Припой электроника

Виды и характеристики припоев

Бывают мягкими (легкоплавкими) и твердыми. Для монтажа радиоаппаратуры используются легкоплавкие, с температурой плавления 300−450 °C. Мягкие припои уступают по прочности твердым, хотя для сборки электроприборов используются как раз они.

Легкоплавкие сплавы — это обычно сплав свинца и олова главным образом. Немного есть легирующих элементов.

Примеси иных металлов вводятся для получения определенных характеристик:

• пластичности;
• температуры плавления;
• прочности;
• устойчивости к коррозии.

Число в обозначении марки говорит о том, сколько процентов олова в нем содержится. Так, у припоя ПОС-40 технические характеристики таковы, что в нем 40% Sn, а ПОС-60 — 60%.

Если марка неизвестна, состав можно оценить по косвенным признакам:

• Температура плавления ПОС — 183−265 °C .
• Если у припоя металлический блеск, значит, в нем достаточно много Sn (ПОС-61, ПОС-90). Если цвет темно-серый, а поверхность матовая, это говорит о высоком содержании свинца, именно он придает сероватый оттенок.
• Припои, содержащие большое количество свинца очень пластичны, а олово придает прочности и жесткости.

Выбор паяльников для радиодеталей

Перед приобретением подходящего для большинства случаев паяльника для радиодеталей необходимо ознакомиться с известными видами этих нагревательных устройств и основными правилами выбора их по мощности.

Пайка радиодеталей – это технологический процесс, при котором могут применяться типовые электрические паяльники, работающие от электросети 220 Вольт. Они же используются при необходимости соединения не слишком толстых медных оголённых проводников. Основной рабочий параметр, в соответствие с которым осуществляется выбор паяльников для радиодеталей – это их мощность, значения которой могут находиться в диапазоне от 24-х до 500 Ватт.

Для пайки микросхем и других миниатюрных деталей из радиоконструктора рекомендуется ограничиваться минимальной мощностью сетевого паяльника в пределах до 24 Ватт.

Другим важным параметром, на который следует ориентироваться при выборе устройства, подключаемого через понижающий трансформатор – это напряжение во вторичной обмотке, являющееся для него питающим.

В соответствие с этим показателем все известные виды паяльных устройств подразделяются на следующие группы:

• USB-паяльники, рассчитанные на напряжение 5 Вольт (8 Ватт) и применяемые для пайки мелких радиоэлементов, микропроцессоров и им подобных чипов;
• миниатюрные изделия, питающиеся от вторичной обмотки с напряжениями 12, 24 и 36 Вольт. Эти паяльные приспособления предназначаются для работы с радиодеталями в опасных и особо опасных условиях, где напряжение 220 Вольт недопустимо по технике безопасности;
• типовые паяльники на 220 Вольт, входящие в состав станций и подключаемые через трансформатор с целью обеспечения электрической развязки.

Различие этих изделий по питающему напряжению, в конечном счёте, сводится к подбору той же мощности, достаточной для производства паяльных работ определённой категории. Так для пайки компонентов типа BGA и SMD следует выбрать либо USB-паяльники, либо образцы изделий, питающиеся от трансформатора 12 Вольт.

В случае пайки электронных плат применяют инфракрасные паяльные станции и специальные паяльные столы с подогревом.

В соответствии с ГОСТ все известные типы паяльных устройств по используемому в них способу нагрева рабочего жала разделяют на следующие категории:

• спиральные (нагрев в них осуществляется посредством провода из нихрома);
• керамические паяльники с нагреваемым поверхностным слоем (без проволоки);
• паяльные устройства, работающие по принципу импульсного нагрева;
• образцы паяльников, оснащённые специальным индуктором.

Спиралевидные системы относятся к наиболее распространенному виду электрических нагревателей; они обеспечивают оптимальное соотношение по показателям цена и качество. При этом они не лишены одного очень существенного недостатка, состоящего в низкой скорости нагрева ножек радиодеталей.

В отличие от них керамические изделия отличаются сравнительно большей стоимостью и достаточно хрупки, но при этом они обеспечивают довольно быстрый нагрев тонкого медного стержня, и отлично подходят для пайки многих видов радиодеталей.

Импульсный же способ питания нагревательного элемента при относительной его дороговизне представляет собой оптимальное решение при необходимости выбора подходящего варианта. Этот метод включения обеспечивает быстрый выход паяльника в рабочий режим и хорошую защищённость его от любых механических воздействий.

Одним из важнейших факторов, обязательно учитываемых при выборе любого паяльника, является его рабочее жало. При всём многообразии возможных форм и размеров этого элемента его выбор во многом определяется индивидуальными предпочтениями пользователя.

Если не принимать в расчёт этот фактор, то для пайки радиодеталей рекомендуется использовать жало со следующими характеристиками:

1. Длина стержня нагревателя не должна быть более 3 миллиметров.
2. В качестве исходного материала для его изготовления предпочтение следует отдавать чистой меди.
3. Лучший вариант при выборе жала – это покрытое слоем алюминия медное основание, не требующее лужения и практически не подверженного обгоранию.

Помимо представленных параметров паяльных стержней они могут отличаться по своей термостойкости. Наиболее стойкие из них способны долго работать в условиях высокотемпературного нагрева. По форме жало может быть прямым или изогнутой формы, причём её вид влияет на удобство работы с паяльником.

Самый удобный вариант при подборе этого элемента – иметь набор стержней различной формы, которые являются сменными и могут регулироваться по длине. Одним из достаточно важных факторов является наличие в паяльной станции функции поддержки уровня температуры (терморегулятора), стабилизирующего накал жала в различных режимах работы.

Заметно упростить работу с паяльным устройством позволит удобная и практичная подставка, а также наличие дополнительных приспособлений, таких как мягкая тряпочка и специальный надфиль для очистки жала.

Использование сплавов оловянно-свинцовой группы

К таким сплавам относятся следующие:

• ПОС-90 содержит в составе: Pb — 10%, Sn — 90%. Используется для ремонта медицинского оборудования и пищевой посуды. Токсичного свинца немного, так как нельзя, чтобы он соприкасался с пищей и водой.
• ПОС-40: Pb — 60%, Sn — 40%. Главным образом используется для пайки электроаппаратуры и изделий из оцинкованного железа, также с его помощью чинят радиаторы, латунные и медные трубопроводы.
• ПОС-30: Sn — 30%, Pb — 70%. Применяется в кабельной промышленности, для пайки и лужения и листового цинка.
• ПОС-61: Pb 39%, Sn 61%. Как с ПОС-60. Нет особой разницы.

С помощью ПОС-61 осуществляется лужение и пайке печатных плат радиоаппаратуры. Это — главный материал для сборки электроники. Плавиться начинает с 183 °C, полное расплавление при 190 °C. Паять с этим припоем можно при помощи обыкновенного паяльника, не боясь того, что радиоэлементы перегреются.

ПОС-30, ПОС-40, ПОС-90 расплавляются при 220−265 °C. Для многих радиоэлектронных элементов эта температура предкритическая. Сборку самодельных электронных устройств осуществлять лучше с ПОС-61, чьим зарубежным аналогом можно считать Sn63Pb37 (где Sn 63%, а Pb 37%). Также с его помощью паяется радиоаппаратура и самодельная электроника.

Припои продаются, как правило, в тюбиках или катушках по 10−100 г. Состав сплава можно прочесть на упаковке, к примеру: Alloy 60/40 («Сплав 60/40» — ПОС-60). Выглядит, как проволока диаметром 0,25−3 мм.

Нередко в его составе находится флюс (FLUX), заполняющий сердцевину проволоки. Содержание указывается в процентах и составляет 1−3,5%. Благодаря этому форм-фактору во время работы отсутствует необходимость подавать флюс отдельно.

Разновидность ПОС — ПОССу представляет собой оловянно-свинцовый сплав c сурьмой, и используется в автомобилестроении, в холодильном оборудовании, для пайки элементов электроаппаратуры, обмоток электромашин, кабельных изделий и моточных деталей; подходит для спаивания оцинкованных деталей. Кроме свинца и олова в сплаве 0,5−2% сурьмы.

Как показывает таблица, ПОССу-61−0,5 больше всего подходит для замены ПОС-61, ведь температура его полного расплавления — 189 °C. Существует также припой совершенно не содержащий свинца, оловянно-сурьмянистый ПОСу 95−5 (Sb 5%, Sn 95%) с температурой плавления 234−240 °C .

Низкотемпературные припои

Есть припои, предназначенные специально для пайки деталей с большой чувствительностью к перегреву. Наиболее «высокотемпературный» среди низкотемпературных — это ПОСК-50−18 с температурой плавления 142−145 °C. В ПОСК-50−18 содержится 8% кадмия, 50% олова и 32% свинца. Кадмий усиливает устойчивость к коррозии, однако наряду с тем придает токсичности.

По убыванию температуры следует РОЗЕ (Sn 25%, Pb 25%, Bi 50%), маркирующийся ПОСВ-50. Т пл. — 90−94 °C. Предназначен для пайки латуни и меди. Олова в составе этого сплава 25%, свинца — 25%, висмута — 50%. Соотношение металлов в процентах может несколько разниться, а количество их, как правило, указывается на упаковке в графе «Состав».

Применяется в плавких защитных предохранителях в радиоаппаратуре.

Еще более низкотемпературный сплав ВУДА (Sn 10%, Cd 10%, Pb 40%, Bi 40%). Т плавления — 65−72 °C. Поскольку в сплаве содержится 10% кадмия, он токсичен, в отличие от РОЗЕ.

И РОЗЕ, и ВУДА — это довольно дорогие припои.

Подбор припоя и флюса

При работе с радиокомпонентами важно выбрать подходящий для пайки припой и флюс, при использовании которых удаётся получить надёжное и прочное контактное соединение. Следует заметить, что при пайке SMD компонентов, монтируемых на плату, и при реболлинге применяют специальные пасты, которые совмещают свойства флюса и припоя. Необходим также трафарет, позволяющий правильно наносить эту пасту на плату.

Припой

В качестве припоя при пайке радиодеталей может применяться обычный (низкотемпературный) сплав, который переходит в жидкое состояние уже при температуре 200 градусов. Самым распространенным образцом этого вида сплавов является припой под обозначением ПОС-61, в котором содержится 60 процентов олова, а остальная часть – свинец. Его точка плавления колеблется в пределах от 183-х до 230-ти градусов.

ПОС-61 поступает в продажу в виде тонкой проволоки, которая наматывается на специальной катушке.

Для пайки мелких деталей удобней пользоваться более тонкой проволокой, которую удаётся легко дозировать; причём наиболее качественным является импортный её вариант. Под эту категорию подходят стандартные катушечные изделия стоимостью от 150 до 200 рублей. Такой типовой катушки с припоем вполне может хватить на год-полтора (при экономном расходовании).

Полезно запастись небольшим количеством так называемого «сплава Розе», температура плавления которого очень низка (не выше 90-100 градусов). Этот сплав может пригодиться при демонтаже радиодеталей, впаянных в любые современные платы.

При проведении пайки из-за термического нагрева ножки деталей окисляются, после чего припой неспособен полностью смачивать их поверхности. Для исключения этого вредного явления следует применять флюсы, способные растворять образующуюся на них оксидную пленку и повышающие качество пайки. Этот эффект широко применяется при такой распространённой процедуре, как лужение. Флюсы выпускают в широком ассортименте, их выбор зависит от спаиваемого металла.

При пайке радиодеталей часто применяют канифоль, которая представляет собой обычную очищенную смолу. По ходу пайки на жало сначала поддевают небольшую порцию припоя, после чего его окунают в канифоль и сразу же переходят непосредственно к пайке (не дожидаясь, пока она испарится). Если отработать технику, то паяльные работы получится выполнять максимально быстро и качественно.

Паяльная паста

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.