основы теории пайки

Основы теории пайки

Кинетика образования и классификация спаев

Процесс образования спая условно можно разделить на три стадии:

1) удаление окисных пленок и активация поверхности металлов;

2) взаимодействие в зоне контакта основной металл - расплав припоя;

3) кристаллизация.

Нагрев основного металла и припоя в процессе пайки приводит к понижению энергии активации их атомов и, следовательно, к повышению реакционных свойств. При этом, металлы могут претерпевать полиморфные превращения, т. е. переходить из одного кристаллического состояния в другое, а припой - еще и изменение агрегатного состояния. Переход припоя в жидкое состояние связан с повышением концентрации вакансий, достигающей при плавлении, как правило, критического значения. Фазовые переходы первого родасвязаны со значительным поглощением теплоты и сопровождаются обычно увеличением объема. В некоторых случаях при нагреве основного металла и припоя в зависимости от их природы возможны фазовые переходы второго рода, не сопровождающиеся заметным поглощением теплоты и изменением объема.

Энергией активации называется избыточная энергия молекул по сравнению со средним ее значением. Чем больше энергия активации, тем медленнее при данной температуре протекает химическая реакция.

Фазовый переход первого рода связан со скачкообразным изменением внутренней энергии и плотности (испарение, плавление, сублимация, многие переходы кристаллического тела из одной модификации в другую). Фазовые переходы второго рода не связаны со скачкообразным изменением внутренней энергии и плотности, они сопровождаются скачкообразным изменением теплоемкости и термодинамических коэффициентов расширения и сжимаемости (переход в сверхтекучее состояние, переход в точке Кюри и др.).

Припой, как правило, наносят в твердом состоянии, поэтому плавление его, связанное со скачкообразным изменением внутренней энергии и плотности, имеет определяющее значение для формирования паяного соединения. В тех случаях, когда применяются припои с испаряющимися компонентами, процесс плавления и формирования соединения связан с испарением. Скорость испарения расплава, т. е. количество жидкости, переходящее в пар за 1 с, зависит от внешнего давления и скорости удаления газообразной фазы со свободной поверхности расплава.

Происходящим при пайке аллотропическим превращениям и плавлению предшествует процесс активации атомов металлов, возникновение флуктуации новой фазы в старой, зарождение и рост новой фазы. При переходе через точку превращения постепенно исчезают флуктуации старой фазы и понижается концентрация активированных атомов в новой фазе. Это свидетельствует о том, что период активированного состояния атомов распространяется на довольно широкий температурный интервал.

Концентрация активированных атомов в основном металле и припое по мере приближения к температуре превращения нарастает по экспоненциальному закону:

В фазовых переходах второго рода при переходе через критическую точку также происходит активация атомов металлов. Таким образом, фазовые переходы первого и второго родов способствуют повышению поверхностной энергии границы раздела основной металл - расплав припоя.

Пайка печатных плат и приборов

основы теории пайки