Температура плавления припоя свинцового: Свинцовый припой

alexxlab | 26.12.1973 | 0 | Разное

Содержание

Свинцовый припой

Свинцовый припой используют при пайке для объединения нескольких металлических заготовок в одно изделие. При этом температура, при которой плавится припой, всегда меньше температуры плавления объединяемых элементов.

У нас можно купить свинцовый припой. Мы работаем с марками свинцового припоя С1, С2, ССуА, представленным в виде цилиндров, прутков, чушек и проволоки. Поставляем другие марки припоев: ПОС 30, ПОС 61, ПОС 40, ПОС 63 и многие другие.

Популярность припоя из свинца обусловлена его легкоплавкостью. В чистом виде свинец —  мягкий, удобный для обработки материал. При взаимодействии с воздухом на поверхности свинца образуется пленка оксида. Металл хорошо растворим в кислотах и щелочах, которые содержат органику и азот. Температура плавления свинцового припоя с высокой химической чистотой -  327,5°C.

Во время нагрева свинца происходит процесс окисления, причем настолько быстро, что пайку проводят в восстановительной среде. Она замедляет процесс окисления и позволяет припою легко соединиться со спаиваемыми заготовками. Восстановительная среда образуется за счет нагревательной горелки, в которую подается кислород и водород воздуха. При этом должно быть избыточное количество водорода.

Виды припоев. Свойства и характеристики

Существуют два вида припоя — мягкий и твердый. Данная классификация обусловлена механической прочностью и величиной температуры плавления. К мягким сплавам для пайки относятся такие, температура плавления которых меньше 300ºC, а к твердым — больше 300ºC. Предел прочности мягких припоев варьирует от 16 до 100 МПа, а у твердых соответственно от 100 до 500 МПа. Выбор припоя для работы зависит от вида металла (или металлов, в том случае, когда они разные). Кроме этого учитываются антикоррозийная устойчивость, необходимая механическая прочность и стоимость. Если в качестве металлических деталей выступают токопроводящие заготовки, обращают внимание на величину удельной проводимости припоя.

Называют припои чаще всего по названию металла, который содержится в них в наибольшем количестве. Например: свинцовый, оловянно-свинцовый. А в том случае, когда один из компонентов припоя — это драгоценный либо редкий металл, припой носит название этого компонента. Например: серебряный.

Для условного обозначения припоя используют русскую букву П (припой), затем заглавную букву названия основных составляющих (на русском языке) и их процентное количество.

Условное название составляющих выглядит так: А — алюминий; Ви — висмут; Г — германий; Зл — золото; Ин — индий; К — кадмий; Кр — кремний; Н — никель; О — олово; С — свинец; Ср — серебро; Су — сурьма; Т — титан. Припои из чистых металлов обозначаются аналогично ГОСТу на поставку. Например: С1 — свинец, О2 — олово.

Самые распространенные мягкие припои, изготавливаемые промышленностью, оловянно-свинцовые (ГОСТ 21931-76). Оловянно-свинцовые материалы для пайки, в составе которых нет сурьмы, называются бессурмянистыми, а те, в состав которых входит 1-5% сурьмы  — сурьмянистыми.

Все припои, используемые для качественной пайки должны обладать свойством смачиваемости.  Из-за низкого предела текучести припои, изготовленные из свинца, склонны к ползучести. Ползучесть металла определяется удлинением зерен в металлическом сплаве либо межзерновым скольжением. С целью блокировать процесс скольжения по границам зерен и ограничить перемещение их  в кристаллической решетке, в состав свинцового припоя добавляют серебро и сурьму. Необходимость использования этих элементов для пайки была известна давно. Их применили в ПОС-61, снизив тем самым склонность к ползучести.

Свинец слабо реагирует со многими металлами. Свинец не растворим в никеле, кобальте, цинке, железе, алюминии и меди при низкой температуре. Для улучшения взаимодействия свинца с этими элементами и их сплавами, к свинцу добавляют легирующие компоненты, которые ускоряют процесс взаимодействия припоя с металлами, снижают температуру, при которой происходит  плавление свинца.

В число легирующих элементов входит: олово, серебро, сурьма, марганец, цинк, кадмий. При температуре 300°C растворимость этих компонентов в меди (металле, для которого в основном применяют припой из свинца) соответственно составляет: цинк 35%, олово 11%, сурьма 3%, кадмий 0,5%, серебро 0,5%. Три компонента — цинк, олово и сурьма вступают с медью в реакцию.  Поэтому их количество должно быть четко выверено. Избыток  этих элементов ведет к образованию между металлом и припоем хрупкого слоя химических соединений. Это, в свою очередь, снижает статическую прочность спайки и ее прочность на вибрацию.

В свинцовых припоях должно содержаться максимально по 5% сурьмы и цинка, до 20% кадмия, до 30% олова. В некоторых случаях (например,  для пайки свинца) количество сурьмы в припое может быть увеличено. Такой метод применяется при газопламенной пайке клемм из свинца для аккумуляторных батарей  с помощью припоя Pb —11% Sb, в котором увеличено содержание сурьмы. У припоя падает температура плавления (до 252°C), увеличивается прочность. Данный материал для пайки малопластичен, перед началом процесса пайки его вводят в зазор между спаиваемыми деталями.

Добавление в состав свинцового припоя при соединении элементов из меди и ее сплавов серебра и меди улучшает его технологические свойства. Для пайки сплавов из алюминия используют легкоплавкие припои с основой из кадмия и свинца. Они придают спайке повышенную коррозионную стойкость. Для спаивания стеклянных деталей берут материал  на основе свинца и добавками сурьмы и цинка.

Мягкие припои: бессвинцовые (Sn+Cu+Ag+Bi+др.), оловянно-свинцовые, оловянно-цинковые, оловянно-свинцово-кадмиевые, сурьмянистые. Твердые припои: серебряные, медно-цинковые, медно-фосфористые, медно-никелевые.

Характеристики популярных видов припоя

ПОС-18 — включает в себя от 17 до 18% олова, от 2 до 2,5% сурьмы и от 79 до 81% свинца.

Область применения: лужение металлов, когда требования к прочности пайки не высоки. Температура плавления: начало плавления 183°C, растекаемость 270°C.

ПОС-30 — включает в себя от 29 до 30% олова, от 1,5 до 2 % сурьмы и от 68 до 70% свинца.

Сфера применения: пайка и лужение стальных и медных изделий, спаивание латуни и экранирующих пластин. Начало плавления 183°C, растекаемость 250°C.

ПОС-50 — включает в себя от 49 до 50% олова, 0,8 % сурьмы, от 49 до 50% свинца. Область применения: радиоэлектроника, качественная пайка различных металлов. Температура плавления: начало плавления 183°C, растекаемость 230°C.

ПОС-90 — включает в себя от 89 до 90% олова, 0,15 % сурьмы и от 10 до 11% свинца.

Область применения: лужение деталей для дальнейшего серебрения и золочения, прочность пайки высокая. Температура начала плавления 180°C, растекаемость 222°C.

В радиоэлектронной отрасли находят широкое применение материалы для пайки: ПОС-40, ПОС-60. ПОСК-50, ПОСВ-33, содержащие кадмий или висмут, эксплуатируются для лужения поверхности дорожек на платах.  

ПМЦ-42 — включает в себя от 40 до 45% меди, от 52 до 57% цинка. Кроме того в состав ПМЦ-42 входит: железо (Fe), сурьма (Sb), свинец (Pb), олово (Sn). Температура, при которой плавится материал - 830°C.

ПМЦ-53 — включает в себя от 49 до 53% меди, от 44 до 49% цинка. Температура, при которой плавится - 870°C.

ССуА называют свинцово-сурьмистым сплавом. Его состав определяется по ГОСТ 1292-81 и включает в себя: от 92,7 до 98% свинца, от 2 до 7% сурьмы, меди до 0,2%, мышьяка до 0,05%, бериллия до 0,03%, олова до 0,01%,  железа до 0,005% и цинка до 0,001%.

Припои С1 и С2 — это высокочистые свинцовые сплавы. Содержание примесей в них 0,015% и 0,05% соответственно. Сплав С1 характеризуется высокой антикоррозийной стойкостью и хорошей пластичностью. Благодаря последнему качеству, его легко плавить и обрабатывать.

Применение припоев

ПОС-90. Сфера применения: спаивание внутренних швов пищевых посудных изделий (кастрюли, сотейники и др.)

ПОС-40. Сфера использования: пайка медных, железных и латунных проводов.

ПОС-30. Сфера применения для спаивания:

- проволоки в бандажах и шлангов в электромоторах;

- жестяных, латунных и железных заготовок;

- оцинкованных, цинковых листов;

- деталей различных приборов и аппаратуры.

ПОС-18. Припои ПОС-18 и ПОС- 40 взаимозаменяемы. Область применения для спаивания:

- оцинкованного железа;

-  деталей из свинца, латуни, меди, железа;

- лужения деревянных элементов перед пайкой.

ПОС 4-6. Аналог ПОС-30. Сфера применения:

- для спайки белой жести, железа, меди;

- для спайки клепаных замочных швов в свинцовых элементах.

Придел прочности для твердых припоев варьирует от 100 до 500 МПа. Область их применения, как  материалов 1-ой категории прочности, распространяется на токоведущие части, элементы машин и механизмов, которые подвергаются высоким механическим и температурным нагрузкам.
Придел прочности на растяжение для мягких и среднетвердых припоев составляет от 50 до 70 МПа. Их берут для пайки токоведущих частей, которые не являются несущими элементами машин и механизмов.

 

Поставщик: ООО РТГ "МетПромСтар"

Как отличаются припои по температуре плавления

Основным материалом, применяемым при пайке, является специальный сплав, называемый припоем. К одной из важнейших его характеристик относится температура плавления.

Существует множество разнообразных сплавов, используемых в качестве припоев при выполнении паяных соединений металлических изделий. Они имеют различия по химическому составу и по физико-механическим свойствам.

Классификация

В соответствии с государственным стандартом, существует следующее классификационное деление припоев по температуре их плавления:

  • низкотемпературные, их также называют мягкими. Температура плавления этих паяльных сплавов не превышает 450 ℃. В свою очередь, данная категория делится на две подкатегории. Паяльные сплавы, плавящиеся при температуре до 145 ℃ называются особолегкоплавкими, плавящиеся в диапазоне от 145 до 450 ℃ относятся к легкоплавким;
  • высокотемпературные или твёрдые. К ним относятся припои с температурой плавления, превышающей 450 ℃. Этот класс сплавов включает в себя три подкатегории. Среднеплавкими считаются те, которые расплавляются при температуре до 1100 ℃, имеющие точку плавления от 1100 до 1850 ℃ называют высокоплавкими. Присадочные материалы, использующиеся при пайке, которые занимают ещё более высокотемпературные позиции, относятся к тугоплавким.

Таблица 1. Температура плавления припоев:

Марка припояТемпература плавления, С°
Сплав Вуда66-70
Сплав Розе90-98
Припой ПОИН 52120
Припой ПОСК 50-18142-145
Припой ПОСВи 36-4150-170
Припой ПОС-90183-220
Припой ПОССу 18-0,5183-277
Припой ПОССу 50-0,5183-216
Припой ПОС-63183
Припой ПОССу 25-0,5183-266
Припой ПОС-40183-238
Припой ПОС-30183-238
Припой ПОССу 30-0,5183-245
Припой ПОССу 40-0,5183-235
Припой ПОССу 61-0,5183-189
Припой ПОС-61183-190
Припой ПОССу-15-05184-275
Припой ПОССу-15-2184-275
Припой ПОССу-40-2185-229
Припой ПОССу 25-2185-260
Припой ПОССу-30-2185-250
Припой ПОССу-18-2186-270
Припой ПОС-60190
Припой ЦОП-30200-315
Припой АВИА-1200
Припой П200А220-225
Припой ПОЦ-10220-225
Припой ПОС-50222
Припой ПОВи 0.5224-232
Припой ПОМ-1230-240
Припой ПОМ-3230-250
Припой ПОСу 95-5 (бессвинцовый)234-240
Припой ПОССу-95-5234-240
Припой ПОССу-4-4239-265
Припой ПОССу-8-3240-290
Припой ПОС-18243-277
Припой ПОССу-4-6244-270
Припой П250А250-300
Припой АВИА-2250
Припой ПОС-35256
Припой ПОС-25260
Припой ПОС-4266
Припой ПОССу-10-2268-285
Припой ПОС-10268-299
Припой ПОС-20268-299
Припой ПОССу-5-1
275-308
Припой марки А300-320
Припой 34А530-550
Припой 35А545
Припой П-81630-660
Припой П-14К640-680
Припой П-14640-680
Припой ПМФОЦр 6-4-0,03640-680
Припой ПМФ-7714-850
Припой ПМФ-9750-800
Припой П-47760-810
Припой ПМЦ-36800-825
Припой Алармет 211800-890
Припой П 21800-830
Припой Л63850-910
Припой таблетированный Л63850-900
Припой ПМЦ-54876-880
Припой ВПР-28880-980
Припой П100М900-950
Припой ЛО 60-1900
Припой П100900-950
Припой ЛОК 59-1-0,3900
Припой МНМц 68-4-2915-970
Припой ЛНМц 49-9-0,2920
Припой МНМц 9-23,5925-950
Припой ЛК 62-0,5960-1020
Припой ВПР-16960-970
Припой ВПР-41000-1050
Припой ВПР-11080-1120
Припой ВПР-11-40Н1100-1120

Основная суть процесса пайки заключается в смачивании расплавленным присадочным материалом поверхностей соединяемых деталей, которые сами при этом не расплавляются. Исходя из этого, температура плавления припоев должна быть ниже, чем соответствующая характеристика спаиваемых металлов.

Состав паяльных сплавов

Физико-механические свойства плавящихся присадочных материалов, в частности, температура их плавления, определяются содержанием компонентов, входящих в их состав.

Обычно такие сплавы состоят из нескольких химических элементов, но название композиций определяется по тому элементу, который является основным и превосходит все остальные по содержанию. Например, припои на основе олова называют оловянными.

Существует большое семейство припоев, содержащих значительные удельные доли свинца и олова. Такие паяльные сплавы принято называть оловянно-свинцовыми.

Для них принято буквенное обозначение ПОС, после которого следует цифра, показывающая процентное содержание олова в составе этого припоя.

Таблица 2. Химический состав припоев:

Марка припоя

Химический состав, %

Олово

Сурьма

Медь

Цинк

Свинец

Алюминий

ПОС-40

39…41

_

_

Остальное

ПОССу40-0,5

39…41

0,05.-0,5

ПОССу40-2

39…41

1.5…2

ПОССуЗО-О.5

29 31

0,05-0,5

—»—

ПОССуЗО-2

29…31

1,5-2

—»—

А

38,6…42,1

1,5-2

56…59

ЦО-12

12

83

ЦА-15

85

15

Компоненты, входящие в состав припоя, оказывают воздействие на физические качества сплава, образуя нечто новое, не присущее каждому из компонентов в отдельности.

При этом наибольшее влияние на результирующие свойства припоя (такие, как температура его плавления) оказывает элемент, имеющий наибольший удельный вес в сплаве.

Так, паяльные сплавы на основе такого легкоплавкого металла, как олово, относятся к низкотемпературным или мягким. Этим подчёркивается связь температуры плавления металла с его механической твёрдостью.

То есть, металлы, которые плавятся при более низкой температуре, являются более мягкими.

Существует множество припоев, которые создаются на основе меди, алюминия, цинка, серебра, золота, платины. Высокотемпературная пайка осуществляется сплавами, в состав которых входят титан, цирконий, молибден и другие металлы.

Выбор припойного материала

Одним из главных критериев выбора сплава для создания паяного соединения металлических деталей является температура его плавления.

То есть, присадочный материал должен расплавляться раньше, чем основной. Но это не единственное условие выбора.

Жидкий расплав должен хорошо смачивать поверхность основного металла. Кроме этого, к паяному соединению предъявляются определённые прочностные требования.

Правильный подбор присадочного материала для пайки позволяет приблизить прочность соединения к прочности основного металла.

Именно по этой причине при пайке какого-либо металлического изделия стараются использовать присадку на основе такого же металла, как металл изделия.

При этом более низкая температура плавления припоя обеспечивается дополнительными компонентами, входящими в его состав.

Правда, следует заметить, что сравнять эти характеристики при пайке не удаётся никогда. То есть, при механических испытаниях на разрушение излом всегда будет происходить в месте соединения.

В некоторых специфических видах пайки прочность соединения играет не главную роль. Например, при пайке ювелирных изделий основной является эстетическая часть работы. Поэтому изделия из золота, серебра и платины паяются только припоями на основе одноимённых металлов, причём той же пробы.

Разогрев

В зависимости от температуры плавления используемого присадочного материала, применяются различные методы нагрева при пайке. В случае с мягкими материалами, содержащими олово, цинк, свинец, основным инструментом при пайке может служить обычный паяльник.

В качестве примера можно привести сборку и ремонт электронных схем, содержащих компоненты, критичные к перегреву. В этой ситуации обычно используются свинцово-оловянные материалы, имеющие невысокую температуру плавления и электрические паяльники небольшой мощности.

Механическая прочность соединений играет здесь второстепенную роль, главным является обеспечение надёжного электрического контакта.

Когда речь идёт о пайке высокотемпературными материалами, паяльник оказывается бессильным. В этих случаях нагрев осуществляется посредством газовых горелок и специальных установок, использующих токи высокой частоты.

Это относится к промышленной пайке в условиях производственных цехов и использованию твёрдых припоев.

В отдельных случаях, когда спаиваемые детали очень массивны, и при использовании обычных средств нагрева достичь плавления не удаётся, применяются специальные печи, куда заготовки помещают целиком. Только таким способом обеспечивают надежную пайку.

Припой оловянно свинцовый пос | ООО Урал-Олово


Припой ПОС (оловянно-свинцовый)

ГОСТ 21930-76 чушка

ГОСТ 21931-76 изделия

Изготовление оловянно-свинцовых припоев в виде чушки и изделиях является одним из основных направлений производственной деятельности ООО “Урал-Олово”.

Форма выпуска:

- чушка 20-35 кг

- проволока от 2 мм до 7 мм, бухты от 10 кг до 25 кг

- пруток от 8 мм до 15 мм, стандартная длина 400 мм, упаковка пачки по 10 кг

Применение:

Припой оловянно-свинцовый это сплав, основные компоненты которого олово и свинец.

Припой используется для пайки. Пайкой называют метод сращивания деталей с помощью припоя. При этом температура плавления деталей выше, чем температура плавления сплава, используемого в качестве припоя.

Пайку осуществляют с целью создания механически прочного, иногда герметичного шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке мест соединения припой нагревают свыше температуры его плавления. Так как припой имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления соединяемого металла, из которых изготовлены соединяемые детали, то он плавится, в то время как металл деталей остаётся твёрдым. Припой смачивает металл на границе соприкосновения расплавленного припоя и твёрдого металла, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя диффундируют в основной металл, основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.

Выбирают припой с учётом физико-химических свойств соединяемых металлов, например, по температуре плавления, требуемой механической прочности спая или его коррозионной устойчивости. При пайке токоведущих частей необходимо учитывать удельную проводимость припоя.

Припои принято делить на две группы:

- мягкие

- твёрдые

К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым - свыше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16 - 100 МПа, а твёрдые 100-500 МПа.

К мягким припоям относятся оловянно-свинцовые сплавы с содержанием олова от 10% (ПОС-10) до 90 % (ПОС-90), остальное — свинец. Электропроводность этих припоев составляет 9—15 % электропроводности чистой меди. Плавление этих припоев начинается при температуре 183°C (температура плавления эвтектики системы олово-свинец) и заканчивается при температуре 308°C плавления ликвидуса, см. Область применения и температура плавления оловянно-свинцовых припоев:

Область применения и температура плавления оловянно-свинцовых припоев:

Марка припоя

Температура плавления

Область применения

солидус

ликвидус

ПОС 90

183

220

Лужение и пайка внутренних швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры.

ПОС 63

183

190

Групповая пайка печатного монтажа, пайка на авто-линиях волной припоя, окунанием с протягиванием.

ПОС 61

183

190

Лужение и пайка электро- и радиоаппаратуры, схем, точных приборов, где недопустим перегрев.

ПОС 40

183

238

Лужение и пайка электроаппаратуры, деталей из оцинкованного железа с герметичными швами.

ПОС 30

183

238

Лужение и пайка деталей из меди и ее сплавов.

ПОС 10

268

299

Лужение и пайка электрических аппаратов, приборов, реле, контрольных пробок топок паровозов.

ПОС 61М

183

192

Лужение и пайка печатных проводников в кабельной, электро- и радиоэлектронной промышленности.

ПОСК 50-18

142

145

Пайка деталей, чувствительных к перегреву, порошковых материалов, пайка конденсаторов.

ПОСК 2-18

142

145

Лужение и пайка металлизированных и керамических деталей.

ПОССу 61-0,5

183

189

Лужение и пайка электроаппаратуры, оцинкованных радиодеталей при жестких требованиях к темп.

ПОССу 50-0,5

183

216

Лужение и пайка авиационных радиаторов, для пайки пищевой посуды.

ПОССу 40-0,5

183

235

Лужение и пайка жести, обмоток электрических машин, радиаторных трубок, оцинкованных деталей.

ПОССу 35-0,5

183

245

Лужение и пайка свинцовых кабельных оболочек электротехнических изделий.

ПОССу 30-0,5

183

255

Лужение и пайка листового цинка, радиаторов.

ПОССу 25-0,5

183

266

Лужение и пайка радиаторов.

ПОССу 18-0,5

183

277

Лужение и пайка трубок теплообменников, электроламп.

ПОСу 95-5

183

189

Пайка в электропромышленности, трубопроводов, работающих при повышенных температурах.

ПОССу 40-2

183

216

Лужение и пайка холодильных устройств, тонколистовой упаковки. Припой широкого назначения.

ПОССу 35-2

185

243

Пайка свинцовых труб, абразивная пайка.

ПОССу 30-2

183

235

Лужение и пайка в холодильном, электроламповом производстве, автомобилестроении.

ПОССу 25-2

183

266

Пайка в автомобилестроении.

ПОССу 18-2

186

277

Пайка в автомобилестроении.

ПОССу 15-2

186

277

Пайка в автомобилестроении.

ПОССу 10-2

183

189

Пайка в автомобилестроении.

ПОССу 8-3

240

290

Лужение и пайка в электроламповом производстве.

ПОССу 5-1

275

308

Лужение и пайка деталей, работающих при повышенных темпер-х, лужение трубчатых радиаторов.

ПОССу 4-6

244

270

Пайка белой жести, лужение и пайка деталей с закатанными и клепанными швами из латуни и меди.

ПОССу 4-4

239

265

Лужение и пайка в автомобилестроении.

Припои ПОС-61 и ПОС-63 плавятся при постоянной температуре 183 °C, так как их состав практически совпадает с составом эвтектики олово-свинец.

Самым распространенным и универсальным низкотемпературным припоем считается припой ПОС-63 и ПОС-90, благодаря своей жидкотекучести им с легкость удается паять изделия сложной формы.

Также к мягким оловянным припоям относят:

  • Сурьмянистые и мало сурьмянистые припои (ПОССу), применяемые при пайке оцинкованных и цинковых изделий и повышенных требованиях к прочности паяного соединения.
  • Оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК) для пайки деталей, чувствительных к перегреву и пайки выводов к конденсаторам и пьезокерамике.
  • Оловянно-цинковые (ПОЦ) для пайки алюминия.
  • Бессвинцовые припои, содержащие наряду с оловом индий, цинк, медь, серебро.

Почти все бессвинцовые припои имеют меньшую текучесть - смачиваемость, чем оловянно-свинцовые. Для улучшения текучести применяются специальные составы флюсов. Характеристики шва бессвинцовых припоев, возникающие при длительной эксплуатации также хуже, чем у припоев, содержащих свинец. На данный момент, ни один из бессвинцовых припоев не считается полной заменой оловянно-свинцового, и ведутся дальнейшие исследования по разработке бессвинцового припоя для полноценной замены таковых.

Химический состав оловянно-свинцовых припоев по ГОСТ 21930-76:

Марка припоя

Массовая доля, %

Sn

Sb

Cd

Cu

Bi

As

Fe

Ni

S

Zn

Al

Pb

Бессурьмянистые (0%)

ПОС 90

89-91

0,1

-

0,05

0,1

0,01

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОС 63

62,5-63,5

0,05

-

0,05

0,1

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОС 61

59-61

0,1

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОС 40

39-41

0,1

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОС 30

29-31

0,1

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОС 10

9,0-10,0

0,1

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОС 61М

59-61

0,2

-

1,2-2,0

0,2

0,01

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОСК 50-18

49-51

0,2

17-19

0,08

0,2

0,03

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОСК 2-18

1.8-2,3

0,05

17,5-18,5

0,05

0,2

0,01

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

Малосурьмянистые (0,05-0,5%)

ПОССу 61-0,5

59-61

0,05-0,5

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОССу 50-0,5

49-51

0,05-0,5

-

0,05

0,1

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОССу 40-0,5

39-41

0,05-0,5

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОССу 35-0,5

34-36

0,05-0,5

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОССу 30-0,5

29-31

0,05-0,5

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОССу 25-0,5

24-26

0,05-0,5

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

ПОССу 18-0,5

17-18

0,05-0,5

-

0,05

0,2

0,02

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

Ост.

Сурьмянистые(от 0,5 до 6%)

ПОСу 95-5

Основа

4,0-5,0

-

0,05

0,1

0,04

0,02

0,02

0,02

0,002

0,002

0,07

ПОССу 40-2

39-41

1,5-2,0

-

0,08

0,2

0,02

0,02

0,08

0,02

0,02

0,02

Ост.

ПОССу 35-2

34-36

1,5-2,0

-

0,08

0,2

0,02

0,02

0,08

0,02

0,02

0,02

Ост.

ПОССу 30-2

29-31

1,5-2,0

-

0,08

0,2

0,02

0,02

0,08

0,02

0,02

0,02

Ост.

ПОССу 25-2

24-26

1,5-2,0

-

0,08

0,2

0,02

0,02

0,08

0,02

0,02

0,02

Ост.

ПОССу 18-2

17-18

1,5-2,0

-

0,08

0,2

0,02

0,02

0,08

0,02

0,02

0,02

Ост.

ПОССу 15-2

14-15

1,5-2,0

-

0,08

0,2

0,02

0,02

0,08

0,02

0,02

0,02

Ост.

ПОССу 10-2

9,0-10,0

1,5-2,0

-

0,08

0,2

0,02

0,02

0,08

0,02

0,02

0,02

Ост.

ПОССу 8-3

7,0-8,0

2,0-3,0

-

0,1

0,2

0,02

0,02

0,08

0,02

0,02

0,02

Ост.

ПОССу 5-1

4,0-5,0

0,5-1,0

-

0,08

0,2

0,02

0,02

0,08

0,02

0,02

0,02

Ост.

Помощь друга:

Без наличия спектральной лаборатории, рентгенофлуоресцентный анализатора металлов и сплавов, или возможности произвести химический анализ с целью определения химического состава и марки припоя будет туго, но можно:

Определить приблизительный химический состав припоя по следующим видимым признакам:

- пруток с содержанием олова выше 60% ярко блестит (возможно, это ПОС-90, ПОС-61).

- пруток, в котором много свинца - темного серого цвета, матовый.

- поверхность припоя чем темнее, чем больше в нем свинца.

- пруток со значительным содержанием свинца (до 60% свинца) пластичный, его легко деформировать и согнуть руками (возможно, это ПОС-30, ПОС-40).

- пруток, где много олова, прочный и жесткий. Он менее пластичный, и тяжелее гнется руками.

- пруток из чистого олова при сгибе или сжатии издает характерный хруст (возможно, это Олово, ПОС-90).

- если пруток или чушка долгое время находились при отрицательной температуре воздуха, и начинают ссыпаться при физическом воздействии, как порошок (возможно, это Олово, ПОС-90).

Урал Олово

Контрактное производство электроники — Контракт Электроника

Замена традиционных типов припоев на материалы, не содержащие свинца, является не только веянием времени, но и требованием многочисленных международных комиссий по экологии. В статье рассмотрены свойства различных типов бессвинцовых припоев, даны рекомендации по их применению.

Версия в PDF (909Kb)

Среди термических, механических, усталостных и других свойств припоев одним из самых важных является температура плавления. В таблице 1 представлены некоторые из широко известных типов бессвинцовых припоев [1].

Следует отметить, что продолжается работа по оптимизации составов бессвинцовых припоев для достижения ими необходимых свойств. По этой причине составы припоев, приведенных в таблице 1, могут время от времени несколько отличаться от серийно производимых припоев. Например, в таблице 2 показаны торговые марки некоторых серийно производимых припоев различных производителей.

Бессвинцовым припоям с высоким содержанием индия (например, первому из припоев в таблице 2) свойственна несовместимость материалов индия и свинца, независимо от того, присутствует ли последний на поверхности печатной платы или на выводах компонентов. Для реализации полностью бессвинцового процесса в некоторых случаях (например, при использовании сплавов, содержащих индий) необходимо задействовать бессвинцовое покрытие паяемых поверхностей печатного монтажа и выводов компонентов.

Таблица 1. Примеры некоторых бессвинцовых припоев и их свойства [1]

Состав бессвинцового

Температура

Примечания

припоя

плавления, °С

48 Sn/52 In

118(эвтектическая

Низкая температура плавления, высокая

 

температура)

стоимость, низкая прочность

42 Sn/58 Bi

138(эвтектическая

Стандартный, доступность зависит от

 

температура)

доступности висмута

91 Sn/9Zn

199 (эвтектическая

Высокая степень шлакообразования,

 

температура)

коррозионная стойкость

93,5Sn/3Sb/2Bi/1,5Cu

218(эвтектическая

Высокая прочность, высокая

 

температура)

устойчивость к термической усталости

95,5Sn/3,5Ag/1 Zn

218…221

Высокая прочность, хорошая

  

устойчивость к термической усталости

99,3 Sn/0,7 Cu

227

Высокая прочность, высокая температура

  

плавления

95 Sn/5 Sb

232…240

Высокое сопротивление сдвигу,

  

устойчивость к термической усталости

65Sn/25Ag/10Sb

233

Патент Motorola, высокая прочность

97Sn/2Cu/0,8Sb/0,2Ag

226…228

Высокая температура плавления

96,5Sn/3,5Ag

221 (эвтектическая

Высокая прочность и высокая

 

температура)

температура плавления

Из таблицы 1 видно, что бессвинцовые припои характеризуются либо слишком низкой, либо слишком высокой температурой плавления по сравнению с эвтектическими свинцово-

оловянным припоями. В таблице 2 приведены, в основном, бессвинцовые припои с высокой температурой плавления.

При использовании низкотемпературных припоев необходим специальный флюс, поскольку стандартный флюс при низких температурах малоактивен. Еще одним ограничением, связанным с низкотемпературными припоями, является уменьшение их смачивающих свойств, вызванное пониженной текучестью при субэвтектических температурах.

Для низкотемпературных применений определенное признание получили припои, содержащие индий. Так, многими компаниями используется припой, содержащий 52% 1п и 48% Бп, поскольку он обеспечивает лучшие характеристики при повторной пайке в процессе ремонта или переделки. Поскольку температура плавления этого припоя составляет 244°Р (118°С), повторная пайка при более низкой температуре может производиться многократно без риска теплового повреждения. Если печатные линии платы покрыты золотом в качестве антиоксиданта, то использование припоя с индием предотвращает выщелачивание золота [2].

Еще одним бессвинцовым припоем с низкой температурой плавления является припой 42 Бп/58 Ы. Если посмотреть на фазовую диаграмму припоя БпЫ, то можно увидеть, что температура плавления находится на

уровне 138°С. Висмут используется в паяльных сплавах для достижения низких температур плавления, но висмутсодержащие сплавы обычно имеют плохие характеристики смачивания.

Многие другие сплавы, представленные в таблице 1, обладают более высокой температурой плавления, чем свинцово-оловянный эвтектический сплав с температурой плавления 183°С. Это, например, цинк-оловянный высокотемпературный бессвинцовый припой с температурой плавления 198°С.

Высокотемпературные припои несовместимы с широко распространенными материалами для изготовления печатных плат, такими как РИ-4. Помимо этого, более высокие температуры при повторной пайке могут увеличить риск повреждения платы.

В настоящий момент не существует бессвинцовых припоев, полностью заменяющих свинцовосодержащие, хотя некоторые производители описывают свои припои как «почти идентичные» [3]. Даже в этом случае для повторной пайки требуется температура жала паяльника 400°С. Для некоторых применений эта температура может оказаться слишком высокой и вызвать тепловое повреждение.

Одной из ключевых проблем использования высокотемпературных припоев, представленных в таблицах 1 и 2 при пайке волной, является повышение риска пробоя конденсаторов. При пайке волной следует поддерживать температуру в диапазоне 230…245°С, что на 45…65°С выше температуры плавления оловянно-свин-цового припоя. Бессвинцовый припой с температурой плавления 220°С потребует при пайке волной температуры 265…280°С. Это увеличивает разницу температур между предварительным нагревом и пайкой волной и, соответственно, повышает риск повреждения конденсаторов.

В целом, почти все бессвинцовые припои имеют меньшую смачиваемость (текучесть), чем эвтектические оловянно-свинцовые, и потому первые из них хуже заполняют необходимую площадь. Для улучшения текучести требуются специальные составы флюсов. Усталостные характеристики бессвинцовых припоев также недостаточно хороши, хотя в одном

Таблица 2. Примеры бессвинцовых припоев различных производителей (с любезного разрешения Dr. Raiyoman Aspandiar, Intel Corporation)

Тип припоя

Поставщик

Состав

Температура плавления, °C

Примечания

    

Несовместимость индия и свинца.

Indalloy™ 227

Arconium Specialty Alloy

77,2Sn/20 In/2,8 Ag

187

Требуется бессвинцовое покрытие контактных площадок печатной платы и выводов микросхем

Слишком высокая температура

Alloy H™

Alpha Metals

84,5 Sn/7,5 Bi/5 Cu/2 Ag

212

ликвидуса. При пайке волной требуется температура более 260-С

Несовместимость индия и свинца.

Tin-Zinc Indium

AT&T

81 Sn/9Zn/10ln

178

Требуется бессвинцовое покрытие

   

контактных площадок печатной платы и выводов микросхем

Castin™

AIM Products U.S. Dept. of Energy (DOE)

96,2 Sn/2,5 Ag 0.8 Cu/0,5 Sb

215

Слишком высокая температура ликвидуса. При пайке волной

Tin-Silver -Copper

(Министерство энергетики США)

93,6Sn/4,7Ag/1,7Cu

217

требуется температура более 260-С

из исследований не наблюдалось нарушения целостности паяного соединения после испытания термическим циклом для высокотемпературного припоя 96,5 Бп/3,5 Ag (последний сплав в таблице 1) [4].

В идеале температура плавления выбранного припоя должна составлять около 180°С, так чтобы для оплавления использовалась температура 210…230°С; для пайки волной — 235…245°С, а для ручной пайки — 345…400°С. Более высокие температуры ручной пайки могут использовать только высококвалифицированные

монтажники во избежание теплового повреждения.

В спецификации J-STD-006, разработанной IPC, приведен подробный список оловянно-свинцовых и бессвинцовых припоев. Однако ни один из бессвинцовых припоев не считается полной заменой эвтектического оловянно-свинцового. В настоящее время ведутся исследования по разработке бессвинцового припоя, который станет полноценной заменой упомянутому выше оловянно-свинцовому. Это насущное требование, которое неизбежно следует учесть.

Литература

1. Socolowski, Norbert. Lead free alloys and limitations for surface mount assembly. Proceedings of Surface Mount International, 1995, pp. 477—480.

2. Keeler, R. Specialty solders outshine tin/lead in problem areas. EP&P, July 1987, pp. 45—47.

3. Seelig, Karl. A study of lead free solder alloys. Circuit Assembly, October 1995, pp. 46 — 48.

4. Melton, Cindy. How good are lead free solders. SMT, June 1995, pp. 32—36.

Статья подготовлена no материалам сайта www.rayprasad.com

оловянно-свинцового и припоя на материнских платах. При какой температуре плавится олово для пайки? Таблица

Припой – это материал, который используется в процессе пайки. Он характеризуется тем, что температура, при которой он превращается из твердого состояния в жидкое, ниже, чем у обрабатываемого металла. Точка, при которой происходит плавление, или реже точка разжижения, – это температура, при которой припой переходит из твердого состояния в жидкое. В точке плавления твердая и жидкая фазы находятся в равновесии.

Температура, при которой наблюдается плавление вещества, зависит от давления. Этот показатель в стандартном варианте обычно составляет 1 атмосфера или 100 кПа.

Как классифицируют?

Чаще всего припой используется на материнских платах, электросхемах. Наиболее часто используемыми сплавами являются те, что изготавливаются из:

  • свинца;
  • меди;
  • кадмия;
  • никеля;
  • олова;
  • серебра.

Для рассматриваемой технологической операции идеально подходит оловянно-свинцовый сплав, поскольку он легко плавится, но при этом обладает уникальными свойствами. В таблице можно встретить и неметаллические припои. От того, насколько верно мастер соблюдал технологию пайки, зависит и срок службы проведенной работы.

Температура плавления всегда указывается в градусах.

Низкотемпературные

Низкотемпературные (или мягкие) припои – те, что переходят в жидкое состояние при менее 290–300 С. К ним можно отнести:

  • оловянно-свинцовые;
  • оловянно-цинковые;
  • оловянно-свинцово-кадмиевые;
  • сурьмянистые;
  • бессвинцовые.

Отличаются от твердых они и пределом на прочность. Этот показатель у них составляет от 16 до 100 МПа на растяжение. Если говорить о другой характеристике, такой как электропроводность, то у мягких припоев она составляет от 9 до 15%.

Нужно понимать, что мягкий припой не должен подвергаться сильной механической нагрузке, поскольку он просто не выдержит ее. Такой вариант нашел активное применение в электротехнике.

Мягкие материалы для пайки подбирают в соответствии со стандартами DIN EN ISO 9453 (2014), DIN 1707-100 (2011).

В прошлом свинцовые сплавы часто использовались для работы на медных трубах. Этот металл улучшает характеристики соединения. В результате получается гладкая поверхность, при этом требуется умеренная температура. Однако свинец вреден для окружающей среды и давно признан канцерогеном. С 1 июля 2006 включение свинца в сплавы для пайки было запрещено директивой RoHS 2002/95 / ЕС Европейского парламента.

Использование некоторых опасных веществ в конструкции электронного оборудования недопустимо. В настоящее время существует небольшой перечень исключений, когда разрешается использовать указанный металл. Это такие сферы повседневной жизни, как медицина и аэрокосмические технологии. В электронной промышленности применяют бессвинцовые материалы на основе олова. Это замечательная альтернатива, однако существует риск образования трещин на поверхности.

Даже небольшой такой дефект в несколько миллиметров может вызвать короткое замыкание, а следовательно, и повреждение электроники. Как показывает практика, такие «усики» растут не очень быстро. Иногда требуется несколько лет, чтобы они появились на поверхности. Возможные причины появления – остаточное напряжение в слоях покрытия, обусловленное наличием органических веществ, то есть посторонних включений и загрязнений. Бессвинцовый вариант мягкого сплава – олово-медь, олово-серебро, а также олово-медь-серебро. Следует отметить, что чем больше процент содержания в составе серебра, тем дороже стоит материал.

Высокотемпературные

Твердые (или высокотемпературные) припои достигают точки разжижения при температуре, превышающей 300 С. Обычно это серебряные сплавы и медно-цинковые, содержащие множество добавок.

Сегодня на заводах активно применяются медно-фосфористые сплавы, в них присутствуют медь, олово с добавкой небольшого количества фосфора.

Лучшее применение – работа с медными элементами и изготовленными из чугуна, серебра и другого твердого металла.

Температура плавления по составу

Для определения температуры, при которой сплав переходит в жидкое состояние, существует множество лабораторных методов. Нередко используется прокладка металла с температурным градиентом. Любое вещество можно поместить на ее заданный участок. Здесь оно продемонстрирует реальное поведение при температуре в этой точке. Дифференциальная сканирующая калориметрия дает информацию о температуре плавления.

Основной аппарат определения температуры плавления для анализа кристаллических твердых тел состоит из масляной ванны с прозрачным окном (самая базовая конструкция – трубка Тиля) и простой лупы. Несколько зерен твердого вещества помещают в тонкую стеклянную трубку и частично погружают в масляную ванну. Она нагревается, с помощью лупы и внешнего источника света можно наблюдать процесс плавление отдельных кристаллов при определенной температуре. Вместо масляной ванны можно использовать металлический блок.

Температура изменения состояния серебряного припоя варьируется в зависимости от химического состава используемого материала. Сплав, состоящий из 56% серебра, будет плавиться при 1145 градусов по Фаренгейту, а состоящий из 80% серебра – при температуре 1370 градусов по Фаренгейту. Точка плавления сырья на основе серебра описывается ювелирами как «легкая» или «тяжелая».

Припой, имеющий малую температуру плавления, будет считаться легким – и наоборот. Серебряные сплавы обычно используются для соединения драгоценных металлов, что нужно в процессе ремонта или производства ювелирных изделий.

У марки ПОС-25 температура плавления равна 260 С, у той же марки с индексом 33 – 247 С. ПОС-40 начинает плавиться при 238 С, припой с индексом 61 и 63 – при 183 С.

Пайка титана с использованием низкотемпературного припоя является лучшим выбором с точки зрения стоимости и сохранения механических характеристик металла. Однако это довольно сложная задача, особенно при использовании сырья с алюминием.

Использование ультразвука в последнее время получило особое внимание, поскольку такой метод позволяет сократить время на работу и снизить себестоимость работ.

Присадочные материалы для соединений титана и его сплавов можно подразделить на пять групп, опираясь на имеющиеся легирующие элементы, то есть они бывают на основе:

  • титана;
  • циркония;
  • серебра;
  • алюминия;
  • никеля.

Советы по подбору

Микроструктура и механические свойства соединений зависят от состава компонентов, температурно-временного цикла и конструкции. Выбор правильных параметров цикла зависит, в свою очередь, от скорости и характера взаимодействия на границе основной материал/наполнитель. Короткий температурно-временной цикл защищает металл от нежелательных изменений, которые могут происходить при повышении температуры. Однако время пайки может быть увеличено в соответствии с составом исходного металла и наполнителя. Только так можно добиться необходимой прочности соединения.

Диффузия некоторых процессов, как правило, при высокой температуре может продолжаться в течение относительно длительного времени до достижения гомогенизации микроструктуры по всему соединению. Это явление известно как диффузионная пайка. При необходимости пропаять цинковое или оцинкованное изделие нужно использовать сурьмянистый материал. Он обладает повышенной прочностью и может обозначаться как ПОССу.

При работе с деталями, особенно чувствительными к повышенной температуре, лучше всего применять оловянно-свинцово-кадмиевые припои или ПОСК. Обычно это касается работ по выводу конденсаторов или пьезокерамике. Алюминий припаивается исключительно оловянно-свинцовым материалом. Сплавы без сурьмы используются в тонкой пайке. Те, что ее содержат, применяют в грубой пайке, например при производстве конденсаторов и холодильных установок, в электротехнической промышленности или для сантехнических и монтажных работ.

Мягкий материал на основе цинка и кадмия также используется, но встречается реже.

В следующем видео представлена информация о температурах при пайке свинцовыми припоями "ПОС".

Температура плавления мягких припоев

Припо́й — материал [1] , применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы на основе олова, свинца, кадмия, меди, никеля, серебра и другие.

Существуют неметаллические припои [2] .

Срок службы паяного соединения зависит от правильности технологии пайки и параметров окружающей среды в эксплуатации.

Содержание

Описание [ править | править код ]

Припои выпускаются в виде гранул, прутков, проволоки, порошка, фольги, паст и закладных деталей.

Пайку осуществляют или с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке мест соединения припой нагревают свыше температуры его плавления. Так как припой имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления соединяемого металла (или металлов), из которых изготовлены соединяемые детали, то он плавится, в то время как металл деталей остаётся твёрдым. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твёрдого металла происходят различные физико-химические процессы. Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя диффундируют в основной металл, основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.

Выбирают припой с учётом физико-химических свойств соединяемых металлов (например, по температуре плавления), требуемой механической прочности спая, его коррозионной устойчивости и стоимости. При пайке токоведущих частей необходимо учитывать удельную проводимость припоя.

Жидкотекучесть низкотемпературных припоев даёт возможность паять изделия сложной формы.

Классификация припоев [ править | править код ]

Вид припоевТемпература плавления Tпл., °CПредел прочности при растяжении, МПаСплавы
МягкиеДо 30016—100оловянно-свинцовые, оловянно-свинцово-кадмиевые, оловянно-цинковые, сурьмянистые, бессвинцовые (Sn+Cu+Ag+Bi+др.)
ТвёрдыеСвыше 300100—500медно-цинковые, медно-никелевые, медно-фосфористые, серебряные

Припои принято делить на две группы:

К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым — свыше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16—100 МПа, а твёрдые — 100—500 МПа.

К мягким припоям относятся оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 (ПОС-10) до 90 % (ПОС-90), остальное — свинец. Электропроводность этих припоев составляет 9—15 % электропроводности чистой меди. Плавление этих припоев начинается при температуре 183 °C (температура плавления эвтектики системы олово-свинец) и заканчивается при следующих температурах плавления ликвидуса:

Припои ПОС-61 и ПОС-63 плавятся при постоянной температуре 183 °C, так как их состав практически совпадает с составом эвтектики олово-свинец состоящей из 61,9 % олова по массе с температурой плавления 183,3 °C.

Кроме этих составов в качестве мягких припоев используются также:

  • сурьмянистые припои (ПОССу), применяемые при пайке оцинкованных и цинковых изделий и повышенных требованиях к прочности паяного соединения,
  • оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК) для пайки деталей, чувствительных к перегреву и пайки выводов к конденсаторам и пьезокерамике,
  • оловянно-цинковые (ОЦ) для пайки алюминия,
  • бессвинцовые припои, содержащие наряду с оловом медь, серебро, висмут и др. металлы.

Твёрдые припои [ править | править код ]

Наиболее распространёнными твёрдыми припоями являются медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр) с различными добавками:

Припой маркаСоставТемпература плавления, °СПлотность, г/см 3
Медно-цинковый ПМЦ-3636 % Сu; 64 % Zn825—9507,7
Медно-цинковый ПМЦ-5454 % Cu; 46 % Zn860—9708,3
Серебряный ПСр-1515 % Ag; остальное Сu и Zn635—8108,3
Серебряный ПСр-4545 % Ag; остальное Сu и Zn665—7259,1
Медно-титановый ПМТ-4549—52 % Сu; 1—3 % Fе; 0,7—0,1 % Si; 45—49,3 % Ti9556,02

Температуры плавления припоев марок ПСр и ПМЦ:

ПСр-10 — 830 °С.
ПСр-12 — 785 °С.
ПСр-25 — 765 °С.
ПСр-45 — 720 °С.
ПСр-65 — 740 °С.
ПСр-70 — 780 °С.
ПМЦ-36 — 825 °С.
ПМЦ-42 — 833 °С.
ПМЦ-51 — 870 °С

Широко применяются медно-фосфористые припои. К медно-фосфористым припоям относятся сплавы меди, олова с добавками фосфора. Такие припои применяются при пайке меди, медных сплавов, серебра, чугуна, твердых сплавов.

Температуры плавления медно-фосфористых припоев:

П81 — 660 °С
П14 — 680 °С
МФ7 — 820 °С
П47 — 810 °С

Серебряные припои [ править | править код ]

Серебряные припои имеют температуру плавления от 183 до 1133 °С и представляют собой сплавы серебро-свинец-олово; серебро-свинец; серебро-медь; серебро-медь-цинк; серебро-медь-цинк-кадмий; и т. д.

Серебряные припои имеют достаточно широкую область применения:

  • лужение и пайка меди, медно-никелевых сплавов, никеля, ковара, нейзильбера, латуней и бронз;
  • пайка железоникелевых сплавов с посеребренными деталями из стали;
  • пайка стали с медью, никелем, медными и медно-никелевыми сплавами;
  • пайка меди с никелированным вольфрамом;
  • пайка титана и титановых сплавов с нержавеющей сталью;
  • пайка меди и медных сплавов с жаропрочными сплавами и нержавеющими сталями;
  • пайка меди и латуни с коваром, никелем, с нержавеющими сталями и жаропрочными сплавами, пайка свинцово-оловянистых бронз;
  • пайка и лужение меди, никеля, медных и медно-никелевых сплавов с посеребренной керамикой, пайка посеребренных деталей;
  • пайка меди и никеля со стеклоэмалью и керамикой;
  • пайка и лужение ювелирных изделий;
  • пайка меди с бронзой, меди с медью, бронзы с бронзой;
  • пайка меди, медных сплавов и сталей по свежеосаждённому медному гальваническому покрытию толщиной не менее 10 мкм;
  • пайка и лужение цветных металлов и сталей;
  • пайка и лужение серебряных деталей.

Бессвинцовые припои [ править | править код ]

В связи с повышением внимания общества к вопросам экологии теперь при выборе припоев более серьёзно учитывают токсичность его компонентов. В электротехнике и электронике (особенно в бытовой) всё чаще используют бессвинцовые припои.

Уход от свинцовосодержащих припоев также обусловлен негативным влиянием свинца на прочность соединения с контактами, покрытыми золотом. [4]

Паяльные пасты [ править | править код ]

Развитие автоматизированной технологии для изготовления электронных плат обусловило появление нового типа припоев: так называемых паяльных паст, пригодных как для обычной, так и трафаретной пайки элементов электронных схем. Паяльные пасты представляют собою дисперсную смесь, в которой дисперсной фазой являются микро- и наноразмерные частицы припоя, иногда твёрдых компонентов флюса, а диспергирующей средой являются жидкие компоненты флюса и летучие органические растворители.

Прочие [ править | править код ]

Не относящиеся к собственно припоям особые виды металлических сплавов применяются в электровакуумной технике для электрических вводов, вплавляемых в стекло и работающих при сравнительно низких температурах, когда использование здесь тугоплавких, но относительно дорогих металлов (вольфрам, молибден, платина) не требуется. Для этих материалов особую важность имеет температурный коэффициент линейного расширения ( α l <displaystyle alpha _> ), который для получения вакуум-плотного ввода должен как можно точнее согласовываться с α l <displaystyle alpha _> стекла. Например, ковар (марка сплава 29НК), применяемый для изготовления электрических выводов через стеклянные колбы различных газонаполненных и электровакуумных электронных приборов и осветительных ламп имеет примерный состав: Ni — 29 %, Со — 18 %, Fе — остальное; его удельное сопротивление около 0,49 мкОм·м, а α l <displaystyle alpha _> около 4…5·10 −6 К −1 .

Основным материалом, применяемым при пайке, является специальный сплав, называемый припоем. К одной из важнейших его характеристик относится температура плавления.

Существует множество разнообразных сплавов, используемых в качестве припоев при выполнении паяных соединений металлических изделий. Они имеют различия по химическому составу и по физико-механическим свойствам.

Классификация

В соответствии с государственным стандартом, существует следующее классификационное деление припоев по температуре их плавления:

  • низкотемпературные, их также называют мягкими. Температура плавления этих паяльных сплавов не превышает 450 ℃. В свою очередь, данная категория делится на две подкатегории. Паяльные сплавы, плавящиеся при температуре до 145 ℃ называются особолегкоплавкими, плавящиеся в диапазоне от 145 до 450 ℃ относятся к легкоплавким;
  • высокотемпературные или твёрдые. К ним относятся припои с температурой плавления, превышающей 450 ℃. Этот класс сплавов включает в себя три подкатегории. Среднеплавкими считаются те, которые расплавляются при температуре до 1100 ℃, имеющие точку плавления от 1100 до 1850 ℃ называют высокоплавкими. Присадочные материалы, использующиеся при пайке, которые занимают ещё более высокотемпературные позиции, относятся к тугоплавким.

Таблица 1. Температура плавления припоев:

Марка припояТемпература плавления, С°
Сплав Вуда66-70
Сплав Розе90-98
Припой ПОИН 52120
Припой ПОСК 50-18142-145
Припой ПОСВи 36-4150-170
Припой ПОС-90183-220
Припой ПОССу 18-0,5183-277
Припой ПОССу 50-0,5183-216
Припой ПОС-63183
Припой ПОССу 25-0,5183-266
Припой ПОС-40183-238
Припой ПОС-30183-238
Припой ПОССу 30-0,5183-245
Припой ПОССу 40-0,5183-235
Припой ПОССу 61-0,5183-189
Припой ПОС-61183-190
Припой ПОССу-15-05184-275
Припой ПОССу-15-2184-275
Припой ПОССу-40-2185-229
Припой ПОССу 25-2185-260
Припой ПОССу-30-2185-250
Припой ПОССу-18-2186-270
Припой ПОС-60190
Припой ЦОП-30200-315
Припой АВИА-1200
Припой П200А220-225
Припой ПОЦ-10220-225
Припой ПОС-50222
Припой ПОВи 0.5224-232
Припой ПОМ-1230-240
Припой ПОМ-3230-250
Припой ПОСу 95-5 (бессвинцовый)234-240
Припой ПОССу-95-5234-240
Припой ПОССу-4-4239-265
Припой ПОССу-8-3240-290
Припой ПОС-18243-277
Припой ПОССу-4-6244-270
Припой П250А250-300
Припой АВИА-2250
Припой ПОС-35256
Припой ПОС-25260
Припой ПОС-4266
Припой ПОССу-10-2268-285
Припой ПОС-10268-299
Припой ПОС-20268-299
Припой ПОССу-5-1275-308
Припой марки А300-320
Припой 34А530-550
Припой 35А545
Припой П-81630-660
Припой П-14К640-680
Припой П-14640-680
Припой ПМФОЦр 6-4-0,03640-680
Припой ПМФ-7714-850
Припой ПМФ-9750-800
Припой П-47760-810
Припой ПМЦ-36800-825
Припой Алармет 211800-890
Припой П 21800-830
Припой Л63850-910
Припой таблетированный Л63850-900
Припой ПМЦ-54876-880
Припой ВПР-28880-980
Припой П100М900-950
Припой ЛО 60-1900
Припой П100900-950
Припой ЛОК 59-1-0,3900
Припой МНМц 68-4-2915-970
Припой ЛНМц 49-9-0,2920
Припой МНМц 9-23,5925-950
Припой ЛК 62-0,5960-1020
Припой ВПР-16960-970
Припой ВПР-41000-1050
Припой ВПР-11080-1120
Припой ВПР-11-40Н1100-1120

Основная суть процесса пайки заключается в смачивании расплавленным присадочным материалом поверхностей соединяемых деталей, которые сами при этом не расплавляются. Исходя из этого, температура плавления припоев должна быть ниже, чем соответствующая характеристика спаиваемых металлов.

Состав паяльных сплавов

Физико-механические свойства плавящихся присадочных материалов, в частности, температура их плавления, определяются содержанием компонентов, входящих в их состав.

Обычно такие сплавы состоят из нескольких химических элементов, но название композиций определяется по тому элементу, который является основным и превосходит все остальные по содержанию. Например, припои на основе олова называют оловянными.

Существует большое семейство припоев, содержащих значительные удельные доли свинца и олова. Такие паяльные сплавы принято называть оловянно-свинцовыми.

Для них принято буквенное обозначение ПОС, после которого следует цифра, показывающая процентное содержание олова в составе этого припоя.

Со школьной скамьи всем известно, что олово с химическим символом «Sn», используют для пайки микросхем и других радиодеталей. Основное требование для этого сплава — невысокая температура плавления. Это вызвано тем, что во время процесса должен плавиться припой, а не соединяемая деталь. Чистое олово с Т плавления 232 °C вполне подходит для этих целей, но на практике чистое олово для пайки, фактически не применяется, из-за высокой стоимости, чаще используют сплавы со свинцом и другими металлами.

Характеристики

Олово незаменимо при производстве электронных устройств. Благодаря своим свойствам оно используется для сварки компонентов в радиотехники. Сплав под названием Eutectica, состоит из свинца (Pb), серебра (Ag), меди (Cu) и никеля (Ni). Благодаря этим присадкам олово плавится при разных температурах в зависимости от процентного содержания, каждого из них.

Олово мягкое и податливое, но очень устойчиво к коррозии и не образует ржавчину, имеет очень хорошую электропроводность и относительно низкую температуру плавления. Все эти характеристики делают его незаменимым для создания электронных устройств.

Процесс пайки протекает в мягкой сварке, которая состоит из объединения двух базовых элементов посредством вклада в основу третьего элемента с более низкой температурой плавления. Например, припаивая медную прокладку монтажной платы к ножке конденсатора, используют расплавленное олова, которое плавится при гораздо более низкой температуре, чем базовые элементы. В процессе нагрева, жидкое олово благодаря своим капиллярным свойствам притягивается к базовым компонентам, а затем охлаждается в режиме мягкой пайки.

Виды припоев и флюсов

В нашей стране большое распространение получила марка припоя ПОС — сплав олова Pb и свинца Sn. В зависимости от вида в него может быть добавлены кадмий, никель, медь, и другие металлы. В основном ПОС изготавливает в форме прутков, проволоки, шариков и пасты. Химсостав его строго регламентирован ГОСТ 21930-76. В России широко применяют такие виды припоя: ПОС18, ПОС30, ПОС50, ПОС90, которые относятся к мягким сплавам с Т плавления до 300 градусов.

ПОС-18

Припой регламентируется государственными стандартами, кроме Pb (0.8 %) и Sn (17-19 %), он имеет примеси многих металлов. Контролирующие органы строго следят за тем, чтобы производитель ограничивал присутствие ядовитого мышьяка в составе, уменьшающего текучесть жидкого сплава и повышающего хрупкость в условиях знакопеременных нагрузок.

Состав примесей ПОС-18 в процентах:

  1. Плотность— 10.3гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления— 0. 200 мкОм•см.
  3. Показатель твердости поБриннелю— 11 НВ.
  4. Теплопроводность— 0.37ккал/см*С*град.
  5. Т при которой припой будет расплавляться солидус/ ликвидус— 183/285 С.
  • Широкая область сплава в жидком состоянии;
  • пониженное содержание примесей, вызывающей хрупкость;
  • коррозионная стойкость места пайки, что важно для деталей, находящихся во влажных средах.
  • Особый припой, серийно не производится.
  • Наличие вредных присадок в составе — Pb.

ПОС-18 относится к универсальным сплавам и является заменителем бессурьмянистых сплавов, его используют:

  • Для производства радиоаппаратуры;
  • пайке печатных плат малой мощности;
  • кузовной ремонт машин в виде лужения;
  • соединения узлов из медно-цинковых сплавов;
  • ремонт оборудования в системах отопления: котлы, радиаторы и другие нагревательные элементы.

Цена припоя ПОС-18 по состоянию на 01.09.2019 года от 710 руб/кг.

ПОС-30

Припой стандартизируется ГОСТами 21930.76 / 21931.76 и относится к мягким сплавам с Т плавления — 256.0 С. По свойствам он похож на марки с ПОС-40 и 50 и состоит из Pb и Sn в процентном соотношении 30:70, а также других элементов не более 1 %. Он отличается от чистого олова темным цветом и повышенной твердостью сплава.

Состав примесей в процентах:

  • Sb — 0.1;
  • Cu — 0.05;
  • Bi0 — 0.2;
  • S, As, Fe — по 0.02;
  • Al, Zn — по 0.002.
  1. Плотность — 9.72 гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления — 0. 185 мкОм•см.
  3. Показатель твердости по Бриннелю — 12 НВ.
  4. Теплопроводность — 0.37 ккал/см*С*град.
  5. Т плавления солидус/ликвидус — 183/256 С.
  • Высокая текучесть;
  • низкая Т плавления;
  • низкое сопротивление позволяет работать с мелкими деталями;
  • высокая ударная вязкость равная чистому олову;
  • высокая область применения, с возможностью замены дорогих материалов, например, для пайки цинка или пластин из латуни;
  • возможность использования для ремонта бытовой техники.

Недостаток ПОС-30 — наличие вредных присадок в составе — Pb.

Цена ПОС-30 по состоянию на 01.09.2019 года от 766 руб/кг.

ПОС-50

Его выпускают по требованиям ГОСТ 21931.76, он отличается практическим равным соотношением свинца и олова.

Состав примесей ПОС-50 в процентах:

  • Sb — 0.8;
  • Cu — 0.1;
  • Bi — 0.05;
  • As — 0.05;
  • S, Fe — по 0.02;
  • Ni, Al, Zn — по 0.002.
  1. Плотность — 8.87 гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления — 0. 158 мкОм•см.
  3. Показатель твердости по Бриннелю — 14 НВ.
  4. Теплопроводность — 0.48 ккал/см*С*град.
  5. Т плавления солидус/ ликвидус — 183/209 С.
  • Хорошая текучесть;
  • хорошая тепло- и электропроводность;
  • возможность применения во влажных средах;
  • хорошая пластичность шва позволяет применять к изделиям с повышенными требованиями к герметичности, например, в измерительных приборах и маломощных схемах ПК.
  • Неэффективный при пайке толстых изделий из-за нестабильности прогрева;
    наличие вредных присадок в составе — Pb;
  • ускоренная кристаллизация расплава, не дает возможность использовать сплав в технологии ручной пайки.

Цена припоя ПОС-50 по состоянию на 01.09.2019 года от 1102.00 руб/кг.

ПОС-90

Припой отличается низкой теплопроводностью и высоким показателем твердости, что объясняется высоким содержанием олова 90, материал серебреного цвета, что дает эстетическую привлекательность полученным соединениям.

Состав примесей ПОС-90 в процентах:

  • Sb — 0.1;
  • Cu — 0.05;
  • Bi — 0.2;
  • As — 0.01;
  • S, Fe — по 0.02;
  • Ni, Al, Zn — по 0.002.
  1. Плотность — 7.6 гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления — 0. 120 мкОм•см.
  3. Показатель твердости по Бриннелю — 15.4 НВ.
  4. Теплопроводность — 0.13 ккал/см*С*град.
  5. Т плавления солидус/ ликвидус — 183/220 С.
  • Широкая область применения от бытового, медицинского до промышленного сектора;
  • хорошая текучесть;
  • высокий уровень смачиваемости в жидком состоянии;
  • низкая Т температура плавленияя;
  • хорошая электропроводность;
  • хорошая герметичность, возможность использования в водной и газовой среде;
    хорошая пластичность шва позволяет применять к изделиям с повышенными
  • требованиями к герметичности, например, в измерительных приборах и маломощных схемах ПК.

Недостатки ПОС-90 — наличие вредных присадок в составе (свинца).

Цена припоя ПОС-90 по состоянию на 01.09.2019 года от 1778.00 руб/кг.

Какая температура плавления

Олово, которое используют в электронике, обычно относится к типу эвтектики, это означает, что это сплав с более низкой температурой плавления для каждого из составляющих его элементов. Так, если имеется 60% оловянный сплав (Т плавления — 232 C) и свинцовый 40% (Т плавления — 327 C), то общая температура плавления сплава будет примерно 183 C .

Наиболее распространенный припой, используемый в станах ЕС для электронных работ — 63/37 SnPb. Он представляет собой эвтектический сплав с температурой плавления — 183 C. Сплав 60Sn имеет рабочий диапазон 183-238. Существует более низкотемпературный сплав Sn43Pb43Bi14, имеющий температуры плавления 144-163.

Состав припоя

Свинец, содержащий в сплаве, постепенно вытесняется в соответствии с новыми директивами ЕС (RoHS и WEEE) и заменяется припоями, состоящими из сплавов олова и сурьмы. Уже сегодня в ЕС многие магазины его не продают. У нас пока все по-другому, вероятно, пройдет много лет, прежде чем свинцовый припой в нашей стране будет заменен навсегда.

Важно! Бессвинцовый сплав имеет более высокую температуру плавления, чем свинцовый и использует более агрессивные флюсы. Это означает, что паяльник должен быть изготовлен для бессвинцовой пайки, чтобы обеспечить правильную температуру около 230 C. Бессвинцовый припой, как правило, примерно на 20-50% дороже, чем свинцовый.

Как правильно выбрать

Выбор припоя зависит от вида работ и назначения готового изделия, а также от того в каких условиях продукт будет эксплуатироваться.
Критерии, на которые нужно обратить внимание перед тем, как выбрать припой для пайки:

  1. Тип паяльника.
  2. Размер провода. Диаметры варьируются от сантиметров или миллиметров, размер проволоки зависит от выполняемой работы.
  3. Флюс очищает область пайки, облегчая протекание припоя и, следовательно, идеальное паяное соединение. Флюс изменяет поверхностное натяжение, так как увеличивает адгезионные свойства в паяном соединении.
  4. Перед покупкой, нужно знать при какой температуре плавится олово для пайки.
    Состав. Дискуссия о том, какой припой использовать на печатных платах свинцовый или бессвинцовый, все еще продолжается. Несмотря на дебаты, вызванные проблемами окружающей среды и здоровья, многие электротехники используют свинцовый.

Обратите внимание! Срок годности и отраслевые рекомендации требуют его использования в течение трех лет с даты изготовления. Срок годности указан на изделии, с ним можно ознакомиться в магазине при покупке. Если использовать просроченную пасту на поверхности припоя может произойти окисление, что сделает соединение неэффективным.

Использование

Специалисты дают полезные советы, которые очень помогают начинающим радиолюбителям, чтобы правильно паять:

  1. Выбирают припой с минимальным содержанием свинца.
  2. Необходимо следить за чистотой жала паяльника, оно должно не иметь грязные наплавления.
  3. Для очистки используют напильник или наждачную бумагу. Жало после очистки залуживают канифолью.
  4. Не рекомендуется долго удерживать прибор в точке припоя, поскольку соединяемые детали способны получить высокотемпературное повреждение. Для снижения губительного воздействия Т на деталь, ее придерживают пинцетом, который выполнит роль теплоотвода.
  5. Изделие, перед пайкой очищают, а контакты соприкосновения дополнительно залуживают, чтобы обеспечить отличное сцепление.

Дополнительная информация. При пайке нужно выполнять меры безопасности. Всегда работать в защитных очках, чтобы защитить глаза от летящих капель горячего жидкого припоя. Кончик паяльника по конструкции очень горячий, превышающий 370 C. Нельзя допускать контакта наконечника с кожей, одеждой или другими предметами. При работе нужно использовать специальный держатель для паяльника.

Подводя итоги, можно сказать, что олово для пайки по-прежнему широко используется в отечественной электронной отрасли и быту. Товар широко представлен на российском и зарубежных рынках, в виде свинцового и бессвинцового припоев. В целях защиты окружающей и требований международных организаций потребление первого типа будет неуклонно сокращаться.

Температура пайки свинцового припоя

Температура плавления и другие свойства припоев на основе олова и свинца

В таблице представлена температура плавления припоев распространенных марок на основе олова и свинца, а также их теплофизические и механические свойства. Свойства припоев даны при комнатной температуре.

В таблице приведены следующие свойства: температура плавления припоев (солидус и ликвидус) в градусах Цельсия, плотность припоев, удельное электрическое сопротивление, коэффициент теплопроводности, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость, твердость по Бринеллю, HB.

Температура плавления припоев (ликвидус — жидкое состояние припоя) на основе свинца и олова находится в диапазоне от 145 до 308°С. Следует отметить, что температура плавления припоя, равная 145°С, соответствует припою ПОСК 50-18, который относится к категории легкоплавких припоев. При температуре 308 градусов Цельсия в жидком виде находится припой ПОССу 5-1.

Рассмотрены свойства следующих припоев: ПОС 90, ПОС 61, ПОС 40, ПОС 10, ПОС 61М, ПОСК 50-18, ПОССу61-0,5, ПОССу 50-0,5, ПОССу 40-0,5, ПОССу 35-0,5, ПОССу 30-0,5, ПОССу 25-0,5, ПОССу 18-0,5, ПОСу 95-5, ПОССу 40-2, ПОССу 35-2, ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2, ПОССу 15-2, ПОССу 10-2, ПОССу 8-3, ПОССу 5-1, ПОССу 4-6.

По данным таблицы видно, что плотность припоев меняется в пределах от 7300 до 11200 кг/м 3 . Припоем с минимальной плотностью является оловянно-свинцовый припой ПОСу 95-5. Наиболее тяжелым из рассмотренных припоев является припой ПОССу 5-1 — плотность такого припоя имеет величину 11200 кг/м 3 .

Теплопроводность припоев в таблице дана в размерности ккал/(см·с·град). Припоями с максимальной теплопроводностью являются ПОС 90 и ПОСК 50-18 — их теплопроводность равна 0,13 ккал/(см·с·град).

Температура плавления припоев на основе серебра, их плотность и удельное электрическое сопротивление

К серебряным припоям относятся такие припои, как ПСр72, ПСр71, ПСр70, ПСрМО68-27-5, ПСр65, ПСр62, ПСр50, ПСр50КД, ПСрМЦКд45-15-16-24, ПСрКДМ50-34-16, ПСр45, ПСр40, ПСр37,5, ПСр25, ПСр25Ф, ПСр15, ПСр12М, ПСр10, ПСр010-90, ПСрОСу8 (Впр-6), ПСрМО5 (Впр-9), ПСрОС 3,5-95, ПСр3, ПСрО 3-97, ПСрОС3-58, ПСр3Кд, ПСр2,5, ПСр2,5С, ПСр2, ПСрОС2-58, ПСр1,5, ПСр1.

Плотность припоев на основе серебра изменяется в пределах от 7400 до 11400 кг/м 3 . Низкая плотность припоя, содержащего серебро, свойственна таким припоям, как: ПСрОСу8, ПСрМО5, ПСрОС 3,5-95 и ПСр010-90. Наиболее тяжелый припой — это ПСр3, его плотность равна 11,4 г/см 3 .

Температура плавления припоев на основе серебра находится в диапазоне от 183 до 860°С. Припоем с наименьшим удельным электрическим сопротивлением является серебряный припой ПСр72 — его электросопротивление равно 2,1 мкОм·см.

Удельное электрическое сопротивление припоев значительно изменяется в зависимости от марки припоя. Оно может иметь значение в интервале от 2,1 (у припоя ПСр72) до 37,2 мкОм·см — у ПСр37,5.

Примечание: плотность и удельное электрическое сопротивление припоев указаны при комнатной температуре.

Температура плавления припоев и легкоплавких сплавов

В таблице даны значения температуры плавления припоев и легкоплавких сплавов на основе ртути Hg, цезия Cs, калия K, висмута Bi, таллия Tl, индия In, олова Sn, свинца Pb, кадмия Cd, сплав Вуда, сплавы Роуза (Розе), золота Au, магния Mg, цинка Zn, серебра Ag.

Значения температуры плавления припоев и сплавов в таблице приведены начиная с самых легкоплавких сплавов и находятся в диапазоне от -48,2 до 262°С. В сплавах с отрицательной температурой плавления (от минус 48,2°С) преобладает содержание ртути и щелочных металлов. Легкоплавкие сплавы с температурой плавления от 200 до 260°С имеют в своем составе преимущественное содержание висмута и таллия.

Примечание: эвт — эвтектические сплавы или близкие к ним; для неэвтектических сплавов приводятся значения температуры солидуса.

Плотность припоев и баббитов, их теплопроводность и КТлР

В таблицах даны теплофизические свойства некоторых припоев и баббитов (антифрикционных подшипниковых материалов) при комнатной температуре. Представлены такие свойства, как: плотность, коэффициент температурного расширения и теплопроводность.

Указаны свойства следующих припоев и баббитов: ПОС-30, ПОС-18, ПСр45, ПОЦ70, ПОЦ60, 34А, эвтектический силумин; баббиты, Б83, Б16, БКА, Б88, Б89, Б6.

Следует отметить, что плотность припоев, коэффициент температурного расширения (КТлР) и теплопроводность припоев и баббитов имеют близкие значения, за исключением припоя 34А и эвтектического силумина, которые в 2-4 раза легче.

Состав и теплопроводность припоев и баббитов при различных температурах

В таблице представлен состав и значение коэффициента теплопроводности алюминиевых антифрикционных сплавов, баббитов и припоев при температуре от 4 до 300 К (от -269 до 27°С).

Рассмотрены следующие припои и подшипниковые материалы: АН2,5, АО6-1, БКА, Б16, Б83, Б88, ПОС61, ПОС18, ПОССу18-2, ПОССу40-2, сплав Вуда, сплав Розе, ПСр25, ПСр44, ПСр70.

Наиболее теплопроводным антифрикционным сплавом, по данным таблицы, является сплав АО6-1 — его теплопроводность равна 180 Вт/(м·град). Наибольшую теплопроводность среди рассмотренных припоев имеет серебряный припой ПСр70 (на основе серебра и меди) — теплопроводность этого припоя равна 170 Вт/(м·град).

Источники:

  1. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.
  3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
  4. Цветные металлы. Справочник. — Нижний Новгород: «Вента-2», 2001. — 279 с.

Припо́й — материал [1] , применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. Применяют сплавы на основе олова, свинца, кадмия, меди, никеля, серебра и другие.

Существуют неметаллические припои [2] .

Срок службы паяного соединения зависит от правильности технологии пайки и параметров окружающей среды в эксплуатации.

Содержание

Описание [ править | править код ]

Припои выпускаются в виде гранул, прутков, проволоки, порошка, фольги, паст и закладных деталей.

Пайку осуществляют или с целью создания механически прочного (иногда герметичного) шва, или для получения электрического контакта с малым переходным сопротивлением. При пайке мест соединения припой нагревают свыше температуры его плавления. Так как припой имеет температуру плавления ниже, чем температура плавления соединяемого металла (или металлов), из которых изготовлены соединяемые детали, то он плавится, в то время как металл деталей остаётся твёрдым. На границе соприкосновения расплавленного припоя и твёрдого металла происходят различные физико-химические процессы. Припой смачивает металл, растекается по нему и заполняет зазоры между соединяемыми деталями. При этом компоненты припоя диффундируют в основной металл, основной металл растворяется в припое, в результате чего образуется промежуточная прослойка, которая после застывания соединяет детали в одно целое.

Выбирают припой с учётом физико-химических свойств соединяемых металлов (например, по температуре плавления), требуемой механической прочности спая, его коррозионной устойчивости и стоимости. При пайке токоведущих частей необходимо учитывать удельную проводимость припоя.

Жидкотекучесть низкотемпературных припоев даёт возможность паять изделия сложной формы.

Классификация припоев [ править | править код ]

Вид припоевТемпература плавления Tпл., °CПредел прочности при растяжении, МПаСплавы
МягкиеДо 30016—100оловянно-свинцовые, оловянно-свинцово-кадмиевые, оловянно-цинковые, сурьмянистые, бессвинцовые (Sn+Cu+Ag+Bi+др.)
ТвёрдыеСвыше 300100—500медно-цинковые, медно-никелевые, медно-фосфористые, серебряные

Припои принято делить на две группы:

К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым — свыше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении 16—100 МПа, а твёрдые — 100—500 МПа.

К мягким припоям относятся оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 (ПОС-10) до 90 % (ПОС-90), остальное — свинец. Электропроводность этих припоев составляет 9—15 % электропроводности чистой меди. Плавление этих припоев начинается при температуре 183 °C (температура плавления эвтектики системы олово-свинец) и заканчивается при следующих температурах плавления ликвидуса:

Припои ПОС-61 и ПОС-63 плавятся при постоянной температуре 183 °C, так как их состав практически совпадает с составом эвтектики олово-свинец.

Кроме этих составов в качестве мягких припоев используются также:

  • сурьмянистые припои (ПОССу), применяемые при пайке оцинкованных и цинковых изделий и повышенных требованиях к прочности паяного соединения,
  • оловянно-свинцово-кадмиевые (ПОСК) для пайки деталей, чувствительных к перегреву и пайки выводов к конденсаторам и пьезокерамике,
  • оловянно-цинковые (ОЦ) для пайки алюминия,
  • бессвинцовые припои, содержащие наряду с оловом медь, серебро, висмут и др. металлы.

Твёрдые припои [ править | править код ]

Наиболее распространёнными твёрдыми припоями являются медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр) с различными добавками:

Припой маркаСоставТемпература плавления, °СПлотность, г/см 3
Медно-цинковый ПМЦ-3636 % Сu; 64 % Zn825—9507,7
Медно-цинковый ПМЦ-5454 % Cu; 46 % Zn860—9708,3
Серебряный ПСр-1515 % Ag; остальное Сu и Zn635—8108,3
Серебряный ПСр-4545 % Ag; остальное Сu и Zn665—7259,1
Медно-титановый ПМТ-4549—52 % Сu; 1—3 % Fе; 0,7—0,1 % Si; 45—49,3 % Ti9556,02

Температуры плавления припоев марок ПСр и ПМЦ:

ПСр-10 — 830 °С.
ПСр-12 — 785 °С.
ПСр-25 — 765 °С.
ПСр-45 — 720 °С.
ПСр-65 — 740 °С.
ПСр-70 — 780 °С.
ПМЦ-36 — 825 °С.
ПМЦ-42 — 833 °С.
ПМЦ-51 — 870 °С

Широко применяются медно-фосфористые припои. К медно-фосфористым припоям относятся сплавы меди, олова с добавками фосфора. Такие припои применяются при пайке меди, медных сплавов, серебра, чугуна, твердых сплавов.

Температуры плавления медно-фосфористых припоев:

П81 — 660 °С
П14 — 680 °С
МФ7 — 820 °С
П47 — 810 °С

Серебряные припои [ править | править код ]

Серебряные припои имеют температуру плавления от 183 до 1133 °С и представляют собой сплавы серебро-свинец-олово; серебро-свинец; серебро-медь; серебро-медь-цинк; серебро-медь-цинк-кадмий; и т. д.

Серебряные припои имеют достаточно широкую область применения:

  • лужение и пайка меди, медно-никелевых сплавов, никеля, ковара, нейзильбера, латуней и бронз;
  • пайка железоникелевых сплавов с посеребренными деталями из стали;
  • пайка стали с медью, никелем, медными и медно-никелевыми сплавами;
  • пайка меди с никелированным вольфрамом;
  • пайка титана и титановых сплавов с нержавеющей сталью;
  • пайка меди и медных сплавов с жаропрочными сплавами и нержавеющими сталями;
  • пайка меди и латуни с коваром, никелем, с нержавеющими сталями и жаропрочными сплавами, пайка свинцово-оловянистых бронз;
  • пайка и лужение меди, никеля, медных и медно-никелевых сплавов с посеребренной керамикой, пайка посеребренных деталей;
  • пайка меди и никеля со стеклоэмалью и керамикой;
  • пайка и лужение ювелирных изделий;
  • пайка меди с бронзой, меди с медью, бронзы с бронзой;
  • пайка меди, медных сплавов и сталей по свежеосаждённому медному гальваническому покрытию толщиной не менее 10 мкм;
  • пайка и лужение цветных металлов и сталей;
  • пайка и лужение серебряных деталей.

Бессвинцовые припои [ править | править код ]

В связи с повышением внимания общества к вопросам экологии теперь при выборе припоев более серьёзно учитывают токсичность его компонентов. В электротехнике и электронике (особенно в бытовой) всё чаще используют бессвинцовые припои.

Уход от свинцовосодержащих припоев также обусловлен негативным влиянием свинца на прочность соединения с контактами, покрытыми золотом. [4]

Паяльные пасты [ править | править код ]

Развитие автоматизированной технологии для изготовления электронных плат обусловило появление нового типа припоев: так называемых паяльных паст, пригодных как для обычной, так и трафаретной пайки элементов электронных схем. Паяльные пасты представляют собою дисперсную смесь, в которой дисперсной фазой являются микро- и наноразмерные частицы припоя, иногда твёрдых компонентов флюса, а диспергирующей средой являются жидкие компоненты флюса и летучие органические растворители.

Прочие [ править | править код ]

Не относящиеся к собственно припоям особые виды металлических сплавов применяются в электровакуумной технике для электрических вводов, вплавляемых в стекло и работающих при сравнительно низких температурах, когда использование здесь тугоплавких, но относительно дорогих металлов (вольфрам, молибден, платина) не требуется. Для этих материалов особую важность имеет температурный коэффициент линейного расширения ( α l <displaystyle alpha _> ), который для получения вакуум-плотного ввода должен как можно точнее согласовываться с α l <displaystyle alpha _> стекла. Например, ковар (марка сплава 29НК), применяемый для изготовления электрических выводов через стеклянные колбы различных газонаполненных и электровакуумных электронных приборов и осветительных ламп имеет примерный состав: Ni — 29 %, Со — 18 %, Fе — остальное; его удельное сопротивление около 0,49 мкОм·м, а α l <displaystyle alpha _> около 4…5·10 −6 К −1 .

Припой — это металл или смесь металлов, используемых при пайке с целью соединения деталей. Как правило, используются сплавы на основе, олова, меди и никеля. Припой на базе олова входит в группу легкоплавких припоев. И температура плавления припоя здесь не превышает 450 °C. Эти составы широко используются для работы с радиоаппаратурой. Весьма распространенными являются припои на базе олова и свинца, они широко применяются в нашей металлопромышленности: аббревиатура ПОС.

Для сборки самодельных устройств простейшей конструкции достаточно наиболее распространенного припоя ПОС-61 или подобного. Сплав можно добыть из старой печатной платы от электронного прибора и собрать его паяльником с паяных контактов.

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.

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». Этот припой крайне популярен у электронщиков. Используется при демонтаже/монтаже элементов, чувствительных к перегреву. Помимо всего прочего сплав идеален для лужения медных дорожек новехонькой печатной платы.

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.

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.

Температура плавления припоя что это такое и почему это важно?

Точка плавления любого материала определяется как температура, при которой твердое вещество становится жидкостью. С инженерной точки зрения эта температура определяет, какие материалы могут быть использованы для данных реальных приложений. В большинстве случаев материалы выбираются таким образом, чтобы они использовались в твердой форме, без возможности плавления.

Припои разные. Роль припоев состоит в том, чтобы расплавить и при плавлении соединить два или более электрических компонента вместе.Припои состоят из десятков составов сплавов с температурами плавления от 90 ° до 400 ° C. Выбор любого конкретного припоя для применения основан на температуре плавления этого припоя. Например, если приложение таково, что устройство будет работать в высокотемпературной среде, выбранный припой должен иметь температуру плавления выше, чем рабочая температура.

В промышленном применении припои можно разделить на две категории:

  1. Эвтектика
  2. Неэвтектический

Слово «эвтектика» происходит от греческого «eútēktos», что означает «легко плавится».На практике эвтектика относится к сплаву, который плавится при одной температуре и после охлаждения затвердевает при одной заданной температуре. Эта возможность важна в определенных производственных процессах.

Таким образом, неэвтектический сплав - это сплав, который не плавится при одной температуре. Эти сплавы имеют так называемый интервал плавления. Сплав начинает плавиться при определенной температуре, затем продолжает плавиться при повышении температуры, пока не будет достигнута конечная температура, и сплав станет полностью жидким.Разница между температурами начала и окончания плавления называется диапазоном плавления. Некоторые сплавы имеют диапазон плавления до 3 ° C, в то время как другие имеют диапазон плавления до 75 ° C.

Какой припой использовать?

Выбор конкретного припоя основывается на нескольких факторах, но двумя из основных критериев являются:

  1. Температура плавления припоя используемого процесса
  2. любые последующие термические процессы.

Возможно, требуется высокотемпературный припой, потому что производитель будет выполнять последующие термические процессы, и он не хочет оплавлять первый припой. Высокотемпературный припой позволяет ему выполнять более одного термического процесса без нарушения целостности устройства. Или, может быть, нужен низкотемпературный припой, потому что производитель имеет термочувствительные компоненты и не хочет их повредить из-за воздействия высоких температур.

Производитель может паять компонент или компоненты, используя, например, припой с высоким содержанием свинца (Pb).Эти сплавы плавятся в диапазоне 300 °. Затем он может сделать вторичный припой, используя припой с оловянным серебром (SnAg), который плавится при температуре 220 °. Наконец, при необходимости, он может сделать третий припой оплавлением, используя припой на основе индия с температурой плавления в диапазоне 150 ° C. Этот метод ступенчатой ​​пайки, начиная с высокотемпературного припоя, дает производителю значительную гибкость процесса.

В других случаях требуется низкотемпературный припой. Различные электронные блоки содержат термочувствительные компоненты или, возможно, органические компоненты с низкими тепловыми порогами.Выбранный припой будет таким, у которого температура плавления будет ниже 150 ° C, возможно, до 100 ° C. Распространено то, что припой был выбран из-за его температуры плавления.

Почему я должен использовать эвтектический сплав вместо неэвтектического сплава?

Металлургия эвтектического сплава позволяет ему плавиться и замерзать при одной температуре. Это означает быстрое оплавление и охлаждение. Более быстрый процесс - более рентабельный. Когда припой быстро плавится и замерзает, качество паяного соединения является оптимальным.Любое специализированное крепление для удержания компонентов на месте во время оплавления, как правило, может быть менее сложным. Таким образом, выбор эвтектического сплава имеет много преимуществ, и большинство производителей предпочитают использовать эвтектический сплав, когда это возможно.

Однако количество коммерчески доступных эвтектических сплавов ограничено, в то время как количество различных применений пайки огромно. Чаще всего процесс диктует, что выбранный сплав будет неэвтектическим. Использование неэвтектических сплавов не следует рассматривать как ущерб; это просто означает, что производителю нужно будет уделить особое внимание оптимизации процесса оплавления.Если процесс эвтектического сплава может быть быстрым, неэвтектический сплав во время затвердевания будет частично твердым, а частично жидким. В течение этого периода, когда паяное соединение находится в состоянии твердой и жидкой смеси, он подвержен явлению, называемому «горячим растрескиванием». Смещение деталей во время оплавления и прерывание процесса оплавления являются типичными первопричинами горячих трещин; их трудно обнаружить при регулярном контроле качества. При увеличении времени процесса появляются большие возможности для менее чем оптимального оплавления припоя.Кроме того, любой специализированный инструмент может оказаться более сложным для достижения того же конечного результата.

Почему я должен использовать припой из золотого сплава вместо припоя из свинцового сплава?

Мягкие припои, а именно сплавы на основе свинца, олова и / или индия, начинают терять свою прочность при температурах выше 75% от их точки плавления. Для Pb с температурой плавления 327 ° C сплав становится мягче выше 245 ° C. Для Sn это составляет 175 ° C. Мягкость этих припоев создает проблему, когда они используются для изготовления компонентов и / или узлов, которые будут проходить окончательный процесс сборки, такой как оплавление или пайка волной припоя в диапазоне 250–260 ° C.Сплавы золотых припоев, такие как AuSn, состоят из однородной смеси атомов Au и интерметаллидов AuSn. Эта смесь делает эти сплавы очень прочными, так что они почти не теряют прочности вблизи точки их плавления. В результате, Au80Sn20 с температурой плавления 280 ° C является предпочтительным сплавом для пайки / закрытия пакетов узлов, которые герметично закрыты и должны выдерживать окончательную сборку. Высокая термостойкость Au80Sn20 обеспечивает целостность упаковки, даже когда требуется выдерживать нежелательные перерывы в окончательной сборке и связанные с этим проблемы перегрева.

Итог

Припой s Сплавы могут быть изготовлены во многих формах и формах. Из них можно сформировать преформу. Это основной способ использования припоев в полупроводниковой промышленности, при котором преформа припоя становится частью электронной схемы. Заготовка припоя, используемая при автоматической пайке, требует согласованности от партии к партии.

Доступны десятки припоев, некоторые из них эвтектические, некоторые нет; некоторые с узкими интервалами плавления, некоторые с широкими интервалами плавления.Сплавы могут быть на основе свинца (Pb); Золото (Au) на основе; Среди прочего, на основе олова (Sn) или индия (In). Их можно использовать в приложениях от сотовых телефонов до спутниковых систем. Выбор правильного припоя для конкретного применения зависит от знания среды, в которой он будет использоваться. Первые вопросы, которые задает производитель: «Какая температура плавления необходима» и «Какие процессы должен выдержать припой»?

AMETEK Coining - ведущий мировой производитель преформ для припоя.У нас есть широкий ассортимент легкодоступных припоев, в том числе бессвинцовые сплавы, которые соответствуют Директиве ЕС 2002/95 / EC 'RoHS' (Снижение содержания вредных веществ), запрещающей использование припоев на основе свинца в большинстве случаев. Приложения. Чеканка полностью вертикально интегрирована с возможностью работы и разработки новых сплавов. Coining обладает развитыми инструментами и опытом, а также обширной библиотекой инструментов с 18 000 доступными инструментами различных размеров. Новые инструменты также могут быть изготовлены в точном соответствии с требованиями заказчика.

Характеристики плавления припоя являются важным критерием при выборе припоя, однако есть много других факторов, которые влияют на выбор конкретного сплава. Наша команда инженеров всегда готова проконсультировать, а наши уникальные внутренние возможности позволяют нам разрабатывать индивидуальные сплавы для вашего конкретного применения.

По любым вопросам обращайтесь в один из наших офисов. AMETEK Coining имеет офисы продаж в Северной Америке, Азии и Европе.

Офис продаж в США : +1 201-791-4020
[email protected]

Офис продаж в Китае: +86 21-3763-2111 EXT 8894
[email protected]

Офис продаж в Европе: +381 62 291143
[email protected]

Офис продаж в Малайзии: +60 46 43 3062
[email protected]

ROHS против пайки без ROHS

26.08.2015 | Эдвард Фендерсон,

Использование бессвинцового припоя в электронике становится все более распространенным, поскольку производители продолжают соблюдать директивы ROHS.Есть сходство в методах пайки как для припоев с ROHS, так и для припоев, не относящихся к ROHS; однако процесс пайки ROHS требует другого подхода и большей осторожности.

Хорошие практики, такие как чистые контактные площадки, чистое жало паяльника и возможность беспрепятственного охлаждения паяного соединения, являются общими для обоих припоев.

Различия между бессвинцовыми припоями и припоями на основе свинца

Температура пайки

Бессвинцовые припои плавятся при более высоких температурах примерно 217 ° C / 422 ° F по сравнению с 183 ° C / 361 ° F для варианта на основе свинца.Поэтому материалы печатной платы и электронные компоненты должны выдерживать более высокие температуры.

Из-за высокой температуры пайки паяльник нужно снимать быстрее, чтобы не было сосулек, которые могут повредить компоненты или дорожки.

Низкие смачивающие свойства

Смачивание припоя ROHS длится дольше и хуже на грязных окисленных поверхностях; кроме того, этот припой не растекается так сильно, как вариант на основе свинца. Повышение температуры улучшает смачивание; однако высокие температуры сокращают срок службы жала паяльника и могут повредить печатную плату и компоненты.

Для улучшения смачивания можно также использовать более агрессивный флюс. В этом случае необходимо провести тщательную очистку после пайки, чтобы предотвратить проблемы, связанные с флюсом, такие как коррозия, рост дендритов, плохая адгезия соответствующих покрытий и электромиграция, которая может вызвать короткое замыкание между дорожками цепи.

олово / свинец Олово / Серебро / Медь
Температура плавления 183 ° С 217 ° С
Время, необходимое для влажной очистки меди при температуре 23 ° C выше точки плавления 1.5 секунд 4.0 секунды

Таблица 1: Сводка температур плавления и смачивания припоев с ROHS и без ROHS

Паяльник и срок службы жала

Процессы бессвинцовой пайки требуют использования паяльников большей мощности. А поскольку эффективная теплопередача в значительной степени зависит от наконечника припоя и времени выдержки, наконечники для бессвинцовой пайки должны иметь правильный размер и конструкцию наконечника, а также обеспечивать передачу достаточного количества тепла к стыку.Кроме того, размер торца наконечника должен соответствовать размеру паяемого соединения.

Рисунок 2: Выбор паяльного жала

Источник изображения: Kester

Бессвинцовое паяльное жало изнашивается быстрее из-за высоких температур и агрессивного флюса. Это связано с повышенной скоростью образования оксида на наконечнике и осушением поверхности наконечника. Более длительный срок службы наконечника достигается за счет использования более низких температур, постоянного лужения наконечника для предотвращения окисления, использования припоев и флюсов, предназначенных для применения в условиях ROHS, и отключения железа, когда оно не используется.

Внешний вид

Рисунок 3: Паяные соединения на бессвинцовой основе и на основе свинца

Источник изображения: Cedos

Хорошее паяное соединение на основе свинца будет гладким и блестящим, в то время как соединения без свинца обычно более тусклые и зернистые.

Способ пайки

Убедитесь, что поверхность печатной платы, контактные площадки, выводы компонентов и жало паяльника чистые.

  1. Поместите металлический наконечник на одну сторону соединения между штифтом и контактной площадкой на несколько секунд, а затем поместите припой на другую сторону.Припой расплавится и покроет стык.
  2. Свинцовое паяное соединение занимает 2–5 секунд, а бессвинцовое - около семи секунд. Рекомендуется выполнить соединение без свинца как можно быстрее; в противном случае более длительное время работы приведет к перегреву компонентов, подъему подушек и повреждению печатной платы. Используйте утюг большей мощности или больший наконечник, если соединение требует большего нагрева (например, для больших разъемов).
  3. Удалите припой, затем быстро вытащите паяльник и дайте стыку остыть без помех.
  4. Избегайте ретуши бессвинцовых соединений из-за их тусклого вида и шероховатости. Ретуширование может привести к ослаблению стыков из-за роста интерметаллического слоя между выводом компонента и медной площадкой.

Бессвинцовый припой - обзор

14.2.2.1 Электропроводящие чернила

Новые бессвинцовые припои и чернила, которые использовались в электронной промышленности и привлекли к себе большое внимание, должны обладать различными свойствами, такими как хорошие. смачиваемость, низкая температура пайки, низкая стоимость, экологичность, достаточная прочность, хорошее сопротивление термической усталости и т. д., которые превосходят или даже соответствуют свойствам обычных припоев Sn-Pb, по крайней мере (Hu, Cao, Li, Ni и Цуй, 2011).В основном, для подходящей интеграции электроники необходимы электропроводящие и диэлектрические материалы.

Наиболее распространенные типы электропроводящих чернил основаны на проводящих компонентах нано- или микрочастиц, диспергированных в полимерной матрице (Electronics Manufacturing; Sankir, 2005). Такие добавки в виде частиц имеют металлическую основу, такую ​​как серебро, медь и золото, а также проводящие оксиды, такие как ITO или ZnO. В общем, основные физико-химические требования к электропроводящим чернилам аналогичны требованиям к чернилам для графических или красочных целей, но они также должны обеспечивать хорошую электропроводность печатного рисунка.Чернила обычно отверждаются под действием тепла, которое спекает проводящие частицы в сплошной металлический слой и разлагает весь полимерный носитель или его часть. Однако также возможно УФ-излучение, лазерное или микроволновое отверждение, что дает преимущество за счет значительного сокращения времени спекания. Электропроводность обычно основана на контакте каждой частицы в осажденном слое. Чернила сушатся под действием тепла, при котором удаляются связующее и растворитель, образуя проводящий слой на подложке. Необходимые температуры отверждения, очевидно, зависят от скорости обработки, основы и температуры.Обычно они находятся в диапазоне 80–500 ° C. Требуемое время отверждения обычно составляет от 5 до 60 минут. Однако сушка происходит намного быстрее, в пределах десятков секунд. Скорость изготовления можно регулировать до нескольких метров в секунду. Природа подложек определяет, какую процедуру и скорость отверждения можно использовать для спекания металлических частиц вместе. Краски, отверждаемые УФ-светом, имеют много преимуществ. Во-первых, время сушки может быть значительно сокращено с последующим снижением затрат.По сравнению с сушкой сольвентных чернил УФ-отверждение может быть практически мгновенным. Это особенно важно при перемотке с катушки на катушку, когда чернила должны быть сухими перед перемоткой. Поскольку УФ-чернила, как правило, нелетучие и требуют отверждения, а не высыхания, постоянство реологических свойств сохраняется на лицевой панели (производство электроники).

Чернила на основе металлов являются наиболее распространенными чернилами для производственного сектора (Kamyshny, Steinke, & Magdassi, 2011).В настоящее время большинство проводящих чернил основано на наночастицах серебра, поскольку серебро обладает самой высокой электропроводностью среди металлов (6,3 · 10 7 / Ом / м) и устойчиво к окислению. Существует несколько коммерческих серебряных чернил для струйной печати на водной основе и на основе растворителя, производимых несколькими компаниями, включая Cabot (США), SunJet (Англия), InkTec (Корея), Cima NanoTech (Израиль), Harima (Корея), Advanced Nano Products ( Корея), Samsung ElectroMechanics (Корея), Genesink (Франция), Amepox (Польша) и Novacentrix (США).Чернила с серебряными частицами для глубокой и флексографской печати доступны в составе на основе растворителя и воды. На рис. 14.2 показано традиционное нанесение серебряных чернил и паст на толстую пленку в рыночных условиях сегодня и прогноз на следующие 8 лет (Silver Inks & Paste market, 2011).

Рисунок 14.2. Серебряные чернила и пасты для традиционных толстопленочных работ.

Также доступны чернила на основе меди и углерода, хотя их проводимость всего на 6% ниже, чем у чернил на основе серебра.Это может привести к снижению затрат, поскольку цена на медь составляет менее 1% от стоимости серебра. Основная задача - избежать окисления меди в условиях окружающей среды, что значительно ограничивает применение этих наночастиц. Имеется всего несколько отчетов о чернилах с наночастицами меди и еще меньше коммерческих продуктов (Kim, Moon, Jeong, Kim, & Park, 2007; Lee, Choi, Lee, Scott, & Kim, 2008). Недавние эксперименты ясно продемонстрировали возможность изготовления концентрированных дисперсий наночастиц меди, подходящих для использования в качестве прекурсоров медных чернил (Magdassi, Grouchko, & Kamyshny, 2010; Woo, Kim, Kim, Lim, & Moon, 2009).

Наночастицы также можно суспендировать в жидкостях с более низкой вязкостью, что позволяет использовать их в процессах печати. Преимущество наноразмерных частиц заключается в снижении температуры спекания и плавления. Полимерная оболочка защищает отдельные металлические частицы, предотвращая агрегацию и способствуя адгезии к субстрату. Широкий спектр наночастиц может быть изготовлен из таких материалов, как чистые металлы, оксиды металлов, ферромагнетики, парамагнитные частицы и люминесцентные частицы. Уменьшение размера частиц, который обычно составляет от 5 до 500 нм, может резко снизить температуру спекания металлических частиц.Это значительно ниже, чем температура плавления основного металла, что позволяет печатать на таких подложках, как бумага, которые могут выдерживать температуру только приблизительно 100 ° C (Harrop, 2007).

Сравнение производственной процедуры свинцовой пайки и бессвинцовой пайки в PCBA

Все более мелкие паяные соединения в устройствах микроэлектроники заставляют их выдерживать больше механических, электрических и термодинамических нагрузок с их требованиями с точки зрения повышения надежности.Технология упаковки электроники, в том числе SMT (технология поверхностного монтажа), CSP (Chip-Scale Package) и технология BGA (Ball Grid Array), должна обеспечивать электрическое и жесткое механическое соединение между различными материалами через паяные соединения, чтобы качество и надежность соединения определяли качество и надежность электронных изделий. Выход из строя даже одного паяного соединения может привести к полному выходу из строя электронных изделий. Поэтому обеспечение качества паяных соединений является чрезвычайно важной задачей для современной электронной продукции.

Традиционный припой SnPb содержит Pb (свинец), который вместе с химическим соединением свинца является настолько высокотоксичным веществом, что его длительное применение может нанести огромный ущерб жизни людей и окружающей среде. До сих пор бессвинцовый припой постоянно заменяет свинцовый припой из-за того, что он защищает окружающую среду. Однако бессвинцовое производство отличается от производства свинца в процессе сборки печатных плат (PCBA) с измененными параметрами. Таким образом, очень важно получить полную информацию о сравнении производственной процедуры пайки свинцом и бессвинцовой пайки на печатной плате, чтобы производительность и функции электронных продуктов не пострадали от проблем, связанных с окружающей средой.

Сравнение свойств бессвинцового припоя и свинцового припоя

• Бессвинцовый припой имеет более высокую температуру плавления, чем свинцовый припой.

а. Температура плавления традиционного свинцового эвтектического припоя (Sn37Pb) составляет 183 ° C.
г. Температура плавления бессвинцового эвтектического припоя (SAC387) составляет 217 ° C.

Поскольку бессвинцовый эвтектический припой (SAC387) имеет температуру плавления на 34 ° C выше, чем традиционный свинцовый эвтектический припой (Sn37Pb), в результате получается:
1).Повышение температуры впоследствии приводит к тому, что припой легко окисляется с химическим соединением, быстро растущим между металлами.
2) .Некоторые компоненты, например, с пластиковым корпусом или электролитическими конденсаторами, как правило, больше подвержены влиянию температуры пайки, чем другие элементы.
3) .SAC-сплав будет вызывать большие нагрузки на компоненты, поэтому компоненты с низкой диэлектрической проницаемостью будут иметь больше возможностей для выхода из строя.
4). На бессвинцовой паяльной поверхности компонентов доступны различные типы паяльных поверхностей.Применение олова в припое более широко из-за его низкой стоимости. Тем не менее, тонкий слой окисления имеет тенденцию образовываться на поверхности олова. Кроме того, после гальваники возможно возникновение напряжения. В результате, как правило, образуются усы олова.

• Бессвинцовый припой имеет худшую смачиваемость, чем свинцовый припой.

По сравнению со свинцовым припоем бессвинцовый припой имеет явно более низкую смачиваемость, чем свинцовый припой. Плохая смачиваемость приводит к тому, что паяные соединения работают слишком плохо, чтобы соответствовать требованиям с точки зрения возможности самокалибровки, прочности на разрыв и прочности на сдвиг.Плохая смачиваемость может привести к более высокому проценту брака паяных соединений, если не будут внесены изменения для компенсации этого недостатка.

• Сравнение бессвинцового припоя и свинцового припоя по физическим характеристикам.

В таблице ниже показано различие физических характеристик бессвинцового припоя и свинцового припоя.


Элемент Sn37Pb SAC387 Sn0.7Cu
Плотность (г / м 2 ) 8.5 3,5 3,31
Температура плавления (° C) 183 217 227
Удельное сопротивление (МОм-см) 15 11 10-15
Электропроводность (IACS) 11,5 15,6/
CTE (× 10 -4 ) 23,9 23,5/
Теплопроводность (Вт / м · 1к · 1с) 50 73/
Поверхностное натяжение 260 ° C (мН / м) 481 548 491
Усталостная долговечность 3 1 2
Прочность на сдвиг (МПа) 23 27 20-23

Как показано в таблице выше, бессвинцовый припой определенно будет иметь плохое влияние на надежность паяного соединения из-за разницы в характеристиках припоя по сравнению с традиционным производством свинцового припоя.С точки зрения механического воздействия типичный бессвинцовый припой тверже свинцового припоя. Более того, образующийся поверхностный оксид, флюс и остатки сплава могут привести к плохим характеристикам электрического контакта и контактного сопротивления. Таким образом, перевод электронных продуктов с производства на бессвинцовую продукцию никогда не является чистой заменой ни в электрических, ни в механических аспектах по следующим причинам:
a. Поскольку свинец относительно мягкий, паяные соединения, полученные при бессвинцовом производстве, более твердые, чем соединения, полученные при производстве свинца, что приводит к более высокой интенсивности и меньшему превращению, что, однако, определенно приведет к высокой надежности бессвинцовых паяных соединений.
г. Поскольку бессвинцовый припой имеет плохую смачиваемость, будет возникать больше дефектов, включая пустоты, смещение и застой.

Комплексная забота о производстве без свинца

При переходе от свинцового припоя к бессвинцовому припою самая заметная разница заключается в высоком содержании олова (> 95% масс.). В результате необходимо сосредоточить внимание на следующих вопросах из первых рук.

• Выращивание оловянных усов

Нишки олова растут из слабого участка слоя оксида олова в виде монокристаллического олова, имеющего столбчатую форму или цилиндрическую нить.Его убытки включают:
a. Между соседними контактами могут возникать ярлыки.
г. Плохое влияние может быть оказано на высокочастотные функции.

В оловянном припойном слое имеется напряжение давления, которое считается основной причиной образования нитевидных кристаллов олова. Например, при наличии большого количества металлического сплава неправильной формы Cu6Sn5 будет сформировано множество дефектов, включая накопление напряжения давления на слое олова, деформацию штифта компонента и устранение КТР, все из которых приведет к образованию нитевидных кристаллов олова.Сплав с высоким содержанием олова приведет к образованию усов олова, которые особенно подходят для чистого олова. Однако большое количество металлического сплава, такого как Pb или Bi, может остановить или препятствовать росту нитей олова.

«Усы олова» могут стать причиной коротких замыканий на тонких компонентах линии, например, QFP. Таким образом, чистое олово можно наносить на низкосортные изделия и компоненты, срок службы которых составляет менее 5 лет. Когда речь идет о высоконадежных изделиях и компонентах, срок службы которых должен составлять более 5 лет, сначала следует нанести слой никеля толщиной менее 1 мкм, а затем слой олова толщиной 2-3 мкм.

• Выращивание металлических дендритов

Металлический дендрит отличается различными методами выращивания из оловянного уса. Первый результат ионной электромиграции в электрохимии. Металлический дендрит приведет к коротким замыканиям, что в дальнейшем вызовет сбой в цепи.

• Генерация CAF

Электропроводящая анодная нить накала (CAF) - еще один тип отказа в результате электрохимической реакции. CAF происходит внутри печатной платы, вызванной анодной проводящей нитью, содержащей медь, растущую от анода к катоду.

CAF увеличивается до такой степени, когда анод и катод соединяются коротким замыканием между двумя полюсами, что в конечном итоге приводит к катастрофической катастрофе. CAF - это катастрофа для сборки печатных плат высокой плотности, а бессвинцовый припой с более высокой температурой упрощает решение этой проблемы.

• Оловянный вредитель

Олово-вредители являются результатом спонтанного изменения фазы полиморфизма чистого олова. При температуре ниже 13 ° C чистое олово превратится из белого олова (плотность 7.30 г / см 3 ), происходящий от центральной квадратной структуры до серого олова (плотность 5,77 г / см 3 ) в центрированной кубической структуре. Теоретически, вредители олова могут привести к потенциальному риску надежности, но это редко наблюдается, поскольку в олово примешиваются примеси.

Обсуждаемые выше проблемы являются возможными дефектами при применении бессвинцового припоя. Тем не менее, их можно устранить, если использовать передовые технологии пайки во время процесса печатной платы.

PCBCart предлагает методы производства свинцовой пайки и бессвинцовой пайки для печатных плат

Мы понимаем, что для разных проектов требуются разные методы пайки.Чтобы удовлетворить все требования клиентов, мы предлагаем как свинцовую, так и бессвинцовую технологии производства для сборки печатных плат. Хотите знать, сколько стоят работы по сборке печатной платы? Нажмите следующую кнопку, чтобы получить расценки PCBA, это не стоит вам ни копейки!

Запрос цены на сборку печатной платы - Свинцовая / бессвинцовая пайка

Полезные ресурсы
• Полнофункциональная услуга по производству печатных плат
• Расширенная услуга сборки печатных плат с несколькими дополнительными опциями
• Введение в технологию производства бессвинцовых печатных плат
• Применение технологии «штифт в пасте» (PIP) в бессвинцовых печатных платах с поверхностью OSP Покрытие
• Сравнение надежности паяных и бессвинцовых паяных соединений

Бессвинцовый припой лучше?

Свинцовый припой

уже много лет является предпочтительным материалом, применяемым в мире производства печатных плат.Но в недавнем прошлом было повышенное беспокойство по поводу воздействия этилированных продуктов на здоровье и окружающую среду для потребителей. По этим причинам в июле 2006 года Европейским союзом ограничение содержания вредных веществ в электрическом и электронном оборудовании (RoHS) регламентировало использование этилированной электронной продукции.

Как и в Соединенных Штатах Америки, некоторые страны не приняли законы, запрещающие применение свинца в потребительских товарах. Тем не менее, некоторые предприятия требуют использования свинцового припоя в заказываемых ими электронных продуктах.Итак, какой припой лучше всего использовать в мире электроники? В чем разница между припоем с содержанием свинца и припоем без свинца? Эта статья дает подробные ответы на эти вопросы и предлагает больше информации о припоях с содержанием свинца и без свинца.

1. Что такое свинец по сравнению с бессвинцовым припоем?

Большинство производителей электроники используют припой для приклеивания компонентов к печатным платам. Будь то бессвинцовый припой или свинцовый припой, все они выполняют одну и ту же функцию. Тем не менее, в различных устройствах и вариантах использования используются разные методы пайки.

1.1 Свинцовый припой

Обычно свинцовый припой состоит из олова и свинца. Преимущество использования этилированного припоя заключается в его адекватной текучести. Он имеет более низкую температуру плавления, чем бессвинцовый припой; следовательно, меньшее тепловое воздействие на компоненты. Кроме того, когда припой остывает, он приобретает более яркий вид, чем бессвинцовый припой, что упрощает обнаружение таких проблем, как окисление. Кроме того, свинцовый припой дешевле и проще в использовании, чем бессвинцовый припой.

1.2 Бессвинцовый припой

Основная причина, по которой производители переходят на использование бессвинцовых припоев, заключается в том, чтобы исключить свинец из процессов производства электроники и переработки отходов. В последние два десятилетия в мире производства электроники наблюдается динамичное развитие альтернативных материалов для пайки, основанных на металлическом олове. В этом альтернативном подходе используются материалы, свойства которых отличаются от эвтектического состава свинца и олова.

Поскольку солдаты эффективны при 80% от их точки плавления, они требуют характеристик, аналогичных суперсплавам реактивных двигателей. Однако требования к паяным соединениям постоянно растут из-за повышения плотности и механических нагрузок в результате миниатюризации. Следовательно, для бессвинцовых припоев необходима конструкция печатной платы, которая учитывала бы высокую температуру плавления и анизотропные свойства.

2. Сравнение свойств свинца и бессвинцового припоя

Использование большого количества свинца в потребительских товарах в течение длительного периода времени оказывает вредное воздействие на окружающую среду и людей.В настоящее время компании перешли на бессвинцовую пайку, чтобы поддержать свои усилия по социальной ответственности по защите окружающей среды. Таким образом, очень важно узнать, чем бессвинцовый припой по сравнению с свинцовым припоем, и изучить лучший вариант для использования.

2.1 Бессвинцовый припой имеет более высокую температуру плавления, чем свинцовый припой

Свинцовый припой имеет температуру плавления 1830 ° C, а бессвинцовый припой - 2170 ° C. Теперь это эффекты более высокой температуры плавления бессвинцового припоя:

  • Более высокая температура бессвинцовой пайки приводит к быстрому окислению припоя по сравнению с более низкой температурой свинцовой пайки.
  • Как и компоненты, содержащие пластиковые корпуса и электронные конденсаторы, на некоторые компоненты отрицательно влияет высокая температура пайки бессвинцового припоя.
  • Высокая температура бессвинцового припоя приводит к значительным нагрузкам на компоненты; поэтому компоненты с низкой диэлектрической проницаемостью более уязвимы для отказов.
  • Компоненты для бессвинцового припоя имеют несколько поверхностей для пайки. Компании часто используют олово на таких поверхностях, потому что это рентабельно. Однако олово образует небольшой слой окисления снаружи, который может привести к гальванике.

2.2 Эвтектика или нет

Производители высоко оценили использование олова и свинца, поскольку они образуют эвтектическую смесь. Другими словами, состав свинца и олова имеет более низкую температуру, чем температуры отдельных металлов. Хотя миру электронного производства не удалось открыть другую комбинацию эвтектических металлов, они изобрели технику бессвинцовой пайки, которая хорошо работает.

2.3 Проблемы со здоровьем

Компании, заботящиеся о сохранении окружающей среды, заявляют, что ядовитая природа свинца является основной причиной выбора бессвинцовой пайки.Свинец действительно может накапливаться в организме человека даже при небольшом продолжительном воздействии. Кроме того, свинец может быстро попасть в ваше тело через кожу, рот или нос. Лакокрасочная промышленность и производство бензина перестали использовать свинец. Однако припой является одним из оставшихся продуктов, в которых он до сих пор используется.

В отрасли, где наблюдается высокий уровень выбросов свинца, рабочие более уязвимы для опасностей, связанных со свинцом, поскольку они могут быстро его вдохнуть или получить, прикоснувшись к загрязненным поверхностям. Помните, свинец опаснее для детей.Поэтому серьезно относитесь к этим проблемам со здоровьем, где бы вы ни использовали свинцовый припой.

2,4 Стоимость

Припой с содержанием свинца дешевле, чем припой без свинца. Это связано с тем, что стоимость свинца составляет лишь десятую часть цены олова, что делает этилированный припой легко доступным. Кроме того, некоторые производители заменяют олово на серебро в бессвинцовых припоях, что делает их еще более дорогими.

2,5 Бессвинцовый припой имеет более низкую смачиваемость, чем свинцовый припой

Низкая смачиваемость делает паяное соединение неэффективным в плане удовлетворения требований в отношении способности к саморегулированию, прочности на разрыв и прочности на сдвиг.Следовательно, низкая смачиваемость приводит к высокому проценту брака паяных соединений, особенно когда вы не можете выполнить регулировку для устранения этого недостатка.

2.6 Сравнение физических характеристик бессвинцового припоя и свинцового припоя

Бессвинцовый припой отрицательно влияет на надежность соединения. С точки зрения механического воздействия бессвинцовый припой прочнее свинцового припоя. Кроме того, бессвинцовый припой образует поверхностные оксиды, примеси флюса и отложения сплава, которые могут ухудшить характеристики контактного сопротивления.Таким образом, переход от производства свинца к бессвинцовому производству электроники не является полной заменой электрических и механических характеристик по следующим причинам:

  • Поводок сравнительно мягкий. Вы поймете, что производственные паяные соединения, не содержащие свинца, сложнее, чем паяные соединения, используемые при производстве свинца. Это вызывает повышенную интенсивность и незначительные модификации, которые обеспечивают высокую надежность.
  • Бессвинцовая пайка вызывает низкую смачиваемость, вызывая больше проблем, таких как образование пустот и гробниц.

3. Переход на бессвинцовый припой

При выборе типа припоя между свинцовым и бессвинцовым припоями важно понимать, что основное различие заключается в высоком содержании олова. Таким образом, в процессе выбора вам следует взвесить следующие факторы.

3.1 Выращивание металлического дендрита

Важно отметить, что у металлических дендритов и усов олова разные процедуры роста.Дендрит металла - продукт ионного электропереноса в электрохимии. С другой стороны, оловянные усы образуют короткие пути, которые в дальнейшем приводят к отказу цепи.

3.2 Выращивание усов для олова

Нитки олова образуются из уязвимых частей покрытия оксида олова в виде монокристаллического олова, имеющего столбчатую форму или цилиндрическую нить. Усы могут привести к сокращению пути между соседними штифтами. Кроме того, это может оказать плохое влияние на высокочастотные компоненты.

Покрытия для пайки оловом содержат напряжение давления, которое является одним из основных факторов, вызывающих образование усов олова. Например, когда появляется слишком много металлического сплава Cu6Sn5, это вызывает несколько неисправностей, таких как нарастание напряжения давления на оловянном покрытии, деформация штифта и несоответствие КТР, что еще больше приводит к образованию нитевидных кристаллов олова.

Большое количество сплава олова также приводит к появлению усов олова, которые более выражены в чистом олове. К счастью, некоторые металлические сплавы, такие как PB и Bi, могут предотвратить рост усов олова.

3.3 Создание CAF

Электрохимические процессы также вызывают другой отказ, известный как токопроводящая анодная нить накала (CAF). Анодная проводящая нить накала, несущая некоторый рост меди от положительного электрода к отрицательному, вызывает образование CAF. Процесс происходит внутри печатной платы.

Обычно CAF увеличивается, когда положительный и отрицательный электроды соединяются коротким замыканием. Это приводит к катастрофической трагедии для производства высокоплотных печатных плат.Высокая температура плавления бессвинцового припоя ускоряет образование CAF.

3.4 Олово вредителей

Импульсная модификация фазы полиморфизма вызывает вредителей олова. Обычно, когда температура ниже 130 ° C, чистое олово меняет цвет с белого на серый. В идеале вредители олова создают потенциальную угрозу надежности. Однако вы редко заметите это, поскольку загрязнение сочетается с железом.

4. Какой припой лучше использовать между свинцом и свинцом.Бессвинцовый припой?

Вопреки информации о состоянии здоровья и окружающей среды, содержащейся в свинцовой электронике, Aerospace Corporation провела исследование по применению свинца в бытовой электронике. Исследование показало, что существует мало доказательств того, что свинец, применяемый в электронных гаджетах, наносит серьезный вред окружающей среде и людям. Дело в том, что когда мы говорим об электронной переработке, количество свинца, которое производители используют, незначительно, чтобы причинить вред животным.

Используйте свинцовый припой, если он доступен на ближайших рынках. Это потому, что его легче использовать, он имеет более низкую температуру плавления и вызывает меньше проблем с качеством стыков. Основная причина, по которой вы должны выбрать бессвинцовый припой, заключается в том, что ваше правительство запрещает использование свинца. Кроме того, вы также можете рассмотреть это, если планируете продавать свою продукцию в страны Европы. Помните, что количество свинца в припое незначительно, чтобы вызвать серьезные проблемы со здоровьем. Как правило, использование свинцового припоя более экономично и эффективно из-за его уникальных свойств и преимуществ.

Заключение

Припой

со свинцом дает множество преимуществ для электронного производства, но стремительные перемены стремительно растут. Все отрасли, в которых используется припой в больших количествах, скорее всего, скоро перейдут на бессвинцовую пайку, если они еще этого не сделали. Кроме того, на рынке для любителей припоя может быть недостаточно припоя, поскольку правительства различных стран принимают меры по защите окружающей среды.

Как и в случае с любыми другими изменениями, некоторые люди сопротивляются использованию бессвинцового припоя.Однако переход к более безопасным методам необходим и, несомненно, неизбежен с точки зрения здоровья и безопасности человека.

Мы понимаем, что разные проекты требуют разных подходов к пайке. Поэтому для сборки печатных плат мы обеспечиваем как свинцовую, так и бессвинцовую пайку. Если вам требуется какой-либо из этих методов пайки, мы готовы предложить вам индивидуальные услуги! Свяжитесь с нами сегодня, чтобы получить бесплатное ценовое предложение для сборки печатной платы.

Припой с более низкой температурой плавления

Припой с более низкой температурой плавления
Резюме исследования М.Маккормак Т., Дегани Ю., Х.С. Чен и В.Р. Гесик,

СОДЕРЖАНИЕ


Значительное снижение производственных затрат может быть достигнуто с помощью низкотемпературная обработка поверхности за счет увеличения выхода и использования меньшего дорогие комплектующие и платы. Припой с более низкой температурой плавления (номинальный состав Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag), позволяющий существенно снижение пиковых температур оплавления при поверхностном монтаже. В припой совместим со стандартной обработкой поверхности Pb-Sn, плавится внутри температурный диапазон ~ 166-172 ° C и имеет перспективные механические характеристики. Многие производители электроники внедряют менее дорогие компоненты. и / или материалы печатной платы в сборке продукта, чтобы уменьшить затраты на производство. Эта практика часто приводит к проблемам с производственным ресурсом. потому что менее дорогие материалы, как правило, более чувствительны к температуре и влажность. Например, устройства для поверхностного монтажа из пластика, чувствительного к влаге. (МСД) подвержены повреждениям из-за влаги во время пайки. процесс. 1-5 Когда пластиковые упаковки подвергаются воздействию условия окружающей среды, они диффузно впитывают влагу через формовочную пластмассу. Этот влага может впоследствии конденсироваться на внутренних поверхностях раздела (например, между пластик и силиконовый кристалл или между выводной рамкой и пластиком). В профиль температуры оплавления припоя может затем привести к тому, что эта конденсированная влага быстро испаряются. Увеличение объема влаги, связанное с фазовый переход в пар может оказывать значительное давление на внутренних поверхностях раздела фаз в то время как пластиковая формовочная смесь одновременно испытывает прочность снижение из-за повышенных температур.Эта комбинация факторов, часто называемый эффектом попкорна, может вызвать расслоение или трещины, которые могут трудно обнаружить. Расширенные трещины, выходящие на внешнюю поверхность в пакете могут быть указаны пути для технологических химикатов, таких как флюс или чистящие средства. агенты и загрязняющие вещества в атмосфере, которые, как известно, могут нарушить работу устройства надежность.

К другим видам отказа относятся поднятые, срезанные или ослабленные проволочные связи. Некоторые из эти сбои, связанные с "попкорном", происходят немедленно и проявляются в электрических тестирование, в то время как другие более тонкие и вызывают сбои в работе.Эта влага восприимчивость ограничивает срок службы МСД на заводе. температура окружающей среды и относительная влажность.

Чтобы облегчить эти проблемы урожайности, есть толчок к снижению пикового значения. температуры оплавления при поверхностном монтаже; однако уменьшение пика температура оплавления при использовании эвтектического припоя Sn-37Pb обычно приводит к неприемлемые явления, такие как недостаточное смачивание подушек, плохое филе геометрии, комкование пасты при оплавлении, частичное оплавление из-за тепловая масса компонентов или полное отсутствие оплавления.

Наиболее распространенным сплавом, используемым при пайке оплавлением, является эвтектический сплав Sn-37Pb. С этот сплав имеет температуру плавления 183 ° C, есть практические более низкие пределы температуры пайки оплавлением. Например, верхняя часть козырька температура в большинство профилей печей для поверхностного монтажа различаются в зависимости от области применения между 205-220 ° C, чтобы обеспечить оплавление и оплавление эвтектических паяльных паст Pb-Sn. образуют приемлемые паяные соединения. Следовательно, надежная более низкая точка плавления, заглядывать припой желателен.

Альтернативные припои с более низкими температурами плавления, чем у эвтектических. Sn-37Pb часто рассматривается для таких приложений, как описанные; то Чаще всего рассматривается альтернативный сплав Sn-43Pb-14Bi. Этот припой имеет несколько атрибутов, которые не подходят для всех приложений; передовой К ним относятся широкий диапазон плавления и более низкая температура солидуса. Рисунок 1а представляет собой типичный профиль дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) Сплав Sn-43Pb-14Bi при нагреве со скоростью сканирования 5 ° C / мин.Профиль показаны две отдельные области отвода тепла, указывающие на плавление. В области более низких температур большая часть сплава (~ 30%) плавится. резко примерно при 137 ° C - температура плавления эвтектики Bi-42Sn сплав. За этой начальной температурой солидуса следует прерывание на ДСК. кривая, показывающая начальную температуру ликвидуса ~ 147 ° C. В большая часть объема сплава остается твердой примерно до 165 ° C, обозначенный на рис. 1а прерывистым изменением наклона при предплавлении (твердотельная диффузия) часть второй скважины для отвода тепла.Этот температура 165 ° C, по сути, является второй температурой солидуса для оставшаяся твердая часть сплава. Большая часть сплава в конечном итоге становится плавится примерно при 170 ° C (другая эффективная температура ликвидуса). А небольшая остаточная часть (~ 5-10%) сплава полностью не плавится до примерно 178 ° C. Этот широкий диапазон плавления может не только ввести трудности в обращении при изготовлении, но более низкая температура солидуса при 138 ° C может способствовать снижению сопротивления термической усталости.
Рис. 1. Типичные профили дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК)
при нагревании со скоростью сканирования 5 ° С / мин. для
(а) Sn-43Pb-14Bi, (б) Sn = -42Pb-8Bi, (в) Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag.
a b c

Альтернативный состав припоя с температурой плавления ниже, чем у эвтектика Sn-37Pb.Целью данной работы было определение тройной Sn-Pb-Bi, который не только плавится как минимум на 10 ° C ниже эвтектического Sn-37Pb, но также не содержал фаз плавления ~ 138 ° C и имел узкую диапазон плавления (~ 10 ° C). Найден лучший компромисс по тепловому характеру. в тройном составе Sn-42Pb-8Bi. Рисунок 1b представляет собой типичный профиль DSC сплава Sn-42Pb-8Bi со скоростью сканирования 5 ° C / мин. Как видно из прерывистое изменение наклона на участке предварительного плавления отвода тепла ну, температура солидуса этого сплава составляет ~ 171 ° C.Первичный ликвидус температура ~ 175 ° C; есть очень небольшой (примерно 2-3%) остаток количество твердых веществ, которые полностью не плавятся до 182 ° C. Композиционный колебания, превышающие процент, необходимы для значительного изменения Показан характер плавления. Для этого состава избыток висмута приводит к ~ 138 ° C фазы плавления; избыток олова и свинца приводит к образованию остаточных твердых частиц за пределами температура плавления 183 ° C Sn-37Pb.

После установления оптимального тройного состава Sn-42Pb-8Bi четвертичный добавки были исследованы на предмет дополнительного положительного воздействия на плавление характер сплава.Добавки серебра были наиболее полезными - пиковое тепловое механические преимущества были получены при содержании Ag ~ 0,5%. Рисунок 1c представляет собой Типичный профиль плавления сплава Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag методом ДСК при сканировании скорость 5 ° C / мин. Температура солидуса этого сплава ~ 166 ° C, температура первичного ликвидуса составляет ~ 172 ° C, и существует очень небольшая (примерно 2-3%) остаточное количество твердых веществ с высоким содержанием свинца, которые не полностью растопить до 178 ° C. Этот характер плавления предполагает, что возможно более низкие пиковые температуры оплавления при поверхностном монтаже на столько же как 10-15 ° C при использовании сплава, легированного серебром.Композиционные колебания серебро ниже 0,2% неэффективно для обеспечения понижения температуры плавления и при содержании серебра более 0,8% начинают образовываться фазы с хорошей температурой плавления за пределами эвтектики 63Sn-37Pb.

Рис. 2. Сканирующие электронные микрофотографии (а) тройных микроструктур Sn-42Pb-8Bi и (б) Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag в литом состоянии. Микроструктурный уточнение связано с добавлением серебра в четвертичный сплав.
a b

Помимо изменения характера плавления сплава, введение 0.5% Ag также, по-видимому, улучшает микроструктуру после литья. В сканировании На электронных микрофотографиях, показанных на рисунке 2, фаза светового контраста богата свинцом а темная контрастная фаза богата оловом. Уточнение микроструктуры может быть четко видно между литыми тройными и четверными сплавами на рис. 2а. и 2б соответственно. Механические свойства четвертичного Sn-Pb-Bi-Ag сплава сравнивается с двумя бинарными эвтектическими припоями - Sn-37Pb (плавление точка = 183 ° С) и Sn-3.5Ag (температура плавления = 221 ° C) - при растяжении данные напряжения-деформации показаны на рисунке 3. Хорошая прочность и пластичность. Показанный сплав является очень перспективным с точки зрения сопротивления термической усталости. Дальнейшая работа в этом направлении продолжается.
Рис. 3. Сравнительные данные о растяжении-деформации, полученные при скорости деформации 0,001 / с для образцов припоя Pb-37Sn, Ag-3.5Ag и Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag.

Поскольку собственно полезность Sn-41.Сплав 75Pb-8Bi-0.5Ag будет в больших Деталь, определяемая ее характеристиками оплавления при низкотемпературном поверхностном монтаже После сборки была изготовлена ​​паяльная паста RMA, не требующая очистки. Оба Сплав Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag и стандартная эвтектическая паста Sn-37Pb (с использованием той же флюс) были напечатаны в круговых деталях диаметром 6,35 мм и 0,25 мм. высота на несмачиваемых подложках из Al 2 O 3 . Использование азотно-конвективного оплавления печи и контроль температуры верхней стороны подложки с помощью откалиброванного термопары, эти тестовые образцы подверглись термическому профилю (рис. 4).Пик температура верхней стороны подложки в этом профиле оплавления составляет 179 ° C. В альтернативный сплав (рис. 5а) демонстрирует отличное оплавление пасты, не содержащей шарики припоя; паста Sn-37Pb (рис. 5б) вообще не оплавлялась.
Рисунок 4. Температурный профиль верхней панели. Пиковая температура на верхней стороне в этом профиле оплавления составляет 179 ° C.

Затем аналогичный эксперимент был проведен с напечатанными тестовыми купонами FR-4.В контактные площадки на испытательных купонах имеют стандартную эвтектическую смесь Sn-37Pb с горячим воздухом. обработка поверхности с выравниванием припоя (HASL). После трафаретной печати пасты Сплавы Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag и Sn-37Pb на отдельных испытательных купонах, конденсаторах (также с эвтектической обработкой контактной поверхности Sn-37Pb) были помещены на колодки. Таким же образом, как описано выше, купоны прошли контролируемую Профиль оплавления с максимальной температурой верхней стороны плиты 179 ° C. В Сплав Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag (Рисунок 5c) снова демонстрирует отличное оплавление пасты. и образование галтели без шариков припоя, в то время как паста Sn-37Pb (Рисунок 5d) вообще не переплавляется.Эксперименты с пиковой температурой верхней стороны платы ниже 179 ° C за тот же период показал только частичное оплавление в Паста сплава Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag и не рекомендуется.
Рис. 5. (а) паста сплава Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag и (б) стандартная эвтектическая паста Sn-37Pb, напечатанная на несмачиваемом Ar 2 O 3 субстрат. Отметим, что паста Sn-37Pb вообще не оплавлялась. Использование оплавления профиль печи, описанный на рисунке 4, при испытании на поверхность с конденсаторами (Обработка контактной поверхности Sn-37Pb) на испытательных купонах FR-4, обработанных HASL, (c) Sn-41.Сплав 75Pb-8Bi-0.5Ag демонстрирует отличное оплавление пасты и формирование галтели. без шариков припоя и (d) паста Sn-37Pb не оплавляется при все.

Заводские испытания с использованием припоя также оказались весьма успешными. Рисунки 6а и 6b показаны компоненты для поверхностного монтажа с J-образными выводами и мелким шагом 0,5 мм, соответственно, которые отслеживались во время оплавления и наблюдались на верхней стороне пика. температура доски 179 ° C.Паяные компоненты демонстрируют отличные формирование галтели без образования перемычек между выводами.
Рис. 6. (a) J-образные выводы и (b) мелкий шаг 0,5 мм для поверхностного монтажа, которые были проверены во время оплавления, чтобы испытать пик на верхней стороне платы температура 179 ° C.
a b

Эксперименты с полностью заполненными платами, имеющими большие локальные тепловые массы. находятся в процессе определения самых низких пиковых температур оплавления для данного Приложения.Тем не менее, кажется совершенно очевидным, что пайка для поверхностного монтажа с паяльной пастой Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag можно делать при температурах значительно ниже, чем те, которые используются в настоящее время, чтобы снизить урожайность проблемы, связанные с влажностью и температурной чувствительностью при поверхностном монтаже сборка. 1. Стандарт JEDEC JESD22-A112, "Чувствительность к напряжению, вызванному влагой для устройств поверхностного монтажа в пластиковой упаковке" (1994).
2. Стандарт JEDEC JESD22-A113-A, «Предварительная подготовка пластиковых устройств для поверхностного монтажа перед испытанием надежности» (1995).
3. IPC-SM-786A, «Процедуры определения характеристик и обращения с ИС, чувствительными к влаге / оплавлению» (Lincolnwood, IL, 1995).
4. М. Китано и др., «Анализ растрескивания корпуса в процессе пайки оплавлением», Proc. 17-й Int. Сим. Тестирование и анализ отказов (1991), стр. 213-220.
5. Г. С. Ганесан и Х. М. Берг, "Модель и анализ явления растрескивания припоя оплавлением в пластиковых корпусах поверхностного монтажа", IEEE Trans. CHMT , 16 (8) (1993), стр. 940-948.

ОБ АВТОРАХ

M.T. Маккормак получил докторскую степень. в материалах науки и техники в Калифорнийском университете в Беркли в 1991 году. В настоящее время он является техническим сотрудником Bell Laboratories, Lucent Technologies. Он является членом TMS.
Ю. Дегани защитил докторскую диссертацию. получил степень по химии в Еврейском университете Иерусалима в 1985 году. В настоящее время он является техническим сотрудником Bell Laboratories, Lucent Technologies.
H.S. Чен получил докторскую степень. получил степень по прикладной физике в Гарварде в 1967 году. В настоящее время он является техническим сотрудником Bell Laboratories, Lucent Technologies.
W.R. Gesick получил степень бакалавра наук. В 1968 году получил степень бакалавра технических наук в Нью-Йоркском университете. В настоящее время он является президентом компаний Advanced Metals Technology и Amtech.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с M.T. Маккормак, AT&T Bell Laboratories, 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Jersey 07974; (908) 582-3547.


Авторские права принадлежат Обществу минералов, металлов и материалов, 1996

Направляйте вопросы об этой или любой другой странице JOM по адресу [email protected]

Подходящая кривая температуры бессвинцового припоя

Введение:

Сплав

, является лучшим припоем в процессе оплавления. По сравнению с традиционным припоем, он имеет два недостатка с точки зрения технологичности:

1) Высокая температура плавления.Он имеет температуру плавления около 217 градусов по Цельсию и полную температуру плавления 235 градусов по Цельсию. Следовательно, мы должны повышать производственную температуру в процессе производства, иначе это приведет к ряду неблагоприятных последствий.

2) Смачиваемость немного хуже. Эвтектический припой с диапазоном диффузии 93% и бессвинцовый припой с диапазоном диффузии 73% ~ 77%.

Подходящая температурная кривая бессвинцового припоя:

Типичные температурные кривые оплавления с использованием эвтектических припоев Sn / Pb обычно делятся на четыре части.То есть «Нагрев» - «Сохранение тепла» - «Оплавление» - «Охлаждение». Температура «Сохранения тепла» составляет около 140 ℃ ~ 160 ℃. Температура процесса оплавления превышает 183 ℃, а пики повышаются на 30 ~ 40 ℃.

Однако, очевидно, что температура плавления бессвинцового припоя возрастает, что ставит под сомнение оптимальное значение параметра процесса, проверенное длительной производственной практикой. Поэтому многие исследования рекомендуют следующие два типа температурных кривых для бессвинцовых припоев.

1) Трапецеидальная температурная кривая:

Эта кривая называется трапециевидной температурной кривой, и ее основная особенность заключается в увеличении пикового времени области оплавления, так что время пайки деталей выше линии жидкой фазы увеличивается с традиционных 40 ~ 60 секунд до 60 ~ 90 секунд, а время 30 ~ 60 секунд должно поддерживаться при максимальной температуре пайки оплавлением.

Эффект трапециевидной кривой:

① Выдерживайте достаточно времени при высокой температуре для достижения теплового баланса компонентов с большой разницей теплоемкости и уменьшения кавитации паяных соединений BGA.

② Поскольку время жидкого состояния бессвинцового припоя увеличивается, полезно преодолеть смачиваемость бессвинцового припоя.

2) Профиль рампы:

Эта кривая называется формой «шатра» или «треугольника».Его главной особенностью является устранение стадии сохранения тепла, паяные детали от комнатной температуры медленно поднимались до максимальной температуры, таким образом увеличивая время нагрева, так что скорость нагрева может быть снижена до 0,8 ~ 2 ℃ / с. Однако общее время процесса не увеличивается, но может быть соответствующим образом сокращено общее время процесса. Конечно, для использования этой температурной кривой необходимо предварительное условие: она должна использовать дефлегматор с хорошими характеристиками теплопередачи, чтобы паяные детали выдерживали пиковую температуру, таким образом, разность температур поверхности может соответствовать требованиям. .

Эффект от использования профиля рампы:

① Если не увеличивать общее время, увеличьте время нагрева, чтобы избежать повреждения компонентов, вызванного чрезмерной скоростью нагрева.

② Поскольку температура растет линейно, ее легко контролировать, и процесс имеет хорошую воспроизводимость.

③ Из-за медленного нагрева разница температур поверхности печатной платы уменьшается, что способствует преодолению неблагоприятных факторов бессвинцового припоя, вызывающих сокращение технологического окна.

④ Паяемость и блестящие паяные соединения могут быть улучшены за счет использования температуры активации припоя, соответствующей температуре пасты из бессвинцового сплава.

⑤ По сравнению с традиционной флегмовой печью, потребление энергии снижено, а обслуживание относительно простое.

Заключение:

Конечно, выбор этой температурной кривой, в основном, основан на температуре плавления металлического состава бессвинцовой паяльной пасты, температуре активности флюса, конструкции и функции флегмы. , теплоемкость сварочного объекта и другие особые обстоятельства, конечная цель - не повредить печатную плату и компоненты при условии надежного качества пайки.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *