Припой какой лучше: Какой припой выбрать? – самые полезные статьи в интернет-магазине радиодеталей и радиоэлектроники Electronoff
alexxlab | 10.05.2023 | 0 | Разное
Припой припою рознь, или Несколько слов о флюсах / Хабр
Общаясь сейчас со связистами на предмет «сообщите, кому какой припой нужен», получил достаточно типовой ответ — «хороший, чтобы всё паял». Углублённое обсуждение вопроса вынесло на поверхность несколько запомнившихся людям торговых марок — в первую очередь Asahi — но и только. Про флюсы и их различия сказано ничего не было.
Спектр задач по пайке при этом у связистов простирается от антенно-фидерного хозяйства (кабели, разъёмы), через аксессуары (зарядки, гарнитуры) и до ремонта собственно радиоаппаратуры (SMD-компоненты).
В связи с этим я не только провёл краткий ликбез и показал пару табличек, но и хочу написать про это здесь, чтобы потом было удобно давать ссылку 🙂
Итак: какие бывают флюсы в припоях, что лучше — ORL0 или ROM1 (я проверил гуглем, обе аббревиатуры на Хабре встречались 0 раз), где искать эту информацию и зачем вообще это надо.
Как известно, припой для радиомонтажных работ бывает проволокой или трубчатый — с флюсом внутри.
Второй намного удобнее в большинстве случаев, так как требует меньше операций для работы (при хорошем флюсе предварительно чем-либо смазывать паяемые поверхности вообще не требуется), лучше смачивает спаиваемое соединение, более толерантен к передержке и перегреву места пайки, и так далее.
Вместе с тем, флюсы в припоях — как и вне припоев — очень существенно различаются по своим свойствам, простираясь от обычной канифоли до пригодных для лужения кастрюль агрессивных составов. И мало того, что магазины — но и производители ширпотребных припоев часто вообще не указывают, что именно за флюс они применяют (впрочем, обычно это оказывается просто канифоль, как самая дешёвая).
Между тем, нас на практике интересуют по сути только две характеристики флюса: наличие остатков и агрессивность. По крайней мере, если рассматривать только обычные оловяно-свинцовые или оловяно-медно-серебряные припои для пайки РЭА, а не специфических металлов и сплавов типа алюминия.
Наличие остатков определяет вид места пайки после, собственно, её завершения. Идеальный флюс оставляет после себя полностью прозрачный или слегка желтоватый остаток, который — даже без отмывки — минимально портит внешний вид места пайки. Флюс похуже оставляет после себя коричневый, хорошо заметный остаток, который очень хочется так или иначе отчистить.
Наличие остатков и их цвет зависит от базового материала флюса.
Агрессивность определяет, насколько хорошо флюс помогает паять не идеально чистые поверхности — то есть покрытые тем или иным слоем окислов — без предварительной механической зачистки. С другой стороны, агрессивный остаток, не отчищенный с платы после пайки, может вызвать коррозию дорожек и выводов (особенно при работе устройства в среде с высокой температурой и влажностью), а также уменьшить сопротивление между соседними выводами, вплоть до фатальных сбоев устройства.
Агрессивность определяется содержанием во флюсе галогенов (фтора и брома).
Чтобы быстро понять, куда применяется тот или иной флюс, человечество разработало довольно удобную 4-символьною систему обозначений:
(c) Stannol GmbH, https://www.soselectronic.com/a_info/resource/pdf/ine/Fluxes_EN.pdfПервые две буквы означают базовый материал флюса, то есть, дают нам примерное понимание количества и качества остатков.
RO — rosin — канифоль. Та самая, тёплая и ламповая, по сию пору остаётся основным базовым материалом для флюсов. Увы, даёт тот самый характерный коричневый остаток.
RE — resin — смола. Сюда относятся натуральные смолы (канифоль же — не смола, а получаемый из неё продукт).
OR — organic — синтетическая органическая основа. Вторая по популярности основа флюсов, и большое её преимущество — отсутствие тёмного остатка после пайки.
IN — inorganic — синтетическая неорганическая основа.
Третья буква означает класс активности флюса: от низкой (L) через среднюю (M) к высокой (H).
Четвёртый символ — для разнообразия, цифра — означает содержание галогенов. 0 — отсутствуют, 1 — присутствуют в количестве, определяемом классом активности (до 0,5 % в L, от 0,5 до 2 % в M, более 2 % в H).
Практические последствия высокой активности с точки зрения применимости флюса также несложно пояснить:
(c) Stannol GmbH, https://www.soselectronic.com/a_info/resource/pdf/ine/Fluxes_EN.pdfФлюсы класса L не вызывают коррозии и проходят тест на минимальное сопротивление более 100 МОм даже без отмывки их после пайки. Их можно использовать без последующей отмывки.
Флюсы класса M могут вызвать незначительную коррозию места пайки, но по-прежнему проходят 100-МОм тест. Их желательно смывать с платы после пайки.
Флюсы класса H вызывают серьёзную коррозию и без отмывки не проходят тест на сопротивление. Их необходимо смывать с платы после пайки.
Что из этого на практике мы можем встретить в магазинах?
ROL0
Большинство дешёвых припоев не имеют внятной (или никакой вообще) сопроводительной документации относительно используемого флюса, но обычно это просто канифоль — что, очевидно, относит их к классу ROL0.
К таковым, например, относятся распространённые, недорогие и в целом вполне приличные отечественные припои ООО «ПМП».
Официальное указание на класс ROL0 из отечественных припоев имеет, например,«Изагри» с флюсом ФВК 525-2-T1 (обратите внимание, у «Изагри» именно последняя цифра в маркировке определяет активность флюса!).
Из зарубежных — широко известны припои Asahi с флюсами FC5000 и FC5005 (если вам интересна разница, то первый допускает низкотемпературную пайку от 270 °С, а второй только для 320 °С и выше), а также Felder ISO-Core EL (не путать с ISO-Core ELR) и Stannol HF32-SMD.
Эти припои хорошо паяют только чистые поверхности (более-менее свежее лужение, иммерсионное золочение и т.п.), кроме того, после них остаётся некрасивый коричневатый остаток подгоревшей канифоли.
Замечу, что хороший припой в этой категории уже будет отличаться от плохого: так, Asahi, Stannol и Felder в пайке ощутимо превосходят продукцию ПМП, подозреваю, из-за наличия в их флюсе дополнительных присадок.
Между собой, впрочем, они тоже отличаются — у Felder содержание флюса аж 3,5 %, у Asahi 2,0 %, у Stannol всего 1,0 %.
ORL0
Перестановка букв даёт нам припои с флюсом без канифоли — к таковым на российском рынке относятся «Изагри» ФР 544-2-Т1, а также припои Felder серии ISO-Core ELR.
Скажу честно — ISO-Core ELR однозначно является моим любимым припоем для ручной пайки вот уже много лет, вытеснив в этом качестве Asahi FC5005. Во-первых, в нём физически мало флюса, всего 1 %, соответственно, немного и остатков. Во-вторых, он обеспечивает великолепную паяемость чистых поверхностей. В-третьих, не оставляет чёрных горелых остатков.
ROL1 и ORL1
Встречаются довольно редко — например, теоретически есть «Изагри» ФРК 525-2-Т4 с активированной канифолью с добавлением галогенов, но практически в руках его держать не доводилось.
Впрочем, производители второго эшелона довольно часто указывают в качестве флюса «activated rosin» — что это значит и к какому классу относится, ROL1 или уже ROM, остаётся только гадать (а также не брать эти припои ни для чего, кроме ёлочных гирлянд и одноразовых поделок в радиокружке).
ROM0
Встречаются нечасто, хотя весьма интересны для пайки выводных компонентов, разъёмов и т.п. деталей на платах в не очень хорошем состоянии — так как, с одной стороны, имеют активность выше припоев категории L, а с другой, не требуют отмывки и не содержат галогенов.
Тем не менее, при некотором желании найти можно, например, «Изагри» выпускает модель ФРК 525-2-Т2, а Asahi — припой с флюсом HF-532.
ROM1
Хороший вариант для проводов, разъёмов, контактов и прочих крупных элементов, которые некритичны к отмывке слабокоррозионного флюса, абсолютно некритичны к сопротивлению этого флюса, но зато часто бывают в той или иной степени окисленными и сопротивляющимися пайки.
Паять же платы флюсами группы **M1 в принципе можно, но не нужно — такая степень окисления, чтобы не справился **L0, на живых печатных платах встречается редко.
К этой группе из встречающегося в продаже относятся, например, Felder ISO-Core RA — характерные зелёные катушечки, в отличие от синих ELR.
ROh2
Агрессивные флюсы для лужения кастрюль пайки сильно окисленных поверхностей. Высокое содержание галогенов, тщательная отмывка после пайки крайне желательна или строго обязательна (зависит от конкретного флюса) — иначе будет и коррозия, и пониженное до единиц мегаом сопротивление между соседними ножками компонентов, и все прочие прелести жизни.
Исходя из этого — если говорить прямо, применение ROh2 обосновано довольно редко. При этом ROh2 — чуть ли не на втором месте по распространённости в розничной продаже после дешёвых канифольных ROL0. Например, Asahi CF-10 составляет большую часть ассортимента Чип-и-Дипа по этой марке. Да и сегодняшняя беседа со связистами началась со ссылки на CF-10 на Алиэкспресс. Причиной тому цена или впечатление «да он вообще всё паяет» у начинающих радиогубителей — сходу сказать трудно.
С тем же CF-10 делает припои и «Изагри», и многочисленные китайцы.
Спасает CF-10 в основном довольно низкая коррозионная активность флюса после пайки: у него твёрдые негигроскопичные остатки, не склонные вступать в химические реакции с окружением.
Тем не менее, если вы паяли CF-10 печатную плату, лучше будет протереть места пайки растворителем или помыть всю плату в УЗ-ванночке.
Помимо CF-10, Asahi делает ещё и водосмываемый ROh2 флюс C6. И казалось бы, виден его очевидный плюс — собственно заключающийся в отсутствии необходимости использовать для смывания изопропиловый спирт или иные специальные растворители. Однако, если с CF-10 производитель настаивает на том, что даже его остатки удалять не всегда обязательно, то вот C6 гигроскопичен и электропроводящ, поэтому тщательное удаление его остатков категорически необходимо — включая механическое, если это требуется. В качестве его достоинства указывается, что это допустимо сделать «в течение нескольких часов после завершения монтажа», а не немедленно.
TL;DR
для пайки SMD-компонентов и сложных печатных плат — флюсы категории ROL0 и ORL0. Если надо дёшево — то можно взять припои «ПМП» с канифолью, если есть средства — Stannol HF32-SMD, Asahi FC5005, Felder ISO-Core EL, а ещё лучше — Felder ISO-Core ELR.
для пайки печатных плат и компонентов в не очень хорошем состоянии — флюсы категории ROM0 и ROM1. Felder ISO-Core RA, Asahi HF-532. Желательно, но не обязательно протереть или промыть место пайки после завершения работ.
для пайки силовых проводов и разъёмов в плохом состоянии — флюсы категории ROh2. Asahi CF-10 и его аналоги, причём обратите внимание: если CF-10, несмотря на свою активность, довольно толерантен к нарушению техпроцесса и сохранению остатков флюса, то кажущиеся удобными водосмываемые флюсы на самом деле могут доставить куда больше проблем.
Что же касается трубчатых припоев других моделей и производителей — как правило, у серьёзных производителей есть даташиты, в которых указан класс флюса, условия его применения, температурные режимы, способы удаления.
Если же такого документа нет, а проводить самостоятельно тестирование на остаточное сопротивление (включая сопротивление через неделю работы устройства в тёплой влажной среде, а не только сразу после пайки), коррозию, содержание галогенов и так далее вы не готовы — таким припоем не стоит пользоваться ни для чего, кроме грубых работ или одноразовых поделок.
припой для сварки алюминия, меди, оцинкованных металлов
Паяльные лампы 10 шт Лампы паяльные, горелки KEMPER
В тех случаях, когда возникает необходимость соединить два металла без их плавления, для сварки целесообразно применять сварочные припои и флюсы, температура плавления которых значительно ниже, чем у соединяемых металлов.
Заметим, что припои и флюсы нужно использовать в сочетании друг с другом. При этом основное назначение флюсов — растворять пленки
Сортировать по: цене | наименованию | рейтингу | бренду
1 2 | След. | Конец | Все 1 – 21 из 29
Припой для сварки алюминия, меди, оцинкованных металлов HTS-2000 MAX
Припой для сварки нержавеющей стали и чугуна HTS-528 (1 пруток по 400мм)
Припой для сварки алюминия, меди, оцинкованных металлов HTS-2000
Припой для сварки нержавеющей стали и чугуна HTS-528 3*400 (20 прутков по 400мм)
Припой П-81 д.
2,0мм 1кг
Припой П-14к д.2,0мм
Припой П-21 (ЛОК-57) д.2,0мм (1кг)
Флюс по алюминию Castolin 190 0,25кг
Флюс ФК-250 0,1кг
Припой П-14 д.2,0мм офлюсованный
Припой Castolin Медно-фосфорный L-Ag2P №5280 д.2,0мм (1шт)
Флюс ФК-250 0,5кг
Флюс ФК-250 1кг
Лампа паяльная Foxweld MT-55 (пропановая)
Лампа паяльная Foxweld MT-75 пропановая
Лампа паяльная Foxweld MT-95 (пропановая)
Припой по алюминию Castolin 192 FBK 2 мм (5 шт.)
Мини горелка пропановая FoxWeld KT-20
Припой латунный Castolin 18XFC, 2,0мм (1шт)
Припой медно-фосфорный HARRIS-0 (10 шт.)
Припой серебряный Castolin EcoBraz 38220F (упак. 5 шт.)
Сортировать по: цене | наименованию | рейтингу | бренду
1 2 | След. | Конец | Все 1 – 21 из 29
В тех случаях, когда возникает необходимость соединить два металла без их плавления, для сварки целесообразно применять сварочные припои и флюсы, температура плавления которых значительно ниже, чем у соединяемых металлов.
Заметим, что припои и флюсы нужно использовать в сочетании друг с другом. При этом основное назначение флюсов — растворять пленки оксидов, которые постоянно образуются при нагревании металла, и защищать сварочный шов от всех вредных внешних воздействий.
Состав флюса должен быть идентичным основному металлу, но переходить в жидкую фазу при температуре примерно на 100°C ниже рабочей температуры припоя, чтобы место сварки хорошо увлажнилось, и снялись поверхностные напряжения, которые получает
Вышесказанное актуально при сварке алюминия, который при нагревании покрывается стойкой окисленной пленкой, препятствующей надежному соединению припоя с основным металлом обычными способами. Поэтому в этом случае следует использовать только специальный припой для сварки алюминия, предварительно удалив окисленную пленку ультразвуком, механическим способом или особо активным флюсом. Применяя припой с флюсом, нужно хорошо счистить все остатки флюса, чтобы избежать коррозии металла.
со свинцом и без свинца: что лучше?
Освинцованный и бессвинцовый припои: что лучше?
Опубликовано 1 января 2022 г. сотрудниками EPTAC
Свинцовый припой десятилетиями был предпочтительным материалом для производства электроники из-за его низкой стоимости, более низкой температуры плавления и простоты использования. Тем не менее, существует повышенная обеспокоенность по поводу воздействия свинцового припоя на здоровье и окружающую среду, особенно при использовании в электронике. В 2006 году Европейский Союз запретил некоторые опасные вещества в электронных продуктах, включая свинец. За последние два десятилетия в мире производства электроники произошло динамичное развитие альтернативных материалов для пайки, в основе которых лежит металлическое олово, при этом производители перешли на бессвинцовые альтернативные припои, чтобы исключить свинец из электронного производства. Но каков правильный выбор? Что лучше для производства электроники: свинец или бессвинцовый припой?
Бессвинцовый и этилированный припои
Как правило, этилированный припой состоит из олова и свинца.
К преимуществам использования освинцованного припоя относятся: легкость доведения до рабочей температуры, ударопрочность, меньшее количество внутренних дефектов в конструкции после охлаждения. Однако свинец вреден для организма, так как легко усваивается.
Бессвинцовый припой имеет более высокую температуру плавления при 217°C по сравнению с 183°C для свинцовых сплавов. Это затрудняет работу с бессвинцовым припоем. Наиболее распространенным бессвинцовым припоем является оловянно-медный припой с температурой плавления 217°C и смесью 99,3% олова с 0,7% меди. Однако основная причина, по которой производители переходят на использование бессвинцовых припоев, заключается в том, чтобы исключить свинец из производства электроники и процессов переработки отходов.
Стоимость
Свинцовый припой более экономичен, чем бессвинцовый припой, поскольку свинец намного дешевле альтернативных сплавов. Свинец едва ли стоит одну десятую цены олова, что делает свинцовый припой доступным.
Кроме того, некоторые производители заменяют олово серебром в качестве альтернативы свинцу в бессвинцовых припоях, что делает их еще более дорогими.
Забота об окружающей среде
Компании, которые ценят охрану окружающей среды, заявляют, что основной причиной использования бессвинцовой пайки является ядовитая природа свинца. Свинец действительно может накапливаться в организме человека даже при небольшом длительном воздействии. Кроме того, свинец может быстро попасть в организм через кожу, рот или нос. Однако количество свинца в припоях слишком незначительно, чтобы вызвать серьезные проблемы со здоровьем.
Какой припой лучше?
Свинцовый припой проще в использовании, имеет более низкую температуру плавления, низкую стоимость и вызывает меньше проблем с качеством соединений, чем бессвинцовый припой; продолжающиеся усилия по исключению свинца из всех электронных продуктов в Соединенных Штатах означают, что свинцовый припой может стать устаревшим в ближайшие 10 лет во многих коммерческих приложениях.
Как правило, более экономично и эффективно использовать свинцовый припой из-за его уникальных свойств и преимуществ. В некоторых отраслях по-прежнему используются свинцовые припои из-за этих свойств и преимуществ. Основная причина, по которой вам следует выбирать бессвинцовые припои, если у вас есть такая возможность, заключается в том, что ваше правительство запрещает использование свинца в продуктах или если вы работаете в качестве компании, занимающейся экологическим, социальным и корпоративным управлением (ESG).
Все сектора, использующие припой в больших количествах, вероятно, скоро перейдут на бессвинцовую пайку, если они еще этого не сделали. Секторы производства красок и бензина перестали использовать свинец. По мере того, как производители начинают отказываться от свинцовых припоев, убедитесь, что вы прошли свое обучение и узнайте больше о бессвинцовых и свинцовых припоях от отраслевых экспертов из EPTAC. На курсах пайки высокого уровня вы можете получить практический опыт от инструкторов, которые знают отрасль вдоль и поперек.
Продвиньте свое образование в области пайки с помощью обучающих онлайн-курсов от EPTAC.
О компании EPTAC
EPTAC является признанным во всем мире лидером в области обучения припоев и сертификации IPC, предоставляя профессионалам навыки для продвижения по карьерной лестнице, а компаниям – таланты для достижения успеха. Более 30 лет EPTAC помогает корпорациям повышать стандарты качества, повышать производительность и максимизировать прибыль. Имея девятнадцать (19) отделений в Северной Америке, EPTAC продолжает расширять свои предложения и исключительный преподавательский состав, чтобы обеспечить легкий доступ к программам, основанным на знаниях и навыках, когда и где это требуется отрасли. Получите доступ к нашим запланированным программам через наш веб-сайт или запланируйте собственное корпоративное обучение на месте. Для получения дополнительной информации позвоните по телефону 800.643.7822 или свяжитесь с нами.
Категории
У вас есть вопрос об обучении или сертификации IPC?
EPTAC обладает знаниями и опытом, которые помогут вам обучить ваш персонал, понять ваш процесс и повысить производительность.
Что лучше для производства печатных плат?
Припои на основе свинца широко использовались в электронной промышленности в течение длительного периода времени, пока опасность, связанная с тяжелыми металлами, не привела к постепенному отказу от их использования. В этой статье сравниваются свинцовые и бессвинцовые припои на основе их физических, химических, экологических и функциональных свойств.
Пайка – это процесс соединения двух металлических конструкций с помощью металлического сплава. Сплав (также известный как припой) нагревается до высоких температур с помощью удобного инструмента, называемого паяльником, в результате чего сплав плавится. Расплавленный припой наносится на металлическое соединение, и как только он затвердевает, образуется прочная связь.
Паяные соединения используются в электронной промышленности для соединения различных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, интегральные схемы (ИС) и т.
д. на печатных платах (ПП).
Процесс пайки отличается от сварки тем, что не требует расплавления основного металла. Паяное соединение намного слабее, но может формироваться при более низкой температуре, чем сварка.
Типы припоев
Существует несколько классификаций припоев, но основные из них основаны на форме, в которой они продаются, типе используемых сердечников и содержащихся в них элементах.
В зависимости от физической структуры, в которой они поставляются, припои классифицируются как:
В зависимости от типа сердечника припои классифицируются на:
Припой с твердым сердечником: Проволока для пайки, изготовленная только из припоя, называется припоем с твердым сердечником. Флюс необходимо добавлять отдельно для этого типа припоя. Припои с твердым сердечником в основном используются в электронике.
Припой с кислотным сердечником: Паяльная проволока с полым сердечником, заполненным кислотой, называется припоем с кислотным сердечником.
Кислота представляет собой агрессивный флюс, удаляющий слой оксида металла с металлической поверхности, на которую она нанесена. После пайки поверхность необходимо очистить, чтобы излишки флюса не разъели поверхность. Кислотный припой используется для создания прочных соединений в стальных конструкциях, но не рекомендуется для электроники.Припой с сердечником из канифоли: В припое с сердечником из смолы вместо заполнения сердечника припоя кислотой он наполняется канифолью, полупрозрачной смолой, полученной из деревьев, которая действует как мягкий флюс.
Кислота представляет собой агрессивный флюс, удаляющий слой оксида металла с металлической поверхности, на которую она нанесена. После пайки поверхность необходимо очистить, чтобы излишки флюса не разъели поверхность. Кислотный припой используется для создания прочных соединений в стальных конструкциях, но не рекомендуется для электроники.Наиболее важная классификация, однако, основана на том, содержит ли припой свинец в качестве одного из компонентов:
Припой на основе свинца: Припой на основе Pb) примерно в соотношении 60:40. Припои на основе свинца имеют сравнительно более низкую температуру плавления, около 183°C/361F, чем бессвинцовые припои.
Это также температура эвтектики для смеси Sn-Pb, поскольку в этот момент припой также может расплавиться и снова замерзнуть. Температура плавления припоя на основе свинца зависит от соотношения, в котором присутствуют Sn и Pb. Припои на основе свинца в настоящее время обесцениваются из-за токсических свойств свинца и нескольких связанных с ним опасностей для здоровья и окружающей среды.Бессвинцовый припой: Многие различные бессвинцовые припои рассматривались как потенциальные альтернативы классическому сплаву на основе свинца. Возможные варианты: олово-висмут (Sn-Bi), олово-серебро (Sn-Ag), олово-золото (Sn-Au), олово-индий (Sn-In), олово-сурьма (Sn-Sb), олово-палладий. (Sn-Pd) и олово-цинк (Sn-Zn). Для практического использования бессвинцовые припои могут показаться менее привлекательными, чем припои на основе свинца. Тем не менее тот факт, что они более безопасны для здоровья и окружающей среды, делает их естественным выбором для использования в промышленных помещениях.
Это также температура эвтектики для смеси Sn-Pb, поскольку в этот момент припой также может расплавиться и снова замерзнуть. Температура плавления припоя на основе свинца зависит от соотношения, в котором присутствуют Sn и Pb. Припои на основе свинца в настоящее время обесцениваются из-за токсических свойств свинца и нескольких связанных с ним опасностей для здоровья и окружающей среды.
Давайте теперь рассмотрим ключевые различия между свинцовыми и бессвинцовыми припоями, чтобы понять, как выбор припоя влияет на реальные приложения.
Температура плавления
Бессвинцовые припои обычно имеют более высокую температуру плавления, чем сплавы на основе свинца. Именно по этой причине с бессвинцовыми припоями трудно работать. Свинцовые сплавы обычно имеют температуру плавления 83°C/361°F, что намного ниже температуры плавления большинства бессвинцовых сплавов. [1]
В таблице 1 приведены температуры плавления припоев на основе свинца и некоторых широко используемых бессвинцовых припоев. Обратите внимание, что число перед названием элемента обозначает процентное содержание соответствующего элемента в припое (например, Pb-37Sn содержит 37% свинца).
Soldering compound | Melting temperature | |||
Lead-based Pb-37Sn solder | 183°C | 361. | ||
Lead-free Sn-3.5Ag solder | 221°C | 429.8F | ||
Lead-free Sn-58Bi solder | 139°C | 282.2F | ||
Lead-free Sn-0.7Cu solder | 227°C | 440.6F | ||
Lead-free Sn-8.8Zn solder | 198°C | 388.4F | ||
Lead-free Sn-3.4Ag-4.8Bi solder | 205° C | 401F | ||
Без свинца SN-3.8AG-0.7CU паяль | 217 ° C | 422. | 197°C | 386.6F |
4F
6F. припой 8Zn-3Bi См. [1] в разделе ссылок ниже, чтобы проверить влияние различных концентраций элементов на температуру плавления припоя.
Смачиваемость
Смачиваемость является критической характеристикой припоя в жидком состоянии, которая напрямую влияет на прочность металлургической связи, создаваемой в процессе пайки. [2] Определяет, насколько хорошо расплавленный припой может быть нанесен и распределен по контактной поверхности основного металла.
Лучший способ определить качество смачиваемости — проверить угол контакта жидкого припоя с поверхностью металла. Капли припоя с высокой смачиваемостью образуют меньший угол с поверхностью по сравнению с каплями с более низкой смачиваемостью.
Рис. 1: Капля с плохой смачиваемостью образует с поверхностью большой угол (слева), тогда как капля с хорошей смачиваемостью образует с поверхностью небольшой угол и хорошо растекается по ней.
Поверхностное натяжение — еще один параметр, определяющий степень смачиваемости припоя. Припой в жидком состоянии должен иметь низкое поверхностное натяжение, чтобы сила притяжения между молекулами припоя и металлической поверхностью была выше, чем межмолекулярные силы припоя, заставляя жидкость лучше растекаться и правильно смачивать поверхность.
Соединения, образованные между электронными компонентами и контактными площадками печатной платы, должны быть достаточно прочными, чтобы обеспечить электрическую проводимость и механическую поддержку печатной платы. Температура, атмосфера и состав поверхности могут быть оптимизированы вместе с составом припоя для достижения хорошего смачивания и, следовательно, прочного соединения.
Оловянные усы
Оловянные усы представляют собой микроскопические нитевидные структуры, которые случайным образом исходят из поверхностей чистого олова и образуют электропроводящие пути. Пока неизвестно, почему и как они образуются, но они мгновенно вызывают короткие замыкания везде, где растут.
Рис. 2: Микроскопический вид усов на поверхности олова
Большое количество усов возникает из чистого олова; следовательно, он смешивается с некоторым количеством других элементов, таких как свинец, чтобы смягчить это явление. Эффект оловянных усов более выражен в бессвинцовых припоях, поэтому их необходимо обрабатывать для повышения надежности.
Затраты
Свинец — тяжелый металл, который стоит примерно 2 доллара за кг, а олово — около 30 долларов за кг (на момент написания этой статьи). С другой стороны, серебро — это драгоценный металл. Стоит более 750 долларов. Свинец можно приобрести по цене, незначительной по сравнению с другими элементами припоя, и, следовательно, цена сплава снижается по мере увеличения процентного содержания свинца.
Хотя цена приобретения материалов зависит от многих факторов, таких как рыночные условия, регион, требуемое количество и т. д., бессвинцовые припои не могут быть доступны по цене ниже, чем припои на основе свинца.
Стоимость сырья играет центральную роль в формулировании деловой политики. Увеличение стоимости припоя напрямую влияет на стоимость печатной платы и рентабельность продукта.
Без сомнения, припои на основе свинца экономически выгодны, но представляют серьезную угрозу для здоровья и окружающей среды.
Воздействие на окружающую среду и здоровье человека
Как и другие металлы, свинец в природе биоаккумулируется. Это токсичный элемент, который может выделяться в воздух и воду на протяжении всего своего жизненного цикла. При пайке припои на основе свинца выделяют пыль и пары, которые очень токсичны для человека. Свинец может усугубить астму или вызвать раздражение глаз. Этот элемент также известен как канцероген. На рис. 3 перечислены некоторые симптомы отравления свинцом у людей.
Рис. 3: Симптомы отравления свинцом у человека
Всегда рекомендуется носить маску, воздерживаться от приема пищи и питья и соблюдать все инструкции по технике безопасности при пайке свинцовыми сплавами.
В начале-середине 2000-х годов Европейский Союз (ЕС) принял Директиву об отходах электрического и электронного оборудования (WEEE) и Директиву об ограничении использования опасных веществ (RoHS), чтобы запретить использование свинца и различных других токсичных элементов в производстве электроники. Коммерческие продукты, продаваемые в ЕС, должны соответствовать директиве RoHS для продажи в различных странах мира. Свинцовый припой запрещен даже для любительских проектов во многих странах.
Долговечность
Долговечность — еще один аспект, определяющий надежность припоя. На границе припоя и основного металла образуется вещество, называемое интерметаллическим соединением. Соединение является хрупким и продолжает расширяться со временем. Его расширение увеличивает напряжение в этом месте и образует трещины в паяном соединении. В конечном итоге это приводит к снижению механической прочности, что может привести к снижению надежности или даже к полному выходу из строя.
Когда в электронных схемах происходит переключение, величина тока, протекающего через паяное соединение, изменяется, что приводит к тому, что припой подвергается воздействию более высоких температур во время большой нагрузки и низких температур в другое время. Помимо обычных коммутационных операций, резкое изменение тока во время операций включения и выключения вызывает термические удары по припоям. В течение своего жизненного цикла паяное соединение должно выдерживать повторяющиеся циклы нагрева, охлаждения и тепловых ударов, приводящих к образованию микротрещин. Другой распространенной причиной трещин в припоях является вибрация. Паяные соединения со временем ослабевают, когда электронный продукт подвергается механическим вибрациям. Вибрации и внезапные удары также приводят к образованию трещин в припоях.
По данным различных исследователей, эта проблема наблюдается у бессвинцовых припоев в гораздо более тяжелой форме по сравнению с обычными припоями на основе свинца.
[3]
Физические характеристики
Иногда можно отличить свинцовые припои от других путем простого визуального осмотра. Припои с содержанием свинца обычно выглядят более блестящими, чем бессвинцовые. Блеск припоев обычно ассоциировался с их качеством.
Рис. 4. Некачественный припой (слева) не выглядит таким блестящим, как припой хорошего качества (справа). Источник: Андрокаво-YouTube 9.0005
Помимо внешнего вида, припои на основе свинца также имеют несколько лучшие электрические и механические характеристики по сравнению с бессвинцовыми аналогами. Инженеры и любители, которые работали со свинцовыми припоями, иногда неохотно принимают бессвинцовые припои, поскольку производительность, надежность и простота использования последних уступают первому.
Однако верно и то, что теперь все изменилось; бессвинцовые припои постоянно совершенствуются и сегодня почти не уступают своим аналогам на основе свинца.
Вот таблица, в которой сравниваются различные физические свойства обычно используемых свинцовых и бессвинцовых припоев:
Item | Traditional lead eutectic Sn37Pb solder | Lead-free SAC387 solder | Lead-free Sn0.7Cu solder | |||||||||||||||||||||||||||||
Плотность (G/M2) | 8.5 | 3,5 | 3,31 | |||||||||||||||||||||||||||||
. Точка смещения (° C) .0011 183 217 227 Resistivity (MΩ-cm) 15 11 42278 Electrical Conductivity (IACS) 11. 15.6 NA Coefficients of thermal expansions (CTE) (×10-4) 23.9 23.5 NA Thermal Conductivity (W/m·1k·1s) 50 73 NA Surface Tension 260°C (mN/m) 481 548 491 Fatigue Life 3 1 2 Shear Strength (MPa) 23 27 20-23 |
5 Таблица 2: Сравнение физических свойств традиционных свинцовых эвтектических припоев Sn37Pb, бессвинцовых припоев SAC387 и бессвинцовых Sn0.
7Cu [4]
Какой из них следует использовать?
Для производителей, занимающихся разработкой, производством, продажей и операциями в странах, в которых использование свинцовой электроники ограничено, нет иного выбора, кроме как использовать бессвинцовые припои.
Если доступны варианты выбора между свинцовыми и бессвинцовыми припоями, любители могут выбрать припои на основе свинца для небольших применений, поскольку свинцовые припои просты в работе и экономичны. Но что касается коммерческого использования, бессвинцовые припои являются разумным выбором.
Несмотря на все преимущества припоев на основе свинца, токсичность тяжелого металла затрудняет обоснование его использования.
Как всегда, решение об использовании конкретного типа припоя должно приниматься после учета всех факторов, таких как здоровье, безопасность окружающей среды, затраты, требования к конструкции и многое другое.
Ключевые выводы
Различные типы припоев доступны для использования в электронной промышленности. Припои на основе свинца были самыми популярными из доступных вариантов до середины 2000-х годов. Они были доступны по цене и обладали отличными физическими свойствами.
В 2006 году ЕС выпустил директиву RoHS, которая ограничивала использование токсичных элементов, таких как свинец, в электронной промышленности, после чего токсичные припои стали постепенно заменяться бессвинцовыми альтернативами.
Новые бессвинцовые припои немного дороже, имеют более высокую температуру плавления, более низкую смачиваемость, страдают от оловянных усов и не так долговечны, как припои на основе свинца; тем не менее, продолжающиеся исследования в этой области обеспечивают постоянное улучшение свойств новой альтернативы пайки.
Тот факт, что пользователи не собираются выбрасывать токсичные отходы в конце жизненного цикла продукта, делает бессвинцовые припои правильным выбором для средних и крупных масштабов.