Припои для пайки: классификация, свойства, критерии выбора

Припои для пайки: классификация, свойства, критерии выбора

Электрическое соединение радиоэлементов производится посредством пайки, которая позволяет отремонтировать многие бытовые приборы и устройства. В некоторых ситуациях пайка соединяет те элементы, которые нельзя соединить даже сваркой. Современные технологии и приспособления для пайки позволяют охватывать достаточно широкий диапазон материалов. Но удовлетворить всем условиям работы одна соединительная среда не может, поэтому на практике применяются различные припои для пайки.

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.

Припои

В начале своей радиолюбительской деятельности многие начинающие радиолюбители редко задаются вопросом о том, какие бывают припои и каковы их свойства.

Для сборки простейших самодельных устройств достаточно самого распространённого ПОС-61 или ему подобного. Как говориться: «Было бы, чем паять…»

Припой можно даже не покупать. Достаточно взять старую печатную плату от какого-нибудь электронного прибора и собрать его разогретым жалом паяльника с паяных контактов.

Особенно такой метод «добычи» актуален для тех, кто живёт вдали от городов и крупных населённых пунктов, где нет возможности побывать в магазине радиотоваров.


Припой, собранный с печатных плат

Но всё же, припой припою рознь. В своей практике человек, имеющий дело с электроникой, должен разбираться в вопросе его выбора. Поэтому рассмотрим подробно, какие бывают припои, для чего они применяются, какой из них лучше использовать для монтажа электронных схем и ремонта бытовой радиоаппаратуры.

Какие бывают припои?

Припои делят на мягкие (легкоплавкие) и твёрдые. Для монтажа радиоаппаратуры применяются как раз легкоплавкие, т.е. такие, температура плавления которых лежит в пределах до 300 – 450 0 C. Мягкие припои по своей прочности уступают твёрдым, но для сборки электронных приборов применяются именно они.

Припой представляет собой сплав металлов. Для легкоплавких припоев это, как правило, сплав олова и свинца. Именно эти металлы составляют большую часть в сплаве. Также в нём могут присутствовать и легирующие металлы, но их количество в составе невелико. Примеси других металлов вводят в сплав для получения определённых характеристик (температуры плавления, пластичности, прочности, устойчивости к коррозии).

Наибольшее распространение получил припой марки ПОС (Припой Оловянно-Свинцовый). Далее за кратким обозначением его марки следует число, которое показывает процентное содержание в нём олова. Так в ПОС-40 содержится 40% олова, а в ПОС-60, соответственно, 60%.

Бывает, что в пользование попадает припой неизвестной марки. Приблизительно оценить его состав можно по косвенным признакам:

Припои оловянно-свинцовой группы имеют температуру плавления 183 – 265 0 C.

Если припой имеет яркий металлический блеск, то в нём достаточно большое содержание олова (ПОС-61, ПОС-90).

И, наоборот, если он тёмно-серого цвета, а поверхность матовая, то это указывает на большое содержание свинца. Именно свинец придаёт поверхности своеобразный сероватый оттенок.

Припои, в которых много свинца очень пластичны.

Так, например, пруток припоя диаметром 8 мм. с большим содержанием свинца (ПОС-30, ПОС-40) легко гнётся руками. Олово, в отличие от свинца, придаёт сплаву прочность и жёсткость. Если олова в сплаве много, то легко погнуть такой пруток уже не получится.


ПОС-40 (пруток)

Рассмотрим, в каких целях используются припои оловянно-свинцовой группы (ПОС).

ПОС-90 (Sn 90%, Pb 10%). Применяется при ремонте пищевой посуды и медицинского оборудования. Как видим, в нём небольшое содержание свинца (10%), который достаточно токсичен и его применение в вещах, соприкасающихся с пищей и водой недопустимо.

ПОС-40 (Sn 40%, Pb 60%). В основном служит для пайки электроаппаратуры и деталей из оцинкованного железа, применяется для ремонта радиаторов, латунных и медных трубопроводов.

ПОС-30 (Sn 30%, Pb 70%). Его применяют в кабельной промышленности, а также используют для лужения и пайки листового цинка.

И, наконец, ПОС-61 (Sn 61%, Pb 39%). Тоже, что и ПОС-60. Думаю, между ними особой разницы нет.

ПОС-61 используется для лужения и пайки печатных плат радиоаппаратуры. Именно он в основном служит материалом для сборки электроники. Температура его плавления начинается со 183 0 C, а полное расплавление достигается при температуре в 190 0 C.

Производить пайку таким припоем можно с помощью обычного паяльного инструмента не боясь перегрева радиоэлементов, поскольку полное его расплавление достигается уже при 190 0 C.

ПОС-30,ПОС-40,ПОС-90 полностью расплавляются при температурах в 220 – 265 0 C. Для многих радиоэлектронных компонентов такая температура является предкритической. Поэтому для сборки самодельных электронных устройств лучше использовать ПОС-61.

Зарубежным аналогом ПОС-61 можно вполне считать припой Sn63Pb37 (олова 63%, свинца 37%). Он также применяется для пайки радиоаппаратуры и для изготовления самодельной электроники. Радиолюбители выбирают именно его, как альтернативу отечественному ПОС-61.

Как правило, любой припой продаётся в катушках или тюбиках по 10

100 грамм. На упаковке указывается состав сплава, например, так: Alloy 60/40 («Сплав 60/40» – он же ПОС-60). Имеет форму проволоки разного диаметра (от 0,25 до 3мм).

Также не редкость, что в его состав входит флюс (FLUX), которым заполнена сердцевина проволоки. Содержание флюса указывается в процентах (обычно от 1 до 3,5%). Такой форм-фактор очень удобен. При работе нет необходимости отдельно подавать флюс к месту пайки.

Одной из разновидностей припоев ПОС является припой марки ПОССу. Да, если произнести вслух, то звучит не очень то презентабельно . Но, несмотря на это, оловянно-свинцовый припой c сурьмой (именно так расшифровывается сокращённое обозначение) применяется в автомобилестроении, в холодильном оборудовании, для пайки обмоток электрических машин, элементов электроаппаратуры, моточных деталей и кабельных изделий. Хорошо подходит для пайки оцинкованных деталей. В таком сплаве кроме свинца и олова присутствует от 0,5% до 2% сурьмы.

Припой Начальная t 0 плавления (Солидус) Полное расплавление (Ликвидус), t 0
ПОССу-61-0,5 183 189
ПОССу-40-2 185 229
ПОССу-40-0,5 183 235
ПОССу-30-2 185 250
ПОССу-30-0,5 183 255

Как видим из таблицы, припой ПОССу-61-0,5 наиболее подходит для замены ПОС-61, так как имеет температуру полного расплавления – 189 0 C.

Читайте также  Как сделать мангал

Стоит отметить, что существует и полностью бессвинцовый оловянно-сурьмянистый припой ПОСу 95-5 (Sn 95%, Sb 5%). Температура его плавления 234 – 240 0 С.

Низкотемпературные припои.

Среди припоев существуют и такие, которые предназначены специально для пайки компонентов очень чувствительных к перегреву. Самым «высокотемпературным» среди низкотемпературных является ПОСК-50-18. Он имеет температуру плавления 142–145 0 C. В своём составе ПОСК-50-18 имеет 50% олова и 18% кадмия. Остальные 32% приходится на свинец. Наличие в сплаве кадмия усиливает устойчивость к коррозии, но и придаёт ему токсичность.

Далее по убыванию температуры плавления идёт сплав РОЗЕ (Sn 25%, Pb 25%, Bi 50%). Маркируется как ПОСВ-50. Температура его плавления ниже температуры кипения воды и составляет 90 – 94 0 C. Он предназначен для пайки меди и латуни. В составе сплава РОЗЕ олово занимает 25%, свинец – 25%, висмут – 50%. Процентное соотношение металлов в сплаве может немного отличаться. Обычно указывается в графе «Состав» на упаковке.

Этот сплав очень популярен у радиомехаников и вообще у всех электронщиков. Применяют его для демонтажа/монтажа чувствительных к перегреву элементов. Кроме всего прочего, данный сплав идеально подходит для лужения медных дорожек только что изготовленной печатной платы.

Находит применение в плавких защитных предохранителях, которые можно обнаружить в любой радиоаппаратуре.

Ещё более низкотемпературным является сплав ВУДА (Sn 10%, Pb 40%, Bi 40%, Cd 10%). Его температура плавления 65 – 72 0 C. Так как в сплаве ВУДА присутствует кадмий (10%), то он токсичен, в отличие от сплава РОЗЕ.

Стоит отметить, что сплавы РОЗЕ и ВУДА достаточно дороги.

Паяльная паста.

В конце и без того длинного повествования хотелось бы немного рассказать о паяльной пасте. Используется она в основном для пайки поверхностно монтируемых компонентов (SMD’шек) и безвыводных микросхем в корпусах BGA.

На вид представляет собой серого цвета кашицу и состоит из о-о-очень мелких шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (состав: 62% олова, 36% свинца и 2% серебра), а также безотмывочного флюса. На упаковке указывается, что флюс безотмывочный двумя буквами в названии – NC (No Clean – без очистки). Флюс, в котором содержаться шарики припоя на воздухе высыхает, поэтому пасту хранят в закрытой упаковке.


Паяльная паста Solder Plus

Применяется паяльная паста при сложном ремонте мобильных телефонов для пайки микросхем в корпусе BGA. Для её использования требуется дополнительное оборудование для ремонта сотовых телефонов, например, специальные трафареты. Стоимость такой пасты довольно высока. Да и не удивительно, ведь в её составе есть серебро.

В настоящее время в производстве электроники стали массово применяться бессвинцовые припои.

Для алюминия и его сплавов

Алюминий и его сплавы – материалы, с которыми работать сложно. Низкотемпературная пайка алюминия усложняется наличием тугоплавкого поверхностного слоя оксидов.

Помочь могли бы активные флюсы, но их применение чревато усиленным образованием продуктов коррозии на месте шва. Разработаны специальные технологические приемы проведения спаивания по предварительно нанесенным покрытиям.

Помимо этого для алюминия используют низкотемпературные составы с добавками дорогостоящего галлия.

Высокотемпературную пайку проводят посредством применения высокотемпературных припоев на основе алюминия с добавками меди, цинка, кремния.

Чаще всего для спаивания алюминиевых деталей используют составы 34А, а также силумин. Для каждого из этих припоев предназначен соответствующий флюс. Припой 34А способствует образованию шва, устойчивого при 525 ℃.

Высокотемпературная припойная масса из алюминия и кремния позволяет получить соединение, выдерживающее 577 ℃. При проведении работы применяют флюсы, сделанные из хлоридов щелочных металлов. Прочность образованных швов не всегда соответствует требованиям производства.

При необходимости получения соединений высокой термической и коррозионной стойкости пайку проводят в глубоком вакууме в окружении паров магния.

Процесс выполняется без флюсов по сложной технологии. В качестве припоя применяют силумин. Полученный таким методом шов выдерживает значительные нагрузки.

Низкотемпературные припои

Низкотемпературные мягкие припои плавятся и растекаются при температуре от 150 до 260 ºС. Они состоят преимущественно из низкоплавких металлов таких как:

  • олово,
  • свинец,
  • цинк,
  • кадмий,
  • а также иногда висмут.

Кроме того, эти припои могут содержать малые количества высокоплавких металлов, таких как алюминий, медь, никель и серебро.

Прочность низкотемпературных мягких припоев – совсем мягких – на сдвиг составляет всего 34 МПа. Точки плавления этой группы припоев начинаются с 110 ºС. Соединения алюминия, выполненные этими чересчур мягкими припоями, имеют относительно низкое сопротивление коррозии и поэтому редко применяются для применения под воздействием атмосферы или коррозионных сред.

Оловянно-свинцовые припои

Низкотемпературные оловянно-свинцовые припои подвержены ползучести. При достаточно высоких нагрузках они могут неожиданно разрушаться. Обычно соединение из припоя 60Sn-40Pb при растягивающей нагрузке 9600 кПа «лопается» через несколько часов. При снижении нагрузки до 690 кПа такой паяный шов простоит 165 дней. Поэтому эти припои применяют в основном только для герметизации, соединения скрученных проводов, а также для таких задач, как, например, удержание металлических кромок в каких-нибудь пазах.

Свинцово-оловянные припои

Бинарные свинцово-оловянные припои, которые обычно применяют для пайки меди, можно в принципе также применять и для пайки алюминия. Однако они представляют в применении определенные трудности. Образуемое соединение получается слабыми, и поэтому они редко применяются для алюминия. Свинец в одиночку почти не растворим в алюминии , а добавки олова лишь незначительно повышают его смачивающую способность. Свинцово-оловянные припои, разработанные специально для алюминия, обычно содержат малые количества цинка, кадмия и других металлов для улучшения смачивающей способности и текучести.

Оловянно-цинковые припои

Оловянно-цинковая эвтектическая смесь 91Sn-9Zn плавится при температуре всего лишь 199 °С, хорошо растекается и смачивает алюминий. Этот припой является самым коррозионно-стойким из всех низкотемпературных мягких припоев. Его прочность сравнима с прочностью среднетемпературных мягких припоев.

Какие припои используют для пайки радиодеталей

В основном используются припои типа ПОС (припой оловянно-свинцовый) и бессвинцовые припои. ПОС имеет температуру плавления примерно с 180 до 230 °C. Этот сплав хорошо подходит для пайки деталей, но в промышленных масштабах используются бессинцовые припои, у которых температура плавления чуть выше от 180 до 250 °C. Бессвинцовые припои не имеют в своем составе свинца, они выделяют меньше выбросов и самое главное в их составе нет свинца. Пары свинца сильно загрязняют окружающую среду, поэтому на этапе производства печатных плат используются припои без свинца. Однако, бессвинцовые припои не только плавятся при более высоких температурах (из-за отсутствия свинца), но еще и оставляют «оловянные усы». Эти усы могут послужить причиной короткого замыкания после пайки SMD контактов. Они мало различимы без микроскопа, и их толщина бывает менее 1 мкм.

Бессвинцовые припои также используются в BGA пайке в качестве шариков.

Для радиолюбителей подойдут ПОС припои. Такими легче паять, да и вреда они много не нанесут, если вы не паяете в промышленных масштабах. Тем более, бессвинцовые припои по смачиваемости и качеству контакта после пайки не доходят до уровня припоев ПОС.

Читайте также  Какими приборами измеряют давление газа

Классификация по типу

  • С флюсом;
  • Без флюса.

Припои с флюсом удобно брать на паяльник, поскольку флюс помогает распределиться по жалу паяльника. Еще припои с флюсом очень мягкие, и их можно сворачивать в несколько прутков.

По состоянию

Припои выпускают в основном в виде прутков с сечением от 0,1 до 2 мм. Это твердый тип. А еще есть паяльные пасты. Это смесь микроскопических шариков в флюсе. Применяется для BGA пайки.

Паяльную пасту в основном используют для пайки микросхем и контактных площадок разъемов. Нерационально использовать пасту для пайки проводов, так как цена пасты намного выше, чем обычного припоя.

Низкотемпературные сплавы

Помимо мягких припоев, еще есть их подвид. Это низкотемпературные сплавы Розе и Вуда.

Такие сплавы обычно используются для безопасного выпаивания деталей. Этими сплавами не рекомендуется запаивать детали на плату из-за их низкой механической прочности и температуры плавления (от 60 до 100 °C)

Колофонская смола

Именно так называется общеизвестная канифоль — аморфное вещество с характерным изломом и стеклянным блеском сколов. Кроме того, что она обладает природным свойством диэлектрика, известны и такие особенности:

  • хорошо растворяется в бензине, спирте, эфире и ацетоне, но остаётся безразличной к воздействию воды;
  • температура плавления варьируется в пределах 50—70 градусов, но иногда повышается до 130 0 C;
  • в химическом составе присутствует до 90% смоляных кислот, основой является абиетиновая кислота;
  • легко разрушается при незначительном механическом воздействии.

Цвет изменяется от светло-жёлтого до тёмно-бурого оттенков, что зависит от степени очистки и указывает на количество посторонних примесей. Отличные электроизоляционные свойства принадлежат смоле с лимонным окрасом.

Как самостоятельно определить или расшифровать марку припоя?

В большинстве случаев расшифровать марку припоя несложно. Буква П обозначает слово «припой», другие – входящие в него компоненты (Ср –серебро, К – кадмий, М – медь, А — алюминий, Кр – кремний и т. д.). Если в материале присутствуют драгоценные и редкие металлы, маркировка начинается с них, даже если их доля составляет всего 1%. Далее следует цифра, соответствующая процентному содержанию компонента. Например, ПМЦ-36 содержит 36% меди, ПОС-61 – 61% олова.

В обозначении многокомпонентных сплавов при маркировке часто используется следующая схема: сначала идут буквы, обозначающие компоненты, затем – цифры, соответствующие их процентному содержанию (расшифровка марки МНМц 68-4-2: 63–68% меди, 4–5% никеля и 1,5–2,5% марганца). Бессвинцовые сплавы, набирающие популярность благодаря отсутствию токсичного элемента, маркируются по наименованию компонентов на латыни с указанием их содержания после соответствующих букв: Sn95,5Ag3,8Cu0,7 (трехкомпонентный олово-серебряно-медный сплав).

Определить примерный состав можно и по внешнему виду. Материалы с высоким содержанием цинка, олова или серебра окрашены в светло-серебристый цвет, свинца – в тусклый серый. Латунный, золотой и фосфорный припои желтые, медный имеет красный подтон. Если он обладает металлическим блеском, в нем много олова. Тугоплавкие припои на вид матовые.

Паяльная паста

Пайку наиболее часто осуществляют с использованием припоя и флюса. В целях качественного выполнения работы необходимо выбирать правильную марку сплава для каждой конкретной задачи.

Паста отличается от обычного припоя тем, что в ней содержится сразу два компонента: припой и флюс, что значительно ускоряет процесс спаивания деталей, особенно когда речь идет о smd элементах.

Любая паста представляет собой густую плотную смесь различных веществ. Она получила широкое распространение в промышленности. Производители электроники активно используют ее на своем производстве.

Разновидности паяльных паст.

В зависимости от состава пасты различают следующие виды:

  • отмывочные;
  • водорастворимые;
  • галогеносодержащие;
  • безотмывочные;
  • без галогенов.

Ее свойства определяются типом флюса, который в нее добавляют. Если речь идет о первом типе, тогда там используется канифоль. Чтобы очистить изделие от такой пасты применяют растворитель.

Важно выбирать правильную пасту в зависимости от выполняемой работы. Например, если предстоит паять множество мелких деталей на плате, тогда лучше отдать предпочтение более густой пасте.

Для качественной пайки необходимо произвести подготовительные работы. Плату следует очистить и обезжирить. Все контакты следует залудить, используя легкоплавкий припой.

[box type=”warning”]При работе с smd элементами необходимо наносить тонкий слой пасты. В противном случае можно замкнуть контакты микросхем. [/box]

При использовании платы большого размера целесообразно использовать нижний подогрев. Это лучше всего осуществить с помощью паяльной станции. Также в этих целях можно использовать термофен или другие средства, чтобы обеспечить нагрев до 150°С. Если об этом не позаботиться, тогда ее может «повести».

После окончания работы все излишки пасты удаляются, что можно легко осуществить с помощью паяльника с различными насадками.

Температура плавления олова делает этот материал отличным припоем для пайки. Особо широкое распространение получили припои марки ПОС. Они используются и в промышленности, и в частных мастерских, и радиолюбителями.

Множество марок данного припоя позволяет выбрать необходимый сплав, который идеально подойдет для решения практически любой задачи.