Каким припоем паять микросхемы?

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.

Другие виды пайки

С радиолюбительскими припоями все предельно понятно, но ведь иногда требуется и более массивные детали паять. Особенно сложно работать с латунными элементами, так как при пайке образуется на металле оксидная пленка. А еще испаряется цинк во время прогрева, так как латунь содержит большое количество этого металла.

Чтобы спаять латунь марки Л-63, вам необходимо применить флюс, в состав которого входит потная кислота и хлористый цинк. Механической прочности очень высокой не добиться. Если сравнивать с пайкой меди, то прочность у латуни окажется вдвое меньшей. Во многом это связано с тем, что швы имеют пористую структуру.

Причем поры образуются при любом способе пайки, как под высокой температурой, так и под низкой. Нередко применяется пайка латуни в газовой среде (при условии, что перед началом работ было проведено флюсование). Допускается не использовать флюс, если на поверхности латуни имеется слой никеля или меди.

В соляной ванне при температуре 850 градусов можно проводить пайку латунных элементов. Главное — в соляной раствор добавить немного флюса, в составе которого присутствует фторобат калия. Флюса должно быть примерно 4-5% от общей массы соляного раствора. Необходим флюс для того, чтобы припой как можно лучше проникал в зазор между соединяемыми деталями.

Латунь, богатая медью, спаивается следующими припоями:

1. ПСр-72.
2. ПСр-40.
3. ПСр-45.
4. ПСр-25.
5. ПСр-12.

Латунь, у которой низкая температура плавления, нуждается в использовании следующих припоев для пайки:

1. ПМЦ-36.
2. ПМЦ-48.
3. ПМЦ-54.
4. Припой медно фосфорный.

Для пайки латуни, в которой большое процентное содержание цинка, применяют марку припоя ПСр-40.

Если при эксплуатации элементов, которые подвергаются спайке, не возникает динамических и вибрационных нагрузок, то допускается применять припой ПМЦ-48 и ПМЦ-36.

Различных моделей припоев от разнообразных производителей, основное назначения которых заключается в работе с контактами микросхемы, очень много. Можно отдельно выделить пару отечественных моделей популярных в нашем государстве. Одной их таких является припой для микросхем ПОС 61. Его химический состав очень разнообразен и выглядит следующим образом (значения указаны в процентном соотношении):

• Sn – 61;
• Pb – 38.5;
• Fe – 0.02;
• Bi – 0.01;
• Sb – 0.05;
• Ni – 0.02;
• S – 0.02.

Такой набор элементов в химическом составе расходного присадочного материала позволяет ему обрести следующие физически свойства и механические характеристики:

• вещество начинает подвергаться процессу плавления при достижении температурной отметки равной 189 градусов по Цельсию;
• плотность наплавленного припоя на один квадратный сантиметр равна примерно восьми с половиной граммам;
• материал способен удлинятся относительно самого себя примерно на 45-47%;
• ударная вязкость материала равна 3,9 килограмм на один квадратный сантиметр площади наплавленного вещества.

Этот несложный состав обеспечивает припою следующие технические характеристики:

• вещество начинает подвергаться плавлению при достижении температурной отметки в 183 градуса по Цельсию;
• плотность наплавленного припоя на один кубический метр равняется десяти килограммам;
• припой способен удлиняться относительно самого себя почти на шестьдесят процентов.

При покупке той или иной модели припоя стоит учитывать, что пайка микросхем имеет некоторые различия относительно работ с изделиями более большого размера. Для работы маленькими контактами нужно использовать небольшой паяльник с острым жалом плоской формы. Рабочая мощность ни в коем случае не должна превышать температурную отметку плавления расходного материала. Для улучшения качества итогового результата работы в обязательном порядке нужно использовать флюс в большом количестве.

Самое главное отличие паяния микросхем от работ с другими изделиями является то, что любая микросхема нуждается в очистке излишков расходного материала после выполнения работ. Это следует выполнять для того, чтобы во время работы микросхемы исключить шанс возникновения возможного короткого замыкания. Этот процесс выполняется с помощью медной оплетки, это также одна из особенностей, которая требует проведения работ при невысоких температурах.

• Начинающие монтажники касаются места пайки только кончиком жала паяльника. При этом к месту пайки подводится
  недостаточно тепла. Опытный монтажник обладает чувством оптимальной теплопередачи. Он прикладывает жало
  паяльника таким образом, чтобы между ним и местом пайки образовалась как можно большая площадь контакта.
  Кроме того, он очень быстро вводит между жалом и деталью немного припоя в качестве теплопроводника.
• Начинающие монтажники расплавляет немного припоя и с некоторой задержкой подводит его к месту пайки. При
  этом часть флюса испаряется, припой не имеет защитного слоя и на нем образуется оксидная пленка. Профессионал,
  напротив, всегда касается места пайки одновременно паяльником и припоем. При этом место пайки обволакивается
  каплей чистого расплава еще до того, как флюс успеет испариться.
• Начинающие монтажники часто не уверены, не перегрето ли место припоя. Они слишком рано отводят жало паяльника
  от места пайки, затем вынуждены опять подводить его для подогрева, вновь отводят, и т.д. Результатом является
  серое место пайки с неровными границами, так как соединяемые детали были нагреты недостаточно сильно, а сам
  процесс длился слишком долго и колофоний успел испариться. Мастер, напротив, нагревает место пайки быстро и
  интенсивно и завершает процесс резко и окончательно. Он вознаграждает себя гладкой, отливающей серебром
  поверхностью припоя, в которой отражается его сияющая физиономия…

Пайка радиодеталей в платину требует меньших усилий, чем соединение свободных проводов, так как отверстия в плате
служат хорошим фиксатором припаиваемой детали. Однако, и здесь результат зависит от опыта и удачи. Первая схема
или первый проект, собираемый на макетной плате, скорее всего, завершится крахом еще на первых пропаянных
точках, которые будут выглядеть так, как будто это сплошной проводник… Однако, после нескольких упражнений
каждое соединение будет выглядеть все лучше и лучше.

Если жало паяльника имеет оптимальную температуру, весь процесс продолжается не более одной секунды. И после
небольшой практики все точки пайки начнут походить друг на друга как две капли воды.

По информации: radiopartal.tut.su

Флюсы для пайки алюминия

Технические характеристики припоя ПОС-90

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.

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.

Наиболее популярные модели припоев для пайки микросхем

• Паяемые поверхности очищают от загрязнений, коррозионных корок и т.п.
• Зачищают до блеска, т.е. до отсутствия видимых следов окислов;
• Покрывают флюсом – веществом, удаляющим остатки окисла и не допускающим окисления поверхностей в дальнейшем процессе. Для флюсовки под лужение предпочтительно использовать не жидкие или твердые флюсы, а флюс-пасты;
• Затем поверхности лудят – наносят на них расплавленный припой (специально предназначенный для пайки сплав), он при этом растекается тонкой пленкой и химически соединяется с основным металлом;
• Детали предварительно соединяют механически: скруткой, сжатием пинцетом, пассатижами, в тисках, струбциной и пр.
• Наносят еще флюс, чтобы не допустить окисления припоя под нагревом;
• Наносят с прогревом еще припой (возможно, уже другой) до получения спая заданного качества;
• Если пайка велась паяльником с луженым жалом (см. ниже), по ее окончании его очищают и покрывают неактивным флюсом. Чтобы пайки были качественными, обычный паяльник должен храниться с зафлюсованным жалом!

Далее мы рассмотрим подробнее операции ключевые, на которые следует обратить особое внимание, чтобы научиться паять как следует.

Скрутки проводов

Прежде чем паять провода, их нужно правильно скрутить. Основные виды скруток проводов для пайки показаны на рис. У каждого из них свое предназначение:

• Бандажными скрутками соединяют жесткие (толстые одножильные) токоведущие провода, т.е. по которым передается электрическая мощность. Особенно – провода наружныее. Бандажное соединение обеспечивает достаточный электрический контакт даже при непропае или перегреве окислившегося спая.
• Желобковые скрутки делают на проводах в легкоплавкой изоляции (простой ПВХ, полиэтилен), когда необходимо полное растекание припоя при минимальном прогреве. Греют желобковые скрутки только по желобку.
• Простыми скрутками можно соединять как одножильные, так и многожильные только что зачищенные от изоляции (блестящие) провода.
• Простая последовательная скрутка, т. наз. прямая британская, или просто британка, применима для соединения токоведущих проводов гибких кабелей сечением до 1,4 кв. мм, не испытывающих регулярных больших механических нагрузок, напр. электрических удлинителей или времянок.

Электрические провода, испытывающие регулярные и/или постоянные механические нагрузки, должны быть обязательно многожильными. Скручивают их, как показано внизу на рис: концы разметливают, «метлы» вдвигают друг в друга и скручивают по-британски. Паяют легкоплавким припоем повышенной прочности, напр. ПОСК-50 (см. ниже) с активированным флюсом, не требующим удаления остатков, также см. ниже.

Параллельные (тупиковые) скрутки проводов сечением свыше 0,7 кв. мм желательно паять погружением в расплавленный припой, см. далее. В противном случае придется греть или долго, или слишком мощным паяльником, отчего изоляция ползет, а флюс преждевременно выкипает.

Прочие виды пайки, осуществимые дома

Тупиковые скрутки толстых проводов (см. выше) паяют погружением в футорку – ванночку с расплавленным припоем. Когда-то футорку грели паяльной лампой (поз. 2а), но ныне это дикость первобытная: электрофуторка, или паяльная ванна (поз. 2) дешевле, безопаснее и дает лучшее качество пайки. Скрутку в футорку вводят сквозь слой кипящего флюса, подаваемого на припой после его расплавления и прогрева до рабочей температуры.

Простейший флюс в данном случае – порошок канифоли, но она скоро выкипает и еще быстрее пригорает. Лучше флюсовать футорку бурой, а если паяльная ванна используется для оцинковки мелких деталей, то это единственно возможный вариант. В таком случае максимальная температура футорки должна быть не ниже 500 градусов Цельсия, т.к. цинк плавится при 440.

Наконец, массивную медь в изделиях, напр. трубы, паяют высокотемпературной пайкой в пламени. В нем всегда есть несгоревшие частицы, жадно поглощающие кислород, поэтому пламя обладает, как говорят химики, восстановительными свойствами: снимает остаточный окисел и не дает образоваться новому. На поз. 3 видно, как пламя специальной паяльной горелки буквально выдувает все ненужное из зоны пайки.

Ручная высокотемпературная пайка в пламени

Высокотемпературную пайку ведут, см. рис. справа, равномерно потирая с нажимом зону пайки 1 палочкой твердого припоя 2. Пламя горелки 3 должно следовать за припоем, чтобы горячее пятно не оказалось на воздухе. Предварительно зону пайки греют, пока не пойдут цвета побежалости. К луженой твердым припоем поверхности можно припаять что-то еще припоем мягким как обычно. Подробнее о пайке в пламени см. далее, когда дело дойдет до труб.

Курьезно, но в некоторых источниках паяльную горелку обзывают паяльной станцией. Ну, рерайт есть рерайт, что с него возьмешь. На самом деле настольная паяльная станция (см. след. рис.) – оборудование для тонких паяльных работ: с микрочипами и др., где недопустим перегрев, растекание припоя куда не надо и пр. огрехи.

Настольные паяльные станции

В любительских условиях, во-первых, нет особого смысла лудить все токоведущие дорожки, если устройство работает на частотах до 40-50 МГц. В промышленном производстве платы лудят низкотемпературными способами, напр. напылением или гальваническим. Прогрев дорожек паяльником по всей длине ухудшит их сцепление с основой и увеличит вероятность отслоения.

Пайка радиоэлектронных компонент на печатную плату

Затем, взгляните на нечто безобразное слева на след. рис. За такой брак и в недоброй памяти советском МЭПе (министерстве электронной промышленности) монтажников разжаловали в грузчики или подсобники. Дело даже не во внешнем виде или перерасходе дорогого припоя, а, во-первых, в том, что за время остывания этих блямб перегрелись и монтажные площадки, и детали.

Неправильно и правильно распаянные печатные платы

Паечные наплывы на печатных платах должны быть округлыми гладкими высотой не более 0,7 диаметра монтажной площадки, см. справа на рис. Кончики выводов должны немного выступать из наплывов. Кстати, плата полностью самодельная. Есть способ в домашних условиях сделать печатный монтаж таким же точным и четким, как фабричный, да еще и вывести там надписи, какие хочется. Белые пятнышки – блики от лака при фотосъемке.

Наплывы вогнутые и тем более сморщенные – тоже брак. Просто вогнутый наплыв значит, что припоя недостаточно, а морщинистый, кроме того, что в пайку проник воздух. Если собранное устройство не работает и есть подозрение на непропай, смотрите в первую очередь такие места.

Чем и как лудить/паять?

Устройство и разновидности электропаяльников с медным луженым жалом

Если не предполагается работ с микрочипами (телефоны, планшеты, компьютеры) и пайки стали толщиной более 0,5-0,6 мм, можно обойтись комплектом из паяльников на 25 Вт (поз. 3а) и 60-65 Вт, поз. 3 б. Вдруг возникнет необходимость паять металлопрофили с толщиной стенок до 3-4 мм и/или толстый стальной лист, потребуется радиаторный паяльник-«топор» на 300-400 Вт, поз. 4.

Жала паяльников малой мощности (поз. 2а, 2б, 3а, 3б) изначально не прокованы и потому довольно быстро окисляются (подгорают). Чтобы повысить их стойкость, а заодно и отформовать нужным образом, вынутый из паяльника стержень проковывают слесарным молотком на наковальне настольных тисков. «Ширкать» его надфилем после этого нет нужды, да и не надо, чтобы не стереть наружный уплотненный слой меди. После проковки жало сразу же покрывают активированным флюсом.

Теперь понадобится твердая канифоль и мягкий, достаточно тугоплавкий припой (см. далее): ПОС-10, ПОС-30 или ПОС-40. Стержень паяльника вставляют на место, фиксируют, если есть винт-фиксатор, и включают паяльник в сеть. По мере выкипания флюса при прогреве жало погружают в канифоль, чтобы не оголялось.

Пока мы готовили паяльник, флюс на паечных поверхностях сделал свое дело: под его слоем они чистые, можно лудить. Здесь критическим пунктом будет толщина деталей:

• Менее 1/8 диаметра стержня паяльника – прогреются насквозь до температуры плавления припоя менее чем за 7 с. Флюс не успеет выкипеть.
• Более 1/6 той же величины – прогреются более чем за 10 с, флюс выкипит, детали оголятся и окислятся.
• 1/8-1/6 диаметра стержня – нужно, чаще всего основываясь на собственном опыте, лудить легкоплавким припоем под высококипящим флюсом. Или воспользоваться паяльником помощнее.

В первом случае на жало набирают каплю припоя, переносят на паяемую поверхность, и, если:

1. Провод тонкий – легко, без нажима, двигают по оголенному концу жалом с одной и затем с противоположной стороны, пока припой не растечется. Провод держат кончиком вниз. Стекшую туда каплю излишка припоя снимают паяльником.
2. Провод толстый – жало двигают по спирали взад-вперед.
3. Плоская тонкая длинная деталь – припой наносят на конец и двигают жало вдоль. Когда за жалом покажутся незалуженные края детали, наносят на недолуженный участок еще флюса, набирают другую каплю припоя и продолжают лужение.
4. Длинная более широкая деталь – то же, что и в пред. случае, но жало ведут змейкой.
5. Широкая деталь – жало двигают по спирали от центра в краям.

Для лужения толстых деталей берут ниточный припой с флюсом, т. наз. гарпиус: это тонкая гибкая трубочка из фольги припоя, в просвете которой порошкообразная канифоль. Лужение начинают с края длинных или с середины широких деталей. Конец гарпиуса прикладывают к месту начала лужения, греют паяльником, пока не растечется.

Подбор припоя и флюса

Теперь пришло время точно подобрать рабочий припой и флюс к нему, т.к. пайка, в отличие от полуды, должна не только крепко сцепляться с основным металлом, но и сама быть прочной. Сводка сведений о припоях и флюсах широкого применения из старого справочника дана на рис. Применительно к нынешнему времени к ней остается добавить не так уж много.

Характеристики припоев и флюсов широкого применения

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.

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?