«коварство» флюса
Производители паяльных паст как никто другой разбираются в специфике работы с флюсами. Для д-ра Нилса Коппа, представителя компании ELSOLD очевидно, что флюс в пасте дает совершенно разные эффекты — но вначале речь заходит о растворителе, содержащемся во флюсе.
Раньше применяли растворители, которые испарялись довольно быстро. Это обеспечивало высокую скорость отверждения пасты. Сегодня же применяют растворители с высокой точкой кипения, что позволяет сократить образование пузырьков воздуха. «Во-первых, мы удаляем остатки флюса, а во-вторых, медленное испарение позволяет сократить образование газов», поясняет он.
Остальные компоненты флюса, такие как смола, также играют существенную роль: при высоких температурах в смоле появляются трещины, в результате чего образуется газ. Для решения этой задачи применяют химически модифицированные смолы, которые стабильны даже при очень высоких температурах. «Существенное влияние на образование пустот оказывает активность паяльной пасты и само соединение».
Тему химии и флюса продолжает Себастьян Клэрдинг, сервисный инженер компании Pink Thermosysteme (лидера в области производства систем вакуумной пайки для силовой электроники). В качестве альтернативной технологии он предлагает использовать преформы, которые часто применяют в силовой электронике.
«Речь идет о полностью безфлюсовом процессе пайки, который мы реализуем в наших установках в среде муравьиной кислоты». Клэрдинг, однако, тут же добавляет: «Кроме этого, нам необходим активный процесс сокращения пустот. В наших установках это осуществляется посредством вакуума».
Обнаружение пустот
Клаус Цабель, директор компании Asscon затрагивает вопрос обнаружения пустот: «Многие производители приходят в негодование, когда видят свои изделия первый раз в системах рентгеновской инспекции. Большой процент газовых включений заставляет их задуматься о правильности выбора установки пайки».
Но в то же время Цабель замечает: «С тех пор, как человек начал паять, в паяных соединениях существуют пустоты, но, несмотря на это большинство изделий работает превосходно. Это утверждение подходит и для электронных компонентов: они надежны и износостойки даже при наличии пустот.
Но мы не можем требовать от компонентов 100% теоретической производительности». «Мы продолжаем проводить исследования, но, к сожалению, нет возможности сказать, что мы везде обнаружим 27% пустот, которые были найдены после пайки в различных установках, с разными параметрами и паяльными материалами.
«Отчетливо видно, что производство все больше нуждается в использовании оптической инспекции», говорит Олаф Рёмер, директор компании ATEcare. Важнейшим инструментом в процессе нанесения пасты является SPI — автоматическая инспекция нанесения паяльной пасты.
Если бы раньше имелась возможность сравнения элементов, то сегодня техника ушла бы значительно дальше, так как появилась возможность определения структур и объема. Рёмер поясняет: «В установках АОИ мы можем проводить даже измерения 3D.
Это позволяет видеть пузырьки газа даже на выводных (THT) компонентах». Но любая технология имеет свои технологические пределы, и Клаус Цабель плавно переводит тему к рентгеновскому контролю: «Что касается обнаружения пустот, то рентгеновский контроль несомненно стоит на первом месте», говорит он и приводит в доказательство факт:
В условиях современного производственного процесса недостаточно производить только отбраковку плат: оптические системы выполняют лишь функцию индикатора процесса. Знать процент пустот — это одна сторона медали, другая же сторона — знать точное их месторасположение с тем, чтобы определить какие «винтики» нужно подкрутить в процессе нанесения пасты.
В качестве примера возьмем BGA-микросхемы: «Содержание пустот в моем шарике BGA составляет 8-10% и теперь я хочу узнать, где они точно располагаются: Может быть они на контактной площадке или где-нибудь в другом месте?
У Рёмера есть примеры, когда заказчики приходят, чтобы обсудить стоимость АОИ, но просят проверить посредством рентгена принесенные с собой изделия: «Иногда просто из чистого интереса. Мы все едины во мнении, что в паяных соединениях всегда есть пустоты, но чаще задается вопрос, где они находятся и насколько они большие.
При этом шла речь о 5-ти или 10-ти % пустот, замечает он, но никак, не о таком высоком их содержании: «В этом случае действительно ситуация становится критичной, так как много заказчиков совершенно не осведомлены об этом». Оптический контроль показывает, что все хорошо. «Рентгеновский контроль обнаруживает то, что ранее было скрыто и недоступно: качество соединения особенно важно, когда изделия работают при высоком напряжении, что особенно часто встречается в области автомобильной промышленности».
Производители электроники часами пытаются подобрать правильный профиль пайки, но это становится все сложнее. Себастьян Клэрдинг, представитель компании PINK не мог оставить этот вопрос в стороне: «Согласно последним разработкам в области силовой электроники наблюдается тенденция к увеличению плотности мощности и частоты переключения силовых модулей на основе карбида кремния или нитрида галлия».
Процесс пайки должен идти в ногу с новейшими технологиями: «Внедрение процесса низкотемпературного спекания серебряного порошка (sinter- технология) является решением проблемы появления пустот». Данный аргумент не остался без внимания со стороны д-ра Ханса Беля из компании REHM:
«Необходимо разделять понятия. Вы правы: в процессе спекания образуются ’кратеры’, также как и во время пайки, но основная наша проблема — это пустоты. Очень важно сделать на этом акцент». Появление дефектов в виде кратеров неизбежно при пайке с бессвинцовыми припоями.
Дело в том, что на поверхности шва постоянно образуются усадочные кратеры, что придает ей матовость. Когда мы осуществляем спекание — образуются кратеры, но ни в коем случае не пустоты. Себастьян Клэрдинг возражает: «Повлиять на процесс образования кратеров в процессе пайки — реально.
Ханс Бель соглашается: «Действительно, существуют вещи, на которые мы можем повлиять».
Общие факторы образования пустот
Несомненно, необходимо фиксировать при каких параметрах процесса образуются пустоты, а при каких — нет. Причиной может являться и сама печатная плата. «В стандарте IPC 610 представлен перечень различных пустот, среди которых есть микропустоты или Киркендалловы пустоты…», продолжает д-р Ханс Бель, компания REHM:
«В нем описаны дефекты, причины которых кроются не в паяльной пасте или трафаретной печати, а в поверхности самой печатной платы. Этот фактор действительно нужно принимать всерьез. Мы можем изготовить хорошую вакуумную печь, но если заказчик использует плохие материалы, существенной пользы установка не принесет, это как «пятое колесо в телеге».
С этим мнением соглашается Клаус Цабель, директор компании Asscon Systemtechnik-Elektronik: «Для сокращения количества пустот производственная линия и целый цех должны быть переведены на качественно другой уровень. Но я также хотел затронуть вопрос, обсуждать который до темы пайки в вакууме было бы немного несправедливо. Я имею в виду неправильную конструкцию печатной платы».
Эти слова можно продемонстрировать следующим примером. На теплоотводной поверхности силового модуля очень часто выполняют переходные отверстия, чтобы добиться соединения с внутренним слоем. По причине экономии заказчики отказываются от использования заглушек.
Вследствие этого в отверстиях, под действием капиллярных сил, припой мигрирует на другие места печатной платы — как раз туда, где его ни в коем случае не должно быть, поэтому Цабель утверждает: «Говоря о теме разводки печатных плат, мы приобрели уже достаточный опыт, чтобы смело утверждать — с заказчиком требуется немалая предварительная работа.
Обязательно нужно представить полную картину возможных проблем и разъяснить, что недостаточно просто потратить больше денег на установку и тогда будет все хорошо. Вернее было бы вложить больше средств в реорганизацию производства, а также в опытно-конструкторские разработки, чтобы на выходе получить полностью отлаженный процесс».
Касаясь темы проектирования, Йенс Кашке из компании ASM, говорит: «Не только в случаях образования пустот, но и в целом при изготовлении электронных модулей бывает так, что приходится подстраиваться под топологический чертеж, когда разумнее было бы, пойти вместе с разработчиком на производство и указать ему с какими сложностями сталкиваешься при производстве спроектированного им изделия».
Д-р Андреас Райнхар коснулся темы стандартов IPC: «В самом последнем издании стандарта оценка присутствия пустот в паяных соединениях BGA была повышена на 30%: с одной стороны может сложиться чувство, что требования становятся все жестче и жестче, но с другой стороны в отношении допуска количества пустот данный стандарт довольно щедр».
Он выражает свое недовольство и продолжает: «Хочу только подчеркнуть, что нельзя наобум устанавливать границы, которые будут подходить для всего печатного узла». Гораздо разумнее учитывать особенности всех компонентов отдельно. «Если превышены установленные допуски работы микросхемы, это будет представлять угрозу надежности этого компонента, а значит и изделия в целом».
Пайка для «чайников». выбор инструмента и советы
Пишу пост прежде всего для новичков — тех, кто только собирается научиться паять, либо попробовал, и получилось «не очень». В том числе для рукодельниц и рукодельников, которые (пока что) не замахиваются на ремонт и разработку электроники. Как следствие — здесь не будет страшного текста про заземление, фен, паяльную пасту и реболлинг. Не будет про высокотемпературные припои. И только самый минимум информации про электричество. Зато хочу рассказать про выбор инструмента, типичные проблемы начинающих и маленькие хитрости. Всё пишу из личного опыта.
Набор из инструментов и материалов для более-менее комфортной пайки включает в себя:
Паяльник, конечно же. В паяльнике важны две составляющие: регулировка температуры и удобное жало. Едва ли не все начинающие берут себе дешман-паяльник без регулировок и с единственным жалом-конусом, а затем мучаются, прилепляя к проводам «сопли» из припоя. Паяльник перегревается, жало не хочет держать припой, припой мгновенно окисляется. Если и вы пошли этим путём, у меня есть хорошая новость: дешёвый паяльник можно доработать до приличного состояния. Но об этом ниже.
Припой. Самый распространённый имеет марку ПОС-61, что означает: припой оловянно-свинцовый с содержанием олова 61%. Свинец — металл токсичный, поэтому стоит принимать разумные меры предосторожности: не есть во время пайки, а после работы мыть руки. И вряд ли стоит паять таким припоем украшения, которые будут носиться на теле. Есть бессвинцовые припои, у них более высокая температура плавления и паять ими немного труднее. Кстати, практически вся электронная промышленность перешла на бессвинцовку из-за требований по экологии.
Ещё припой бывает как с добавлением канифоли, так и без неё, и разной толщины. Самый ходовой — тонкий, с канифолью внутри.
Заказывать припой у китайцев не советую, это лотерея. Хитрые производители научились делать начало и конец катушки из сплава разного качества, и внутренние витки могут состоять едва ли не из чистого свинца. Начинаешь паять — всё хорошо, 5 звёзд продавцу. Но счастье в этом случае длится недолго.
Канифоль. Классика жанра, поэтому пусть будет. Но я ею практически не пользуюсь.
Флюс ЛТИ-120, либо жидкий спиртоканифольный флюс. Флакон лучше с кисточкой. Это вещь! Заменяет твёрдую канифоль, сделан на её основе, однако гораздо удобнее в применении. Основное достоинство: намазывается непосредственно на место пайки и поэтому не выгорает, пока вы несёте паяльник. ЛТИ-120 является более активным флюсом, чем (спирто-)канифоль. Это значит, что с ним паять легче. Но из-за этого ЛТИ очень желательно смывать спиртом после пайки, а канифоль и спиртоканифоль — нет. При пайке точной электроники смывать ЛТИ строго обязательно. И вообще, промывать место пайки — хорошая привычка.
Изопропиловый спирт во флаконе с капельницей/дозатором и ватные палочки. Можно использовать медицинский (этиловый) спирт, если он для вас более доступен. Спирт — очень полезная вещь в хозяйстве. Им можно обезжиривать поверхности, отмывать капли не застывшей эпоксидной смолы или масляной краски, смывать перманентный маркер, отмывать собачьи лапы от еловой смолы, готовить дезинфицирующий раствор против «короны». В общем, универсальная штука. Флакон на фото я не раз уже заправлял из большой банки. В контексте пайки спирт используется и для первичной очистки, и для отмывки места уже сделанной пайки от нагара и остатков флюса.
Зажим «третья рука». Паять без «третьей руки» можно, но очень неудобно. Дешёвую «третью руку» (как на фото) рекомендую сразу доработать. Во-первых, проклеиваем основания «крокодилов», чтобы они не разболтались и не слетели. Я использовал эпоксидный клей. Во-вторых, на губки надеваем кусочки термоусадки и термоусаживаем горелкой/зажигалкой.
Хирургический зажим (карцанг). Желательно — с самыми тонкими губками. На фото толстоват, хотя, смотря что паять. Прямые или изогнутые губки — на ваш выбор. В большинстве случаев заменяет пинцет, плюс его можно зафиксировать в зажатом состоянии. Очень удобная вещь! Вместо или в дополнение к зажиму рекомендую хороший пинцет с тонкими кончиками, которые хорошо смыкаются, не вихляют и имеют плоскую внутреннюю поверхность. Но очень не советую брать дешманские пинцеты из серии «5 штук за 100 рублей». Сделаны из сплава фольги с картоном, не держат ни-че-го! Маникюрные пинцеты тоже плохо подходят: губки не очень ровные и часто «гуляют» друг относительно друга.
1. Пинцет из сплава фольги с картоном.
2. Маникюрный пинцет.
3. Зажим (карцанг).
4. Нормальный пинцет для тонких работ.
Губка для чистки паяльника. Специальная! Губка для посуды не подойдёт! Перед работой её нужно намочить и отжать. Об неё в процессе работы можно вытирать нагар, и держать жало паяльника в чистоте.
Маленькие бокорезы (кусачки). Мне больше нравятся именно такой конструкции, с тонкими острыми губками.
Оплётку для выпаивания. Это плетёнка из тонкой меди, пропитанная канифолью. Набирает на себя припой (лудится). Тем самым, упрощает демонтаж (выпаивание). Использованная, т.е. пропитанная припоем оплётка может помочь залудить какую-нибудь поверхность.
Инструмент для зачистки проводов. Китайский с фото вполне работает. Можно выбрать что-нибудь подороже, но инструмент должен соответствовать толщине зачищаемого провода. Иначе либо не зачистит, либо перекусит.
Макетный нож. Кстати, лезвия для макетников не все одинаково хороши. Большинство — тупые изначально, и предназначены только для офисной бумаги. А какие-то выполнены из калёной стали и легко режут даже плотный ковролин.
Подробнее про паяльник.
Паять, конечно, можно и гвоздём на газовой зажигалке. Но удовольствие это сомнительное. Рассмотрим главные, на мой взгляд, признаки хорошего паяльника.
Контроль температуры. Паяльники без регулировок склонны перегреваться. В этом случае припой на жале моментально покрывается плёнкой окислов, плохо липнет в месту пайки и превращается в «сопли». Поэтому все более-менее хорошие паяльники имеют регулировку, датчик температуры в жале, и умеют поддерживать более-менее постоянную температуру. Есть паяльники с простой «крутилкой» без градуировки, а есть — с цифровым управлением, умеющие отображать текущую температуру в градусах.
Даже если у вас паяльник примитивный и без регулировок, ещё не всё потеряно. Идём в электротовары и покупаем диммер (регулятор яркости) для обычных ламп накаливания, подключаем паяльник через него. Регулируя мощность нагревателя, можно подобрать комфортную температуру жала. Внимание: мощность диммера должна соответствовать мощность паяльника. Паяльник мощностью 20Вт может не запуститься с диммером, требующим мощность нагрузки от 40Вт. А может запуститься, если вывести регулировку сначала на максимум, и затем на нужный уровень.
Если диммера тоже нет, а паять надо, можно на время остужать жало, макнув в твёрдую канифоль. Если жало делает «ПШ-Ш-Ш» и выпускает клубы дыма, а канифоль в месте контакта вскипает — значит, оно было перегрето. Если дым от канифоли идёт струйкой, значит с температурой всё более-менее в порядке.
Жало. Ищите паяльник, к которому продаются запасные жала различной формы. Сейчас почему-то все паяльники продаются с жалом-конусом (иголкой). Почему — я так и не понял, ибо паять конусом мне некомфортно: припой набирается на боковую поверхность, контроль за каплей припоя слабый, при этом тонкий «носик» конуса практически не смачивается припоем и мешается, упираясь в окружающие элементы. На мой взгляд, самой удобной и универсальной является форма «скошенный конус» и «скошенный цилиндр», т.е. жало, имеющее на конце овальную плоскую площадку.
На фото, сверху вниз:
1. Удобное для меня жало формы «Скошенный конус».
2. Жало «Скошенный цилиндр» со слегка скруглённым концом. Не впечатлило.
3. Комплектное жало-иголка. Попытался было переточить, не получилось.
4. Жало-конус от самого дешманского паяла.
Советские паяльники оснащались медным жалом, сейчас же в моде не обгорающие («вечные») жала. Достоинства меди: хорошо передаёт нагрев, хорошо прилипает припой, легко придавать форму напильником. Но медное жало «разъедается» припоем, и его периодически приходится править напильником. В итоге оно со временем укорачивается. Не обгорающее жало может служить годами, если соблюдать несколько правил. Во-первых, постараться не использовать его с активными флюсами или для плавки (резки) пластика. Во-вторых, не «жарить» постоянно на максимальной температуре. В-третьих, очевидно, не стачивать его напильником/наждаком, т.к. не обгорающий слой может быть ограничен по толщине. В самом дешёвом паяльнике может быть вставлено не обгарающее жало-конус и затянуто винтом. Хороший вариант — найти медную проволоку подходящей толщины, и из неё нарезать медных жал. Их можно сделать с запасом и заточить под любую удобную для вас форму. Будьте внимательны, под видом медного провода сейчас можно встретить омеднённый алюминий. На фото — несколько удобных самодельных жал из медного провода. К слову: сплав меди и олова — это бронза.
Хозяйке на заметку: в медном жале в процессе его эксплуатации образуется ямка. Если при правке жала на напильнике её не заравнивать до ровной плоскости, и оставить небольшое углубление, то может получиться даже удобнее, чем ровная плоскость. Углубление хорошо держит каплю припоя и по-умному называется «микроволна».
Итак. Дешёвый паяльник можно сделать весьма комфортным в работе, если докупить к нему диммер, выкинуть «не обгорающее» родное жало-конус и наделать из толстого медного провода жал удобной вам формы.
Теперь о процессе.
Минутка химии и физики. Как известно, большинство металлов на воздухе окисляются. То есть металл соединяется с кислородом воздуха и образуется оксид. Оксиды имеют более высокую температуру плавления, чем не окисленный металл, и гораздо хуже переносят тепло. Причём, чем выше температура, процесс окисления идёт быстрее. В частности, расплавленный припой, оставленный на паяльнике, довольно быстро покрывается плёнкой окислов. Плёнка эта находится в твёрдом (не расплавленном) состоянии, и сильно препятствует нормальной пайке. Если каплю припоя пошевелить или потыкать, то видно, что она оказывается как бы в мешочке. Одна из основных функций флюсов (той же канифоли) — это препятствовать образованию окислов. Канифоль окисляется активнее, чем металл, и в разогретом виде может отбирать кислород у оксидов. Оксид вновь превращается в жидкий металл, а канифоль — в пахучий дым и в чёрный нагар на жале. Когда канифоль с жала вся израсходуется, плёнка оксидов возникает вновь. На перегретом паяльнике канифоль расходуется практически моментально, а «мешочек» образуется буквально за секунду, из-за этого паять таким паяльником сложно. Получается даже парадокс: перегретый паяльник хуже прогревает объект пайки из-за плёнки окислов. Плёнку окислов можно снимать не только флюсом, но и механически, вытирая разогретое жало об губку или другой подходящий материал.
Кроме того, окислы на паяемом металле тоже препятствуют прилипанию припоя. Если медь тёмная, её перед пайкой крайне желательно зачистить до блеска. Другой способ справиться с окислами на объекте пайки — это применение активных флюсов, в частности, паяльной кислоты. Паять с кислотой легче, но она, во-первых, испускает едкий дым. Во-вторых, разъедает жало, что особенно важно при использовании дорогой «необгорайки». И, в-третьих, требует обязательной промывки места пайки, т.к. со временем сделанная пайка может развалиться. К слову, алюминий тоже можно паять, но на воздухе он моментально покрывается тонкой плёнкой окислов. Для противодействия окислению применяются специальные флюсы.
Флюсы. Это вещества или составы, облегчающие пайку или плавку металла. Паяльные флюсы бывают различными по консистенции: твёрдыми (например, канифоль), жидкими (примеры: спиртоканифоль, ЛТИ-120) или гелеобразными. Жидкий или гелеобразный флюс наносится непосредственно на место пайки, а значит, он не обгорит, пока вы несёте паяльник от баночки с флюсом к месту пайки. Твёрдый флюс в баночке (ту же канифоль) можно использовать для лужения (покрытия слоем припоя) проводов и самого жала паяльника.
Кроме того, флюсы отличаются по химической активности, электропроводности и, как следствие, необходимости отмывки после работы. И я встречал случаи неправильной маркировки производителем: флюс, который заявляется, как безотмывочный, на самом деле весьма неплохо проводит электричество.
Функции флюса при пайке:
1. Смазка. Помогает формироваться аккуратным шарикам припоя и не «прикипать» к поверхностям, которые не паяются.
2. Очистка паяемой поверхности от окислов и грязи, защита от окисления в процессе.
3. Защита припоя от окисления, убирание плёнки окислов с припоя.
Профессионалы советуют не набирать припой на жало, а прикасаться проволочкой припоя к месту пайки одновременно с паяльником. Плюс такого метода: и быстрее, если паять нужно много всего сразу, и канифоль в проволочке припоя попадёт на место пайки в свежем виде. Можно даже не пользоваться дополнительными флюсами. Но. Этот приём требует свободных обеих рук, однако часто одной рукой держим, второй паяем.
Передача тепла — это то, что нужно и понимать, и прочувствовать на своём опыте. Чтобы припой стал жидким, его нужно разогреть. Чтобы припой был жидким в месте пайки, нужно разогреть место пайки до температуры плавления припоя. Это очевидно. Но если мы паяем массивный, по сравнению с жалом, объект, то разогреть его может быть непросто. Во-первых, металлы очень хорошо передают тепло. Во-вторых, тепло накапливают (имеют теплоёмкость). И, наконец, отдают тепло вовне. В итоге, даже используя мощный паяльник, можно столкнуться с непрогревом места пайки. Например, печатные платы мощной электроники проектируются так, чтобы хорошо отводить и рассеивать тепло. Как можно победить непрогрев:
1. Набрать на жало капельку припоя и нанести флюс на место пайки. «Сухое» жало передаёт тепло плохо.
2. Греть дольше; ждать, пока прогреется. Но рядом с местом пайки могут располагаться детали, которые нельзя перегревать.
3. Банально — увеличить температуру паяльника. В некоторых случаях помогает, но риск перегрева и повреждений окружающих элементов выше, и, кроме того, окислы на паяльнике могут мешать передаче тепла.
4. Поставить жало потолще и покороче, подходящее по размеру. Способность проводить тепло — одна из важнейших характеристик жала.
5. Подогреть объект пайки дополнительно. В бытовых условиях, в частности, можно прогреть градусов до 100 на перевёрнутом утюге, и на нём же выполнять пайку.
6. Пойти на хитрость: использовать легкоплавкий припой. И об этом поподробнее.
Содержащий свинец припой плавится легче бессвинцового. Промышленная пайка по экологическим причинам практически вся сейчас выполняется бессвинцовым припоем, разогреть который паяльником бывает сложновато. Но можно набрать на паяльник каплю обычного ПОС-61 и «поелозить» им в точке пайки, после чего уже весь припой становится жидким, поскольку разбавляется легкоплавким. Можно пойти дальше и использовать ещё более легкоплавкий состав. В частности, сплав Розе плавится при менее, чем 100 градусах Цельсия. Удобно! Но за удобство приходится платить легкоплавкостью результатов труда. Если изделие в процессе использования будет нагреваться, то такая пайка может развалиться сама по себе. Внимание: оставшийся на жале паяльника или в местах пайки сплав может привести к сюрпризам в будущем, сделав последующие пайки также легкоплавкими. Крайне нежелательно его использовать для ремонта заметно греющейся электроники: видеокарт, смартфонов, светодиодного освещения и т.д. И за злоупотребление розе можно огрести «пару ласковых» от профессионалов.
Кроме того, важна передача тепла от нагревателя к жалу. У меня был опыт, когда керамический нагреватель слегка болтался внутри жала. Паять было сложновато. Несколько слоёв медной фольги решили проблему.
Бывает, что припой после застывания оказывается матовым, а не красивым-блестящим. Почему так происходит? Во-первых, неправильный температурный режим и плёнка окислов. Во-вторых, состав самого припоя. Сюрприз, но это может зависеть от состава припоя, не все припои застывают в красивые глянцевые капли.
FAQ по основным явно заметным проблемам пайки (пайка не получается)
1. Жало не держит припой. При попытке набрать припой на жало, он скатывается каплями на стол. Прогреть место пайки почти не получается. Причина: жало не залужено. Нужно очистить жало, с помощью припоя и канифоли заново залудить. Если проблема часто повторяется, значит, жало перегрето.
2. Припой не держится на объекте пайки. Причина: плёнка окислов (либо лак) на объекте пайки. Да, встречается медь, покрытая бесцветным лаком. Например, провод наушников. Нужна либо механическая очистка, либо использование активного флюса.
3. Припой в месте пайки моментально застывает неаккуратными «соплями», плавится медленно и с явным трудом, паяльник слегка липнет. Причина: теплопередача от паяльника недостаточна.
4. При пайки образуются «сопли», шипы из припоя. Место пайки выглядит неаккуратно. Причина: нехватка флюса, плёнка окислов на припое.
Не очевидные «косяки» новичков (пайка получается некачественная или портится со временем):
1. Непропай. Паяное соединение держится на флюсе в роли клея. С электрическим контактом и надёжностью беда.
2. Злоупотребление активным флюсом. Он может разъедать пайку со временем, при работе разъедает «вечные» жала.
3. Неотмытый флюс. Если это канифоль — ничего страшного, кроме внешнего вида. Иные флюсы люто проводят электричество или разъедают (см. выше) пайку.
4. Сплав Розе. Да, с ним удобно, но пайка становится легкоплавкой.
5. Перегрев чувствительных к нагреву элементов. Печатная плата может расслоиться, пластиковый разъём может деформироваться, а электроника — выйти из строя.
6. Избыток припоя, который куда-то бодро уходит в процессе пайки. Может привести к сюрпризам в собираемой электрической схеме.
Припои
Основная заслуга в образовании прочных и термоустойчивых соединений при высокотемпературной пайке принадлежит меди. Она не только входит практически во все твердые припои, но в большинстве из них выполняет главную роль, являясь основой припоев.
Иногда используют в качестве припоя и технически чистую медь. Однако гораздо чаще используют пайку медными припоями, представляющими собой соединения меди с другими металлами — цинком, серебром, кремнием, оловом и пр. Каждый из этих элементов вносит свою лепту в технологические свойства припоев. Почти все они снижают температуру плавления (у чистой меди она составляет 1083°C).
При высокотемпературной пайке используются медно-цинковые, медно-фосфорные, серебряные припои и латуни.
Медно-цинковые припои. Существует большое количество медно-цинковых припоев (ПМЦ-35, ПМЦ-39, ПМЦ-50, ПМЦ-54, ПМЦ-57 и пр.). Цифры указывают процентное содержание меди. Их используют для пайки бронзы, меди, стали. Недостатком чисто медно-цинковых материалов является плохая работа в условиях ударных, вибрационных и изгибающих нагрузок.
Чтобы убрать или снизить этот недостаток используют легирование их другими металлами (например, латуни можно рассматривать как легированные медно-цинковые припои). Легированные медно-цинковые припои используются, в частности, при пайке твердосплавных резцов.
Медно-фосфорные припои. Медно-фосфорные припои (ПМФ-7, ПМФ-9, ПМФОЦр-6-4-0,03) представляют собой сплав меди с фосфором. Следующая за буквами цифра указывает на процентное содержание фосфора. Припой ПМФОЦр-6-4-0.03, кроме меди и фосфора, содержит олово и цирконий.
Медно-фосфорные припои относятся к среднеплавким (700-850°C), обладают высокой текучестью и хорошей коррозионной устойчивостью к агрессивным средам. Используются для пайки меди и ее сплавов (бронзы, латуни, мельхиора). Можно их использовать и в качестве заменителя серебряных припоев при ремонте ювелирных изделий.
Пайка сталей и чугуна медными припоями, содержащими фосфор, не применяется из-за повышенной хрупкости соединения и его неспособности переносить ударные, вибрационные и изгибающие нагрузки. Это вызвано образованием по границе шва пленки фосфитов.
Отличительную особенность медно-фосфорных припоев является то, что они являются самофлюсующимися. При пайке ими медных изделий, применение флюса не обязательно.
Латуни. Широкое распространение в качестве припоев получили латуни, которые являются сплавом меди с цинком. Латуни Л62 и ЛОК-62-06-04 дают прочные паяные соединения. ЛОК-62-06-04 отличается от Л62 наличием олова и кремния, обеспечивающих более высокие технологические свойства припоя.
Серебряные припои. Серебро является отличным материалом для пайки. Серебряным припоям, которые представляют собой в основном сплав серебра с медью и цинком, принадлежит первое место по растеканию, смачиваемости, прочности и антикоррозионности.
Припои на основе серебра обозначаются буквами ПСр (ПСр-15, ПСр-25, ПСр-45, ПСр-65, ПСр-70). Марки ПСр-15 и ПСр-25 используются для пайки не очень ответственных деталей. Если требуется получить особо качественное соединение, используют припой ПСр-45, имеющий 45% серебра, 30% меди и 25% цинка.
Серебряными припоями можно паять практически любой металл — медь и ее сплавы, серебро, стали и пр. Однако в силу их дороговизны пайку серебряными припоями применяют только там, где это экономически целесообразно, в частности, для соединения нержавеющих сталей, относящихся к разряду труднопаяемых и требующих припоев, обладающих хорошей смачиваемостью и позволяющих избежать коррозии, которая может возникнуть в спае.
Процесс трафаретной печати под прицелом
Ссылаясь на тему дискуссии «Пайка без пустот» д-р Ханс Бель, представитель REHM (мировой лидер в области производства печей оплавления) затронул тему трафаретной печати: «Одним из результатов исследования стало доказательство уменьшения пустот при увеличении объема паяльной пасты на поверхностях соединений кремниевых ИС, MOP-транзисторов и QFN».
Такого же мнения придерживается Йенс Катшке, менеджер по продукту компании ASM Assembly Systems (один из крупнейших производителей высокоскоростных автоматов установки компонентов): «С помощью конструкции трафарета мы можем влиять на процесс нанесения паяльной пасты, тем самым открывая возможность уменьшить количество пузырьков газа».
Он также акцентирует внимание на другом аспекте нанесения паяльной пасты: «Очень важным моментом является регулярная отмывка трафарета с нижней стороны, она должна быть точно настроена и работать без отказов». Немаловажным фактором является выбор и самих материалов, поэтому Йенс предупреждает:
Важность отмывки трафарета подтверждает Торстен Фегелан, менеджер по продуктам компании Ekra (один из крупнейших производителей трафаретных принтеров): «Сегодня мы применяем жидкости для отмывки, которые состоят больше из воды, чем из растворителя.
Торстен Фегелан обращает внимание на трафареты, изготовленные с использованием плазменной обработки. «Экспериментально мы можем доказать, что трафареты с плазменной обработкой с нижней стороны сохнут гораздо хуже, чем трафареты, произведенные без нее.
Зачастую специалисты в процессе производства не обращают на это внимания, но потом удивляются, почему результаты оказались хуже ожидаемых, ведь мы же применяли дорогие и высококачественные трафареты. Оказывается, что здесь важную роль играет поверхностное натяжение».
Гаральд Грумм, представитель компании Christian Koenen, являющейся новатором в области применения плазменной обработки для производства трафаретов, не может не отметить: «Основной задачей плазменной обработки является снижение способности трафарета впитывать влагу.
В результате такой обработки поверхность трафарета становится гидрофобной. Это существенно усложняет процесс сушки. Просто нужно учитывать этот факт при установке параметров отмывки трафарета». Всегда нужно следить за тем, чтобы трафарет был действительно хорошо просушен.
«Это касается не только трафаретов с плазменной обработкой, но и обычных трафаретов, так как все, что остается на нижней стороне трафарета, рано или поздно окажется на поверхности изделия. Высококачественная отмывка трафарета важна не только в отношении минимизации пустот, но также имеет большое значение для всего процесса сборки».
Сварка
Рассмотрим, как осуществляется трубная пайка меди и своими руками:
- Любая технология подразумевает подготовку трубы. Вам понадобится обрезать коммуникацию до нужного размера и обработать концы фаскоснимателем. Это нужно для того, чтобы следующий элемент при соединении не повредился и получилось максимально жесткое сцепление деталей;
- На край трубы из меди наносится флюс для пайки, его же намазывают на фитинг или другую трубу. После нужно аккуратно вставить коммуникации друг в друга. Если распайка производится самофлюсующимся припоем или электродом, то флюс можно не использовать;
- В стык вставляется выбранный припой. Нужно отметить, что если используется паста, то её нужно наносить после флюса. Под воздействием определенной температуры вещество начнет плавиться, заполняя собой свободное пространство в трубе. Очень важный момент: на припой нельзя воздействовать прямым огнем, он должен расплавиться только от тепла разогретой трубы;
Фото — пайка с припоем - Если используется лужение, то флюс и припой наносятся очень тонким слоем, иначе в противном случае, на месте пайки образуется некрасивый объемный шов. Если осуществляется ремонт замков или радиодеталей (usb, контактов), то это может нарушить процесс работы элемента;
- После окончания нагрева инструмент убирается. В этот момент трубу нельзя двигать – соединение еще слишком пластичное, при повороте металлических отводов можно повредить крепление. Остывают медные трубы естественным путем;
- Остается только удалить остатки припоя или флюса щеткой, абразивной бумагой или кистью. Место стыка не рекомендуется переохлаждать первые сутки, когда процесс застывания металла не завершен. Фото — после зачистки
Купить все необходимые инструменты, которыми производится пайка бронзы или меди, можно в любом электрическом магазине, цена зависит от категории. Горелки стоят от 3 долларов до нескольких десятков, стоимость припоя начинается от 5 у. е., флюса – от 3.
