Флюс пайка

Содержание
  1. Паяльные флюсы и моток припоя
  2. Разные паяльные флюсы
  3. Общее описание процесса пайки
  4. Основные функции флюса
  5. Выбор припоя: виды, характеристики и области применения
  6. Припои: разновидности, характеристики и области применения
  7. Основные параметры припоев
  8. Свинцовые сплавы
  9. Бессвинцовые сплавы
  10. Паяльная проволока: флюс или без флюса
  11. Выводы
  12. Школа для электрика
  13. Плавление слоя стеклянной пасты
  14. Нагрев стекла
  15. Соединение стекла с металлом
  16. Отжиг и охлаждение
  17. Галлиевые пасты для соединения стекла с другими материалами
  18. Пайка кварцевого стекла с металлами
  19. Пайка кварца с оплавлением
  20. Пайка кварца с металлами
  21. Впаивание металлической фольги
  22. Пайка кварца с использованием активных металлов
  23. Пайка кварца с применением малооловянистых металлов
  24. Сочетание материалов при пайке кварца с применением галлиевых припоев
  25. Использование галлиевых припоев
  26. Пайка кварца с никель-кобальтовым сплавом и другими металлами
  27. Пайка ситалла, феррита, сапфира с металлами
  28. Состав флюса для пайки
  29. Нанесение флюса
  30. Требования к флюсам
  31. Флюсы для пайки припоями типа ПОС
  32. Флюсы для алюминиевых сплавов

Паяльные флюсы и моток припоя

Пайка является одним из ключевых этапов производства электронной продукции. Качество паяного соединения определяет надежность и долговечность работы конечного изделия. Для его повышения используются специальные составы (флюсы) – в этой статье рассмотрим их виды и функции, которые они выполняют в производственном процессе.

Разные паяльные флюсы

В зависимости от технологии, флюс может использоваться в виде жидкости, пасты или порошка. Существуют также паяльные пасты, содержащие частицы припоя вместе с флюсом; иногда трубка из припоя содержит внутри флюс-заполнитель. Остатки разных флюсов могут быть как диэлектриками, так и проводить электричество. В случае электросварки флюс обычно наносится на поверхность сварочного электрода в качестве покрытия. Иногда добавляется в зону сварки в виде порошка.

Читайте также:  Физико математическое моделирование и компьютерная имитация технологических высокотемпературных процессов

Примерами видов флюсов могут служить:

  • Пайка оловом;
  • Пайка флюсом;
  • Плавление флюсом.

Общее описание процесса пайки

В самом общем виде процесс пайки представляет собой создание паяного соединения между поверхностями металлических выводов электронных компонентов и контактными площадками печатных плат с помощью расплавленного припоя. Застывая, он образует между ними токопроводящую перемычку. Качество паяного соединения зависит от нескольких характеристик соединяемых металлических поверхностей:

  • Чистота поверхностей;
  • Ровность поверхностей;
  • Влажность поверхностей;
  • Интенсивность контакта между поверхностями.

Основные функции флюса

Пленки из оксидов и солей образуются на металлических поверхностях постоянно. Полностью исключить их появление позволяет только нанесение изолирующего покрытия, но в этом случае пайка компонентов уже становится невозможной. Поэтому единственным способом удалить пленки и предотвратить их появление во время монтажа электронных компонентов на печатную плату является использование флюсов. Эти составы выполняют несколько функций.

Кроме того, некоторые виды флюсов улучшают качество сварочного шва и повышают электропроводность паяного соединения.

Выбор припоя: виды, характеристики и области применения

Выбор подходящего припоя является ключевым этапом процесса пайки. Различные материалы обладают уникальными свойствами, которые влияют на качество и долговечность паяного соединения, а следовательно, и на надежность всего процесса сборки. Это означает, что каждый разработчик электронных схем должен быть знаком с основными типами припоев, их характеристиками и областями применения.

Припои: разновидности, характеристики и области применения

Пайка предполагает заполнение места соединения двух материалов (металлов) припоем, то есть другим металлом в жидком состоянии. Успех процесса пайки зависит от свойств припоя – температура его плавления должна быть значительно ниже, чем у соединяемых металлов. Пайка – это древний процесс, известный человечеству задолго до появления современной электроники. Он использовался в течение веков в различных областях, включая ювелирное дело и металлургию.

Читайте также:  Дисплей tecno pova neo 2 lg 6 n тачскрин черный

Основные параметры припоев

Перед началом процесса пайки необходимо выбрать припой, то есть материал (обычно в виде проволоки или пасты), который будет использоваться для создания паяного соединения. Выбор припоя зависит от многих факторов, включая материалы, которые необходимо соединить, и условия, в которых будет использоваться паяное соединение. Некоторыми важными характеристиками припоя являются его температура плавления, прочность, электропроводность, коррозионная стойкость и устойчивость к окислению.

На рынке представлено множество различных видов припоев, но их можно классифицировать по нескольким основным параметрам.

Таблица: Свинцовые и бессвинцовые сплавы

Тип сплаваОсобенности
СвинцовыеНизкая температура плавления, хорошая адгезия
БессвинцовыеХарактеризуются более высокой температурой плавления

Свинцовые сплавы

Припой обычно представляет собой смесь нескольких различных металлов, выбранных на основе их свойств, таких как температура плавления и электропроводность. Свинец, обычно в сочетании с оловом, был основой большинства припоев с момента появления современной электроники. Этот металл характеризуется низкой температурой плавления, хорошей адгезией и текучестью, что делает процесс пайки быстрым, эффективным и надежным.

Однако из-за охраны окружающей среды и здоровья были введены нормы, ограничивающие использование свинца в производстве электроники. Для определения возможности использования свинцовосодержащих сплавов в конкретном проекте необходимо проанализировать правовой статус и определить нормативы.

Бессвинцовые сплавы

Бессвинцовые припои часто изготавливаются на основе смеси олова и серебра. Они обычно характеризуются более высокой температурой плавления и требуют использования большего количества флюса при пайке. Надежность соединений, выполненных свинцовыми и бессвинцовыми сплавами, должна быть сопоставимой, но в некоторых случаях могут возникать проблемы.

Таблица: Популярные виды сплавов

Тип сплаваОсобенности
Олово-свинецНизкая температура плавления, надежность соединений
Свинец-цинкДешевле, чем олово-свинец, менее устойчив к коррозии
ИндийНизкая температура плавления, высокая устойчивость к низким температурам
Олово-сурьмаВысокая прочность и устойчивость к высоким температурам
Олово-сереброУлучшенная механическая стойкость, высокая теплопроводность
Кадмий-цинкПовышенная прочность, устойчивость к коррозии

Паяльная проволока: флюс или без флюса

Большинство видов паяльной проволоки содержат добавку флюса, который облегчает процесс пайки за счет химической очистки поверхности соединяемых металлов. Флюс предназначен для удаления оксидов с паяемых поверхностей и улучшения растекания припоя. Есть также паяльные проволоки без флюса, которые позволяют больше контролировать процесс.

Выводы

Выбор припоя и паяльной проволоки играет важную роль в процессе пайки. Он должен быть согласован с требованиями конкретного проекта, материалами, которые необходимо соединить, и условиями эксплуатации паяного соединения. Важно оценить не только технические характеристики припоя, но и его соответствие нормативам и стандартам, чтобы обеспечить качество и надежность всей системы.

Школа для электрика

Телеграмм канал для тех, кто каждый день хочет узнавать новое и интересное: Школа для электрика

Плавление слоя стеклянной пасты

Для сплавления слоя стеклянной пасты, наносимой на поверхность металла для предот­ вращения его переокисления, нагрев произво­ дят в муфельных, туннельных и конвейерных печах. Печной нагрев целесообразен для пайки деталей простой конфигурации:

  • глазковых
  • окошечных спаев
  • коаксиальных вводов
  • сжатых спаев
  • плоских ножек

Нагрев стекла

Нагрев стекла осуществляется за счет теплопроводности металла, нагретого при про­пускании через него тока. Этот способ нагрева обеспечивает дозирование тепла и не требует высокой квалификации оператора.

Соединение стекла с металлом

Соединение стекла с металлом возможно за счет использования эмали. На соединяемые детали наносят слой эмалиевой пасты и место соединения нагревают до температуры ее плавления. При этом способе соединения уменьшаются внутренние напряжения, переокисление металла и обеспечивается получение разъемных вакуумно-плотных соединений.

После соединения стекла с металлом производят отжиг соединений для снижения внутренних напряжений.

Отжиг и охлаждение

Режим отжига выбирают с учетом ТКЛР соединяемых материалов и конструкции спая.

С этой же целью применяют и оптимальный режим отжига или охлаждения для поддержа­ ния одинакового объемного сжатия металла и стекла в процессе охлаждения.

Галлиевые пасты для соединения стекла с другими материалами

Для соединения стекла с другими материалами применяются галлиевые пасты.

В таблице 11 приведены сочетания материалов, для которых получено соединение с применением галлиевого припоя со следующим составом (массовые доли), %: 39,6 Ga; 4,4 Sn; 56 Си (порошок).

Пайка кварцевого стекла с металлами

Существующие способы пайки кварцевого стекла (кварца) с металлами различаются в зависимости от агрегатного состояния кварца во время пайки.

Пайка кварца с оплавлением

Кварц можно паять, доводя его до плавления, при высокой температуре, как и стекло, или вести процесс при более низких температурах, когда кварц находится в твердом состоянии. В этом случае, используются переходные стекла с различными ТКЛР.

Пайка кварца с металлами

При пайке кварца с металлами процесс трудоемок, спаи имеют значительные размеры, механическая прочность и теплоемкость невелики.

Впаивание металлической фольги

Более прогрессивным считается способ впаивания металлической фольги непосредственно в кварц (ленточные спаи) с использованием металлов, таких как:

  • вольфрам
  • молибден
  • тантал
  • платина

Однако размеры фольги ограничены (ширина порядка нескольких миллиметров, толщина 0,01-0,05 мм) из-за большой разницы в ТКЛР соединяемых материалов. Иногда одновременно впаивают несколько одиночных тонких вводов.


Пайка кварца с использованием активных металлов

Существует способ пайки кварца с помощью активных металлов. В этом случае на поверхность кварца наносится слой титана или циркония, пайка производится припоями, содержащими легкоплавкие металлы — олово, индий, галлий. В качестве конструкционного металла используют медь, серебро, золото.

Пайка кварца с применением малооловянистых металлов

По поверхности нанесенной на кварц пленки меди, никеля или серебра (гальванически, металлизацией, вжиганием) можно производить пайку его с металлами малооловянистыми припоями с применением канифольных флюсов.

Сочетание материалов при пайке кварца с применением галлиевых припоев

МатериалСостав (массовые доли)
Си5Си, Аи, Ni
Аи4• 108 мкм
Окись олова3

Также возможна пайка кварца непосредственно с титаном или цирконием припоем ПСр 72.

Использование галлиевых припоев

Для пайки кварца успешно используют галлиевые припои (например, при производстве пьезоэлектрических кварцевых резонаторов). При пайке галлиевыми припоями, содержащими индий, олово и медь, термообработку этих спаев следует проводить в кислородсодержащей атмосфере при температуре не менее 100 °С.

Пайка кварца с никель-кобальтовым сплавом и другими металлами

Пайка кварца, покрытого алюминием и медью с никель-кобальтовым сплавом и латунью, производится припоем следующего состава (массовые доли):

  • 75% In
  • 2,5% Ag
  • 7% Bi

Температура пайки составляет 370°С, выдержка — 20 мин. Пайка производится в вакууме 5-10° Па при давлении сжатия образцов 3 МПа.

Пайка ситалла, феррита, сапфира с металлами

Для изготовления оптических газонаполненных электроразрядных приборов применяют ситалл марки СТЛ-ЗМ. Температура пайки составляет 800-900 °С в вакууме 1,3 • 10‘2 Па.

Пайку высокопластичным припоем с ад­ гезионно-активными добавками применяют для соединения ситалла с ситаллом, кварцем, стеклом, сплавом 29НК и медью. Герметизированные этим способом пайки приборы работа­ ют в условиях от -5 до +300 °С, стойки к тер­ моудару при -5 +65 °С, виброустой’чивы, надежно работают свыше 10 лет. Известно непосредственное соединение ситаллов с ме­ дью, сталями, сплавами никеля, хрома с желе­ зом и расплавленной стекломассой в процессе прессования изделия и последующего нагрева его для превращения стекла в ситалл (нагрев до

900 °С, выдержка 1

предварительно подвергают тепловой

обработке при 500700 °С с целью образова­

ния окисной пленки.

Ф е р р и т ы .

ферриты паяют с титаном, сплавами Фени-46, 29НК, 47НД в среде очищенного аргона или в вакууме 10’2 Па. Скорость нагрева 20 °С/мин. Более быстрый нагрев недопустим, так как приводит к растрескиванию ферритов. Пайку производят по металлизированной никелем поверхности феррита или без предварительно­ го покрытия. Составы припоев, режимы пайки и свойства паяных соединений приведены в табл. 13.

12. С о с т а в ы п р и п о е ви р е ж и м ы п а й к и с и т а л л ас м е т а л л а м и

Ситалл (M g0-Al20 i-S i0 2) +

+ медь М 1 + сплав 29НКсеребро 6= 10

Ситалл (Li02-Al20 )-S i0 2) +торцового и охваты­

39,6 % Ga;Нагрев лучом лазера,

нанесение припоя с

4,4 % Sn; 56 % Си (порошок)

13. С о с т а в ы п р и п о е в , р е ж и м ы п а й к и и с в о й с т в а п а я н ы х с о ед и н е н и й ф е р р и т о в с м е т а л л а м и

30 СЧ-2 (покрытие — Nb) + титан

30 СЧ-3 (покрытие — Ni) + Фени-46(15 20 В)

30 СЧ-3 (покрытие — Ni) + 47 НД

30 СЧ-4 (покрытие — Ni) + 29НК*2

30СЧ-6 + ВТ1-0*2

*’ Выдержка 3 мин.

*2 Без термоциклирования паяного соединения.

П р и м е ч а н и е . Термоциклирование паяного соединения по режиму 20 — 800 — 20 °С 10 циклов.

С а п ф и р . Пайка сапфира с титановым спла­ вом ВТ-16 осуществляется припоем ПСр 72 при 840 °С в течение 5 мин в вакууме 1,3 мПа. Паяное соединение подвергается последующе­ му старению при 450 °С в течение 3 ч в вакуу­ ме 13 мПа. Предел прочности паяного соеди­ нения 1270 1300 МПа.

ПАЙКА МЕТАЛЛА КЕРАМИКОЙ

пайка металла с металлизированной керамикой (аналогично пайке металлов);

активная пайка с использованием тита­ на и циркония в качестве компонентов припоя;

пайка стеклоприпоем (глазурью);

пайка по металлизированному слою;

пайка неметаллизированной керамики под давлением.

Простейшие типы соединений керамики с металлами приведены на рис. 7.

П а й к а м е т а л л и з и р о в а н н о й к е р а м и к и .

В состав металлизационного покрытия, нано­ симого на керамику, входят: порошок молиб­ дена или вольфрама в количестве 75 95 % (по массе) и активные добавки марганца, крем­ ния титана (гидрида титана), железа, борида молибдена, ферросилиция, стекла и др. Выбор добавок определяется химсоставом керамиче­ ского материала и температурой спекания по­ крытия. в процессе которого происходит за­ крепление слоя металлизации на поверхности керамической детали. Составы применяемых для металлизации керамики паст приведены в табл. 14.

14. С о с т а в п а с т д л я м е т а л л и з а ц и и к е р а м и к и

Химический состав пасты, % (по массе)

80Мо, 20Mn; 80Мо, ЮМп, 10TiH4;75Мо, 20Mn, 5Si; 75Мо, 20Mn, 5Si;

75Мо, 20Мп, 5 стекло (С 48-2)

80Мо, ЮМп, 10TiH4; 75Мо, 20Мп, 5Si;80Мо, 14Мп, 6 ферросилиций

75Мо, 20Мп, 5V20 5; 80М, 20 стекло (Мп 0-Al20 3-Si02)

75Мо, 20Мп, 5 стекло (С 48 — 2); 80Мо, 14Мп, 6 ферросилиций

70Мо, 20Мп, 10МоВ4

95W, 5V20 5

15. Рецептура металлизационных паст

Биндер вязкостью 19 20, см3

Рис. 7. Э лем ентарны е формы соединений керам ики с м еталлам и:

— торцовое компенсированное; торцовое некомпенсированное; лезвийное; конусное;

охватывающее; — охватывающее с бандажом; цилиндрическое внутреннее и наружное

Компоненты паст перед приготовлением паст тщательно измельчают в ацетоне или эти­ ловом спирте. Для приготовления металлиза­ ционных паст используют раствор коллокси­ лина в изоамил-ацетате. Рецептура металлиза­ ционных паст из расчета на 300 г порошка приведена в табл. 15.

После нанесения паст детали поступают на вжигание. Температура вжигания для кера­ мических материалов, содержащих стекло (6 20 %), 1250 1450 °С. С уменьшением содер­ жания стекла температура вжигания может

После закрепления первого слоя порош­ ковым или гальваническим методом наносится второй слой (никеля, железа, меди). Состав и режим работы ванны для химического никели­

рования приведены ниже.

Никель хлористый, г/л

Аммоний хлористый, г/л

Натрий лим. кисл., г/л

Натрий гипофосфат, г/л

Перед никелированием детали травят в смеси соляной и азотной кислот в течение 4 8 с и промывают в проточной воде.

Сборка металлокерамических узлов осу­ ществляется при плотной посадке манжет на цилиндрические керамические детали с приме­ нением рычажных или винтовых процессов. При этом натяг манжеты на керамику не дол­ жен превышать 0,1 0,15 мм во избежание скола керамики и металлизационного слоя.

При сборке под пайку сущест венное значе­ ние имеет размещение припоя (рис. 8 и рис. 9). Режимы пайки металлокерамических узлов приведены на рис. 10. Пайку осуществляют в печах с защитной атмосферой. Рекомендуемое время выдержки и температура пайки металли­ зированной керамики с металлом приведены в табл. 16.

Для (МКУ), изготовленных с применением пайки, особое значение имеет сохранение вакуумной плотно­ сти в условиях эксплуатации и хранения. Ваку­ умную плотность изделий контролируют мето­ дом испытания на термостойкость, по величи­ не которой оценивают технологическую и экс­ плуатационную надежность конструкций.

Рис. 8. Расположение припоя

Рис. 9. Потолочное (верхнее) закрепление припоя в телескопических соединениях керам ики с м еталлам и:

— керамика; фольга припоя; манжета; припой

покрытия — никель гальванический 6

Пайка МКУ осуществлялась на

ЛМ 4890. Термостойкость исследовалась путем нагрева и охлаждения в среде азота по режиму 50 — 600 — 50 °С. После каждого цикла нагреваохлаждения производилась проверка узлов на вакуумную плотность гелиевым течеискателем ПТН-10. Из исследованных трех типов конст­ рукций паяного соединения наибольшей тер­ мостойкостью обладают МКУ с Т-образной конструкцией спая (рис. 11, наименьшей — с телескопической (рис. 11,6).

Рис. 10. Реж имы пайки м еталлокерам ических узлов медью и медно-серебряной эвтектикой:

1 — 3 — изделия простой формы размером до 100 мм, манжеты медные (/) и коваровые (2,3); 4 , 5 — изделия сложной формы или размером до 250 мм

Рис. 11. Конструкции спаев

Как следует из проведенных исследова­ ний, термостойкость паяных соединений кера­ мики ВК94-1 с коваром 29НК, выполненных медью для диаметров до 25 мм, существенно зависит как от конструкции паяного соедине­ ния, так и от геометрии спаев.

ПАЙКА У ГЛ ЕРО Д -У ГЛ ЕРО Д И С ТЫ Х

О М П О ЗИ Ц И О Н Н Ы Х М А ТЕРИ А Л О В

Углерод-углеродистые композиционные материалы (УУКМ) обладают высокой термо­ стойкостью (порядка 2000 К), что позволяет использовать их в энергетическом и химиче­ ском машиностроении. Перспективна высоко­ температурная пайка этих материалов для по­ лучения соединений с металлами. При пайке целесообразно применять припои на основе сплавов молибдена, ниобия, титана с темпера­ турой плавления до 2500 К.

При разработке паяных соединений УУКМ

металлами важно учитывать существенное от­ личие теплофизических характеристик металлов: теплопроводности, модуля упругости, прочности, коэффициента линейного расширения. Послед­ ний, например для материала КУП-ВИ-БС, очень

16. Рекомендуемое время выдержки и температура пайки металлизированной керамики с металлами

Металлизационное покрытое — металл

Молибден-марган- цевое покрытие (МоМп) без второго слоя — ковар

МоМп + второй слой Fe — ковар

МоМп + Ni — ковар

При увеличении времени выдерж­

120 с в 2 раза уменьшается

Менее зависимо от длительности

при оптимальном режиме

термостойкость в 2 раза меньше,

чем в предыдущем случае

ется качество соединения

Допустима выдержка до 2

100 150 °С

Лучший припой для пайки керамики

МоМп + Ni — железо

Наиболее надежные соединения

ПСр 999 *

МоМп + Ni — медьСильно растворяется медь

Спаиваемый с керамикой металл следует никелировать.

Т., Дергунова В. Кравецкий Г. А. Пайка и сварка графита. М.: Ме­ таллургия, 1978. 136 с.

Бережной А. И. Ситаллы и фотоситаллы. М.: Машиностроение, 1980. 348 с.

Курносов А. И., Юдин В. В. Техноло­ гия производства приборов и интегральных микросхем. М.: Высшая школа, 1979. 367 с.

Любимов М. Л. Спаи металла со стек­ лом. М.: Энергия, 1968. 280 с.

Маслов А. А. Технология и конструк­ ции полупроводниковых приборов. М.: Энер­ гия, 1970. 296 с.

Нагорный В. Г., Котосонов А.

С. Свойства конструкционных материалов на основе углерода. М.: Металлур­ гия, 1975.334 с.

Зенин В. В., Знаменский О. В., Клычев А. И. Пайка кристаллов с пленочными резисторами на теплоотводы / В сб.: Сварка и пайка в производстве аппаратуры и приборов. Пенза: 1992.

Ерошев В. К., Козлов Ю. А., Павло­ ва В. Д. Конструирование и технология изготов­ ления паяных металлокерамических узлов. Ч. 1: Свойства материалов и технология изготовления металлокерамических узлов. М., 1988.

Ерошев В. К., Козлов Ю. А., Павло­ ва В. Д. Конструирование и технология изго­ товления паяных металлокерамических узлов.

2: Расчет и конструирование металлокера­ мических узлов. М., 1988.

Прибылов Ю. И., Титов В. И., Чер­ нов В. Исследования термостойкости ме­ таллокерам ических узлов с различной конст­ рукцией спая / В сб.: Роль процессов пайки в создании новой техники. М., 1996. Ч. II. С. 22.

Чикунов М. И., Семенченко М. В., Карташов Н. Г. Технологические особенности получения герметичного соединения углерод­ ных материалов с металлами методом высоко­ температурной пайки / В сб.: Новые энерго- и материалосберегающие технологии пайки в на­ родном хозяйстве. Тез. докл. Всесоюзн. науч.- техн. совещания. Смоленск, 1991. С. 83 — 88.

Прочность соединений встык

где площадь поперечного сечения паяемого элемента; ст’р — предел прочности паяного шва

при растяжении (или сжатии).

Прочность косых швов можно рассчитать по аналогичной формуле

где площадь шва; т’ср — предел прочности

паяного стыкового шва при срезе.

при пайке обес­ печивают равнопрочность соединения и паяе­ мого материала; длину нахлестки находят из

a pF = t’cp6 /,

где т’ср — предел прочности при срезе паяных

внахлестку швов; ширина соединяемых элементов; / — протяженность паяного шва:

На рис. 1 приведены зависимости проч­ ности паяных соединений из разных марок сталей от длины нахлестки. Пайка производи­ лась медно-цинковым припоем Л63.

соединениях полос с элементами угол­ кового профиля протяженность шва зависит от соотношений толщин сочленяемых элементов.

телескопических трубчатых конст­ рукциях длина нахлестки при растягивающих силах определяется из соотношения:

где радиус трубы.

Паяные швы в соединениях втавр редко работают на растяжение, чаще — на срез в кон­ струкциях, испытывающих изгибающие мо­ менты. Напряжение среза

тср = 0 5 /^ 5 ,

где поперечная сила в элементе, испыты­

ции всего сечения; 8 — толщина вертикального листа, равная протяженности шва; статиче­ ский момент площади пояса относительно цен­ тра тяжести сечения.

В большинстве случаев напряжения сре­ за в поясных швах при поперечном изгибе незначительны и намного ниже допускаемых при срезе.

КОНЦЕНТРАЦИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

Концентрация напряжений в соедине­ ниях, паянных встык. Соединения, паянные встык, работают под нагрузкой аналогично сварным с мягкой прослойкой. Предел текуче­ сти паяного шва — мягкой прослойки — меньше предела текучести паяемого материала соеди­ няемых частей; модуль упругости паяного шва £ ‘ меньше модуля упругости паяемого материала (в мягких прослойках при сварке, как правило, £ ‘ мало отличается от

При работе соединения встык в пределах упругих деформаций прослойка испытывает упрочнение. В результате взаимодействия пая­ емого материала с припоем повышаются проч­ ностные свойства шва, в частности возрастает предел текучести. Продольные деформации в паяемом материале е. = a (стг нормальные напряжения) вызывают поперечное сужение,

Рис. 1. Прочность стальных паяных соединений внахлестку в зависимости от длины нахлестки. Сталь:

a -СтЗсп: 10ХСНД; в-ЗОХГСА

В паяных соединениях стержней круглого поперечного сечения в результате неодинако­ вого поперечного сужения стержня и прослой­ ки на границе в стержне возникают напряже­ ния сжатия. Кольцевая прослойка подвергается равномерному растяжению по радиальным направлениям при напряжениях

Рис. 2. Паяное соединение встык с мягкой прослойкой:

схеманагружения; — поле напряжений в прослойке

В прослойке образуются также напряже­ ния растяжения в окружном направлении = стг

Таким образом, в пределах упругих де­ формаций в кольцевой прослойке реализуется трехосное растяжение, связывающее незначи­ тельную концентрацию напряжений, так как стг и а, значительно меньше с г, но их возникнове­ ние способствует повышению предела текуче­ сти и понижению пластичности прослойки.

В пластическом состоянии поле напряже­ ний в мягкой прослойке толщиной 8 показано на рис. 2. Предел текучести прослойки при одноосном напряженном состоянии обозначим стт. Из теории пластичности известно, что наи­ большие напряжения возникают в прослойке на контактных поверхностях. Если допустить, что модули упругости прослойки £ ‘ и паяемого

материала близки (£ ‘« £), то

u j . 1 ^

о , = а , = а т ^ Д ( Л — г ) ,

где радиус стержня цилиндрической фор­ мы; 8 — ширина шва; — радиус, определяющий положение точки в сечении.

Наибольшие напряжения возникают при = 0, т.е.

мулами (10) и (11), невозможно. Задолго до образования в сечении полной текучести на­ пряжения ст. достигают значений, при которых происходит разрушение стержня, т.е. пласти­ ческий характер разрушений невозможен. Раз­ рушение прослойки хрупкое. Аналогичное яв­ ление наблюдается в стержнях с поперечными сечениями некруглой формы.

Характер работы паяной прослойки при модуле упругости £’, приближающемся к весь­ ма малой величине, отличается от рассмотрен­ ного при £ ‘« £.

Однако и в этом случае текучесть на кон­ тактных поверхностях возможна лишь при весьма больших значениях а г, ведущих к раз­ рушению стержней.

Таким образом, при всех значениях £’, отличных от £, мягкие прослойки при пайке встык разрушаются хрупко.

Концентрация напряжений в соедине­ ниях внахлестку. Концентрация напряжений вследствие неравномерной работы спая по дли­ не. Распределение касательных напряжений по длине нахлестки в направлении действия сил происходит неравномерно и почти аналогично распределению напряжений в сварных фланго­ вых швах. Для соединения двух изделий с рав­ ными площадями поперечных сечений £ (рис. 3)

СТг~ а ‘ "

Так как в тонких прослойках, имеющихРис. 3. Паяное соединение внахлестку,

место при пайке, отношение Я/8 очень велико,

то напряженное состояние, описываемое фор­нагруженное осевыми силами

наибольшее значение на единицу длины пая­ ного шва в концевых точках определяется сле­ дующим уравнением:

а l + ch aA

Рис. 4. Паяное соединение внахлестку

где / — длина нахлестки;образование дополнительных изгибающих

моментов. Каждый из элементов соединения

при растяжении изгибается (рис. 4).

где — модуль упругости паяного шва при сдвиге; ширина образца; £ модуль упру­ гости паяемого материала при растяжении; 50 — толщина мягкой прослойки (шва).

Если из условия статической равнопрочности паяного шва и паяемого материала при­ нять / = 25 и = (8 — толщина образца), то

Коэффициент концентрации напряжений в паяном шве

Если модуль упругости мягкой прослойки медно-цинкового припоя Л63 принять равным 98 000 МПа, модуль сдвига = 39 200 МПа, модуль упругости стали £ = 196 000 МПа, то G /Е = 0,4. Чем меньше отношение /£ , тем меньше коэффициент концентрации.

Выравнивание касательных напряжений и устранение концентрации напряжений воз­ можно лишь при очень больших пластических деформациях; при малых пластических дефор­ мациях концентрация напряжений в паяных соединениях возникает и монотонно снижается в процессе деформирования.

Образование пластических деформаций в соединениях внахлестку сопровождается сни­ жением коэффициентов концентрации напря­ жений в крайних точках соединений и вырав­ ниванием эпюры распределения (см. рис. 3) по длине соединения, что характерно для пая­ ных швов.

, вызванная изгибом элементов. Соединения, паянные вна­ хлестку, как и сварные (точечные и роли­ ковые), имеют эксцентриситеты, вызывающие

где а 0 — напряжение в элементах от растяги­ вающих сил; /„ — длина нахлестки; 5 — толщина элементов.

Значения напряжений изгиба зависят от величины нахлестки и толщин элементов: чем больше нахлестка и тоньше соединяемые эле­ менты, тем меньше напряжения изгиба.

Теоретический коэффициент концентрации

ПРОЧНОСТЬ ПАЯНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Прочность паяных соединений зависит от свойств паяемого и присадочного металлов, флюсующих сред, режима пайки. Взаимодей­ ствуя с соединяемыми металлами, припой не должен образовывать хрупких фаз.

f f h / d

Рис. 5. Зависимость предела прочности паяных соединений:

от ширины зазора; от площади шва

Состав флюса для пайки

Под термином «флюс» в пайке подразумеваются различные вещества на основе органических и неорганических компонентов, а также их комбинаций, обладающие различными физико-химическими свойствами. В целом, состав флюса включает:

Большинство флюсов, используемых в производстве электронной продукции, изготавливаются на органической основе. Они обладают меньшей химической активностью, поэтому не вызывают коррозию контактных поверхностей и материалов электронных компонентов и печатных плат.

Нанесение флюса

Нанесение флюса на обрабатываемую поверхность зависит от типа паяемых деталей, способа пайки и особенностей производства:

Также флюсы входят в состав уже готовых паяльных паст и подаются вместе с припоем в рабочую зону непосредственно во время пайки.

Большинство флюсов после пайки требуют отмывки – особенно это касается активных и активированных составов, включающих органические и неорганические кислоты и соли. Данные компоненты отличаются высокой химической активностью, поэтому могут вызвать коррозию печатной платы или паяных соединений. Безотмывочные флюсы не требуют обязательной отмывки, однако выполнять ее все же рекомендуется для поддержания аккуратного вида конечного электронного изделия, упрощения его последующего ремонта и сервисного обслуживания.

В каталоге компании «СМТ Технологии» представлены разнообразные флюсы для различных типов пайки электронных компонентов. Мы продаем расходные материалы от ведущих поставщиков из России и других стран как для небольших предприятий, ремонтных мастерских и т. д., так и для организации крупносерийного производства.

Требования к флюсам

Химический состав используемого флюса определяется особенностями соединяемых при пайке материалов и изделий. В частности, в радиоэлектронной промышленности исключается или ограничивается применение составов, содержащих активные кислоты – соляную, фосфорную и т. д. Эти высокоактивные компоненты хорошо растворяют оксидные пленки, но также воздействуют на сам металл контактных поверхностей, вызывая его коррозию. Если технологический процесс все же подразумевает использование именно таких флюсов, то после пайки с поверхности платы обязательно удаляются их остатки.

Для отраслей электронной промышленности, связанных с производством ответственной электронной продукции (например, аэрокосмической, энергетической или военной сферы) важное значение имеет прочность паяных соединений, позволяющая им выдерживать высокие механические, химические, климатические нагрузки. Поэтому в них применяются флюсы, обеспечивающие максимально качественное растекание и высокую адгезию припоя к контактным поверхностям.

Кроме того, в последние годы большое внимание уделяется безопасности и экологичности электронной промышленности. Принятые в Европе, США и других развитых странах стандарты ограничивают использование вредных веществ, способных навредить здоровью рабочего персонала и вызвать загрязнение окружающей среды. Это заставляет производителей использовать флюсы, содержащие меньше токсичных компонентов.

С технологической точки зрения флюс должен отвечать следующим требованиям:

Часто соблюсти все требования с помощью одного флюса невозможно – в таких случаях во время пайки могут использоваться несколько составов. Например, против окислов эффективно работают флюсы с содержанием органических и неорганических кислот. А для защиты очищенных металлических поверхностей от повторного окисления используется канифоль, вазелин, воск.

Флюсы для пайки припоями типа ПОС

Основные требования к таким флюсам — низкий ток утечки и низкая коррозионная активность.

Простейшие флюсы такого типа создают на основе канифоли — например, растворы канифоли в спирте — этаноле либо других спиртах или спирто-бензиновой смеси, они подходят только для меди. Также часто применяются кислотные флюсы — разнообразные кислоты и их соли, но в связи с большой кислотностью, необходимо промывать место пайки. Даже такой флюс, как глицерин, после пайки необходимо смыть с печатной платы, так как он достаточно гигроскопичный (влагоемкий), чтобы под действием собранной им влаги место пайки быстро окислилось. Исключением является канифоль и её спиртовые растворы из-за того, что она покрывая поверхность также срабатывает как своеобразное нейтральное защитное покрытие.

Флюсы для алюминиевых сплавов

Хотя алюминиевые сплавы можно паять свинцово-оловянными припоями, лучшие результаты достигаются с многокомпонентными припоями, содержащими цинк, кадмий, висмут и другие металлы.

Применяется «бинарный» флюс: концентрированная ортофосфорная кислота (часто называемая просто фосфорной) — до побеления, затем 20%-я эвтектика (50 мол.%, а.и. 8:11,5) NaOH—KOH в глицерине.

Оцените статью
Про пайку
Добавить комментарий