Припои. Какой выбрать для пайки?

В разделе “Производственная и
экологическая безопасность” был
рассмотрен участок пайки печатных плат,
проведён анализ опасностей и вредностей
, возникающих на этом участке , описаны
факторы , влияющие на состояние воздушной
среды предприятий электронной
промышленности, рассмотрены устройство
и виды промышленной и местной вентиляции
, выполнен расчёт необходимого
воздухообмена для обеспечения безопасности
при пайке печатных плат .

Основные данные

Популярность припоев из олова и свинца объясняется несколькими обстоятельствами.

Главная особенность сплавов – способность при определенном соотношении компонентов образовывать состав с эвтектическими свойствами. Это межметаллическая система, температура плавления которой меньше, чем ожидаемые значения.

Можно себе представить радость первооткрывателей, которые обнаружили, что оловянно-свинцовый сплав для превращения в жидкое состояние можно нагревать до меньшей температуры.

Интересно, что эвтектическая смесь может служить растворителем, в котором распределяется при добавлении определенное дополнительное количество какого-либо металла.

Так были разработаны разнообразные марки припоев ПОС. В их технических характеристиках указаны пропорции, значения физических констант.

Заключение.

1 Разработан ультразвуковой измеритель
дальности.

2 Разработан алгоритм его работы.

3 Спроектирована цифровая часть схемы
УЗИД, реализующая алгоритм.

4 С помощью программы РCAD для УЗИД была
разработана печатная плата.

5 Разработана вентиляция
на участке пайки печатных плат.

6 Проведена сегментация рынка ультразвуковых
преобразователей.

Спроектированное устройство удовлетворяет
техническим требованиям, сформулированным
при постановке задачи.

Однако ультразвуковой локатор лишь
частично пригоден для ориентации слепого
человека в пространстве. Это обусловлено
тем, что подобного рода устройство
способно оповещать лишь о ближайшем
предмете и не способно отслеживать все
предметы вне зависимости от их угла к
направлению движения слепого.

Характеристики отдельных марок

Все представители категории относятся к легкоплавким припоям. Оловянно-свинцовые сплавы при любом соотношении исходных металлов плавятся при температуре до 450 °С. Характеристики припоев ПОС регламентированы ГОСТом.

Производители поставляют припойную продукцию:

• в литых чушках;
• в виде проволочных изделий;
• лентообразной фольги;
• трубчатой продукции с флюсами внутри;
• порошков или пастообразной массы.

В сплаве, содержащем 90 % олова, остальную часть массы составляет свинец. Припой ПОС-90 имеет температуру плавления 220 ℃.

Применяется для пайки изделий, которые впоследствии будут подвергаться гальванической обработке золотом или серебром.

Оловянно-свинцовый припой с 61 % олова имеет более доступную температуру плавления, равную 191 °С. ПОС-61 используется для изготовления тонких контактов деталей из медных и стальных сплавов в различных измерительных приборах. Места нанесения сплава не должны подвергаться сильному нагреванию.

Припой модно применять для пайки проводов, имеющих толщину до 0,08 мм, в обмотке. Он может подвергаться действию токов высокой частоты.

Припой используют во всех ситуациях, требующих большой прочности и надежности соединения радиоэлементов, компонентов микросхем. Им можно паять провода, защищенные оболочкой из поливинилхлорида.

Оловянно-свинцовый припой, содержащий равные доли двух металлов, обозначается как ПОС-50. Он плавится при температуре 222 ℃. Применим во всех ситуациях, где может использоваться ПОС-61.

Отличие сводится к тому, что данный припой имеет более высокую температуру плавления. Если контакт может нагреваться это качество будет полезным.

Швы, для которых велика вероятность нагрева до еще более высоких температур, следует паять посредством припоя ПОС-40. Температура плавления оловянно-свинцового сплава, содержащего от 39 % до 41 % олова, составляет 238 °С.

Обращаем внимание на то, что представленные показатели характерны для окончательного плавления сплава. Начинается процесс при несколько более низких температурах.

Сплав предназначен для работы с проводами, деталями из разных металлов. Образующийся шов имеет меньший запас прочности, чем соединения, полученные сплавами с большей массовой долей олова. Припой используют для получения соединений, не подвергающихся большой механической нагрузке.

Еще большую температуру окончательного расплавления имеет сплав ПОС-30. Она равна 256 ℃.

Этот оловянно-свинцовый припой используется для пайки швов, не подлежащих нагрузке, из медных и стальных материалов.

Припой ПОС-18 окончательно расплавляется при 277 ℃. Образующийся шов имеет небольшую механическую устойчивость.

Представленный оловянно-свинцовый сплав можно применять для лужения, пайки ненагружаемых медных деталей, изделий из оцинкованного железа.

Оловянно-свинцовый сплав, содержащий всего 10 % олова, имеет максимальную в этом ряду температуру плавления, равную 299 ℃, и минимальную прочность.

ПОС-10 может использоваться для пайки, лужения контактов на поверхности приборов реле. ГОСТ позволяет применять состав для обработки контрольных точек в топках паровозов. В настоящее время паровозы остались уже только в музеях, иногда их приходится ремонтировать, реставрировать.

Используемая литература .

1. Журнал «Новости медицинской техники»,
1982 вып 1

В.А.Елисеев «Результаты испытаний
ультразвукового локатора для слепых.»

2.Научно-технический отчет по теме 19-1Д

Комплекс локационных средств ориентировки
слепых.» 1984 ВНИИМП.

3.П. Хоровиц У.Хилл «Искусство схемотехники»

Москва «Мир»1993

4.Справочник «Цифровые интегральные
микросхемы»

Москва «Радио и связь» 1994.

5.Н. И. Чистяков «Справочная
книга радиолюбителя-

конструктора» Москва , «Радио и
связь». 1993.

6.В. Л. Шило «Популярные цифровые
микросхемы»

Москва «Радио и связь» 1993.

7.В. Д. Разевич С. М. Блохин «Система
P-CAD 7.0»

Москва МП «Русь — 90» 1995.

8.В. Д. Разевич «Применение программ
P-CAD иP-SPICE

для схемотехнического моделирования
на ПЭВМ» ,

Выпуск 1 Москва «Радио и связь» 1995

9. Л.А. Константинова , Н.М. Ларионов , В.М.
Писеев

“ Методические указания по выполнению
раздела “ Охрана труда “ в дипломном
проекте для студентов МИЭТ “ . Под
редакцией В.И. Каракеяна.

10. Л.А. Константинова , Н.М. Ларионов ,
В.М. Писеев

“ Методы и средства обеспечения
безопасности технологических процессов
на предприятиях электронной промышленности
“ .

11 . В.И. Каракеян , В.М.Писеев

“ Методы и средства обеспечения
оптимальных параметров производственной
среды на предприятиях электронной
промышленности “ .

12 Моисеева «Сборник деловых игр по
маркетингу»

Москва : «МИЭТ», 1993

13.Проскуряков А.В., Моисеева Н.К., Анискин
Ю.П.

«Экономика и организация разработок,
освоения и производства изделий
микроэлектроники» Москва: «Высшая
школа» 1987

Низкотемпературная группа

При добавлении в состав металлических композиций в небольших количествах сурьмы значительно увеличивается прочность шовных соединений.

Материал обозначается маркировкой «ПОСсу», имеет температуры плавления от 189 ℃ (у состава со следовым содержанием сурьмы) до 270 ℃ (у припоя с содержанием сурьмы, достигающим 4 %, в некоторых даже 6 %).

Материалы первой подгруппы с концентрацией добавки, измеряющейся в сотых долях процента – это малосурьмянистые марки.

Такие припои применяются в авиа- и автомобилестроении, при производстве холодильного оборудования, пищевой посуды, подлежащей последующему лужению.

Металлические оловянно-свинцовые композиции с концентрацией сурьмы от 1,5 % до 6 % называются сурьмянистыми. Они рекомендованы к применению в электролампах, трубчатых радиаторах, белой жести.

Прибавка сурьмы удешевляет оловянно-свинцовый материал, но спаивание происходит сложнее. Незначительное изменение оловянно-свинцового композита заметно уменьшает смачивающие способности расплава. Работать с этим расходным материалом могут только профессионалы.

Таблица 2. Сурьмянистые припои

Заметно понижает температуру плавления оловянно-свинцовых припоев добавка кадмия. Например, сплав ПОСК-50-18, содержащий от 49 % до 51 % олова, от 17 % до 19 % кадмия имеет температуру плавления 145 ℃.

Это удобное в работе качество, вдвойне приятное тем, что образующиеся швы имеют большую механическую прочность. Оловянно-свинцовые припои с кадмием применяют при работе с металлизированной и керамической продукцией.

Вопрос о применении расходного материала решается с учетом конкретной производственной ситуации.

К оловянно-свинцовым композициям условно можно отнести сплавы, носящие имена ученых-разработчиков. Низкую температуру плавления, всего 94 ℃ имеет эвтектический сплав Розе.

В его составе содержится 50 % висмута. Остальную часть массы приблизительно в равных долях занимают олово и свинец. Материал используется для работы с медью, изготовления элементов автоматики с фиксированной эксплуатационной температурой.

Еще меньшую температуру плавления имеет оловянно-свинцовый припой Вуда. Она равна 68,5 ℃. Материал содержит 50 % висмута, 25 % свинца, а остальную массовую часть поровну составляют олово и кадмий. Применяют при изготовлении датчиков противопожарной сигнализации, прецизионной техники.

Сплав Д, Арсе содержит около 10 % олова, остальные 90 % составляют висмут и свинец в равных долях. Материал имеет температуру плавления 79 ℃. Применяется для спаивания легкоплавких металлов.

Выбор частоты тактового генератора.

Расстояние до ближайшего объекта

Расстояние после дискретизации

где lg
— дискретизированное расстояние

Tc
— период следования тактовых импульсов
на входе счетчиков

n — количество тактовых
импульсов, пришедших на вход счетчиков
между началом и окончанием счета.

Ясно, что

то есть n — наибольшее
целое, не превосходящееtfc.

Дискретизированное расстояние

То есть дискрет расстояния

Накладывая на
наше условие для минимального дискрета
(£0,1м)
мы можем рассчитать наименьшую частоту
следования тактовых импульсов на входе
счетчиков. Т.к.fc=fг,
то

Для работы тактового генератора схемы
мною была выбрана частота fг=8кГц.
Она удовлетворяет условию

Генератор, вырабатывающий эту частоту
можно реализовать с использованием
кварцевого резонатора с резонансной
частотой 32кГц м последующим делением
частоты счетчиком на 4. В моей схеме
выбран кварцевый резонатор с данным
номиналом, т.к. ассортимент резонаторов
с довольно низкой частотой резонанса
невысок, а кварцевый резонатор с частотой
резонанса 32кГц широко используется в
схемах электронных часов, и поэтому он
широко представлен на современном
радиоэлектронном рынке.

Расчет количества счетчиков

Максимально возможное число в счетчиках
должно соответствовать максимальному
расстоянию до отражающего объекта. Эти
две величины можно связать, зная дискрет
расстояния.

где lmax
— максимальное расстояние до
отражающего ультразвук объекта. Согласно
ТЗlmax»5м.

Cmax
— максимальное число в двоичной
форме исчисления, которое может быть в
счетчике.

Итак,
;
то есть

Мною было выбрано Cmax=64.
Это соответствует максимальному
расстояниюlmax=5,12м.

Кроме того, число 64 соответствует двум
каскадно соединенным счетчикам, каждый
из которых делит частоту тактовых
импульсов на 8. В это случае индикатором
достижения зондирующим импульсом края
контролируемой зоны можно считать
сигнал переполнения второго из каскадно
соединенных счетчиков. Это легче
выполнить схемотехнически, т.к.

Принцип работы узид.

Задающий генератор, собранный на
элементах DD1.1 иDD1.2
и кварцевом резонаторе вырабатывает
тактовую частоту, впоследствии делящуюся
счетчикомDD2.1 на 4. Частота
тактового сигнала на выходе блока
генератора равнаfг= 8 кГц.

Схема устроена так, что триггер DD3.1
находится в состоянии логического
“0”, если УЗИД находится в состоянии
прямого счета. Если устройство находится
в состоянии обратного счета, то триггер
переключается в состояние логической
“1”.

Расчет количества счетчиков

1. Приемник выдает сигнал “Прием” на
вход 2 элемента DD4.1

2. Сигнал “Прием” не поступил, но счетчики
DD7 иDD8
переполнились.

Рассмотрим оба этих случая.

Случай 1: возникает, если зондирующий
импульс, излученный устройством встретил
препятствие, отразился от него и,
вернувшись, был обработан схемой
приемника, которая выдала сигнал “Прием”
на вход цифровой части схемы (вход 2
элементаDD4.1). На входе 1
элементаDD4.1 находится
логическая “1”, приходящая с выходатриггераDD3.

1 (устройство
находится в состоянии прямого счета).
Активный уровень сигнала “Прием” —
высокий. Т.к. элемент выполняет функцию
“И-НЕ”, то при приходе высокого уровня
на второй вход, выход элемента переключится
из состояния логической “1” в состояние
логического “0”. Этот логический “0”
по окончании переходного процесса вRC-цепочке, собранной наR20 иC7, придет
на вход 2 элементаDD5.4,
реализующего функцию “ИЛИ-НЕ”.

Рассмотрим часть схемы без этой
RC-цепочки.

УЗИД находится в состоянии прямого
счета. На выходе
триггераDD3.1 находится
логическая “1”. Сигнал “Прием” не
активен (“Прием”=0). Выход элементаDD4.1 находится в состоянии
логической “1”, а выход элементаDD5.4
в состоянии логического ”0”.

Сигнал “Прием” становится активным.
Выход элемента DD4.1 переключается
в состояние логического “0”. Этот
логический “0” подается на вход элементаDD5.4 и начинает переключение
выхода элементаDD5.4 из
состояния логического “0” в состояние
логической “1”. Логическая “1” с выхода
элементаDD5.4 попадает на
вход “Set” триггераDD3.

1,
в результате чего триггер начинает
переключаться из состояния логической
“1” состояние логического “0”. Что в
свою очередь ведет к переключению выхода
элементаDD4.1, а за ним иDD5.4. То есть в схеме
присутствует “гонка сигналов”. Этого-то
мы и избегаем, включая между выходом
элементаDD4.

Итак, на первом входе элемента DD5.4находится логический “0”, обусловленный
резисторомR15. По приходу
логического “0” на вход 2 элементаDD5.4.Он переключится в
состояние логической “1” на своем
выходе. Эта “1” является активным
уровнем сигнала “Вывод”, поступающего
на блок вывода информации. Кроме того,
логическая “1” С выходаDD5.

случай 2: ( сигнал “прием” не поступил.
СчетчикиDD7,DD8 переполнились).СчетчикDD8выставляет логический
0 на своем выходе «Переполнение». При
переполнении счетчиков формируется
сигнал “Переполнение”. Активный уровень
этого сигнала — низкий. С приходом
следующего тактового импульса, который
помимо входов C счетчиков
подается на вход 2 элементаDD6.

3,
выполняющего функцию “ИЛИ-НЕ”,
выход элементаDD6.3 переключится
из состояния логического “0” в состояние
логической “1”. Выход элементаDD6.4,
инвертирующий выход элементаDD6.3,
переключится в состояние логического
“0”. Этот логический “0” приходит на
вход триггераDD3.1. Т.к.
триггерDD3.

1 переключается
по фронту сигнала на своем входеC,
он остается в состоянии “Reset”.CчетчикDD8 из
состояния “все единицы” переходит в
состояние “все нули” и снимает сигнал
переполнение. ЭлементDD6.3снова переключается в состояние
логического “0”, а элементDD6.4
переключается в состояние логической
“1”.

На вход триггераDD3.1
поступает положительный фронт. В
результате данные с входаD
проходят на выходQэтого триггера. Т.к. входD
триггераD3.1 соединен
с выходомэтого же триггера, то при каждом
положительном фронте на входеC
триггер переключается в другое
состояние. В нашем случае триггер из
состояния“Reset”,
соответствующего обратному счету,
переключается в состояние “Set”,
которое соответствует обратному счету.

Формирование сигналов “Излучение” и “Разрешение приема” Сигнал “Излучение”

При переходе триггера DD3.1 из
состояния“Set” в состояние
“Reset” на выходетриггера формируется положительный
фронт. Логическая “1” проходит на вход
элементаDD1.3,выполняющего
функцию инверсии, и останется там до
завершения переходного процесса вRC-цепи, собранной из
элементовR17,C6. Все это
время выход элементаDD1.

3 будет
находиться в состоянии логического “0”
формируя сигнал “Излучение”.RC-цепь
подобрана так, чтобы сигнал “Излучение“
был активен с течением времениt= 22 мкс.За это время блок
излучателя , получив сигнал “Запуск”,
выдаёт 10 периодов колебаний с частотой
37,5 кГц на пьезокерамический преобразователь
. В результате излучается зондирующий
импульс .

При переходе триггера DD3.1 из
состояния“Set” в состояние
“Reset” на выходетриггера формируется положительный
фронт.

Логическая “1” проходит на вход 1
элемента DD5.4,выполняющего функцию « или-не» и
останется там до завершения переходного
процесса вRC-цепи, собранной
из элементовR15,C5.
В течении этого времени логическая
1 на входе 1 элементаDD5.4
будет обуславливать то, что выход
элементаDD5.4
будет находиться в состоянии
логического “0”, запрещая проход сигнала
«Прием» на треггерDD3.1 и
поддерживая сигнал «Вывод» в не активном
состоянии.