Teplotní stárnutí bezolovnatých spojů na keramice

Abstract

Tato diplomová práce má za cíl ověřit vlastnosti bezolovnatých pájek, které jsou podrobené zrychlenému stárnutí teplotním cyklováním. V teoretické části jsou podrobně popsány nejpoužívanější bezolovnaté pájky a jejich charakteristické vlastnosti. V další části jsou popsány tavidla a jejich důležitá funkce při procesu pájení. Zmíněny jsou rovněž intermetalické sloučeniny, které ve značné míře ovlivňují kvalitu a živostnost pájeného spoje. V praktické části byl vytvořen testovací motiv na dvou odlišných substrátech - korundové keramice a hojně využívaném substrátu FR-4 (Tkanina ze skelných vláken sycená epoxidovou pryskyřicí). Pro experiment byla zvolena, jako referenční pájka SAC, dále pak pájka s obsahem bismutu (Sn42/Bi58) a olovnatá pájka (Sn62/Pb36/Ag2). Zrychlené stárnutí teplotním cyklováním bylo provedeno v intervalu teplot od -20 °C do 125°C s následným provedením testu mechanické pevnosti pájeného spoje za pomoci zkoušky střihem. Výsledky prokazují snížení pevnosti s rostoucím počtem teplotních cyklů. Pájka SnBi vykazuje na počátku testování vyšší mechanickou pevnost nežli pájka SAC a olovnatá pájka, v průběhu teplotních cyklu, ale značné ztrácí své mechanické vlastnosti, to je zapříčiněno vzrůstající oxidací slitiny. Jako perspektivní se jeví pájka SAC, která má téměř konstantní pokles mechanické pevnosti během všech teplotních cyklů na korundovém i FR-4 substrátu.

This diploma thesis aims to verify the properties of lead-free solders, which are subjected to accelerated aging by thermal cycling. The theoretical part describes in detail the most used lead-free solders and their characteristics. The next section describes fluxes and their important functions in the soldering process. Intermetallic compounds are also mentioned, which significantly affect the quality and service life of the soldered joint. In the practical parts, the test motif was on two different substrates - corundum ceramics and the widely used substrate FR-4 (Glass fiber fabric saturated with epoxy resin). SAC solder was chosen as the reference solder for the experiment, followed by solder containing bismuth (Sn42 / Bi58) and lead solder (Sn62 / Pb36 / Ag2). Accelerated aging by thermal cycling was performed in the temperature range from -20 ° C to 125 ° C, followed by performing a test of the mechanical strength of the soldered joint by means of a shear test. SnBi solder shows higher mechanical strength at the beginning of testing than SAC solder and lead solder, during temperature cycles, it significantly loses its mechanical properties, this is caused by increasing oxidation of the alloy. SAC solder seems to be promising, which has an almost constant decrease in mechanical strength during all temperature cycles on both corundum and FR-4 substrates.