Тугоплавкие и легкоплавкие
Припои для пайки подразделяются на тугоплавкие и легкоплавкие. Еще их называют твердые и мягкие. Все виды припоев широко используются в машиностроении, электротехнике, электронике.
Твердые припои применяют, когда необходимо достичь большой прочности соединения. Наверно, такие соединения можно было бы назвать конструктивными. Температура плавления их достигает 500 ℃ и выше.
https://www.youtube.com/watch?v=Ep2ZdI4z2YQ
Такая температура опасна для большинства компонентов электронных схем, особенно для полупроводниковых приборов и ограничивает их применение, поэтому для пайки используют другие сплавы – легкоплавкие.
Их получают добавлением в олово большего количества свинца. Все легкоплавкие припои имеют температуру плавления около 200 – 240 ℃.
Пайка медно фосфорным припоем
Пайка медно-фосфорным припоем обходится на порядок дешевле по сравнению с серебро-содержащими припоями (приблизительно в 25 раз), что является несомненным преимуществом. Этим почти всё сказано, если соблюдаются технические условия: отсутствие механических ударов и вибрации. В отношении холодильных агрегатов и систем кондиционирования эти условия можно считать выполнимыми, если паянные соединения не выполняются в непосредственной близости от основного источника вибрации — компрессора. Хотя для большинства современных моделей компрессоров этот фактор не столь существенен.
Медно-фосфористый припой обладает высокой жидкотекучестью, затекая в стык соединяемых деталей создаёт прочное и герметичное соединение. При этом используются газо-пламенные нагреватели — горелки газовые с температурой горения газа не менее 1300 градусов Цельсия.
Пайка медных газовых труб холодильников и кондиционеров осуществляется твердосплавными припоями, в отличии от медных труб отопления и водоснабжения, при пайке которых допустимо использовать мягкосплавные на основе олова. Твердые припои обеспечивают необходимую прочность соединений при повышенном давлении газов (хладагентов).
Поэтому оптимальный припой для пайки медных труб — это медно-фосфористый припой. Он как нельзя лучше подходит для пайки медных труб фреоновых систем — как по техническим требованиям (выдерживает высокое давление) так и по требованиям экономичности (минимизации издержек). Их можно использовать в качестве заменителя серебряного припоя при ремонте холодильников и холодильных агрегатов, а также при ремонте или монтаже кондиционеров и систем кондиционирования.
Они обеспечивают более выгодное сочетание цены и качества при сохранении прочностных характеристик паянных соединений в достаточных пределах. Обладают хорошей жидкотекучестью и низкой температурой плавления. Не вредны для здоровья, поскольку в них отсутствую такие материалы как свинец, кадмий или сурьма.
С температурой плавления менее 200 градусов
Существуют и припои с очень низкой температурой плавления. Это, например, ПОСК-50-18. Из маркировки следует, что олова в этом припое 50% и 18% кадмия, свинца – 32%.
Такой припой плавится при температуре 142 – 145 ℃. Он очень пластичен, но из-за содержания кадмия, токсичен.
Еще одним примером таких легкоплавких припоев служит ПОСВ-50 (у него есть название Розе). Здесь число 50 указывает на содержание висмута в количестве 50%, а олово и свинец присутствуют в составе в равных долях – по 25%.
Температура плавления припоя 90 – 94 ℃. Эти два продукта для пайки выпускаются чаще всего в форме, напоминающей по виду и по размеру таблетки. Третий сплав Вуда, содержит олово в количестве 10%, свинец – 40%, висмут – 40%, кадмий – 10%.
Его температура плавления не превышает значения 72°С. Из-за наличия в своем составе кадмия, он токсичен. Сплавы Розе и Вуда довольно дороги.
Для пайки полупроводников очень часто используют индиевые припои, так как температура плавления их около 117 ℃. В таком сплаве индий выступает вместо олова, а свинец также добавляется, чтобы смягчить его и сделать его более текучим.
Некоторыми индиевыми припоями допускается паять стекло. При этом кромки последнего перед пайкой просто натираются пастой.
Оловянно-свинцовые
В зависимости от состава сплавов, точнее, от процентного содержания компонентов, образуются и названия марок припоев.
Например, ПОС-30. Буквами сокращенно обозначается химический состав – припой оловянно-свинцовый, а число обозначает процентное количество олова в составе – 30%.
Сплавы с содержанием олова и свинца, как правило, относятся к легкоплавким припоям для пайки.
Наиболее распространены следующие марки:
- ПОС-90. Используется тогда, когда присутствие свинца нежелательно. Это могут быть различные машины и механизмы, предназначенные для пищевой промышленности, отраслей сельского хозяйства. Свинец при соединении с некоторыми химическими элементами и на воздухе выделяет ядовитые испарения, вредные для здоровья живых организмов.
- ПОС-60. Универсальный припой. Он широко используется для пайки из-за сочетания его хороших прочностных характеристик и температуры, к которой лояльны радиоэлементы.
- ПОС-40. Он применяется для пайки изделий из оцинкованного железа. Используется при ремонте отопительных приборов, труб.
- ПОС-30. Такая марка используется для лужения, то есть для нанесения слоя олова на поверхность с целью придать последней антикоррозионные свойства.
Свинец придает сплаву мягкость и текучесть, пайка происходит проще. Пруток с большим содержанием свинца (более 30%) можно легко согнуть, тогда как чистый оловянный только с большим трудом.
Содержащие сурьму
Для уменьшения степени окисления сплава в жидком состоянии и придания пайке лучшего вида, в состав его вводят сурьму. Согласно ГОСТ 21930-76 все оловянно-свинцовые припои для пайки в зависимости от химического состава классифицируются на:
- безсурьмянистые;
- малосурьмянистые, с содержанием сурьмы до 0,5 %;
- сурьмянистые, содержащие более 0,5% сурьмы.
Этот же ГОСТ определяет и области преимущественного использования каждой марки.
Таблица 1. Химический состав припоев
| Химический состав, % | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Марка припоя | Код ОКП | Основные компоненты | ||||
| Олово | Сурьма | Кадмий | Медь | Свинец | ||
| Бессурьмянистые | ||||||
| ПОС 90 | 17 2311 1100 04 | 89-91 | — | — | — | Остальное то же |
| ПОС 63 | 17 2312 0100 | 62,5-63,5 | — | — | — | « |
| ПОС 61 | 17 2312 1100 10 | 59-61 | — | — | — | « |
| ПОС 40 | 17 2314 1100 00 | 39-41 | — | — | — | « |
| ПОС30 | 17 2321 1100 09 | 29-31 | — | — | — | « |
| ПОС 10 | 17 2326 1100 06 | 9-10 | — | — | — | « |
| ПОС 61М | 17 2312 1200 07 | 59-61 | — | — | 1,2-2,0 | « |
| ПОСК 50-18 | 17 2313 1200 02 | 49-51 | — | 17-19 | — | « |
| ПОСК 2-18 | 17 2343 1100 09 | 1,8-2,3 | — | 17,5-18,5 | — | « |
| Малосурьмянистые | ||||||
| ПОССу 61-0,5 | 17 2312 1400 01 | 59-61 | — | — | — | Остальное то же |
| ПОССу 50-0,5 | 17 2313 1100 05 | 49-51 | — | — | — | « |
| ПОССу 40-0,5 | 17 2314 1200 08 | 39-41 | — | — | — | « |
| ПОССу 35-0,5 | 17 2315 1200 03 | 34-36 | 0,05-0,5 | — | — | « |
| ПОССу 30-0,5 | 17 2321 1200 06 | 29-31 | — | — | — | « |
| ПОССу 25-0,5 | 17 2322 1200 01 | 24-26 | — | — | — | « |
| ПОССу 18-0,5 | 17 2323 1100 10 | 17-18 | — | — | — | « |
| Сурьмянистые | ||||||
| ПОСу 95-5 | 17 2311 1200 01 | Ост. | 4,0-5,0 | — | — | — |
| ПОССу 40-2 | 17 2314 1300 05 | 39-41 | 1,5-2,0 | — | — | Остально то же |
| ПОССу 35-2 | 17 2315 1300 00 | 34-36 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ОССу 30-2 | 17 2321 1300 03 | 29-31 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 25-2 | 17 2322 1300 09 | 24-26 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 18-2 | 17 2323 1200 07 | 17-18 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 15-2 | 17 2324 1100 05 | 14-15 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 10-2 | 17 2326 1200 03 | 9-10 | 1,5-2,0 | — | — | « |
| ПОССу 8-3 | 17 2326 1300 00 | 7-8 | 2,0-3,0 | — | — | « |
| ПОССу 5-1 | 17 2327 1100 01 | 4-5 | 0,5-0,1 | — | — | « |
| ПОССу 4-6 | 17 2327 1200 09 | 3-4 | 5,0-6,0 | — | — | « |
| ПОССу 4-4 | 17 2327 1300 06 | 3-4 | 3,0-4,0 | — | — | « |
Иностранные марки
Существуют и составы иностранного производства. Маркируются они по-разному, но в марке можно определить состав сплава. В качестве примера можно привести сплав Sb62Pb36Ag2, производимый американской компанией «Indium corporation».
В его составе 62% олова, 36% свинца и 2% серебра. Серебро в состав очень часто добавляют, чтобы увеличить текучесть после того, как припой расплавился.
Еще одним примером можно назвать продукт, производимый канадской компанией «UNIVERSALPRIBOR». Маркировка его SN62/36/2 NC. Это материал в виде пасты и из маркировки следует, что состав его: 62% олова, 36% свинца, 2% серебра. NC (No Clean – безотмывочный) означает, что шарики припоя находятся внутри геля из флюса.
Форма выпуска
Припой выпускается в различных формах. Первоначально, на заводе, это чушки. В обозначении марки тогда добавляется буква Ч. Например Ч ПОС-40. ГОСТ 21930-76 определяет форму и размер чушек для каждого материала и вида.
В розничную продажу припой для пайки поступает в прутках диаметром 8 мм, в виде паяльной проволоки, намотанной на катушке или свернутой в спираль и уложенной в пластиковой тубе.
Очень часто паяльная проволока представляет собой трубку из оловянно-свинцового сплава, внутри которой находится флюс – вещество, способствующее повышению качества пайки.
Флюс разрушает оксидную пленку на спаиваемых деталях и препятствует дальнейшему окислению спаянного стыка во время его охлаждения.
Нередко в качестве флюса используется канифоль – продукт перегонки сосновой смолы-живицы. Она плавится при температуре 68 ℃, в обычных условиях твердая, хрупкая, имеет жёлтый цвет.
Пасты для микросхем
Выпускается припой и в виде паяльной пасты. Она представляет собой пластичную массу, состоящую из флюса и вяжущего вещества, в которой содержится множество мельчайших шариков оловянно-свинцового припоя с флюсом.
Такие пасты используются для пайки по трафаретам, то есть когда использование обычных способов пайки невозможно из-за небольших размеров компонентов.
Это могут быть микросхемы, компоненты в BGA-корпусах. Пасты наносятся на выводы шпателем и расплавляются феном или инфракрасным паяльником.
Ввиду того, что паяльные пасты быстро высыхают, их хранение должно осуществляться в специальных, герметично закрывающихся тубах.
Для восстановления BGA-корпусов, то есть обновления на их выводах шариков припоя, еще называемого реболингом, производится припой в шариках. Он может быть как оловянно-свинцовым, так и безсвинцовым.
Это высококачественный чистый продукт, с очень точным химическим составом.
Шарики хранятся в банках плотно закрытыми при температуре 20 – 30 ℃ и влажности не более 60-70 %. Срок хранения такого припоя, как правило, не более 12 месяцев. Используется для пайки ответственных компонентов.
Изготовление своими руками
При наличии в достаточном количестве олова и свинца, можно сделать припой самостоятельно. Чтобы выдержать пропорции, можно взвесить необходимое количества свинца и олова на обычных кухонных весах, обязательно используя какую-нибудь подложку.
Свинец ядовит, поэтому его остатков на весах быть не должно. По этой же причине при работе необходимо организовать хорошую вентиляцию помещения, использовать защитные очки и перчатки, а при необходимости и респиратор.
Чтобы взвесить нужное количество материалов, достаточно знать их плотность. У олова она – 7,30 г/см³, у свинца – 11,35 г/см³. Составив нехитрую пропорцию, можно определить количество для разного состава сплавов.
Непосредственно для приготовления сплава можно использовать стальную емкость небольшого размера. В ней нужно довести до температуры плавления свинец с оловом.
После того, как они примут жидкое состояние, необходимо стальной ложкой снять верхний слой. Это – шлак, образующийся при соединении с кислородом воздуха.
Затем необходимо аккуратно, но тщательно перемешать два металла и вылить в форму из какого-либо тугоплавкого материала. Для этого могут подойти формы, изготовленные из гипса или из жести.
Такой состав можно с успехом использовать при монтаже электронных схем, пайке проводов и кабелей, соединении медных или латунных труб.
