Nové metody pro řízené formování struktury u pájecích slitin - Skácel, Josef (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2025)
Práce je zaměřena na výzkum vlivu elektrického proudu a vibrací na pájený spoj při jeho vzniku. Je rozdělena na dvě hlavní části podle zkoumaných vzorků. První částí je možnost ovlivnění struktury pájeného spoje ve vytvořených ingotech z pájecí slitiny SAC305. Při chladnutí těchto vzorků byl přiložen elektrický proud o různých velikostech a byl zkoumán vliv na výslednou strukturu. Byly také použity dvě sady elektrod, jedny z mosazi a druhé z mědi. Byl zjištěn vliv elektrického proudu na rychlost růstu intermetalické vrstvy Cu6Sn5 a také na rychlejší transport intermetalické sloučeniny od záporné elektrody ke kladné. Při prodloužení času experimentu na 90 minut bylo zjištěno, že zde dochází také ke značnému nárůstu intermetalické vrstvy Cu3Sn také s ohledem na polaritu elektrod. V druhé části se práce zabývala možností ovlivnění vlastnosti pájeného spoje na přechodu rezistorové propojky a pájecí plošky při průchodu proudu při chladnutí pájeného spoje a také vlivem mechanických vibrací. Zjištěné výsledky dokazují, že dochází k ovlivnění struktury pájeného spoje přiloženým elektrickým proudem, a to z pohledu mechanických vlastností, kdy bylo zjištěno, že dochází k růstu síly ve střihu při působení proudu po dobu 60 minut na pájený spoj. Při působení proudu na pájený spoj po dobu standardního teplotního profilu nebyl zjištěn vliv na pevnost ve střihu. Při standardním teplotním profilu ale bylo zjištěno ovlivnění intermetalické vrstvy na přechodu pájecí slitiny a pájecí plošky na desce plošných spojů, kdy došlo ke zvětšení střední hodnoty šířky intermetalické vrstvy. V poslední části se práce zabývala možností ovlivnění pájeného spoje za působení mechanických vibrací. Bylo zjištěno, že při výkonu mechanických vibrací o velikosti 10 W a frekvenci 661 Hz dochází ke zvýšení síly při zkouškách ve střihu. Tato práce tak potvrzuje a definuje možnosti ovlivnění pájecí slitiny procházejícím proudem i mechanickými vibracemi.

The work focuses on studying the effects of electric current and vibrations on solder joints. The thesis is divided into two main parts of sample analysis. The first part investigates the possibility of influencing the structure of solder joints in ingots made from the SAC305 solder alloy. During the cooling of these samples, an electric current of varying intensities was applied. The effect on the resulting structure was examined. Two materials for electrodes were used: brass and copper. The influence of electric current on the growth rate of the Cu6Sn5 intermetallic layer was observed, as well as the accelerated transport of intermetallic compounds from the negative to the positive electrode. Extending the experiment to 90 minutes revealed a significant increase in the Cu3Sn intermetallic layer, with polarity of the electrodes also playing a role. The second part of the work examined the possibility of influencing the properties of the solder joint at the transition between a resistor lead and the solder pad during the passage of current while the joint cooled, as well as the impact of mechanical vibrations. The results show that the structure of the solder joint is affected by the applied electric current, particularly regarding mechanical properties, as an increase in shear strength was observed when current was applied to the joint for 60 minutes. However, when current was applied only for the duration of the standard thermal profile, no significant effect on shear strength was detected. Nevertheless, the standard thermal profile caused an increase in the average width of the intermetallic layer at the interface between the solder alloy and the solder pad on the PCB. In the final part, the work addressed the influence of mechanical vibrations on the solder joint. It was found that vibrations with a power of 10 W and a frequency of 661 Hz led to an increase in shear strength. This study confirms and defines the possibilities of influencing solder joint properties using electric current and mechanical vibrations.
New Methods for the Structure Formation Control in Solder Alloys
Keywords: Pájecí slitina; SAC305; intermetalická vrstva; intermetalická sloučenina; vibrace; simulace; Solder alloy; SAC305; intermetallic layer; intermetallic compounds; vibrations; simulation