Припой и флюс для пайки, назначение, химсостав, приготовление

Про состав припоя

Название припоя оловянно-свинцовой группы говорит о содержании в нем олова. Например ПОС-40 содержит 40 % олова, а ПОС-61 — почти 61 % олова. Остальная часть состоит из свинца и дополнительных примесей. По внешнему виду можно на глаз прикинуть состав. Если припой ПОС более матовый и темный, то он больше содержит свинца. Если более светлый и блестящий — то больше олова. Лучше всего это познается в сравнении. Как выглядит лист олова и лист свинца смотрите на фото.

Прочность припоя зависит не только от легирования сплава, но и от паяемого металла. Например, для пайки меди или цинка в припой ПОС добавляют несколько процентов меди или цинка соответственно. Это снижает химическую эрозию металла и увеличивает поверхностную прочность соединения.

Легирование припоя

Для улучшения эксплуатационных характеристик применяют легирование припоя следующими веществами:

• Адгезию припоя улучшает добавка из меди, кадмия, сурьмы, алюминия, серебра и цинка;
• Пластичность припоя и стойкость к термоциклированию улучшается добавкой индия, серебра, марганца, висмута, лития;
• Прочность припоям добавляют никель, кобальт, цинк, кремний, бор, железо;
• Коррозионную стойкость припоя увеличивает никель и медь;
• Жаропрочность повышает кремний, цирконий, вольфрам, ванадий, кобальт, ниобий, гафний.

Флюс для пайки паяльником

Назначение флюсов при пайке:

• защита зачищенных деталей от окисления,
• удаление с поверхности металла пленки окислов,
• улучшение смачивания припоем спаиваемых деталей.

Все многообразие флюсов можно разделить на три группы:

• некоррозионные
• слабокоррозионные
• и коррозионные.

Некоррозионные флюсы (их еще называют защитными)не растворяют пленку окислов на металле, а лишь защищают при пайке тщательно зачищенную поверхность.После окончания пайки остатки флюса можно не удалять с поверхности спаянных деталей, так как он не вызывает коррозии.

Слабокоррозионные флюсыучаствуют в разрушении пленки окислов. Остатки флюса необходимо удалять.

Коррозионные (активные) флюсыэнергично разрушают пленку окислов, поэтому иногда удается спаивать незачищенные металлические детали.Удалять остатки флюса после пайки обязательно!

К некоррозионным флюсам относятся неактивированные флюсы на основе канифоли (табл. 4).

Максимальная рабочая температура этих флюсов 300°!

Главным образом используется для пайки компонентов монтируемых поверхностно (SMD’шек), а также безвыводных микросхем в BGA корпусах.

Выглядит как кашица серого цвета, состоит из мельчайших шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (серебра 2%, свинца 36%, олова 62%), также в составе содержится безотмывочный флюс. О том, что флюс безотмывочный, говорят две буквы на упаковке NC (No Clean). Флюс, содержащий шарики припоя, высыхает на воздухе, поэтому хранится паста в закрытой упаковке.

Используется это средство при сложном ремонте сотовых и для пайки микросхем в корпусе BGA. Ее применение предполагает использование дополнительного оборудования для ремонта мобильных, к примеру, специальные трафареты. Стоит паста довольно дорого, поскольку содержит серебро.

Сейчас в производстве электроники массово применяются припои без свинца.

Необходимо подобрать самый оптимальный припой, а также выбрать метод обработки. Ведь он не спаивается при стандартном варианте.

Припой поможет сделать процесс спайки более легким, однако нужно, чтобы спайку производил настоящий профессионал, ведь материал может окисляться практически мгновенно.

В большинстве случаев при спаивании используют резонансные стабилизаторы, ведь их провода часто созданы именно из алюминия.

Припои для алюминия

Обычно простой подбор припоя для алюминия является недостаточным для того, чтобы произвести процесс, ведь здесь часто необходимо использовать специализированный паяльник, флюс и канифоль. Однако в разных ситуациях все происходит по-разному.

Часто рекомендуется применять материалы, в которых повышена текучесть, поэтому нужно выбирать только легкосплавные материалы, чтобы пленка окисления не успевала покрыть всю поверхность.

Однако алюминий после спаивания становится намного прочнее, нежели медь, ведь температура плавления у него довольно низкая. Припой не должен менять свойства алюминия, ведь данный металл имеет высокую диффузию, поэтому и соединяется с заготовкой лучше.

В этом случае материалы могут выдавать совсем не те результаты, на которые изначально рассчитывали. Однако такой метод часто используют не только в промышленности, но и в домашних условиях.

Поэтому припой для спаивания алюминия имеет низкую температуру плавления. Припой имеет такие же свойства, что и алюминий, он очень пластичен, поэтому его удобно использовать, если места оказываются труднодоступными.

Выпускают такой припой как в нашей стране, так и за рубежом, ведь его можно применять в самых разнообразных производствах.

1. Припой Castolin 192CW производится в германии. Его можно использовать как для спаивания алюминия в чистом виде, так и с медными заготовками. Он имеет хорошую текучесть и адгезию. Применяют его для спаек с зазорами и для капиллярных. Обычно используется припой данного образца при ремонте бытовых приборов и техники, холодильников, радиаторов и тому подобной аппаратуры.Его легко использовать, вот только необходимо приобрести дополнительный флюс, который располагается внутри прутков. Соединение по прочности составляет 170 Мпа. Плавится при температуре около 440 градусов по Цельсию.
2. Припой Lucas-Mihaupt Filalu 1192NC производит Франция.Его применяют для спаивания алюминия в чистом виде, ведь припой имеет повышенную текучесть и адгезию именно к алюминию. В большинстве случаев применяют припой для капиллярного спаивания или при спаивании при наличии зазоров. Этот вариант прекрасно подходит для корпусов и соединений в холодильниках, кондиционерах и других приспособлений.
3. Авиа-1 является припоем, который можно использовать не только для алюминиевых деталей, но и для всяких предметов из данного металла. Припой прекрасно держится на небольших деталях, проводах и контактах. У него низкая температура плавления, поэтому сами провода не переплавляются и сохраняют свои свойства.Этот припой является мягким, расплавляется при температуре около 200 градусов по Цельсию. Здесь необходимо использовать дополнительный флюс, ведь в прутках он отсутствует.
4. Припой Castolin 190 производится в Германии. Применяют его для спаивания алюминия в чистом виде и с медью. Он имеет высокую адгезию и текучесть.Применяют в основном для капиллярного спаивания и пайки с зазорами. Обычно с его помощью ремонтируют холодильники и другую бытовую технику. Припоя является твердым и легкоплавким. Плавится при температуре около 580 градусов по Цельсию.
5. Припой HTS-2000 изготавливают в Америке. Его можно использовать для всех типов алюминия.Здесь не требуется дополнительное применения флюса, так как он содержится в самом припое в достаточном количестве. Этот сплав создан по самым современным технологиям, что дает гарантию его прочности и надежности. Состоит из девяти компонентов и имеет высокую устойчивость к коррозиям. Плавится при температуре около 350 градусов по Цельсию.

Свойства материала должны идеально подходить под условия производства процесса. Имеется огромное количество самых разнообразных припоев, причем многие из них являются универсальными, а некоторые специально созданы для спайки алюминия.

Если выбрать первый вариант припоя, то необходимо посмотреть, чтобы свойства их были легкоплавкими, ведь нельзя повреждать заготовки или изменять их свойства. Припой должен иметь температуру плавления от 100 до 200 градусов по Цельсию.

Материал должен иметь высокую текучесть и подходящий состав.

Еще следует отдельно отметить, что прочного соединения добиться практически не представляется возможным, однако в большинстве случаев это и не является важной необходимостью. Часто необходимо только сделать соединение качественным для работы определенного вида техники. Расходные материалы имеют небольшой вес.

Многие уверены, что вообще не важно, каким припоем спаивать алюминий, главное воспользоваться правильным способом. Ведь процесс напрямую зависит от ряда условий. Поэтому стоит выбирать материалы таким образом, чтобы они соответствовали инструментам для пайки.

Если необходимо спаивать провода, то лучше воспользоваться припоями, имеющими низкую температуру плавления.

Ну а если необходимо спаивать внушительные и толстые заготовки или другие металлы, то нужно выбирать материал, свойства которого будут соответствовать данному виду припоев.

Важно! Мастер должен работать быстро, чтобы материал не успел окислиться раньше времени и не испортил весь процесс.

Перед началом процесса необходимо произвести зачистку необходимых поверхностей при помощи наждачной бумаги. Затем необходимо расположить флюс по нужным поверхностям и подогреть его до следуемой температуры. После этого уже нужно приводить в действие сам припой, а потом подождать до полного остывания металла. Останется только произвести зачистку готового шва.

К мягким припоям относят припои для низкотемпературной пайки алюминия. Их температура плавления не превышает 450 ºС. Температура плавления алюминия (технически чистого) составляет 655-660ºС.

В свою очередь мягкие припои для алюминия подразделяют на:

• низкотемпературные;
• среднетемпературные и
• высокотемпературные.

В таблице ниже приведен химический состав типичных мягких припоев для пайки алюминия. Общие характеристики мягких припоев включают:

• интервал плавления (температуры солидуса и ликвидуса);
• смачивающая способность;
• тип применяемого флюса: активный, органический или один из них;
• коррозионная стойкость припоя и, следовательно, паяного шва.

Низкотемпературные мягкие припои плавятся и растекаются при температуре от 150 до 260 ºС. Они состоят преимущественно из низкоплавких металлов таких как олово, свинец, цинк, кадмий, а также иногда висмут. Кроме того, эти припои могут содержать малые количества высокоплавких металлов, таких как алюминий, медь, никель и серебро.

Прочность низкотемпературных мягких припоев — совсем мягких – на сдвиг составляет всего 34 МПа. Точки плавления этой группы припоев начинаются с 110 ºС. Соединения алюминия, выполненные этими чересчур мягкими припоями, имеют относительно низкое сопротивление коррозии и поэтому редко применяются для применения под воздействием атмосферы или коррозионных сред.

Низкотемпературные оловянно-свинцовые припои подвержены ползучести. При достаточно высоких нагрузках они могут неожиданно разрушаться. Обычно соединение из припоя 60Sn-40Pb при растягивающей нагрузке 9600 кПа «лопается» через несколько часов.

При снижении нагрузки до 690 кПа такой паяный шов простоит 165 дней.

Поэтому эти припои применяют в основном только для герметизации, соединения скрученных проводов, а также для таких задач, как, например, удержание металлических кромок в каких-нибудь пазах.

Бинарные свинцово-оловянные припои, которые обычно применяют для пайки меди, можно в принципе также применять и для пайки алюминия. Однако они представляют в применении определенные трудности. Образуемое соединение получается слабыми, и поэтому они редко применяются для алюминия.

Свинец в одиночку почти не растворим в алюминии , а добавки олова лишь незначительно повышают его смачивающую способность.

Технические характеристики припоя ПОС-30

Чтобы не расписывать все технические характеристики припоев оловянно-свинцовой группы, просто приведу таблицу параметров. По ней можно определить температуру плавления, плотность, удельное электросопротивление, теплопроводность, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударную вязкость и твердость по Бринеллю припоев.

Анализ таблицы показывает, что самым легкоплавким среди списка является кадмиевый с характеристикой по температуре плавления 145 градусов Цельсия. Самым прочным является припой для пайки ПОССу 4-6 с временным сопротивлением разрыву 6,5 кгс/кв. мм.

Припой ПОС 10 имеет отличительный химический состав. Он содержит 9-10 % олова, около 89 % свинца, 0,2 % висмута, 0,1 % сурьмы и остальные примеси в незначительных количествах. Припой ПОС-10 применяется для пайки и лужения контактных поверхностей электроники. Например им паяют реле и заливают контрольные пробки в корпусах радиоэлектроники.

Температура пайки ПОС-10 составляет 299 градусов Цельсия. Точка солидуса равна 268 градусов.

Припой для пайки марки ПОС 30 является промежуточным звеном между ПОС 10 и ПОС 40. Состав припоя ПОС 30 следующий: 30 % олова и 69,5 % свинца. Остальное — это примеси и легирование. Припой ПОС 30 может быть легко заменен на ПОС 40, о котором рассказано ниже. Температура плавления (ликвидус) равна 238 градусов, а температура пластичности (солидус) равна 183 градуса Цельсия. Согласно техническим характеристикам, припой ПОС 30 чаще применяется для пайки и лужения листового цинка и радиаторов.

По химическому составу состоит на 39-41 % из олова, на 59 % из свинца. Остальные примеси в таком же соотношении, как и у ПОС-10. Припой для пайки ПОС-40 часто применяется для пайки и лужения корпусов радиоаппаратуры из оцинкованного железа с оцинкованными швами.

Температура пайки припоя равна 238 градусов Цельсия, а солидус — 183 градуса.

Обозначение припоя , как мы выяснили, довольно спорное, но против ГОСТа не попрешь. ПОС-61 применяют для пайки и лужения электронных компонентов и печатных плат точных приборов с высокогерметичными швами, для которых не допускается перегрев.

Химический состав припоя ПОС-61 следующий:

• Олово 59 — 61 %;
• Сурьма — не более 0,1 %;
• Медь — не более 0,05 %;
• Висмут — не более 0,02 %;
• Мышьяк — не более 0,02 %;
• Железо — не более 0,02 %;
• Никель — не более 0,02 %;
• Сера — не более 0,02 %;
• Цинк — не более 0,002 %;
• Алюминий — не более 0,002 %;
• Свинец — все остальное — около 38,7 — 40,7 %.

Температура пайки припоя ПОС-61 составляет 220 градусов Цельсия. Солидус равен 183 градуса. Я даже снял видеоролик о плавлении этого припоя в замедленной съемке на свой Olympus Tough TG-860 с частотой 240 кадров в секунду.

Припой ПОС 61 ГОСТ 21931-76 имеет следующие технические характеристики:

• Плотность определяет вес и равна 8,5 г/куб. см.;
• Удельное электрическое сопротивление равно 0,139 Ом х кв.мм./м;
• Теплопроводность равна 0,12 ккал/см х с х град;
• Временное сопротивление разрыву составляет 4,3 кгс/кв.мм.;
• Относительное удлинение равно 46 %.

Припой ПОС 63 описан в ГОСТе и в отраслевом стандарте OCT 4Г 0.033.200. Под припоем ПОС-63 понимают такой сплав, который состоит на 63 % из олова и на 37 % из свинца. Это некая модернизация припоя ПОС-61, подогнанная под международный стандарт J-STD 006В. Большинство также имеют маркировку Sn63Pb37. Это эвтектические сплавы с температурой плавления 183 градуса Цельсия.

Применяется ПОС-63 для пайки и лужения выводов микросхем и корпусированных радиокомпонентов, печатных плат, проводов и кабелей. В общем, из современных припоев — этот самый распространенный. Технические характеристики припоя ПОС 63 примерное такие же, как у ПОС-61. Но точных значений я пока не нашел.

Маркировка припоя ПОССу-61-0,5 обозначает тип сурьмянистого припоя с содержанием олова 61 %, сурьмы до 0,5 % и свинца около 38 %. Такой припой применяется для пайки и лужения печатных плат и оцинкованных радиодеталей при повышенных требованиях по температуре эксплуатации. А вот его температура плавления равна 189 градусов.

Припой марки ПОС-90 на 90 % состоит из олова и на 10 % из свинца. Еще в нем около 0,1 % сурьмы и 0,05 % меди. Применяется он в основном для пайки и лужения внутренних швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры. Да, 10 % свинца и уже можно пихать в пищевые продукты — удивительно, но все по ГОСТу 1976 года. Согласно техническим характеристикам температура плавления припоя типа ПОС 90 равна 220 градусов.

Винтажный припой

Что такое винтажный припой хорошо знают любители Hi-End электроники. Чаще всего, это припой для пайки аудиотехники, произведенный в 30 — 50-хх годах прошлого века. Такие припои имеют высокую чистоту компонентов, что положительно сказывается на звуке наивысшего качества. Чтобы услышать эффект от такого припоя, нужны не только высококачественный источник звука, излучатель звука, но и прекрасный слух. Специалисты и составляют свои сплавы для лучшей звукопередачи.

Одним из самых крутых для меломанов является американский припой фирмы Kester бородатых годов. Его продают по 10 баксов за метр. И с каждым годом его становится все меньше. По химическому составу близок к ПОС-90, но не совсем. Припой марки Kester содержит 85,9 % олова, 8,5 % свинца, 3,28 % серебра, 0,34 % меди, 0,79 % натрия, 0,55 % магния и 0,27 % ртути. Вот уж гремучая смесь.

Те, кто не может достать винтажный припой, выкупают старую электронику послевоенного периода и сплавляют припой оттуда. Так получается очень приличный полуфабрикат.

Существуют также сплав, в которых припой для пайки содержит 50 % олова и 50 % свинца. Он так и называется Sn50Pb50.

Надеюсь, что теперь ты понимаешь больше в теории припоев. Например, чем отличается и в чем разница между припоями ПОС 60 и ПОС 61. Сможешь расшифровать состав припоя ПОС 18 и прикинуть его достоинства и недостатки. Легко ранжируешь припои марки ПОС по токсичности, зная их химические составы.

Хороший видеоролик с обзором и отечественных припоев, в том числе .

Материал собрал и подготовил Мастер Пайки. А какой твой любимый припой из оловянно-свинцовой группы?