полей

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники

УДК £2.1 ^ 96.6.0Д2П621.757

- ' ИЮН 2000

Бондарик Василий Михайлович

ПРОЦЕССЫ И УСТРОЙСТВА ДЛЯ МОНТАЖА ЭЛЕКТРОННОЙ ТЕХНИКИ ПРИ КОМБИНИРОВАННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ И ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Специальность 05.27.07 - оборудование производства электронной техники

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Минск 1999

Работа выполнена в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент Ланин В Л.

Научный консультант:

кандидат технических наук, доцент Багура М.П.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сурин В.М.

кандидат технических наук, профессор Хижняк А.В.

Оппонирующая организация: Государственное предприятие МПО ВТ

Защита состоится 23 февраля 2000 г. в 16.00 на заседании совета по защите диссертаций Д 02.15.03 Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники по адресу : 220027, Минск, П. Бровки, 6, корп. 1, ауд. 232, тел. 239-89-89.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники.

Автореферат разослан «зо»1999 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, доктор физико-математических наук, профессор I ) И.И Абрамов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена разработке технологических процессов монтажа электронной техники (ЭТ) при комбинированном воздействии ультразвуковых (УЗ) и электромагнитных (ЭМ) полей и создания на этой основе новых высокоэффективных технологических средств для производства ЭТ.

Актуальность темы диссертации. Проблема повышения надежности электронных устройств (ЗУ) решается в настоящее время путем разработки новых высокоэффективных технологических процессов, характеризующихся высокой производительностью, низкой энергоемкостью, безстходностью, экологической чистотой, обеспечивающих высокое качество изготавливаемых изделий. Эта задача особенно актуальна для процессов монтажа ЭУ, которые составляют на данный период около 50 % от общей трудоемкости изготовления изделий, и, по статистическим данным, до 80 % всех отказов в электронной аппаратуре происходит вследствие дефектов электрических соединений. Поэтому исследования, целью которых является разработка технологии монтажных соединений, выполненных легкоплавкими припоями, под воздействием УЗ и ЗМ полей, установление закономерностей комбинированного воздействия нескольких видов полей, построение моделей и оптимизация процессов и разработка высокоэффективного технологического оснащения является в настоящее время актуальными для науки и народного хозяйства республики, так как их результаты позволят повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции, экологическую чистоту процессов монтажа электронной аппаратуры и снизить потребление материалов и топливно-энергетических ресурсов.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Диссертационная работа выполнялась в рамках республиканских научно-технических программам: «Стимуляция», «Диагностика», «Пучковые взаимодействия», проводимых в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники (БГУИР) в период 199 ¡...1999 годов в рамках работ по

- НИР «Исследование физических процессов формирования надежных контактных соединений в изделиях электронной техники, не содержащих драгоценных металлов» № ГР 19943442 (научный руководитель - к.т.н. В.Л. Ланин);

- ПИР «Исследование диффузионных процессов в твердых телах и на границах срастания токкоиленочных структур при воздействии на них градиентов энергии и вещества» № ГР 19962415 (научный руководитель - к.т.н. В.Л. Ланин);

- НИР «Разработка теоретических основ и исследование процессов стимуляции потоками энергии и вещества формирования контактных соединений электронных устройств» № ГР 19962418 (научный руководитель - к.т.н. В.Л. Ланин);

- НИР «Разработка физических принципов и исследование процессов формирования электрических соединений путем плавления контактного материала под воздействием концентрированных потоков излучений видимого и инфракрасного диапазонов» № ГР 1997877 (научный руководитель - к.т.н. В.Л. Ланин).

По теме диссертации выполнены НИР в рамках хозяйственных договоров с ГП МПО ВТ «Совершенствование технологии лужения выводов радиоэлементов и

I 1

разработка контактного измерителя, ультразвуковых вибраций» № ГР 01920004172 (научный руководитель - к.т.н,, доц. В.Л. Ланин) и НПО «Интеграл» «Разработка и исследование комплекса технологических процессов изготовления изделий микроэлектроники на медной рамке» № ГР 1997873 (научный руководитель - к.т.н., проф. А.А. Хмыль).

Цель работы и задачи исследований. Основной целью данной работы является разработка технологических процессов монтажа ЭУ с комбинированным воздействием УЗ и ЭМ полей, нестандартных решений, основывающихся на современных научно-технических достижениях, а также специального технологического оснащения.

В связи с этим основными задачами исследований являются:

- провести анализ литературных и патентных источников по методам к средствам активации монтажа современных ЭУ и дать оценку их эффективности;

- разработать новые способы комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей на процессы монтажа, повышающие качество изготавливаемых изделий и производительность технологических процессов;

- предложить физические модели комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей на процессы монтажа легкоплавкими припоями и провести экспериментальные исследования' влияния технологических параметров процессов на физико-механические, электрофизические и технологические свойства соединений;

- разработать экспериментальное оснащение для контроля активирующих факторов, методики исследования эффективности влияния УЗ и ЭМ полей и контроля качества монтажных соединений;

- провести исследования физических закономерностей при воздействии УЗ и ЭМ полей;

- разработать математические модели воздействия УЗ и ЭМ полей на процессы монтажа и оптимизировать параметры технологического процесса с экспериментальной проверкой результатов моделирования;

- предложить на основе проведенных исследований рекомендации по созданию технологического оснащения для монтажа ЭТ;

- применить разработки в промышленности и в учебном процессе.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются технологические процессы и средства монтажа ЭТ при комбинированном воздействии УЗ и ЭМ полей. Предметом исследования - монтажные соединения в современных электронных устройствах.

Гипотеза. В работе сформулировано научное предположение о возможности формирования необходимого комплекса физико-механических, электрофизических и технологических свойств монтажных соединений путем рационального воздействия УЗ и ЭМ полей и создания оптимальных условий образования монтажных соединений в ЭУ. Результаты моделирования, экспериментальных исследований и опытно-промышленных проверок подтвердили правильность гипотезы, что позволило разработать теоретические основы формирования монтажных соединений в

ЭУ при комбинированном воздействии УЗ и ЭМ полей и создать на этой основе высокоэффективное технологическое оснащение.

Методология и методы исследований. Использовались взаимодополняющие методы исследования процессов формирования монтажных соединений в ЭУ, показателей их качества и характеристик, включая электрофизические и механические свойства, в том числе растровую электронную микроскопию (Stereoscan-360), электронно-зондовый микроанализ (спектрометр AN-10000, Link System), оптическую микроскопию, четырехзондовый метод измерения переходного сопротивления.

Модели процессов создания монтажных соединений разработаны на основе использования теории диффузии, термодинамики и методов интерполяции. Вычислительные процедуры реализованы на основе применения методов полного факторного эксперимента (ПФЭ), крутого восхождения, построения центрального композиционного ортогонального плана (ЦКОП), численного дифференцирования и интегрирования, апроксимации и интерполяции. Программные средства разработаны в системе программирования Borland Pascal, С++.

Научная новизна и значимость полученных результатов заключается в следующем.

1. Разработаны теоретические закономерности комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей, позволившие получить:

- модель формирования микроволны припоя в УЗ поле, которая определяет высоту микроволны в зависимости от физических и технологических параметров припоя и процесса;

- динамику захлопывания кавитационных полостей в расплавах припоев, определяющую оптимальные параметры процесса кавитации в зависимости от параметров активирующих воздействий;

- модель стимулирования диффузии реакционно-активных компонентов в паяном соединении при комбинированном воздействии УЗ и ЭМ полей, которая описывает процесс диффузии в зависимости от параметров активирующих воздействий. Она позволяет определить глубину диффузии реакционно-активного компонента в зависимости от значения активирующих факторов и оценить тем самым механические и электрофизические свойства монтажных соединений.

2. Впервые разработаны два способа УЗ пайки магнитострикционных ферри-товых преобразователей с предварительной плазменной обработкой поверхности, которые позволили получить высокопрочные паяные соединен™ феррита с металлическими деталями. Впервые предложен способ пайки изделий с комбинированным воздействием среднечастотных ЭМ и электрических полей, увеличивающий растекание припоя и его проникновение в капиллярный зазор за счет наличия пан-деромоторных сил.

3. Установлены физические закономерности влияния параметров УЗ и ЭМ полей на физико-механические и электрические свойства соединений, что позволило сформулировать требования к разрабатываемым технологическим процессам и технологическому оснащению.

4. Предложены математические модели воздействия УЗ и ЭМ полей, позволившие оптимизировать основные параметры процесса, обеспечить его высокую производительность и гарантировать высокое качество соединений, что создает предпосылки для полной автоматизации процесса монтажа современных ЭУ,

Новизна обоснованных и разработанных в диссертации научных и практических решений защищена 3 патентами России и Беларуси.

Практическая и экономическая значимость полученных результатов состоит:

- в разработке научно-обоснованных рекомендаций по проектированию и практическому созданию высокоэффективных технологических процессов и средств монтажа ЭУ с комбинированным воздействием УЗ и ЭМ полей, обеспечивающих экономию дефицитных материалов, снижение энергозатрат, экологическую чистоту производства, повышение производительности труда при одновременном увеличении качества электронной аппаратуры (патенты России №№ 2022733, 2053064 и Беларуси № 2686);

- в разработке математических моделей воздействия УЗ и ЭМ полей при монтаже ЭУ, позволяющих экономить материальные и трудовые ресурсы при создании и автоматизации технологических процессов; ■

- в их использовании при выполнении совместных работ БГУИР и ГП МПО ВТ в рамках выполнении хоздоговора «Совершенствование технологии лужения выводов радиоэлементов и разработка кошактного измерителя ультразвуковых вибраций» № ГР 01920004172, а также БГУИР и НПО «Интеграл» в рамках выполнении хоздоговора «Разработка и исследование комплекса технологических процессов изготовления изделий микроэлектроники на медной рамке» № ГР 1997873.

Результаты диссертационной работы внедрены в учебный процесс в БГУИР в лекционных курсах: «Технология и автоматизация производства РЭС», «Конструирование и технология электронных систем», «Технология ЭВС» и лабораторных работах. По тематике диссертационной работы выполнено 10 дипломных проектов. Результаты диссертационной работы внедрены на П3 МПО ВТ, проведена опытно-промышленная проверка и планируется внедрение на НПО «Интеграл».

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- физические модели воздействия УЗ и ЭМ полей на процессы монтажа ЭУ, позволившие определять механические и электрофизические свойства монтажных соединений в зависимости от значения активирующих факторов;

- физические закономерности комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей на электрофизические и механические свойства монтажных соединений в ЭУ;

- математические модели процессов воздействия УЗ и ЭМ полей, позволяющие формировать необходимые свойства монтажных соединений легкоплавкими припоями и создать высокоэффективное технологическое оснащение;

- новые процессы и устройства для монтажа ЭТ с использованием современной элементной базы, включая поверхностно-монтируемые элементы.

Личный вклад соискателя. Опубликованные по теме диссертации работы выполнены автором лично и в соавторстве. В совместно опубликованных работах

I 1

автор осуществлял постановку задачи, предлагал и обосновывал направления решения научных проблем, разработат основные методики проведения аналитических и экспериментальных исследований, непосредственно участвовал в проведении исследований, анализе результатов и формулировке выводов. В диссертации обобщены результаты комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей на процессы монтажа ЭУ легкоплавкими припоями.

Автором лично предложены: физические и математические модели воздействия УЗ и ЭМ полей на процессы монтажа ЭТ легкоплавкими припоями, один из способов и устройство для монтажа ЭТ, рекомендации по проектированию технологического оснащения.

Основными соавторами по опубликованным работам являются: доцент Ланин В.Л., который принимал участие в обсуждении результатов исследований, разработке технологических процессов и выработке рекомендаций, применении результатов в учебном процессе, профессор Хмыль A.A., член-корр. HAH Беларуси Румак Н.В., которые принимали участие в обсуждении результатов исследований и выработке рекомендаций; доцент Батура М.П., принимавший участие в обсуждении результатов исследований, касающихся математического моделирования и автоматизации технологического оснащения монтажа ЭУ, аспирант Чернышеиич И.Н., с которым автор выполнил ряд совместных исследований и разработок, касающихся исследования воздействия УЗ и ЭМ полей, разработки и автоматизации технологического оборудования для УЗ пайки, студент Задруцкий И.А. принимал участие б исследовании технологических процессов пайки с комбинированным воздействием УЗ и ЭМ полей.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на 18 конференциях (23 доклада) в том числе на:

10-ти Международных симпозиумах, семинарах и конференциях: Международный симпозиум «Сварка и пайка в производстве приборов и аппаратуры» (Пенза, 1992); Международная конференция «Направления и перспективы развития микроэлектронной элементной базы, электронных блоков и узлов, устройств индикации и считывания для приборостроения, аудио- и видеотехники, систем связи и информатики» (Минск, 1994); Международная конференция «Современные проблемы радиотехники, электроники и связи» (Нарочь, Беларусь, 1995); LI научная сессия, посвященная Дню радио, Российского научно-технического общества радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова (Москва, 1996); Международная конференция «Современные средства связи» (Нарочь, Беларусь, 1997, 1998, 1999); Международная конференция "Пайка в создании изделий современной техники" (Тольяти, 1997); Международная конференция «13th International Scientific Conference Mittweida» (IWKM'98) (Gennany, 1998), П Международная научно-техническая конференция "Ультразвуковая техника и технология" (Минск, 1999).

8-ми республиканских и отраслевых научно-технических конференциях (НТК) и семинарах: НТК «Современные проблемы радиотехники, электроники и связи» (Минск, 1995); НТК БГУИР (1994, 1995); республиканская НТК «Физика конденсированных сред» (Гродно, 1997, 1998, 1999); III республиканская НТК

«Новые материалы и технологии» (Минск, 1958), Научно-практический семинар «Современное состояние пайки», (Москва, 1999).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 32 работы, в том числе 19 статей в научных, журналах и сборниках трудов научно-технических конференций, 10 тезисов докладов научно-технических конференций. Новизна технических решений подтверждена 3 патентами (Россия, Беларусь). Без соавторов опубликовано 5 работ (8 стр.) В международной печати (дальнее зарубежье) - 2 работы. В совместно опубликованных научных работах автору диссертации принадлежит 46 стр.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, общей характеристики работы, пяти глав, заключения, списка использованных источников и приложений, содержит 118 страниц основного машинописного текста, 44 рисунка, 11 таблиц, 17 страниц приложений. Библиографический список состоит из 164 наименований литературных источников. Общий объем работы составляет 158 машинописных страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Во введении и общей характеристике работы дана краткая оценка состояния работ в области создания монтажных соединений в ЭТ с заданными функциональными параметрами, показана актуальность выбранного направления работы, сформированы цели и задачи исследований, научная новизна и практическая значимость, вопросы выносимые на защиту.

В первой главе приведен анализ состояния проблемы с постановкой задачи исследований, рассмотрены существующие методы и устройства для создания монтажных соединений.

Паяные электрические соединения являются основным методом монтажа ЭУ на печатных и многослойных платах, вследствие легкости автоматизации, контроля и ремонта. На качество паяных соединений большое влияние оказывают подготовка поверхностей элементов, рациональный выбор технологических режимов процесса и материалов для пайки. Скорость протекания процесса и возможности его автоматизации во многом определяются способами воздействия УЗ и ЭМ полей.

Технология монтажа поверхностно-монтируемых элементов предъявляет дополнительные требования к качеству пайки: постоянно повышающаяся производительность, экологическая безопасность, обеспечение высокого качества при микроминиатюризации компонентов, которым традиционные материалы, элементы и процессы пайки не удовлетворяют.

Анализ современных процессов монтажа ЭТ показывает, что воздействие УЗ и ЭМ полей обеспечивает наивысшую производительность, позволяет достигать высокой удельной плотности энергии в зоне пайки, обеспечить высокое качество паяных соединений и имеют реальные предпосылки полной автоматизации. Рациональное использование этих полей зависит от конструкции монтажных соеди-

нений, физико-химических свойств паяемых металлов и покрытий, а также определяется функциональным назначением и конструктивными особенностями ЭУ.

Анализ литературных данных показал, что современное технологическое оборудование монтажа ЭТ снабжено микропроцессорными системами управления или микро-ЭВМ и имеет возможность прямого подключения к персональным компьютерам, что позволяет контролировать и управлять процессами монтажа в реальном масштабе времени с целью повышения эффективности управления технологическими процессами и повышения качества выпускаемой продукции. Дальнейшая разработка процессов монтажа и оборудования приведет к созданию автоматизированных и робототизировшпшх цехов и заводов, что в 3-5 раз снизит материальные и трудовые затраты, значительно повысит качество продукции.

Исходя из прозеденного анализа сформулированы цель диссертационной работы и основные задачи исследований, которые изложены в разделе «Общая характеристика работы».

Во второй главе на базе анализа комплекса требований к монтажным соединениям предложена и научно обоснована концепция комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей в производстве современных ЭУ.

Определены перспективы научных исследований и практических разработок в области комбинированного использования УЗ и среднечастотного полей, ИК и лазерного излучения, что обеспечивает высокую прецезионкость и регулируемость процессов монтажа современных ЭУ, и позволяет создать микропроцессорное программно-управляемое оборудование.

Проведены теоретические исследования процессов формирования паяных соединений и разработана физико-математическая модель комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей иа процессы монтажа ЭТ. С учетом теплового эффекта при воздействии энергии активации иа систему припой - паяемая деталь суммарный диффузионный поток равен

Г \

J = -Dn

Е-&Е ЯТ

\-erf

-Ог/2)

V

2- а/А

Е-&Е Л-Т

+

+ • ]}• — • С • СОБСС +-^--С • СОБ Р

X 5

(1)

где Е - энергия активации диффузии, ДЕ - изменение энергии активации диффузии за счет действия УЗ энергии, К - универсальная газовая постоянная, Т - температура в зоне взаимодействия, С - концентрация реакционно-активного компонента в расплаве, х - глубина диффузии, Г - время диффузии, Ь - предельная глубина диффузии, В1 - подвижность иона, р - удельное электрическое сопротивление компонента, 1а - амплитуда импульсов тока, г - скважность импульсов тока, В - подвижность частиц, р - плотность материала, (- частота УЗ колебаний, А - амплитуда УЗ колебаний, с - скорость звука в материале, Б - площадь зоны взаимодействия, а, |3 -

соответственно, угол между направлением действия вектора ноля к диффузионному потоку для электрического и УЗ поля.

Анализ модели позволил установить, что применение концентрированных потоков УЗ энергии ведет к росту коэффициента диффузии в направлении вектора УЗ колебаний, воздействие импульсов тока - к росту суммарного потока ионов реакционно-активных компонентов в зоне взаимодействия, а следовательно, и к увеличению скорости и глубины диффузии.

Проведено моделирование процесса для случая пайки припоем ПОЦ-Ю и деталей из алюминиевого сплава АМц при следующих начальных условиях: площадь контактирования 10-50 мм2, амплитуда колебаний 10-20 мкм, скорость звука и плотность алюминиевого сплава 6200 м/с и 2,7 103 кг/м\ соответственно, амплитуда импульсов тока - 1-10 А, скважность импульсов 1-4, граничная глубина диффузии 0-20 мкм, время диффузии 5 - 15 с, удельное электрическое сопротивление алюминиевого сплава 0.02В 10"' Ом/м, частота УЗ колебаний 22-44 кГц.

Разработана компьютерная программа моделирования, которая позволяет по физико-математической модели рассчитать профиль диффузии любого реакционно-активного компонента при комбинированном воздействии тепловой и УЗ энергии, а также электрического тока. Результаты исследований показывают, что наличие дополнительной токовой активации увеличивает концентрацию диффундирующего элемента на граничной глубине в среднем ка 20-30%. С повышением час тоты УЗ колебаний до 44 кГц также наблюдается прирост концентрации. Стимулирование процессов диффузии реакционно-активных компонентов в паяном соединен™ приводит к увеличению переходной зоны на границе припой - паяемая деталь и к образованию химических соединений между компонентами припоя и материалом паяемой детали, что увеличивает механическую прочность соединения, повытнает качество монтажа и эксплуатационную надежность изделий.

Разработана физическая модель воздействия УЗ поля на расплавы припоев, что позволяло формировать микроволну припоя высотой Ь в УЗ ванне (рис. 1):

где В - диаметр столба припоя в ванночке, - уровень припоя, аир- сила поверхностного натяжения и плотность расплава,/и А - частота и амплитуда УЗ колебаний.

Для припоя ПОС 61с учетом известных его физических параметров выражение (2) примет вид:

Разработанная физическая модель учитывается лишь поверхностное натяжение припоя, а не окисной пленки на его поверхности, поэтому рассчитанные значения высоты микроволны будут несколько выше практических (рис. 2).

Использование микроволны припоя создает предпосылки разработки автоматического оборудования монтажа ЭТ.

(3)

_; ___п i_A _ _. L

h, мм 24

18

-1 - F = 22 кГц

—»О—2 - F = 22 кГц

-—1 - F = 44 кГц

--йг— 2 - F = 44 кГц

6 -

„16

а, мкм

Рис. 2 Зависимости высоты подъема припоя от амплитуды УЗ колебаний: 1 - теоретические, 2 - экспериментальные

1 - I

Рис. 1 Образование микроволны припоя

в УЗ ванне: 1 - концентратор, 2 - акустическая развязка, 3 - микроволна, 4 - ванна, 5 - электронное устройство

Особенностью расплавов припоев, используемых для УЗ пайки ЭУ, являются значительно большие плотность и вязкость по сравнению с жидкостями (примерно на порядок), необходимость учета гидростатического давления столба расплава припоя, а также различие в начальных размерах кавитационных полостей. Поэтому для описания динамики кавитационпых полостей в расплавах припоев на основе уравнений Нолтинга-Непайраса, Херринга-Флинна, Кирквуда-Бете и с учетом вязкости расплава предложено уравнение:

3

R

д 2r

д t

дRV „ 3R + Am

д t

8 t

+ Р0-Р

'А - sin со / +

2о_ R

Рп ~

'О

2а V R

~Jr

R

о_ R

■ ЗУ

,(4)

= О

где m - динамическая вязкость расплава, Y - показатель политропы (Y=l для изотермических, Y=4/3 для адиабатических пульсаций полости соответственно), Ро -внешнее давление, Рп - порог нестационарной кавитации (порог Блейка), РА - амплитуда акустического давления, Ro-начальный радиус пузырька, со - круговая частота УЗ колебаний.

Решение нелинейного дифференциального уравнения (3) выполнено методом Рунге-Кутта-Мерсона с автоматическим изменением шага интегрирования и приближенной оценкой погрешности на каждом шаге на ПЭВМ типа IBM РС/АТ-486 для расплава оловянно-цинкового припоя.

Анализ полученных данных показывает, что динамика импульсов кавитации, исследованных экспериментально, в основном совпадает с теоретически рассчитанной, однако в реальных процессах необходимо учитывать расстояние до излу-

чателя, фактический размер и количество зародышей кавитации для использования концентрированного потока УЗ энергии.

Установлено, что при продольных УЗ колебаниях значительная часть энергии передается в паяемое изделие и расходуется на его нагрев и разрушение, а при колебаниях, распространяемых параллельно обрабатываемой поверхности - УЗ колебания в большей степени распространяются в припое вдоль паяемой поверхности и их энергия тратится на навигационные явления вблизи зоны взаимодействия. При этом кавитационное давление в расплаве возрастает в среднем на 25%, увеличивая прочность сцепления слоя металлизации с обрабатываемой поверхностью не менее чем в 1,5 раза.

Концентрированные потоки УЗ энергии, распространяемые параллельно обрабатываемой поверхности, при локальном введении энергии в зону взаимодействия, предпочтительнее с точки зрения повышения производительности и уменьшения вредного воздействия на обрабатываемые изделия.

Полученные данные можно использовать при лужении труднопаяемых материалов для улучшения качества и прочности соединений.

Третья глава посвящена разработке экспериментального оснащения для комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей, а также приборов и методов исследования полученных монтажных соединений.

Разработаны средства измерения амплитуды УЗ колебаний в технологическом оснащении, что позволяет значительно уменьшить время настройки и регулировки оборудования, повысить качество выпускаемых изделий, уменьшить процент брака и снизить потребление энергии УЗ оборудованием за счет поддержания оптимальных режимов технологического процесса. Выполнено согласование УЗ генератора с нагрузкой при использовании нескольких источников УЗ колебаний, что повысило эффективность использования имеющихся мощностей и упростило процесс управления технологическим оснащением.

Разработаны устройства комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей для современной элементной базы ЭУ, в частности, устройства электроискровой обработки, плазменного восстановления и УЗ металлизации поверхности феррита, комбинированной УЗ, ИК и токовой активации процесса пайки труднопаяемых материалов и методики их использования для исследования различных сочетаний активирующих воздействий. Разработана методика, позволяющая получать и исследовать паяные соединения, полученные с помощью комбинированной ВЧ и токовой активацией.

Исследования структуры паяного соединения с локальным рентгеноспек-тральным анализом элементного состава выполнялись на растровом электронном микроскопе Stereoscan-360 (Cambridge Instruments, Англия) с энергетическим спектрометром AN-10000 (Link, Англия) при ускоряющем напряжении (0,2-40) кВ и диапазоне увеличений от xl 0 до xl 00000 в режиме отраженных и вторичных электронов с фоторегистрацей результатов и получением псевдоцветного изображения.

Разработанные методики контроля электрофизических и механических свойств паяных соединений, паяемости материалов, структурных исследований со-

единений позволяют подтвердить теоретические исследования и однозначно определить качество паяных соединений.

В четвертой главе рассмотрены результаты экспериментальных исследований и проведено математическое моделирование воздействия УЗ и ЭМ полей.

Исследовано влияние параметров УЗ и ЭМ полей на электрофизические и механические свойства монтажных соединений в ЭУ. Исследованы закономерности формирования паяного соединения при сборке ферритового УЗ преобразователя при воздействии плазменного разряда в газе и УЗ энергии, что позволило увеличить добротность преобразователей на 30-40 % за счет снижения акустических, электрических и магнитных потерь в соединении. Определены оптимальные режимы процесса пайки: величина тока плазменного разряда - 0,1-0,15 А; время плазменной обработки - 15-17 сек; температура - 280-300°С, скорость нафева ИК излучением 10 - 20 °С/с, давление к соединяемым деталям 0,15 - 0,25 МПа.

Предложен метод и исследован процесс одновременного воздействия электрического поля в припое и энергии переменного магнитного поля в зазоре магни-топровода с возникновением пондеромоторных сил, обеспечивающих заполнение зазора в соединении, улучшение качества паяных соединений за счет сокращен!« кепропаев, несмачиваний и других дефектов.

Исследованы закономерности воздействия УЗ поля на процессы монтажа легкоплавкими припоями в ЭУ. Применение погружных излучателей в УЗ технологическом оснащении приводит к неравномерности кавитационных процессов в приповерхностном слое припоя из за различия амплитуд УЗ вибраций в различных точках излучателя (рис. 3), что, как следствие, ведет к дефектам соединений, А, мкм

Рис. 4 Схема УЗ технологического оснащения пайки ЭУ: , 1 - ванна с поипсем, Рис. 3 Распределение амплитуды УЗ 2. погружной излучатель

вибраций по поверхности излучателя: 1 - без девиации частоты, 2-е девиацией частоты

Для устранения этого недостатка была осуществлена девиация частоты с помощью блока управления частотой (БУЧ) УЗ генератора (УЗГ) (рис. 4). При этом происходит частичное уменьшение амплитуды в точках максимума (порядка 3-5 мкм) и значительное увеличение амплитуды (порядка 10 мкм) в точках минимума,

выравнивается распределение амплитуды УЗ вибраций по поверхности излучателя и уменьшается воздействие УЗ колебаний (УЗК) на элементную базу ЭУ.

Оптимальные параметры процесса: частота УЗК - 27,5 кГц, амплитуда - 12 мкм, ток подмашичиваиия - 5 А, температура припоя (ПОС-61) - 240 °С.

Исследование прочности монтажных соединений от времени обработки (рис. 5) и амплитуды при различных направлениях УЗК показало, что в случае параллельных колебаний она выше на 10-20 МПа, чем при продольных, а максимальная прочность соединения наблюдалась при длительности УЗК 15-20 с и достигала 25 МПа. При меньшем времени воздействия не успевают до конца произой- р ■ м п 3 ти процессы разрушения окисных 30 пленок и смачивания поверхности, при большем - происходит эрозия паяемого материала и окисление припоя. Амплитуда УЗК 3±0,5 мкм является пороговой для кавигацион-ных процессов в расплавах, при амплитуде больше 15 мкм возникающие динамические импульсы вызывают деградацию приповерхностных слоев.

Пропускание импульсов электрического тока через зону взаимодействия в направлении из припоя в материал основания повышает проч-

25 I, с

Рис. 5 Зависимости прочности сцепления

от времени воздействия и вида УЗК: 1 - продольные, 2 - продольные с воздействием электрического поля, 3 - параллельные

ность его сцепления с основанием в 1,5-1,8 раза за счет усиления диффузионного взаимодействия соединяемых материалов.

С помощью ПФЭ разработана математическая модель процесса пайки ЭУ с воздействием УЗК и ИК нагрева, которая устанавливает зависимость между прочностью монтажного соединения (Р) и входными параметрами: временем 1 и температурой Т пайки, амплитудой А и частотой/УЗ вибраций:

Р = 20 ,977 + 3,428 Т н- 7,792 I - 3,035 / + 7,042 А + + 1,995 ТА + 1,661 М

(5)

Анализ математической модели показал, что наибольшее влияние на прочность монтажных соединений ЭУ оказывают время активации и амплитуда УЗК.

Дальнейшая оптимизация технологического процесса с помощью метода Бок-са-Уилсона и построения ЦКОП второго порядка в результате обработки экспериментальных данных па ЭВМ поззолила получить уравнение регрессии второго порядка, которое с учетом проверки коэффициентов полинома по критерию Стью-дента (при 5% уровне значимости) имеет вид:

Р = 36 ,0 + 1,21 Т - 1,01 г - 0,98 А - 1,83 В -

- 2,05 ТА + 1,12 Ы - 1,29 Т 2 - 0,93 ¡2 - 1,10 А

г • (6)

По полученному уравнению регрессии рассчитаны и построены сечения поверхностей отклика по параметру оптимизации: механической прочности монтаяс-ного соединения. При постоянных значениях времени и температуры процесса увеличение амплитуды УЗК ведет к повышению прочности монтажного соединения до оптимального значения с последующим ухудшением параметров соединения.

Увеличение времени УЗ обработки поверхности при постоянной температуре процесса повышает прочность соединения до 36,5 МПа при соответствующем уменьшении амплитуды УЗК и снижает ее - при увеличении амплитуды. Варьируя сразу несколькими параметрами технологического процесса легко добиться стабильного, заранее предопределенного значения прочности соединения, как наиболее важного для сборочных операций параметра.

Для нахождения оптимальных значений технологических параметров процесса создания монтажных соединений ЭУ решили систему уравнений второго порядка. Для этого установили значение XI = 0 и приравняли нулю производные оставшегося уравнения:

Р = 36,0-1,01^-0,98 Л+ 3,12^4 - 0,93/2-1,10Л\ (7)

— = -1,01 - 1,12.4 - 1,85г = 0 13 1

ар • . (8)

— = -0,98 -1,12/ - 2,19 А = 0 19 А

Решение системы уравнений (8) дает оптимальные значения технологических параметров процесса: температура - 265 °С, время - 7,1 с, амплитуда УЗК - 12,2 мкм, а область оптимума функции при данных значениях входных параметров соответствует 36,5 МПа. Разработанная математическая модель хорошо коррелирует с практическими данными и положена в основу технологического процесса монтажа ЭТ.

Измерения переходного электрического сопротивления паяных соединений показали, что при воздействии УЗ поля его величина снижается на 10 - 25% в зависимости от мощности колебаний из-за взаимной диффузии металла покрытия и припоя. Установлено, что для материалов с низким удельным сопротивлением и большой подвижностью атомов, например, меди, алюминия, применение концентрированного потока ЭМ поля приводит к уменьшению переходного сопротивления за счет электромиграции материала основания в припой на глубину до 4 мкм.

Пропускание импульсов электрического тока через зону взаимодействия при пайке в направлении из припоя в материал основания увеличивает ширину переходной зоны с 1,5 до 4 мкм за счет роста диффузионного взаимодействия соединяемых материалов и электромиграции алюминия в припой. При обратном направлении тока ширина диффузионной зоны составляет 2 мкм, то есть практически не увеличивается, так как олово и свинец не обладает такой электроподвижностью, как алюминий.

Для обеспечения необходимого качества монтажных соединений в современных ЭУ необходимо рациональное использование УЗ и ЭМ полей, что обеспечит высокую прецезионность и регулируемость процессов, высокое качество монтажных соединений при экономном использовании материалов, энергии и высокой экологической чистоте процессов монтажа электронной аппаратуры.

В пятой главе разработано технологическое оснащение для монтажа ЭТ и описаны результаты промышленного освоения разработанных технологий и оборудования.

Разработана установка УЗ пайки (рис. 6), включающая в себя УЗ генератор (УЗГ), акустическую систему на основе магнитострикционного преобразователя (ПМС), встроенную в ванну с припоем 1, электронные частотомер (ЭЧ) и вольтметр (ЭВ), контактный измеритель вибраций (ИВК), блок контроля температуры (БКТ) с термопарой типаХК, блок питания (БП) нагревателя ванны.

Рис. 6 Схема установки УЗ пайки ЭУ

Для повышения качества УЗ пайки и увеличения производительности путем его автоматизации рационально использовать локальное введение УЗ колебаний в припой с помощью концентратора типа Фурье 2 с формой, описываемой уравнением:

у = 22,845 + 0,209х - 5,548х2 + 1,958х3, (9)

где у — диаметр сечения, мм, х — расстояние сечения у^ от нулевой точки и фторопластовой развязки 5, б с ванной лужения. Контроль уровня припоя в ванне осуществлялся с помощью системы электродов 3, 4 и датчика напряжения 7 в виде мостовой схемы, одно из плеч которого составляет сопротивление перехода элек-

трод-ванна с припоем, а остальные - высокоточные резисторы, один из которых подстроечный - для балансировки моста. При недостаточном уровне припоя в ванне либо на поверхности расплава припоя образовался слой окислов больше допустимого, сопротивление электрод-ванна с припоем велико, происходит расбаланси-ровка моста по отношению к источнику опорного напряжения 8 и срабатывает компаратор 9. Сигнал после усилителя 10 поступает на плату управления и обрабатывается ЭВМ.

Применение данной установки позволяет существенно улучшить качество соединений, снизить энергопотребление за счет уменьшения потерь энергии при ее введении в ванну с припоем и постоянного контроля уровня расплава припоя, степени загрязнения его поверхности шлаками и подачи чистого припоя в зону воздействия УЗК и автоматизировать технологический процесс.

Разработан УЗ преобразователь, выполненный на магнитострикционных ферритах, состоящий из акустического трансформатора, ферритового сердечника, катушки индуктивности, волновода, припаянного к ферритовому сердечнику и концентратора, который имеет высокий КПД (0,7-0,8), малые габариты и массу, не содержит драгоценных металлов.

В установке возможно применение нескольких преобразователей при соответствующем согласовании с УЗ генератором с помощью емкостного корректирующего элемента, что позволило увеличить амплитуду УЗ вибраций на 30% при одновременном уменьшении подаваемой мощности УЗ энергии за счет сокращения реактивных потерь, возникающих из-за плохого сог ласования.

Для повышения качества и интенсивности процесса пайки, увеличения выхода годных изделий с помощью оптимизации технологических параметров процесса на основе полученных математических моделей на базе ПЭВМ разработана система программного управления (СПУ) основными параметрами технологического процесса активированной пайки, которая обрабатывает данные по измеряемым параметрам, выдает оператору сведения об отклонениях их значений от нормы и, если это необходимо, заполняет документ - рабочий формуляр с текущими данными о процессе. При этом система выдает необходимые управляющие импульсы для поддержания установленных режимов процесса, сигналы о нарушении режимов, наличии неисправностей в объекте управления и в самой системе управления.

Технические характеристики системы: количество технологических датчиков - 4; скорость обработки информации программными средствами: частоты - 48,5 икс, напряжения - 50,2 мке, амплитуды - 50,2 мке; суммарное время обработки сигналов датчиков (время 1 цикла) - 1,5 с. Точность определения значения р'абочих параметров: частоты - 2,0 Гц, напряжения - 1 В, амплитуды - 0,5 мкм.

Разработанная установка для монтажа ЭУ при воздействии УЗ поля обеспечивает автоматическое поддержание температуры с точностью 5 градусов, непрерывный контроль амплитуды с точностью ±0,5 мкм, контроль частоты колебаний с точностью 0,1 кГц в рабочем диапазоне частот 20-27 кГц.

16

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В соответствии с поставленной целью и задачами диссертационной рабогы основные научные и практические результаты работы можно сформулировать в виде следующих положений:

1. Впервые предложены два способа пайки концентрированными потоками УЗ и ИК энергии УЗ ферритовых преобразователей, применение которых позволяет изготавливать малогабаритные экономичные магнитострикционные УЗ преобразователи для технологического оборудования монтажа ЭТ. Предложен способ увеличения прочности и качества паяных соединений за счет комбинированного воздействия переменного магнитного и электрического лолей, вводимых в расплав. [2,3, 7,20,21, 22,25, 26, 28,29,30].

2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено, что для обеспечения необходимого качества монтажных соединений в современной электронной аппаратуре необходимо применение комбинированного воздействия УЗ и ЭМ полей интенсивностью 0,1-Ю3 МВт/м2 в диапазоне 18-Ю10 кГц, что обеспечивает высокую прецезионность и регулируемость процессов, высокие физико-механические и электрофизические параметры соединений при экономном использовании материалов, энергии и высокой экологической чистоте процессов сборки ЭТ [1,2,4,9, 11-14, 17,20, 21, 24,29,30].

3. Разработаны физические модели воздействия УЗ и ЭМ полей, ИК излучения на процессы монтажа ЭУ легкоплавкими припоями. Комбинированное воздей ствие УЗ и ЭМ полей интенсивностью 0Д-103 МВт/м2 в диапазоне 18-Ю10 кГц на процесс пайки увеличивает диффузию компонентов в зоне взаимодействия на 2040 %, снижает переходное электрическое сопротивление и повышает прочность паяных соединений в 1,5-1,8 раза [1,4,9,11,12,17,18,24,26.27].

4. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность комбшшрованного воздействия УЗ и электрических полей, вводимых в зону пайки соответствующим способом, что на 15-25 % повышает производительность, обеспечивает высокую стабильность процессов, уменьшает механическое воздействие на паяемые изделия и приводит к уменьшению переходного сопротивления и увеличению ширины диффузионной зоны за счет элекгромиграции материала основания в припой [6,9, 11, 12,17,30, 32].

5. Разработана математическая модель комбинированного воздействия концентрированных потоков УЗ и ИК энергии, которая позволила рассчитать параметры технологического процесса, при которых прочность соединения максимальна и составляет 36,5 МПа. Математическая модель показала, что наибольшее влияние на прочность монтажных соединений ЭУ оказывают время в диапазоне 3-8 с и амплитуда УЗ колебаний в диапазоне 8-14 мкм. Данная математическая модель положена в основу автоматизированной системы управления технологическим оснащением монтажа ЭГ [8,12,19, 31].

6. На основании проведенных исследований разработаны практические рекомендации и разработано технологическое оснащение для монтажа современных

ЭУ, касающиеся автоматизации процессов, применения ЭВМ для автоматического контроля технологических параметров, локального и дозированного введения энергии в зону пайки, малогабаритных экономичных ферритовых преобразователей и их рационального согласования с генератором. Это позволит создавать автоматизированные установки монтажа ЭТ, обеспечивающие требуемое качество паяных соединений и высокую производительность за счет поддержания оптимальных режимов технологического процесса при экономии материально-энергетических ресурсов [2, 3, 5, 6,9-16, 18, 25,28].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

Статьи и материалы конференций

1. Румак Н.В., Бсндарик В.М., Ланин В.Л. Электрические эффекты в жидкостях и расплавах под воздействием ультразвуковых колебаний // Докл. АН Беларуси,- 1994.-т. 38,-№2.-С. 115-118.

2. Пайка алюминиевых телескопических соединений / В.Л. Ланин, В.М. Бон-дарик, И.Н. Чернышевич, АЛ. Черепович//Радиопромышленность. - 1994. - № 3 -С. 28-32.

3. Ланин В.Л., БондарикВ.М. Ультразвуковые магнитострикционные ферри-товые преобразователи // Современные проблемы радиотехники, электроники и связи: Мат. докл. конф. - Нарочь, Беларусь, 1S95. - С. 167-169.

4. Румак Н. В., Ланин В. Л., Бопдарик В. М. Динамика захлопывания кавита-ционных полостей в жидкостях и расплавах // Весц] АН Бе л ару ci. Сер. физ.-техн. наук- 1996.-№1,-С 115-118.

5. Ланин В.Л., Бондарик В.М., Чернышевич И.Н. Управление процессом ультразвукового лужения деталей II Научно-техническая конференция "Пайка в создании изделий современной техники": Мат. докл. конф. - Тольяти, 1997. • С.201-204,

6. Ланин В .Л., Бондарик В.М., Говалешко Р.В. Лужение выводое ИМС на медном ленточном носителе // Известия Белорусской инженерной академии. -1997. - Nl(3)/3. - С. 181-185.

7. Ланин В.Л., Бондарик В.М. Ультразвуковая металлизация композиционных материалов // Материалы, технологии, инструменты. - 1998. - Т.З. - № 2.-С. 47.

8. Бондарик В.М. Оптимизация процесса ультразвукового лужения выводов ИМС на медном ленточном носителе // Известия Белорусской инженерной академии. - 1998. - № 2(6)12. - С. 62-65.

9. Бондарик В.М., Ланин В.Л. Комбинированная активация металлизации алюминиевых выводов ИЭТ // Известия Белорусской инженерной академии. - 1998. - № 2(6).2. - С. 9-12.

10. Ланин В.Л., Чернышевич И.Н., Бондарик В.М. Контроль амплитуды вибраций в ультразвуковом технологическом оснащении // Приборы и системы управления. - 1998.- № 10. - С. 61-63.

11. Бондарик В.М,, Ланин В.Л. Прочностные свойства соединений, полученных ультразвуковой пайкой // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 1998. - Jfe 3-4. - С. 33-37.

12. Bondarik V.M., Lanin V.L., Khmyl A.A. New Process Assembly of an Electronic Packaging /7 Scientific Reports. Journal of the University of Applied Sciences Mittweida. - 1998. - №5. - P. 175-182.

13. Lanin V., Bondarik V.. Zadruckiy I. Laser Soldering Surface Mount Components // Electronics and Electrical Engineering. - 1999. - №4 (22). - P. 32-35.

14. Ланин В.Л., Бондарик B.M., Задруцкий H.A. Лазерная пайка электронных сборок // Известия Белорусской инженерной академии. - 1999. - № 1(7)/2. - С. 183185.

15. Поточный процессор БПУА на основе преобразования сумм чисел./ А.Н. Осипов, В.М. Бондарик, С.В. Кракаеевич, И.А. Ильич II Известия Белорусской инженерной академии. - 1999.-№ 1(7)/2. - С. 97-99.

16. Осипов А.Н., Бондарик В.М. Быстродействующие цифровые фильтры УЗ сигналов // II Международная научно-техническая конференция "Ультразвуковая техника и технология": Материалы докл. конф. - Мн., 1999. - С. 20-22.

17. Бондарик В.М., Ланин В.Л. Физическая модель комбинированной ультразвуковой пайки // II Международная научно-техническая конференция "Ультразвуковая техника и технология": Материалы докл. конф. - Мн., 1999. - С. 115-119.

18. Батура М.П., Бондарик В.М. Физическая модель воздействия концентрированного потока ультразвуковой энергии на расплавы припоев // II Международная научно-техническая конференция "Ультразвуковая техника и технология": Материалы докл. конф. - Мн., 1999. - С. 155-156.

19. Батура М.П., Бондарик В.М. Математическая модель процесса монтажа электронных устройств при воздействии ультразвукового поля. - Мн., 1999. - 16 с. (Препринт / Ин-т техн. Кибернетики HAH Беларуси; № 12).

Патенты

20. Пат. 2022733 Россия, МКИ В 23 К 1/06, 1/20. Способ пайки ультразвуковых преобразователей из магаитострикционных ферритов / В.Л. Ланин, В.М. Бондарик (Беларусь).-№ 4942085/08; Заявлено 4.06.91; Опубл.15.11.94, Бюл. № 21.-5с.

21. Пат. 2053064 Россия, МКИ В 23 К 1/20. Способ пайки изделий из ферритов / В.Л. Ланин, В.М. Бондарик (Беларусь). - № 5051327/08; Заявлено 8.07.92; 0публ.27.01.96 Бюл. № 3. - 5 с.

22. Пат. 2686 Беларусь, МКИ В23К 1/06, 1/002, Н05В 6/02. Способ пайки изделий / В.Л. Ланин, И.Н. Чернышевич, В.М. Бондарик (Беларусь). - № 1004; Заявлено 08.11.1993; Опубл. 20.10.98. - 4 с.

Тезисы докладов

23. Бондарик В.М., Ланин В.Л. Ультразвуковая пайка ферритов и керамики // НТС Сварка и пайка в производстве приборов и аппаратуры: Тез. докл. конф. -Пенза, 1992г. - С. 62.

24. Ланин В.Л., Бондарик В.М. Исследование электрических эффектов в жидкостях и расплавах под воздействием ультразвуковых колебаний // Научная конференция профессорско-преподавательского состава, сотрудников, докторантов, аспирантов, студентов посвященная 30-летию деятельности БГУИР, 15-18 февраля 1994 г: Тез. докл. конф. - Мн., 1994. - С. 71.

25. Бондарик В.М. Ультразвуковые магнитострикционные ферритовые преобразователи // НТК Направления и перспективы развития микроэлектрокной элементной базы, электронных блоков и узлов, устройств индикации и считывания для приборостроения, аудио- и видеотехники, систем связи и информатики: Тез. докл. конф. - Мн., 1994г. - С. 125.

26. Новикова Л.Н., Бондарик В.М. Влияние режимов электрического осаждения олова на паяемость оловянных покрытий // Современные проблемы радиотехники, электроиикии связи: НТКМинск4-5 мая 1995 г. - Мн.,1995г. - С.404-405.

27. Ланин В.Л., Бондарик В.М. Динамика кавитационяых полостей в жидкостях и расплавах /7 Современные проблемы радиотехники, электроники и связи: НТК Минск 4-5 мая 1995 г. - Мн.,'1995г. - С.282-283.

28. Ланин В.Л., Бондарик В.М. Получение металлокерамических спаев при сборке ферритовых преобразователей //' LI научная сессия, посвященная Дню радио. Рос. НТП радиотехники, электроники и связи им. A.C. Попова.: Тез. докл. конф. - М„ 1996. - С. 124, 125.

29. Бондарик В.М. Модификация поверхности феррита плазменным разрядом // V республиканская научная конференция студентов и аспирантов "Физика конденсированных сред": Тез. докл. конф. - Гродно, 1997. - С. 20.

30. Бондарик В.М. Исследование ультразвуковых процессов в поверхностных слоях металлизации // VI республиканская научная конференция студентов и аспирантов "Физика конденсированных сред": Тез. докл. конф. - Гродно, 1998. - С.24.

31. Бондарик В.М. Моделирование и оптимизация процесса ультразвукового лужения выводов ИМС //VI республиканская научная конференция студентов и аспирантов "Физика конденсированных сред": Тез. докл. конф. - Гродно, 1998. - С.23.

32. Нехайчик В.А., Задруцкий И.А., Бондарик В.М. Смачивание поверхности труднопаяемых материалов легкоплавкими припоями при ультразвуковой акгивз-ции // VII республиканская научная конференция студентов и аспирантов "Физика конденсированных сред": Тез. докл. конф. - Гродно. 1999. - С. 174,175.

20 Рэзюмз Бандарык Васшь М1хайлав1ч Працэсы I устройствы для мантажу электроннай тзхшк! нры камбшавацым уздзеякш ультрагукавых 1 электрамагштных палеу

Ключавыя словы: электронная тэхшка, тэхиалопя, устройсгвы, элекграмагштныя пшп, ультрагукавыя пал1, дыфузк, мадэляванне, мантажныя злучэню, энерпя, камбшаваны уздзеянш.

Абъекгам даследвання з'яуляюцца тэхналапчныя працэсы 1 сроди мантажу электронных устройствау з камбшаваным выкарыстоуваняем ультрагукавых I электрамагштных палеу. Прадметам даследвання - мантажныя злучэнш у сучаснай электроннай тэхнш.

Мэта працы - распрацоука тэхналапчных працэсау мантажу электронных устройствау з камбшаваным уздзеяннем ультрагукавых 1 электрамапптных палеу, распрацоука арыпнальных рашэнняу, асноуваючыся на сучасных навукова-тэхшчных дасягненнях, 1 спецыяльнага тэхналапчнага аснашчэння.

Распрацаваны тэарэтычныя заканамернасщ уздзеяння ультрагукавых 1 электрамагштных палеу, уключая фшчпыя мадэл1 ¡х камбшаванага уплыву, уздзеяння УГ палеу на расплавы. Выяулены фЫчныя заканамернасщ працэсау камбшаванага уздзеяння ультрагукавых 1 электрамагштных палеу, шго дало магчымасть выяв!ць асабл1васщ фарм!равання структуры 1 уласщвасцяу паянага злучэння. Збудавана матэматычная мадэль уздзеяння шфрачырвонага выпраменьвання 1 УГ калыханняу на мантажныя злучэнш. Праведзена апттнзапыя асноуных параметрау працэсу, забяспечваючых яго высокую прадукты^насть 1 высока якасць злучэнняу. Распрацаваны арыпнальныя спосабы 1 устройствы (абароненыя патэнтам1), праведзеиы эксперыменгальныя даследванш, выявлены уплыу ражымау камбшаванага уздзеяння ультрагукавых 1 электрамагштных палеу на мехашчныя 1 электраф!31чныя свойствы мантажных злучэнняу. Сфарм5раваны патрабаванш 1 рэкамендацьй да распрацуемых тэхналапчных працэссау 1 сродкау мантажу электронных устройствау.

Резюме Боидарик Василий Михайлович Процессы и устройства для монтажа электронной техники при комбинированном воздействии ультразвуковых и электромагнитных полей

Ключевые слова: электронная техника, технология, устройства, электромагнитные поля, ультразвуковые поля, диффузия, моделирование, монтажные соединения, энергия, комбинированное воздействие

Объектом исследования являются техлолмические процессы и средства монтажа электронной техники с комбинированным использованием ультразвуковых и электромагнитных полей. Предметом исследования - монтажные соединения в современных электронных устройствах.

Цель работы - разработка технологических процессов монтажа электронных устройств с комбинированным воздействием ультразвуковых и электромагнитных полей, нестандартных решений, основывающихся на современных научно-технических достижениях, а также специального технологического оснащения.

Разработаны теоретические закономерности воздействия ультразвуковых и электромагнитных полей, включая физические модели их комбинированного воздействия, динамики захлопывания кавитационных полостей в расплавах, электрических эффектов в жидких средах под воздействием УЗ энергии и воздействия УЗ полей на расплавы и границу межфазного взаимодействия. Установлены физические закономерности процессов комбинированного воздействия ультразвуковых и электромагнитных полей, что позволило определить особенности формирования структуры и свойств паяного соединения. Построена математическая модель воздействия концентрированных потоков энергии Ж излучения и УЗ колебаний на монтажные соединения, на основе которой оптимизированы основные параметры процесса, обеспечивающие его высокую производительность и гарантировано высокое качество соединений. На этой основе разработаны оригинальные способы и устройства (защищенные патентами), проведены всесторонние экспериментальные исследования, установлено влияние режимов комбинированного воздействия ультразвуковых и электромагнитных полей на механические и электрофизические свойства монтажных соединений. Сформулированы требования и рекомендации к разрабатываемым технологическим процессам и средствам монтажа электронной техники.

Summary Bondarik Vasiliy Michajlovich Processes and devices based oh combined effect oi ultrasonic and electromagnetic fields for mounting of electronics technics

Key words: electronics technics, technology, devices, electromagnetic fields, ultrasonic fields, diffusion, modeling, assembly connections, energy, combination effect.

The object of research deals with the technological processes and means of mounting of electron devices with combination use of ultrasonic and electromagnetic fields .The subject of research deals with assembly connections in modern electron devices.

The purpose of research is the development of technological processes of mounting electron devices with combination effect of ultrasonic and electromagnetic fields. Particular stress is laid upon non-standard solution based on modern scientific and technical advanced.

The theoretical regularities of ultrasonic and electromagnetic fields effect, including physical models of their combination effect and effect of US fields on melts, have been developed. The physical regularities of processes of combination effect of ultrasonic and electromagnetic fields have been established, that has allowed to define features of formation of a structure and properties of soldering connection. The mathematical model of effect of concentrations flows of IR energy of radiation and US of oscillation on assembly connections has been constructed. The optimization of main parameters of the process ensuring its high efficiency and the excellence of connections has been checked. On this basis the original ways and devices (protected by the patents) have been developed, the comprehensive experimental researches have been conducted, the influence cf models ultrasonic and electromagnetic fields combination effect on mechanical and physical properties of assembly connections has been established. The requirements and recommendations to technological processes being developed and means of mounting of electron devices have been formulated.