Бессвинцовый припой: Your access to this site has been limited by the site owner

Содержание

Бессвинцовый припой в Москве — припой ELSOLD от ГК Остек

Бессвинцовый припой является одним из основных материалов, используемых в процессе пайки.

Он специально разработан для применения при групповых методах пайки, таких как пайка волной или двойной волной, протягиванием или погружением.

Так же припой в виде проволоки без флюса используется для ручной пайки с дополнительным флюсованием.

Отличительные особенности и преимущества:
  • Высококачественные пайки без образования сосулек
  • Качество соответствует требованиям международных стандартов J-STD-006, DINEN 61190-1-3, DINEN 29453 и DIN 1707
  • Низкий уровень примесей увеличивает время жизни припоя в паяльной ванне
  • Длительный срок жизни в ванне
Недостатки бессвинцового припоя:
  • Обладают меньшей текучестью и меньшей смачиваемостью. Из этого следует, что такие составы обеспечивают менее надежный контакт.
  • Бессвинцовый припой обладает матовой поверхностью, то есть кристаллизуется под длительным воздействием высоких температур.
  • Вследствие описанных выше свойств высока вероятность отпадания припаянных деталей.
  • При длительном воздействии припоя на рабочую поверхность при высокой температуре последняя может быть повреждена.
  • Бессвинцовые сплавы стоят дороже.  
Разновидности бессвинцовых припоев

Существует несколько типов. Самыми популярными являются:

  • Олово/Серебро (имеет обозначение SnAg). Количество олова в составе — 96,5%, а серебра — 3,5%. Температура плавления составляет +221°С. Особенностью состава является то, что его можно использовать с более новыми припоями, покрытым чистым оловом. Что касается традиционных оловяно-свинцовых материалов, то с ними он несовместим.  
  • Олово/Медь (обозначается SnCu). Количество олова в сплаве составляет 99,3%, а меди — 0,7%. Этот состав совместим как с новыми, так и старыми традиционными припоями. Точка плавления составляет +227°С. После затвердения имеет матовую поверхность. Отличительными особенностями является низкая стоимость состава, однако и низкие эксплуатационные характеристики.  
  • Олово/Серебро/Медь (имеет обозначение SAC). Количество олова в данном соединении — 96,5%, серебра — 3%, меди — 0,5%. В некоторых случаях количество меди может немного отличаться. Этот состав является одним из наиболее популярных так называемых Pb-free припоев. Он совместим с обычными составами на основе свинца. Точка плавления состава составляет +219°С.  

Перечисленные бессвинцовые припои являются очень распространенными, и используются в электронной промышленности.

Основные характеристики
ПараметрыSn63Pb37

приведен для сравнения

ELSOLD TC07
ELSOLD FLOWTIN® TC07
Точка плавления (диапазон), °C183227227
Плотность, см г 38,47,37,3
Сопротивление на разрыв N/мм 2
В 20 °C232323
В 100°C141616
Сопротивление на сдвиг N/мм 2
В 20 °C3,38,68,6
В 100°C1,02,12,1
Сплавы Олово/Серебро: ELSOLDTS
МаркаSn %Ag%Плотность г/м3Точка плавления / Диапазон °C
ELSOLD TS3596,5±0,53,5±0,27,35221
ELSOLD TS3896,2±0,53,8±0,27,36221 — 238
ELSOLD TS5095,0±0,55,0±0,27,39221 — 240
Сплавы Олово/Медь: ELSOLDTC
МаркаSn %Cu %ОсобенностиПлотность г/м3Точка плавления / Диапазон °C
ELSOLDFLOWTIN® TC0799,3±0,50,7±0,2Незначительное количество Ni, Co7,32227
ELSOLDTC0799,3±0,50,7±0,27,32227
ELSOLDTC3097,0±0,52,8-3,07,35230 — 250
Сплавы Олово/Серебро/Медь: ELSOLDTSC
МаркаSn %Ag%Cu %Плотность г/м3Точка плавления / Диапазон °C
ELSOLD TSC300596,5±0,52,8-3,00,5±0,27,37217 — 219
ELSOLD TSC350795,8±0,53,5±0,20,7±0,27,40217 — 219
ELSOLD TSC380795,5±0,53,8±0,20,7±0,27,40217
Совместимые продукты
  • Indium TACFlux 018 флюс для ремонта
  • Indium TACFlux 025 флюс для ремонта
  • Indium TACFlux 020В флюс для ремонта

Условия поставки

Высокочистые ELSOLD в форме прутков для систем групповой пайки поддерживается на складе.

Упаковка

Припои маркиELSOLD поставляются в виде слитков:

ОписаниеРазмеры ммВес/ единицыкг
Слитки с ушком для автоматической загрузки50 (W) x 18 (H) x 600 (L)~ 3,4
-//-50 (W) x 20 (H) x 490 (L)~ 3,2
Треугольные бруски для загрузки систем селективной пайки8 (W) x 10 (H) x 400 (L)~ 0,160
Пруток8 (W) x 10 (H) x 30 (L)Около килограмма. Вес не регламентируется. Минимальная партия поставки – коробка 20 или 25 кг.

Бессвинцовый припой поставляется на катушках 500 грамм и 1 кг в виде проволоки разных диаметров в диапазоне от 1,0 до 6,0 мм. Так же в виде проволоки используется в системах автоматической подачи для которых он поставляется на специальных катушках весом от 2 до 20 кг.

Хранение и транспортировка

Срок годности материала не менее 24 месяцев от даты производства. Рекомендуется хранить в чистом сухом помещении. Использование после истечения срока годности в большинстве случаев возможно, однако это должно быть подтверждено испытаниями перед использованием.

Особенности пайки бессвинцовым припоем

Переход на использование бессвинцовых припоев обусловлен соображениями повышения экологичности и безопасности человека. Однако это накладывает отпечаток не только на использование данных составов, но и технологии. В каждом конкретном случае они отличаются, однако существует ряд общих нюансов. Среди них:

  • Большинство Pb-free составов совместимы с традиционными припоями. Исключения есть, но их немного (уточняйте отдельно в документации).
  • Бессвинцовые сплавы, как правило, обладают большей температурой пайки. Поэтому зачастую для них необходимо использовать другое оборудование.
  • Из-за высокой температуры пайки компоненты более чувствительны к влажности. Поэтому к готовым изделиям зачастую предъявляются дополнительные требования по хранению.
  • Pb-free припои имеют более высокий коэффициент поверхностного натяжения. Это означает увеличения вероятности появления «вздутия» отдельных элементов на плате.
  • Смачиваемость выводов обычно хуже. Это приводит к появлению «раковин» на микросхемах.

Другие материалы каталога: материалы Dow Corning.

НЕВЕРОЯТНО! ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОЕ БЕССВИНЦОВОЕ ПАЯНОЕ СОЕДИНЕНИЕ!

6 Июня 2008

«Это не похоже на бессвинцовую пайку! Паяное соединение выглядит практически так же, как привычное оловянно-свинцовое!». Такова реакция людей, которые в первый раз видят результат пайки волной бессвинцовым припоем ELSO LD TC07. И это только одна из причин, по которой многие начинают использовать этот припой.

Согласно статистике значительная доля дефектов в процессе поверхностного монтажа возникает на этапе трафаретной печати. Нередко эта доля превышает 60% от всех дефектов после пайки. Одним из основных способов их устранения, наряду с использованием высокоточного автоматизированного оборудования, является процесс очистки трафарета с нижней стороны.

Удивительно, но смирившись с тем, что в отличие от привычного блестящего оловянно-свинцового бессвинцовое паяное соединение матовое, поражаешься, насколько эстетически красивыми, блестящими и гладкими выглядят галтели припоя ELSOLD TC07.

Исследуя бессвинцовые сплавы и процессы их кристаллизации, разработчики нового сплава обнаружили, что появление матовости на поверхности галтели связано с нарушением образования интерметаллического соединения Cu6Sn5. Дальнейшее изучение процессов образования интерметаллических соединений показало, что атомы никеля, внедренные в структуру припоя, могут стабилизировать образование правильной кристаллической решетки интерметаллида Cu6Sn5.

Эта гипотеза была подтверждена исследованиями, при которых добавление в сплав менее чем 1% никеля радикально изменило внешний вид паяного соединения. Припой и количество различных примесей в его составе являются определяющими факторами, от которых зависит качество и надежность паяных соединений. В таблице 1 приведен типовой состав припоя ELSOLD TC07 и предельно допустимое содержание примесей в ванне.

Таблица 1 Типовой состав припоя ELSOLD TC07и предельно допустимое содержание примесей в ванне

Химические Элементы

Обозначение

ELSOLD TC07 типовые

Олово

Sn

Остальное

Медь

Cu

0,6 +0,1

Никель

Ni

< 0,1

Серебро

Ag

< 0,05

Алюминий

Al

< 0,001

Мышьяк

As

< 0,03

Висмут

Bi

< 0,03

Кадмий

Cd

< 0,002

Железо

Fe

< 0,02

Свинец

Pb

< 0,05

Сурьма

Sb

< 0,05

Цинк

Zn

< 0,001

Однако сплав ELSOLD TC07 интересен не только внешней привлекательностью. Когда в 1999 году модифицированный сплав впервые испытали в установке пайки волной припоя, получили ошеломляющий результат. При температуре 255°C был достигнут уровень перемычек, сопоставимый с пайкой обычным оловянно-свинцовым сплавом. Поверхность галтелей была гладкая и блестящая и опровергала мнение о матовости бессвинцовых паек. Столь же положительные результаты были получены и при горячем лужении.

Примеры параметров процесса пайки приведены в таблице 2, рекомендуемое время контакта печатного узла с волной припоя 3-4 секунды.

Таблица 2 Параметры процесса пайки

Тип ПУ

Температура предварительного нагрева на верхней стороне ПУ

Температура в ванне припоя

Односторонние ПУ

100°C

250°С

Двусторонние ПУ

115°C

255°С

Многослойные ПУ

130°C

260°С

Говоря о бездефектности пайки, отсутствии перемычек, непропаев, неполном заполнении монтажных отверстий и форме галтелей, следует отметить, что благодаря присутствию в сплаве никеля, который препятствует преждевременной кристаллизации, припой ELSOLD TC07 имеет повышенную текучесть, и в результате отмечается более низкий процент перемычек и непропаев. Удивительно, но по сравнению с бессвинцовым сплавом олово-серебро-медь, где серебро присутствует, в том числе и для достижения полного заполнения монтажных отверстий и хорошей формы галтелей, припой ELSOLD TC07 обеспечивает такой же хороший результат, как и при пайке обычным сплавом олово–свинец.

Другая сложность при бессвинцовой пайке волной припоя – это выщелачивание меди с поверхности печатных плат. В результате появляется много проблем по контролю загрязнения припоя медью, постепенного увеличения шламообразования и эрозии ванн из нержавеющей стали.

Выщелачивание меди определяется скоростью, с которой медь растворяется с поверхности печатного узла в ванне с бессвинцовым припоем. Это особенно важно для печатных узлов с медной металлизацией с органическим защитным покрытием. Для бессвинцовых процессов более высокая температура ванны и более высокое содержание олова увеличивает скорость растворения меди. В свою очередь, увеличение содержания меди увеличивает температуру жидкого припоя в ванне, и, соответственно, приходится увеличивать температуру ванны, увеличивая скорость растворения меди. И так по кругу.

Рисунок 1 иллюстрирует, что может случиться, если медь быстро растворяется с контактных площадок. Печатная плата находилась в контакте с бессвинцовым припоем в течение 3 секунд. Медь при пайке сплавом олово-серебро-медь была растворена настолько, что это может влиять на целостность паяного соединения.

Рис. 1 Микрошлиф контактной площадки с растворенной медью. (a) Sn3,0Ag0,5Cu (б) ELSOLD TC07

Для определения скорости растворения меди был проведен ряд лабораторных исследований с использованием сплавов олово-серебро Sn63/Pb37, олово-серебро-медь (SAC305) и ELSOLD TC07. В одном из тестов тонкая медная проволка диаметром 0,48 мм, находящаяся под контролируемым натяжением, погружалась в расплавленный припой при температуре 255°C, после чего измерялось время до его разрыва. По результатам, приведенным в таблице 3, можно видеть, что припой ELSOLD TC07 растворяет медь гораздо медленнее, чем остальные сплавы.

Таблица 3 Скорость растворения медной проволки

Тип сплава

Время до разрыва, мин

Опыт №1

Опыт №2

63/37 с примесью меди 0,00%

9

10

63/37  с примесью меди 0,17%

15

16

63/37 с примесью меди 0,25%

16

18

SAC305

25

25

ELSOLD TC07

50

45

На рисунке 2 отражено, какое количество меди растворяется в припое при температуре 270°C за этот промежуток времени. Припой ELSOLD TC07 не только растворяет медь медленнее, чем другие бессвинцовые припои, но и медленнее, чем сплав олово-свинец 63/37.

Рис. 2 Количество меди, растворяемой различными припоями в единицу времени

Надежность, одно из самых используемых в последнее время слов по отношению к бессвинцовой технологии, подразумевает способность изделия соответсвовать требованиям условий, в которых оно будет эксплуатироваться в течение согласованного времени. При этом подразумевается как механическая надежность, так и электрическая функциональность. Испытания на ускоренное старение по стандарту IPC показали, что ELSOLD TC07 имеет лучшие характеристики, чем олово-серебро-медь SAC. Сравнение физических свойств сплавов приведено в таблице 4.

Сравнивая электрические свойства, интересный эффект обнаружили производители аудиотехники. Они отметили улучшение качества звучания, когда переключились на ELSOLD TC07. Конечно, оценка уровня звучания очень субъективное дело, но сплав ELSOLD TC07 имеет электрическую проводимость на 23% выше, чем сплав олово-свинец, что помогает поддержанию чистоты сигнала.

Стоимость работы с припоями ELSOLD TC07 и олово-серебро-медь SAС будет складываться из собственно стоимости припоя и стоимости обслуживания ванн.

Применение серебра в сплаве олово-серебро-медь SAС добавляет к стоимости 20 центов на каждый грамм припоя.

Шламообразование также влияет на экономические показатели работы установки. Уровень образования шлама будет зависеть от температуры припоя, нтенсивности агитации, условий окружающей среды, степени частоты припоя и наличия компонентов, уменьшающих шламообразвание. При всех прочих равных условиях при сравнении с сплавом олово-серебро-медь припой ELSOLD TC07 за счет содержания никеля обеспечивает экономию на шламе до 50% в зависимости от условий работы.

ФАКТЫ ОБ ELSO LD TC07

  • Используется как в установках пайки волной припоя, так и горячего лужения.
  • Лучшая замена обычного оловянно-свинцового сплава.
  • Уменьшение количества непропаев и перемычек.
  • Блестящая и гладкая поверхность галтели.
  • Более экономичный по сравнению со сплавом олово-серебро-медь.
  • Имеет минимальную скорость растворения меди.
  • Более чем 1500 установок пайки волной припоя успешно работают по всему миру.

Таблица 4 Сравнение физических свойств сплавов 96SC, ELSOLD TC07, SN63

Тест

Тип сплава

Тестовый метод

Название сплава

96SC

ELSOLD TC07

SN63

Сплав

Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7

Sn/0,7Cu/Ni

Sn63/b37

Температура плавления, °C

217

227

183

Плотность, гр./см3

7,5

7,4

8,4

Удельная теплоемкость, Вт/м*град

220

220

176

Теплопроводность, Вт/м*град

64

64

64

Предел прочности на разрыв, МПа

52

32

44

10 мм/мин при 25°C

Относительное удлинение, %

27

48

25

10 мм/мин при 25°C

Коэффициент растекания, %

230°C

77

91

JIS Z 3197

240°C

77

77

92

250°C

77

77

93

260 °C

78

78

93

280 °C

78

Смачиваемость

Ta

Tb

Fmax

Ta

Tb

Fmax

Ta

Tb

Fmax

Баланс смачивания

Медная проволка 0,3х3,5х25мм

Та – время до появления положительного баланса

Tb – время смачивания

Fmax – сила максимального смачивания

250 °C

0,72

2,10

0,213

1,0

4,53

0,159

0,12

0,80

0.195

260 °C

0,37

1,46

0,213

0,86

2,79

0,181

0,11

0,64

0,200

280 °C

0,23

0,81

0,192

0,47

1,46

0,186

0,10

0,41

0,206

270 °C

0,21

0,48

0,192

0,31

0,8

0,192

0,07

0,31

0,211

Электрическое сопротивление, мкОм

0,15

0,13

0,17

Скорость эрозии меди при 260 °C

Около 2 минут

Около 2 минут

Около 1 минуты

Время до полной эрозии медного провода диаметром 1,8 мм

Предел текучести, время до разрушения

>300 часов

>300 часов

20 часов

145°C с нагрузкой 1 кг.

>300 часов

>300 часов

3 часа

150°C с нагрузкой 1 кг.

>300 часов

>300 часов

7 минут

180°C с нагрузкой 1 кг.

Термоудар

>1000 циклов

>1000 циклов

500-600 циклов

Минус 40°C /плюс 80°C каждый час

Электромиграция

>1000 часов

>1000 часов

>1000 часов

40°C при относительной влажности 95% и

85°C при относительной влажности 85% и

Тест на образование нитей олова

>1000 часов

>1000 часов

>1000 часов

50°C

Автор, должность:
Антон Большаков, начальник отдела
Email:
[email protected]
Издание:
Информационный бюллетень «Поверхностный монтаж», июнь 2008, №6

Выбор важных свойств бессвинцовых припоев

Технологии в электронной промышленности №3’2009

Заказать этот номер

Горячность противников перехода на бессвинцовые припои — один из признаков того, что это одно из самых губительных изменений, произошедших в сфере монтажа печатных плат. Губительность этого новшества заключается в том, что оно вносит глубокие изменения в процесс формирования соединений между компонентами. Авторы обозначают свойства, которые считают важными для бессвинцовых припоев, а также приводят результаты экспериментов с используемыми или подходящими для коммерческого производства бессвинцовыми припоями.

Внастоящее время пайка волной припоя — хорошо освоенный процесс, и он даже считается низкотехнологичным. Но для его успешного внедрения потребовался новый, более серьезный взгляд на процесс пайки и факторы, которые на него влияют. Это было вызвано тем, что при групповой пайке было невозможно, как раньше, обеспечить индивидуальный контроль качества каждого межсоединения. И чтобы принести несомненную экономическую выгоду, данный процесс должен был обеспечить приемлемое качество. То есть за те несколько секунд, в течение которых места для пайки находятся в контакте с расплавленным припоем, на них должны быть получены галтели правильной формы, а электросоединение должно быть надежным. Несомненно, что если необходимо наличие дополнительного персонала для исправления пайки на плате, можно говорить о неоправданности применения этой технологии. Таким образом, именно внедрение технологии пайки волной припоя изменило подход индустрии монтажа электронных компонентов к процессу пайки. Этот процесс стали использовать как технологию, базирующуюся на научном подходе.

Ответом на такой вызов стало создание представления о паяемости. Паяемость высока, если поверхности, подлежащие соединению, легко могут быть смочены расплавленным припоем. Этот параметр важен при любых процессах пайки, особенно в условиях перехода электронной промышленности к бессвинцовым технологиям. Были разработаны паяемые покрытия выводов элементов и контактных площадок печатных плат, высокоэффективные и не обладающие коррозионным эффектом флюсы, установки для пайки волной припоя с системой подогрева, а также с использованием динамической волны. Это позволило облегчить процесс формирования соединений и прийти к оптимальным показателям качества.

Вехой в процессе совершенствования технологии стал переход от припоев, состоящих из 60% олова и 40% свинца, к эвтектическим припоям с соотношением 63/37 соответственно. Таким образом, изначально довольно узкоспециализированный металлургический термин «эвтектический» стали употреблять и технологи электронной отрасли. Массовое производство электроники, ставшее возможным благодаря использованию волны припоя, оказалось катализатором процесса создания новых методов пайки, таких как пайка оплавлением. Когда повышение плотности расположения элементов на плате и усложнение схем создали предпосылки для создания технологии поверхностного монтажа, для освоения нового метода необходимы были общие усилия представителей электронной отрасли. Взаимодействие, налаженное ранее, сейчас помогает справиться со сложностями, возникающими при переходе к бессвинцовым технологиям. Внедрение новых припоев и паяльных паст привело к изменению основных параметров процесса — вязкости, тиксотропности, смачиваемости, а также технологического интервала (возможность получения положительных результатов в широком интервале изменения параметров процесса). О качестве специализированного оборудования стали судить по температуре, которую могли обеспечить печи оплавления припоя.

Все перечисленные изменения были спровоцированы исключительно техническими и экономическими решениями. Первым регламентирующим документом, принятым из соображений заботы об окружающей среде, стал Монреальский протокол. До этого эффективный процесс отмывки позволял использовать высокоактивные флюсы, обеспечивавшие широкий технологический интервал. Такая качественная отмывка была возможна благодаря большой способности к растворению хлоро-фтористых гидрокарбонатов, от которых пришлось отказаться. В качестве ответа были созданы технологии отмывки, приближающиеся по эффективности к фреоновым растворителям. Но это не было первоочередной задачей: необходимо было увеличить паяемость контактных площадок, чтобы надежная пайка была возможна с минимальными и неопасными остатками, и не было нужды в отмывке. При всем этом следовало убедиться, что вышеупомянутые изменения не затронули металлургию припоев, используемых при монтаже элементов на ПП, которая базировалась на основе оловянно-свинцовых припоев с содержанием свинца не менее 36% (рис. 1).

Рис. 1. Оловянно-свинцовый припой в качестве эталона для бессвинцовых припоев

Некоторые преимущества были получены при резком поднятии линии солидуса на насыщенном свинцом составе сплава: результатом стало получение высокотемпературных припоев, используемых при производстве компонентов. Введение в состав припоя серебра или меди (до 2%) позволило лучше противостоять эрозии металлизации печатных плат и устройств для пайки, а также увеличить прочность соединения за счет внедрения интерметаллидов в микроструктуру. Так или иначе, свойства припоя определялись тем, что в сплав входило 2 металлические фазы: олово с примерно 2% свинца в расплаве и свинец с 20% олова. В эвтектических припоях эти 2 металлические фазы присутствовали в виде тонкой пластинчатой структуры с перемежающимися слоями.

Практическое сравнение бессвинцовых и оловянно5свинцовых припоев

Так как оловянно-свинцовый припой был признан лучшим сплавом для пайки электронных узлов, а также из-за того, что принципы конструирования электронных устройств и процесс монтажа компонентов создавались с учетом ограничений, обусловленных его свойствами, именно с ним и нужно сравнивать бессвинцовые припои, чтобы сформировать объективное представление об их преимуществах и недостатках. Однако из-за того, что оловянно-свинцовые припои постоянно применялись при технологии монтажа элементов на печатные платы, им не было альтернативы, и их свойства досконально не изучены, даже теми, кто сейчас так увлеченно ратует за продолжение их использования. Единственное сходство содержащих свинец и бессвинцовых припоев — это то, что их основной компонент — олово, и то, что их предназначениеобеспечивать металлургическое соединение компонентов с основанием, реагируя с металлизацией основания для формирования интерметаллической структуры. Различий в их металлургии гораздо больше, чем сходств.

Свойства припоев

Свойства припоя можно разделить на 2 категории: те, что влияют на его характеристики при пайке, и те, что влияют на надежность паяных соединений при эксплуатации. К первой категории относятся температура плавления, смачивающие свойства, текучесть, агрессивность по отношению к меди и паяльному оборудованию, а также стабильность в расплавленном состоянии. Ко второй категории отнесем прочность и пластичность, ударную вязкость, тип и стабильность микроструктуры, скорость роста интерметаллидов и надежность.

Когда начиналось освоение бессвинцовых припоев, главной задачей было как можно ближе подвести их температуру плавления к показателю для сплава 63% олова и 37% свинца. Впоследствии было доказано, что при использовании бессвинцовых припоев допустим меньший перегрев, чем при использовании припоев с содержанием свинца (перегрев — граница, до которой температура процесса превышает температуру плавления). Чтобы довести место пайки до температуры, необходимой для смачивания, при использовании оловянно-свинцовых припоев нужен значительный перегрев. Такого же эффекта можно достичь при использовании предварительного нагрева. Температура, при которой происходит соединение, примерно одинакова для обоих типов припоев. Вероятно, это связано с тем, что в обоих случаях происходит похожая реакция смачивания. Соединение достигает металлургического единства, когда олово, содержащееся в припое, вступает в реакцию с металлом основания для формирования интерметаллидов на границе соприкосновения.

Итак, можно сделать вывод, что сплав не должен быть исключен из рассмотрения из-за того, что его температура плавления выше, если она не больше максимально допустимой температуры для компонентов и материалов платы. В таком случае сплав может быть применен, если у него есть какие-либо особые полезные свойства. Обычный тест на смачиваемость может создать обманчивое впечатление, что время, необходимое для смачивания, состоит из времени, нужного, чтобы нагреть образец до температуры плавления, и из времени, затрачиваемого на полное смачивание поверхности контакта. Тем не менее, сплав с более высокой температурой плавления может смачивать быстрее, чем сплав с более низкой. Это хорошо видно на рис. 2: припой SnCuNiGe более тугоплавкий, но скорость смачивания у него больше, чем у более легкоплавкого припоя SnAgCu. Практически разница в температурах плавления может быть нивелирована с помощью дополнительного подогрева. Скорость смачивания является более важным параметром.

Рис. 2. Показатели смачивания двух бессвинцовых припоев

Основой любого процесса пайки является затекание припоя в зазор. Этот процесс базируется на капиллярном эффекте, появляющемся при смачивании соединяемых поверхностей, при этом важно и такое свойство расплавленного металла, как текучесть. К примеру, если при пайке волной излишки припоя будут оставаться в месте соединения, может образоваться перемычка. Для измерения текучести припоя полезным оказался метод, разработанный в металлургии. Схема установки для измерения текучести приведена на рис. 3.

Рис. 3. Схема установки для измерения текучести припоев

Важность этой характеристики можно оценить, вспомнив, что, когда повысилась сложность процессов пайки, электронная промышленность стала применять эвтектические припои, обладающие максимальной текучестью по сравнению с любыми другими оловянно-свинцовыми. Тестирование бессвинцовых припоев на текучесть, проведенное при температуре на 40 °С больше ликвидуса, показывает, что эта их характеристика может быть как близкой к эвтектике, так и быть хуже на 30%. Одной из проблем, неожиданно возникших в первые годы применения бессвинцовых технологий, оказалась эрозия медных контактных площадок. Этот процесс представлен на рис. 4. Поток припоя проходит слева направо. Расплавленное олово весьма агрессивно к большинству металлов и достаточно быстро разрушает их. В эвтектических припоях эта проблема не проявляется, потому что агрессивность олова значительно снижается, если в сплаве с ним присутствует свинец. Без такого сдерживающего фактора эрозия при использовании бессвинцовых припоев может привести к нарушению связи между медной фольгой на печатной плате и паяным соединением. Среди бессвинцовых припоев наблюдаются серьезные различия в скоростях, с которыми они разъедают медь.

Рис. 4. Эрозия медной металлизации сквозного отверстия бессвинцовым припоем

Рис. 5. Эрозия паяльного оборудования при использовании бессвинцовых припоев

Вероятно, из-за взаимодействия оксида серебра с оксидами никеля и хрома, делающего нержавеющую сталь коррозионно-стойкой, бессвинцовые серебросодержащие припои разрушают паяльное оборудование, даже если содержание серебра в них небольшое. Эта тенденция усиливается фосфором, который обычно добавляется в серебросодержащие бессвинцовые припои, чтобы уменьшить коэффициент зашлакованности таких сплавов. Волнообразователь (рис. 5) достиг показанной на рисунке степени разрушения менее чем за год обычного применения при использовании SAC-припоя с малым содержанием серебра. Проблема эрозии может быть отчасти решена при производстве оборудования с помощью специальных материалов, особых покрытий или поверхностной обработки. Но эти меры удорожают конструкцию, и их нельзя применять постоянно. Не повреждают оборудование припои, не содержащие серебро и имеющие в составе специальные добавки, препятствующие образованию шлаков. Новое поколение «микросплавных» припоев, созданное на основе оловянно-свинцовых эвтектических припоев, имеет в составе доли тугоплавких металлов, таких как никель и кобальт. Если необходимо поддерживать стабильное качество пайки с использованием ванны с припоем в течение долгого времени, необходимо не допустить образования тугоплавких интерметаллидов. Но кубические оловянно-кобальтовые сплавы, будучи стабильными при температуре пайки, образуются вне расплава, и поэтому добавление микросплавов не может изменить свойства припоя, как требуется.

О второй категории свойств

Хотя олово и свинец— мягкие в интерметаллических фазах металлы, в бессвинцовых припоях они становятся твердыми. Основываясь на их морфологии и распределении интерметаллидов, можно прийти к выводу, что они могут улучшить предел текучести припоя. Комбинация интерметаллидов в оловянно-серебряно-медных припоях хотя и улучшает прочность, но при этом ухудшает пластичность. Несмотря на то, что во многих случаях прочность является очень важным фактором, связанная с ней хрупкость соединений может привести к проблемам с надежностью, встречающимся при работе с бессвинцовыми припоями. Одно из полезных свойств оловянно-свинцовых припоев— их пластичность, то есть способность разгружать пластические деформации без затвердевания и растрескивания. Перемещения элементов друг относительно друга при монтаже неизбежны. Это объясняется огромным количеством применяемых материалов и их разными температурными коэффициентами расширения. Являясь соединительным материалом, припой должен выдерживать образовывающиеся при этом нагрузки. Срок службы соединений можно увеличить, передавая подобные нагрузки в усилия на сгибах выводов элементов, при этом у некоторых бессвинцовых припоев предел текучести оказывается более высоким, чем у аналогов. Так или иначе, если припой должен выдерживать подобные напряжения, мгновенное ожесточение пайки может привести к трещинам и нарушению контакта. Не содержащие серебра бессвинцовые припои обладают меньшей прочностью, но их большая пластичность помогает выдерживать нагрузки, возникающие при тепловом сжатии или расширении. Анализ данных о надежности подтверждает преимущества текучих припоев в случаях, когда пайка испытывает большие суммарные нагрузки.

Использование электроники в переносных устройствах увеличило вероятность воздействия на паяные межсоединения ударных нагрузок, возникающих, к примеру, при падении. Испытания соединений типа BGA на высоких скоростях сдвига— около 4000 мм/с— обозначили большие различия между бессвинцовыми припоями в прочности и чувствительности к усилию на разрыв. Тенденция к ломкости SnAgCu-припоев при высоких скоростях сдвига объясняется хрупкостью интерметаллических соединений и высокой интенсивностью деформации на сдвиг основной массы сплава. В то время как для изучения микроструктуры оловянно-свинцовых сплавов просто не было необходимости, для бессвинцовых припоев, напротив, микроструктура является очень важным фактором, во многом определяющим их свойства при пайке и надежность при эксплуатации. Если единственными добавками в припой являются серебро и (или) медь, кристаллическая решетка почти полностью состоит из олова с добавками, представленными только в виде интерметаллических соединений с оловом — Ag3Sn и Cu6Sn5. В то время как в оловянно-свинцовых припоях обе составляющие пластичные, мягкие и по свойствам металлические, с немногогранной структурой, в бессвинцовых припоях интерметаллиды являются жесткими, хрупкими и неметаллическими по характеристикам. Если сочетание металлов и условия охлаждения способствуют появлению интерметаллидов, они приобретают характерную форму многогранников (рис. 6).

Рис. 6. Многогранная структура кристалла (CuNi)6Sn5 в SnCuNiGe-припое

Рис. 7. Оловянные дендриты и пластинки Ag3Sn, доминирующие над микроструктурой SnAgCu-припоя

Кристаллы Ag3Sn принимают форму плоских пластинок (рис. 7), тогда как Cu6Sn5 обычно образовываются в форме шестигранных призм, которые иногда оказываются полыми. Даже если сплав номинально является эвтектическим (рис. 8), как, например, Sn/3,8Ag/0,7Cu, если его свойства не будут модифицированы добавками, припой при пайке после достижения температуры плавления охладится примерно на 20 °C, прежде чем начнется кристаллизация. Это объясняется поглощением энергии при образовании интерметаллидов. Такое охлаждение создает условия для роста дендритов олова, которые занимают основную часть микроструктуры, пока итоговая концентрация растворенных веществ не начинает затвердевать в виде псевдобинарной или троичной эвтектики с характерным очевидным разделением фаз. Беря за образец правильную структуру оловянно-свинцовых припоев, не имеющую дендритов, можно получить микроструктуру с отличным распределением при добавлении третьего компонента в оловянномедные сплавы. Таким образом улучшаются свойства припоя. Есть качественные доказательства этого утверждения. Идеальная эвтектическая структура оловянно-свинцовых припоев огрубевает, если припой выдерживается при повышенной температуре. И если происходит реакция между оловом припоя и медной контактной площадкой, ее интенсивность заметно снижается из-за присутствия свинца. Другие элементы в данном процессе не задействованы. Интерметаллиды в бессвинцовых припоях более стабильны, но высокое содержание олова означает, что их рост сконцентрирован в области контакта. Если серебро ускоряет рост интерметаллидов в сплаве олова и меди, то никель, напротив, является ингибитором этого процесса. Хотя изначально слой интерметаллидов в сплаве SnCuNi толще, их рост происходит значительно медленнее, чем в других комбинациях. Это должно привести к более высокой надежности соединений.

Рис. 8. Равномерно распределенные интерметаллиды в оловянно-медной эвтектике, модифицированной никелем

Выбор бессвинцовых припоев

Приведенные выводы сложились у авторов в течение первых восьми лет массового коммерческого производства электроники с использованием бессвинцовых припоев, а также по итогам испытаний и разработок, проведенных для облегчения перехода на бессвинцовые припои. Для применения в изделиях, где в пайке могут образовываться напряжения растяжения или разрыва, или изделия могут быть подвергнуты ударным нагрузкам, рекомендуются пластичные припои с малым образованием интерметаллидов после пайки. Стабильность интерметаллических соединений на границе соединений и в глубине пайки оказывается особенно важной, если соединения испытывают большой нагрев, пропуская через себя большой ток. Текучесть припоя также является важным критерием при выборе. Она связана с эвтектическим поведением сплава, и результирующая чистая структура, свободная от первичных оловянных дендритов, положительно влияет на свойства сплава в качестве припоя.

Примечание. Оригинал статьи опубликован в журнале EPP Europe № 10 `2008, стр. 28.

Скачать статью в формате pdf

Низкотемпературная бессвинцовая паяльная паста 2х50 г.

Всем привет! Начитался я статей о бессвинцовых припоях и решил познакомиться с ними поближе. При чем в приоритете была паста, потому что это наверное лучшее, что придумало человечество для пайки(в рамках моих потребностей). Порылся малость в поиске и вот они, два шприца по 50 грамм, 4 иглы, «толкатели», всё как у людей. Заявленная температура плавления 138°C, нейтральный флюс… дальше хомяк не дал дочитать =)
Как потом оказалось, у низкотемпературного состава есть и ряд минусов, но об этом поговорим уже под катом.


Характеристики.

Сплав: Sn42Bi58
Точка плавления: 138 °C
Размер частиц: 20-45 μm
Содержание флюса: 14 ± 1 wt%
Содержание галогенов: 0.005 wt%
Вязкость: 160 Pa*s
Изоляционное сопротивление: > 1 × 1012Ω temperature
Длина шприца: 10cm
Условия хранения: Хранить при температуре 2-10℃, не допускать снижения температуры ниже 0℃. Перед использованием дать нагреться до комнатной температуры в течении 2-4 часов.

Распаковка и внешний вид.

Серый пакет

Прозрачный пакетик

Весь комплект: два шприца, 4 дозатора-иглы, внешний диаметр 1.5 мм и поршни шприца, входят плотно.

Вес брутто около 57 грамм

Тестирование.


Первым делом проверим вязкость. Обещали 160 Па*с, жидкость не отделяется.

По консистенции напоминает… даже не знаю с чем сравнить. Раза в 2 гуще зубной пасты.

Запах слабый, напоминает силиконовую смазку. Без выраженных вкусовых качеств.
Частицы округлые, средний размер определить проблемно — все блестит, сложно свет поставить.

Переходим к пайке.

Нанес немного пасты на контакты монтажной платы. Как же мне нравится, что флюс никуда не растекается

Температура жала 250°C. Видеоряд не ускорен.

Пленка распределяется довольно равномерно, можно заметить остатки прозрачного флюса. Хоть и заявлен нейтральный состав, но он липнет и если не протереть, потом липнут пальцы, коврик и пыль на плату. Верхний слой легко смывается водой, но в местах сильного прогрева под ним остается слой более твердого налета, который придется хорошенько потереть. Не липкий.

При 250 градусах сплав становится очень жидким и довольно легко протягивается на соседние контакты

Результат

Далее один провод припаял обычным оловянным припоем, а второй с помощью обозреваемой пасты

И оторвал на излом. Разница в усилии была значительной.

Вот тут и раскрылся основной минус низкотемпературного припоя — при комнатной температуре он значительно мягче обычного. Да, компоненты платы от тряски отваливаться не будут, но вот спаянные между собой провода большое натяжение не выдержат.

Ну а дальше позитивное. Выставил температуру жала 150 градусов(плюс/минус 10)

Из предыдущего теста помним, что верхний контакт покрыт стандартным припоем, он размягчился и покрылся пленкой низкотемпературного, который видимо остался на жале. Нижний расплавился моментально.

Ну и наконец мне пригодился вот этот фен. Купил его, т.к. в одном из обзоров его позиционировали как бюджетный фен для пайки. По факту он для поделок, т.к. на выходе выдает максимум около 150°C

Если честно, чуда не ждал, но состав оплавился, покрыв контактные площадки пленкой. Видеоряд не ускорен.

Правда его чуть сдуло вверх.

Попробуем напаять SMD резистор. Просто ляпнул пару капель и подул. Гифка сделана в реальном времени.

Да, поток воздуха слишком интенсивный, но после разогрева отнес его чуть дальше и элемент почти выровнялся.

Итоги.


Так же как и MECHANIC может использоваться для спайки проводников подручными средствами, например зажигалкой, главное не переборщить с температурой, иначе пленка начнет деградировать. И мазюкать побольше.

Ну и не забываем про мягкость сплава и что состав гораздо текучее своих собратьев при температуре жала 250-300°C. Из-за этого он растекается по большей площади и создает более тонкое покрытие. Так же при спайке многожильных проводов припой интенсивнее «впитывается», распределяясь по поверхности и между жил.
В остальном мне всё нравится — в данный момент активно пользуюсь данной пастой и нареканий никаких нет. Можно заметно снизить рабочую температуру паяльника или фена, при этом если требуется демонтаж элементов, он проходит гораздо быстрее. Особенно это будет удобно владельцам небольших паяльников вроде TS100.
Если внешний вид платы не важен, можно не смывать остатки флюса, т.к. он нейтральный. Проверял на той же макетке.
По поводу хранения. Я поначалу заморачивался и накручивал защитный колпачок, потом забил и оставил иглу. Стоит на столе при комнатной температуре, за неделю подсыхать не успевает — нормально выдавливается.

Так же по традиции выпросил купон 9addfa, снижающий цену до $7.99

Как всегда, буду рад конструктивной критике в комментариях. Всем добра =)

Припой — Википедия

Катушка оловянно-свинцового припоя

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.

Описание

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

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 (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:

ПОС-15 — 280 °C.

ПОС-25 — 260 °C.

ПОС-33 — 247 °C.

ПОС-40 — 238 °C[3]

ПОС-61 — 183 °C[3]

ПОС-90 — 220 °C[3]

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

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

Припой маркаСоставТемпература плавления, °СПлотность, г/см3
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

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

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

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

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 (αl{\displaystyle \alpha _{l}}), который для получения вакуум-плотного ввода должен как можно точнее согласовываться с αl{\displaystyle \alpha _{l}} 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 αl{\displaystyle \alpha _{l}} около 4…5·10−6 К−1.

См. также

Примечания

Ссылки

  1. Гуляев А.П. Металловедение.М.: «Металлургия» 1986г. 544 с.

Припой — Solder — qaz.wiki

Эта статья про материал. Чтобы узнать о процессе, см. Пайка . Паяное соединение, используемое для прикрепления провода к контакту компонента на задней стороне печатной платы. Катушка с припоем диаметром 1,6 мм

Припой ( oʊ л д ər / , ɒ л д ər / или в Северной Америке ɒ д ər / ) представляет собой легкоплавкий металлический сплависпользуется для создания прочной связи между металлическими деталями. Припой плавится, чтобы прилипнуть к деталям и соединить их после охлаждения, для чего требуется, чтобы сплав, пригодный для использования в качестве припоя, имел более низкую температуру плавления, чем соединяемые детали. Припой также должен быть устойчивым к окислительным и коррозионным воздействиям, которые со временем разрушат соединение. Припой, используемый для электрических соединений, также должен иметь хорошие электрические характеристики.

Мягкий припой обычно имеет диапазон температур плавления от 90 до 450 ° C (от 190 до 840 ° F; от 360 до 720 K) и обычно используется в электронике , сантехнике и работе с листовым металлом. Чаще всего используются сплавы , плавящиеся при температуре от 180 до 190 ° C (от 360 до 370 ° F; от 450 до 460 K). Пайка, выполняемая с использованием сплавов с температурой плавления выше 450 ° C (840 ° F; 720 K), называется «твердой пайкой», «серебряной пайкой» или пайкой твердым припоем .

В определенных пропорциях некоторые сплавы являются эвтектическими, то есть температура плавления сплава является самой низкой из возможных для смеси этих компонентов и совпадает с точкой замерзания. Неэвтектические сплавы могут иметь заметно разные температуры солидуса и ликвидуса , поскольку они имеют четкие переходы между жидкостью и твердым телом. Неэвтектические смеси часто существуют в виде пасты твердых частиц в расплавленной матрице низкоплавкой фазы, поскольку они достигают достаточно высоких температур. При электромонтажных работах, если соединение будет нарушено в этом «пастообразном» состоянии до полного затвердевания, это может привести к плохому электрическому соединению; использование эвтектического припоя уменьшает эту проблему. Пастообразное состояние неэвтектического припоя можно использовать в водопроводе, поскольку оно позволяет формовать припой во время охлаждения, например, для обеспечения водонепроницаемого соединения труб, что приводит к так называемому «протертому стыку».

Для работы в электротехнике и электронике доступен припой разной толщины для ручной пайки (ручная пайка выполняется с помощью паяльника или паяльника ), а также с сердечниками, содержащими флюс . Он также доступен в виде пасты при комнатной температуре, в виде предварительно отформованной фольги, форма которой соответствует заготовке, которая может быть более подходящей для механизированного массового производства , или в виде небольших «язычков», которые можно обернуть вокруг стыка и расплавить пламенем, когда железо непригодно или недоступно, например, при ремонте в полевых условиях. Сплавы свинца и олова широко использовались в прошлом и до сих пор доступны; они особенно удобны для ручной пайки. Использование бессвинцовых припоев все шире из-за нормативных требований, а также преимуществ для здоровья и окружающей среды от отказа от электронных компонентов на основе свинца. Сегодня они почти исключительно используются в бытовой электронике.

Сантехники часто используют прутки припоя, намного толще проволоки, используемой для электрических применений, и наносят флюс отдельно; многие флюсы для пайки, подходящие для сантехники, являются слишком коррозионными (или проводящими) для использования в электрических или электронных работах. Ювелиры часто используют припой в виде тонких листов, которые они разрезают на кусочки.

Этимология

Слово solder происходит от среднеанглийского слова soudur , через старофранцузское solduree и soulder , от латинского solidare , что означает «делать твердый».

Сочинение

На основе свинца

Олово — свинец (Sn-Pb) припои, называемые также мягкие припои, являются коммерчески доступными с концентрацией олова в диапазоне от 5% до 70% по весу. Чем выше концентрация олова, тем выше прочность припоя на растяжение и сдвиг . Исторически сложилось так, что свинец смягчает образование усов олова , хотя точный механизм этого неизвестен. Сегодня для смягчения проблемы используются многие методы, включая изменения в процессе отжига (нагрев и охлаждение), добавление таких элементов, как медь и никель, и нанесение защитных покрытий . Сплавы, обычно используемые для электрической пайки, — это 60/40 Sn-Pb, который плавится при 188 ° C (370 ° F), и 63/37 Sn-Pb, используемый в основном в электрических / электронных работах. Эта смесь представляет собой эвтектический сплав этих металлов, который:

  1. имеет самую низкую температуру плавления (183 ° C или 361 ° F) из всех сплавов олово-свинец; а также
  2. точка плавления — это действительно точка, а  не диапазон.

В Соединенных Штатах с 1974 года в соответствии с Законом о безопасной питьевой воде (SDWA) использование свинца в припое и флюсе в водопроводных системах для питьевой воды запрещено . Исторически сложилось так, что доля свинца была выше, обычно 50/50. Это имело преимущество в более медленном затвердевании сплава. Поскольку трубы физически соединяются друг с другом перед пайкой, припой можно протирать по стыку для обеспечения водонепроницаемости. Хотя свинцовые водопроводные трубы были заменены медью, когда важность отравления свинцом стала полностью осознаваться, свинцовый припой все еще использовался до 1980-х годов, потому что считалось, что количество свинца, которое могло вымыться в воду из припоя, было незначительным из-за правильного использования. паяный стык. Электрохимическая пара из меди и свинца способствует коррозии свинца и олова. Олово же защищено нерастворимым оксидом. Так как даже малые количества свинца были обнаружены вредны для здоровья как мощный нейротоксин , свинец в припое слесарного был заменен серебром (приложений пищевые) или сурьмой , с медью часто добавляют, и доля олова была увеличена (см свинца свободный припой .)

Добавление олова, более дорогого, чем свинец, улучшает смачивающие свойства сплава; Сам свинец имеет плохие смачивающие характеристики. Сплавы с высоким содержанием олова и свинца имеют ограниченное применение, так как диапазон обрабатываемости может быть обеспечен более дешевым сплавом с высоким содержанием свинца.

Свинцово-оловянные припои легко растворяются золото обшивки и образуют хрупкие интерметаллида. Припой 60/40 Sn-Pb окисляется на поверхности, образуя сложную 4-х слойную структуру: оксид олова (IV) на поверхности, под ним слой оксида олова (II) с мелкодисперсным свинцом, за которым следует слой олова. (II) оксид с мелкодисперсными оловом и свинцом и сам припой под ним.

Свинец и до некоторой степени олово, используемые в припое, содержат небольшое, но значительное количество радиоизотопных примесей. Радиоизотопы, подвергающиеся альфа-распаду, вызывают беспокойство из-за их склонности вызывать мягкие ошибки . Полоний-210 особенно проблематичен; бета-распад свинца-210 превращается в висмут-210, который затем бета-распад до полония-210, интенсивного излучателя альфа-частиц . Уран-238 и торий-232 — другие важные загрязнители сплавов свинца.

Без свинца

Припой из чистого олова Пайка медных труб пропановой горелкой и бессвинцовым припоем

Европейский союз по утилизации электрического и электронного оборудования (WEEE) и об ограничении использования опасных веществ Директива RoHS () были приняты в начале 2003 года и вступил в силу 1 июля 2006 года, ограничение включения свинца в большинстве бытовой электроники , продаваемых в ЕС, и оказывает большое влияние на бытовую электронику, продаваемую во всем мире. В США производители могут получить налоговые льготы за счет сокращения использования припоя на основе свинца. Бессвинцовые припои, используемые в коммерческих целях, могут содержать олово, медь, серебро, висмут , индий , цинк , сурьму и следы других металлов. Большинство бессвинцовых заменителей обычных припоев 60/40 и 63/37 Sn-Pb имеют температуры плавления на 50–200 ° C выше, хотя есть также припои с гораздо более низкими температурами плавления. Для бессвинцового припоя для адекватной смачиваемости обычно требуется около 2% флюса по массе.

Когда при пайке волной припоя используется бессвинцовый припой, может потребоваться слегка модифицированный припой (например, титановые гильзы или крыльчатки) для снижения затрат на техническое обслуживание из-за повышенного улавливания олова припоем с высоким содержанием олова.

Бессвинцовый припой может быть менее желательным для критически важных приложений, таких как аэрокосмические и медицинские проекты, поскольку его свойства менее изучены.

Припои на основе олова, серебра и меди (Sn-Ag-Cu или SAC) используются двумя третями японских производителей для пайки оплавлением и волной припоя и примерно 75% компаний для ручной пайки. Широкое распространение этого популярного семейства бессвинцовых припоев основано на пониженной температуре плавления тройной эвтектики Sn-Ag-Cu (217 ° C (423 ° F)), которая ниже 22/78 Sn-Ag. (мас.%) эвтектика 221 ° C (430 ° F) и эвтектика 59/41 Sn-Cu 227 ° C (441 ° F). Тройное эвтектическое поведение Sn-Ag-Cu и его применение для сборки электроники было обнаружено (и запатентовано) группой исследователей из Лаборатории Эймса , Университет штата Айова , и из Сандийских национальных лабораторий в Альбукерке.

Многие недавние исследования были сосредоточены на добавлении четвертого элемента в припой Sn-Ag-Cu, чтобы обеспечить совместимость с пониженной скоростью охлаждения паяльной сферы при сборке решеток шариков . Примерами этих четырехэлементных композиций являются 18/64/14/4 олово-серебро-медь-цинк (Sn-Ag-Cu-Zn) (интервал плавления 217–220 ° C) и 18/64/16/2 олово- серебро-медь- марганец (Sn-Ag-Cu-Mn) (интервал плавления 211–215 ° C).

Припои на основе олова легко растворяют золото, образуя хрупкие интерметаллические соединения; для сплавов Sn-Pb критическая концентрация золота для охрупчивания соединения составляет около 4%. Припои с высоким содержанием индия (обычно индий-свинец) более подходят для пайки более толстого слоя золота, поскольку скорость растворения золота в индии намного ниже. Припои с высоким содержанием олова также легко растворяют серебро; для пайки серебряной металлизации или поверхностей подходят сплавы с добавлением серебра; Сплавы, не содержащие олова, также являются выбором, хотя их смачиваемость хуже. Если время пайки достаточно велико для образования интерметаллидов, оловянная поверхность соединения, припаянного к золоту, будет очень тусклой.

Твердый припой

Твердые припои используются для пайки и плавятся при более высоких температурах. Наиболее распространены сплавы меди с цинком или серебром.

В серебряном или ювелирных решениях, специальные твердые припои используются , которые будут проходить анализ . Они содержат большую долю паяемого металла, и свинец в этих сплавах не используется. Эти припои различаются по твердости, обозначаются как «эмалированные», «твердые», «средние» и «легкие». Эмалированный припой имеет высокую температуру плавления, близкую к температуре плавления самого материала, что предотвращает распайку стыка во время обжига в процессе эмалирования. Остальные типы припоев используются в порядке убывания твердости в процессе изготовления изделия, чтобы предотвратить ранее спаянный шов или распайку стыка во время пайки дополнительных участков. Легкий припой также часто используется при ремонтных работах по той же причине. Флюс также используется для предотвращения распайки стыков.

Серебряный припой также используется в производстве для соединения металлических деталей, которые нельзя сваривать . Сплавы, используемые для этих целей, содержат высокую долю серебра (до 40%), а также могут содержать кадмий .

Сплавы

В припойном сплаве разные элементы выполняют разные функции:

  • Сурьма добавляется для увеличения прочности, не влияя на смачиваемость. Предотвращает появление оловянных вредителей. Следует избегать обработки цинка, кадмия или гальванизированных металлов, так как получаемое соединение является хрупким.
  • Висмут значительно снижает температуру плавления и улучшает смачиваемость. В присутствии достаточного количества свинца и олова висмут образует кристаллы Sn 16 Pb 32 Bi 52 с температурой плавления всего 95 ° C, которые диффундируют по границам зерен и могут вызвать разрушение соединения при относительно низких температурах. Таким образом, высокомощная деталь, предварительно луженная свинцовым сплавом, может отслаиваться под нагрузкой, если припаяна висмутсодержащим припоем. Такие стыки также склонны к растрескиванию. Сплавы с более чем 47% Bi расширяются при охлаждении, что может быть использовано для компенсации напряжений несоответствия теплового расширения. Замедляет рост усов олова . Относительно дорого, ограниченная доступность.
  • Медь улучшает сопротивление усталости от термического цикла и улучшает смачивающие свойства расплавленного припоя. Это также замедляет скорость растворения меди на плате и выводах деталей в жидком припое. Медь в припоях образует интерметаллические соединения. Перенасыщенный (примерно на 1%) раствор меди в олове можно использовать для ингибирования растворения тонкопленочной металлизации под выступом BGA- чипов, например, как Sn 94 Ag 3 Cu 3 .
  • Никель может быть добавлен в припой для образования перенасыщенного раствора, препятствующего растворению тонкопленочной металлизации под выступом. В сплавах олово-медь небольшая добавка Ni (<0,5 мас.%) Препятствует образованию пустот и взаимной диффузии элементов Cu и Sn. Подавляет растворение меди, даже в большей степени в синергии с висмутом. Присутствие никеля стабилизирует интерметаллиды медь-олово, тормозит рост проэвтектических дендритов β-олова (и, следовательно, увеличивает текучесть вблизи точки плавления эвтектики медь-олово), способствует появлению блестящей яркой поверхности после затвердевания, препятствует растрескиванию поверхности при охлаждении; такие сплавы называются «никель-модифицированными» или «никелевыми». Небольшие количества увеличивают текучесть расплава, в большинстве случаев на 0,06%. Чтобы избежать проблем с патентами, можно использовать субоптимальные суммы. Уменьшение текучести увеличивает заполнение отверстий и уменьшает образование мостиков и сосулек.
  • Кобальт используется вместо никеля, чтобы избежать проблем с патентами при улучшении текучести. Не стабилизирует интерметаллидные образования в твердом сплаве.
  • Индий снижает температуру плавления и улучшает пластичность. В присутствии свинца он образует тройное соединение, которое претерпевает фазовый переход при 114 ° C. Очень высокая стоимость (в несколько раз больше серебра), низкая доступность. Легко окисляется, что вызывает проблемы при ремонте и переделке, особенно когда нельзя использовать флюс для удаления оксидов, например, во время присоединения кристалла GaAs. Сплавы индия используются для криогенных применений и для пайки золота, поскольку золото растворяется в индии гораздо меньше, чем в олове. Индий также может паять многие неметаллы (например, стекло, слюду, оксид алюминия, магнезию, диоксид титана, диоксид циркония, фарфор, кирпич, бетон и мрамор). Склонен к диффузии в полупроводники и вызывает нежелательное легирование. При повышенных температурах легко диффундирует через металлы. Низкое давление пара, подходит для использования в вакуумных системах. Образует с золотом хрупкие интерметаллиды; Припои с высоким содержанием индия на толстом золоте ненадежны. Припои на основе индия склонны к коррозии, особенно в присутствии хлорид- ионов.
  • Свинец стоит недорого и обладает подходящими свойствами. Хуже смачивания, чем олово. Токсично, выводится из употребления. Замедляет рост усов олова, подавляет оловянных вредителей. Снижает растворимость меди и других металлов в олове.
  • Серебро обеспечивает механическую прочность, но его пластичность хуже, чем у свинца. В отсутствие свинца улучшает сопротивление усталости от термических циклов. При использовании припоев SnAg с выводами, покрытыми HASL-SnPb, образуется фаза SnPb 36 Ag 2 с температурой плавления 179 ° C, которая перемещается к границе раздела плата-припой, затвердевает последней и отделяется от платы. Добавление серебра к олову значительно снижает растворимость серебряных покрытий в фазе олова. В эвтектическом сплаве олово-серебро (3,5% Ag) и подобных сплавах (например, SAC305) он имеет тенденцию к образованию пластинок из Ag 3 Sn, которые, если образуются рядом с местом высокого напряжения, могут служить инициирующими участками для трещин и вызывать плохой удар. и падение производительности; содержание серебра должно быть ниже 3%, чтобы предотвратить такие проблемы. Высокая подвижность ионов, имеет тенденцию мигрировать и образовывать короткие замыкания при высокой влажности под действием смещения постоянного тока. Способствует коррозии ванн с припоем, увеличивает образование окалины.
  • Олово — обычный основной конструкционный металл сплава. Обладает хорошей прочностью и смачиванием. Сам по себе он подвержен оловянным вредителям , оловянному плачу и росту оловянных усов . Легко растворяет серебро, золото и в меньшей, но все же значительной степени многие другие металлы, например медь; это особенно важно для богатых оловом сплавов с более высокими температурами плавления и оплавления.
  • Цинк снижает температуру плавления и стоит недорого. Однако он очень чувствителен к коррозии и окислению на воздухе, поэтому цинкосодержащие сплавы непригодны для некоторых целей, например, для пайки волной припоя, а у цинксодержащих паяльных паст более короткий срок хранения, чем у не содержащих цинка. Может образовывать хрупкие интерметаллические слои Cu-Zn при контакте с медью. Легко окисляется, что ухудшает смачивание, требует подходящего флюса.
  • Германий в бессвинцовых припоях на основе олова влияет на образование оксидов; ниже 0,002% увеличивает образование оксидов. Оптимальная концентрация для подавления окисления составляет 0,005%. Используется, например, в сплаве Sn100C. Запатентовано.
  • Редкоземельные элементы , добавленные в небольших количествах, улучшают структуру матрицы в сплавах олово-медь, отделяя примеси на границах зерен. Однако чрезмерное добавление приводит к образованию усов олова; это также приводит к образованию паразитных фаз редкоземельных элементов, которые легко окисляются и ухудшают свойства припоя.
  • Фосфор используется как антиоксидант для подавления образования шлака. Уменьшает текучесть оловянно-медных сплавов.

Примеси

Примеси обычно попадают в резервуар для припоя путем растворения металлов, присутствующих в паяемых узлах. Растворение технологического оборудования не является обычным явлением, поскольку обычно выбираются материалы, не растворимые в припое.

  • Алюминий  — мало растворим, вызывает вялость припоя и тусклый песчаный вид из-за образования оксидов. Добавление сурьмы к припоям приводит к образованию интерметаллидов Al-Sb, которые выделяются в шлак . Способствует охрупчиванию.
  • Сурьма  — добавление намеренно, до 0,3% улучшает смачивание, большие количества медленно ухудшают смачивание. Повышает температуру плавления.
  • Мышьяк  — образует тонкие интерметаллиды с неблагоприятным воздействием на механические свойства, вызывает обезвоживание латунных поверхностей.
  • Кадмий  — вызывает вялость припоя, образует оксиды и тусклость.
  • Медь  — наиболее распространенный загрязнитель, образует игольчатые интерметаллиды, вызывает вялость припоев, зернистость сплавов, снижение смачивания
  • Золото  — легко растворяется, образует хрупкие интерметаллиды, загрязнение выше 0,5% вызывает вялость и снижает смачивание. Понижает температуру плавления припоев на основе олова. Сплавы с высоким содержанием олова могут поглощать больше золота без охрупчивания.
  • Железо  — образует интерметаллиды, вызывает песчанистость, но скорость растворения очень низкая; легко растворяется в свинце-олове при температуре выше 427 ° C.
  • Свинец  — вызывает проблемы с соблюдением RoHS при уровне выше 0,1%.
  • Никель  — вызывает зернистость, очень мало растворим в Sn-Pb
  • Фосфор  — образует фосфиды олова и свинца , вызывает песчанистость и обезвоживание, присутствует при химическом никелировании.
  • Серебро  — часто добавляется намеренно, в больших количествах образует интерметаллиды, которые вызывают зернистость и образование прыщиков на поверхности припоя, что может привести к охрупчиванию.
  • Сера  — образует сульфиды свинца и олова , вызывает обезвоживание.
  • Цинк  — в расплаве образует избыточный шлак, в затвердевших соединениях быстро окисляется на поверхности; оксид цинка не растворяется во флюсах, что ухудшает ремонтопригодность; при пайке латуни могут понадобиться барьерные слои из меди и никеля, чтобы предотвратить миграцию цинка на поверхность; возможность охрупчивания

Обработка плат против накопления примесей в ванне для пайки волной:

  • HASL, бессвинцовый (уровень горячего воздуха): обычно практически чистое олово. Не загрязняет ванны с высоким содержанием олова.
  • HASL, свинец: некоторое количество свинца растворяется в ванне
  • ENIG (иммерсионное золото, не содержащее никель): обычно 100-200 микродюймов никеля с 3-5 микродюймами золота сверху. Некоторое количество золота растворяется в ванне, но превышение пределов накопления редко.
  • Иммерсионное серебро: обычно 10–15 микродюймов серебра. Некоторое количество растворяется в ванне, превышение пределов накопления встречается редко.
  • Иммерсионное олово: не загрязняет ванны с высоким содержанием олова.
  • OSP (Органический консервант паяемости): обычно соединения класса имидазола, образующие тонкий слой на поверхности меди. Медь легко растворяется в ваннах с высоким содержанием олова.

Поток

Электрический припой со встроенным полимерным сердечником, видимым как темное пятно на обрезанном конце припоя.

Флюс — это восстановитель, предназначенный для восстановления (возврата окисленных металлов в их металлическое состояние) оксидов металлов в точках контакта с целью улучшения электрического соединения и механической прочности. Двумя основными типами флюсов являются кислотный флюс (иногда называемый «активным флюсом»), содержащий сильные кислоты, используемый для ремонта металлов и водопровода, и канифольный флюс (иногда называемый «пассивным флюсом»), используемый в электронике. Канифольный флюс проявляет множество «действий», примерно соответствующих скорости и эффективности органических кислотных компонентов канифоли в растворении металлических поверхностных оксидов и, следовательно, коррозионной активности остатков флюса.

Из-за опасений по поводу загрязнения атмосферы и утилизации опасных отходов электронная промышленность постепенно переходит от канифольного флюса к водорастворимому флюсу, который можно удалить с помощью деионизированной воды и моющего средства вместо углеводородных растворителей . Водорастворимые флюсы обычно более электропроводны, чем традиционно используемые электрические / электронные флюсы, и поэтому имеют больший потенциал для электрического взаимодействия с цепью; вообще важно удалить их следы после пайки. Некоторые следы флюса канифольного типа также должны быть удалены, и по той же причине.

В отличие от использования традиционных стержней или спиральных проволок из цельнометаллического припоя и ручного нанесения флюса на соединяемые детали, во многих случаях ручной пайки с середины 20-го века использовался припой с флюсовым сердечником. Он изготавливается в виде спиральной проволоки припоя с одним или несколькими сплошными телами из неорганической кислоты или канифольного флюса, встроенными в нее по длине. По мере того, как припой плавится на стыке, он высвобождает флюс, а также освобождает его от него.

Операция

Поведение при затвердевании зависит от состава сплава. Чистые металлы затвердевают при определенной температуре, образуя кристаллы одной фазы. Эвтектические сплавы также затвердевают при одной температуре, при этом все компоненты выделяются одновременно в ходе так называемого совместного роста . Неэвтектические композиции при охлаждении начинают сначала выделять неэвтектическую фазу; дендриты, когда это металл, большие кристаллы, когда это интерметаллическое соединение. Такая смесь твердых частиц в расплавленной эвтектике называется кашеобразным состоянием. Даже относительно небольшая доля твердых частиц в жидкости может значительно снизить ее текучесть.

Температура полного затвердевания — это солидус сплава, температура, при которой все компоненты расплавлены, — это ликвидус.

Мягкое состояние желательно там, где степень пластичности полезна для создания соединения, позволяя заполнять большие зазоры или протирать соединение (например, при пайке труб). При ручной пайке электроники это может быть вредным, поскольку соединение может казаться затвердевшим, пока оно еще не застыло. Преждевременное обращение с таким соединением приводит к нарушению его внутренней структуры и нарушению механической целостности.

Интерметаллиды

Многие различные интерметаллические соединения образуются во время затвердевания припоев и во время их реакции с припаянными поверхностями. Интерметаллиды образуют отдельные фазы, обычно как включения в пластичной матрице твердого раствора, но также могут образовывать саму матрицу с включениями металлов или образовывать кристаллическое вещество с различными интерметаллидами. Интерметаллиды часто бывают твердыми и хрупкими. Мелкодисперсные интерметаллиды в пластичной матрице дают твердый сплав, а грубая структура дает более мягкий сплав. Между металлом и припоем часто образуется ряд интерметаллидов, доля металла возрастает; например, формирование структуры Cu-Cu 3 Sn-Cu 6 Sn 5 -Sn. Между припоем и припаянным материалом могут образовываться слои интерметаллидов. Эти слои могут вызвать снижение механической надежности и хрупкость, повышенное электрическое сопротивление или электромиграцию и образование пустот. Интерметаллический слой золото-олово является причиной плохой механической надежности покрытых оловом позолоченных поверхностей, на которых позолота не полностью растворяется в припое.

В формировании паяного соединения играют роль два процесса: взаимодействие между подложкой и расплавленным припоем и рост интерметаллических соединений в твердом состоянии. Основной металл растворяется в расплавленном припое в количестве, зависящем от его растворимости в припое. Активный компонент припоя реагирует с основным металлом со скоростью, зависящей от растворимости активных компонентов в основном металле. Твердотельные реакции являются более сложными — образование интерметаллидов можно предотвратить, изменив состав основного металла или припоя, или используя подходящий барьерный слой для предотвращения диффузии металлов.

Некоторые примеры взаимодействия включают:

  • Золото и палладий легко растворяются в припоях. Медь и никель имеют тенденцию к образованию интерметаллических слоев при нормальной пайке профилей. Индий также образует интерметаллиды.
  • Интерметаллиды индий-золото хрупкие и занимают примерно в 4 раза больше объема, чем исходное золото. Соединительные провода особенно подвержены воздействию индия. Такой рост интерметаллидов вместе с термоциклированием может привести к выходу из строя соединительных проводов.
  • Часто используется медь, покрытая никелем и золотом. Тонкий слой золота способствует хорошей паяемости никеля, так как защищает никель от окисления; слой должен быть достаточно тонким, чтобы быстро и полностью раствориться, чтобы никель не попал в припой.
  • Слои свинцово-оловянного припоя на медных выводах могут образовывать интерметаллические слои медь-олово; тогда припой локально обеднен оловом и образует богатый свинцом слой. В этом случае интерметаллиды Sn-Cu могут подвергнуться окислению, что приведет к ухудшению паяемости.
  • Cu 6 Sn 5  — обычен на границе раздела припой-медь, образуется преимущественно при наличии избытка олова; в присутствии никеля может образовываться соединение (Cu, Ni) 6 Sn 5
  • Cu 3 Sn — часто встречается на границе раздела припой-медь, предпочтительно образуется при наличии избытка меди, более термически устойчив, чем Cu 6 Sn 5 , часто присутствует при пайке при более высоких температурах
  • Ni 3 Sn 4  — общий на границе никель-припой
  • FeSn 2  — очень медленное образование
  • Ag 3 Sn — при более высокой концентрации серебра (более 3%) в олове образует пластинки, которые могут служить очагами зарождения трещин.
  • AuSn 4  — β-фаза — хрупкая, образуется при избытке олова. Вредно для свойств припоев на основе олова для позолоченных слоев.
  • AuIn 2  — образуется на границе между золотом и свинцово-индийским припоем, действует как барьер против дальнейшего растворения золота.
Матрица из интерметаллических припоев
Банкавести Индий
МедьCu 4 Sn, Cu 6 Sn 5 , Cu 3 Sn , Cu 3 Sn 8Cu 3 In, Cu 9 In 4
НикельNi 3 Sn, Ni 3 Sn 2 , Ni 3 Sn 4 NiSn 3Ni 3 In, NiIn Ni 2 In 3 , Ni 3 In 7
ЖелезоFeSn, FeSn 2
ИндийIn 3 Sn, InSn 4В 3 Пб
СурьмаСбСн
ВисмутBiPb 3
СеребряныйAg 6 Sn, Ag 3 SnAg 3 In, AgIn 2
Золото Au 5 Sn , AuSn AuSn 2 , AuSn 4Au 2 Pb, AuPb 2AuIn, AuIn 2
ПалладийPd 3 Sn, Pd 2 Sn, Pd 3 Sn 2 , PdSn, PdSn 2 , PdSn 4Pd 3 In, Pd 2 In, PdIn Pd 2 In 3
ПлатинаPt 3 Sn, Pt 2 Sn, PtSn, Pt 2 Sn 3 , PtSn 2 , PtSn 4Pt 3 Pb, PtPb PtPb 4Pt 2 в 3 , PtIn 2 , Pt 3 в 7

Преформа

Преформа — это предварительно изготовленная форма припоя, специально разработанная для того приложения, в котором она будет использоваться. Для изготовления преформ припоя используется множество методов, наиболее распространенными являются штамповки. Заготовка припоя может содержать припой, необходимый для процесса пайки. Это может быть внутренний флюс внутри заготовки припоя или внешний с покрытием заготовки припоя.

Подобные вещества

Стеклянный припой используется для соединения стекол с другими стеклами, керамикой , металлами , полупроводниками , слюдой и другими материалами в процессе, называемом соединением стеклянной фритты . Стеклянный припой должен течь и смачивать паяные поверхности значительно ниже температуры, при которой происходит деформация или разрушение любого из соединенных материалов или близлежащих структур (например, слоев металлизации на чипах или керамических подложках). Обычная температура достижения растекания и смачивания составляет от 450 до 550 ° C (от 840 до 1020 ° F).

Смотрите также

Ссылки

внешняя ссылка

Викискладе есть медиафайлы по теме пайки .

Бессвинцовый и свинцовый припой: в чем разница

Многие электронные устройства используют припой в качестве «клея» для крепления компонентов к печатным платам. Будь то бессвинцовый припой или свинцовый припой, функция одинакова. Бессвинцовый припой и свинцовый припой выполняют одну и ту же функцию. Однако для разных продуктов и приложений будет использоваться разный припой.

Зачем нужен бессвинцовый припой

При производстве определенных продуктов должен использоваться припой, не содержащий свинца. Это связано с новыми правилами RoHS.Основной причиной введения этих правил является необходимость сокращения содержания свинца на свалках, в основном в Европе. Однако американская промышленность теперь разделяет эти взгляды.

С ростом популярности электроники в каждом доме и на предприятии необходимость сокращения количества свинца становится все более важной. На печатных платах припой соединяет компоненты и провода, как указывалось ранее. Припой также входит в состав жгутов проводов. Электрические устройства со временем изнашиваются, поэтому их необходимо утилизировать.Увеличивается количество свинца, удаляемого со свалок и других мест захоронения за счет уменьшения количества свинцового припоя в этой электронике.

Для чего нужен свинцовый припой

Большинство паяльщиков-любителей по-прежнему используют свинцовый припой в своих проектах. Поскольку эти проекты не используются публично или в коммерческих целях, они не имеют строгих правил RoHS. Любители часто выбирают свинцовый припой для своих проектов из-за его высокой температуры плавления и, следовательно, уменьшения требуемого тепла.Кроме того, с более высокой температурой плавления время охлаждения, необходимое для припоя, меньше и может означать уменьшение вероятности образования холодных паяных соединений. Холодная пайка может означать, что соединение компонента с печатной платой плохое. Это плохое соединение может привести к сбою проекта.

Кроме того, любители не используют то количество припоя, которое используют коммерческие производители. Сниженное использование — основная причина, по которой не так много правил в отношении хобби-электроники. Из-за этого сокращенного использования также уменьшается количество отходов свинцового припоя.Любитель не будет использовать количество припоя, которое коммерческий производитель использует через год.

Вот полезное видео по пайке от STC (Обучение и сертификация по пайке):

Дополнительную информацию о производстве электроники можно найти в наших еженедельных блогах. Кроме того, свяжитесь с нами в Facebook, Twitter, Google+ и LinkedIn.

Бессвинцовая переработка на Solder.net

БЕСПЛАТНЫЙ ПЕРЕРАБОТКА

Были разработаны успешные методы доработки и сборки печатных плат с использованием бессвинцовых припоев для всех типов компонентов.В период перехода к бессвинцовому производству необходимо разработать методы доработки, которые касаются проблем, связанных с обработкой, переделкой, отслеживанием и проверкой сборок бессвинцовых печатных плат.

Пример 0603 Резистор, припаянный из бессвинцового сплава SAC

Обработка бессвинцовым припоем отличается от припоев Sn63, поскольку бессвинцовые припои обычно не так легко смачиваются или растекаются. Хотя SAC305 фактически является «бессвинцовым» припоем для доработки, BEST имеет опыт работы с бессвинцовыми припоями с низкой температурой плавления и SN100X для доработки сквозных устройств.

Пример J-образной пайки с использованием бессвинцового сплава SAC

Были разработаны успешные методы восстановления с использованием бессвинцовых припоев (включая сплавы Sn / Ag / Cu или Sn / Ag), включая снятие / замену компонентов, перемычки, ремонт проводов и контактных площадок, а также BGA. Большая часть имеющегося у вас оборудования для восстановления сплавов на основе Sn63 все еще может использоваться для бессвинцового припоя. Параметры пайки должны быть скорректированы с учетом более высокой температуры плавления и меньшей смачиваемости бессвинцового припоя.Исследования показали, что надежные бессвинцовые паяные соединения с правильной структурой зерен и интерметаллическим образованием могут быть получены с использованием соответствующих процессов доработки.

Пример пайки свинца крыла чайки с использованием бессвинцового сплава SAC

Следует проявлять осторожность, чтобы свести к минимуму любое возможное негативное влияние процесса доработки на надежность паяных межсоединений, компонентов и печатной платы. По мере увеличения температуры пайки несоответствие коэффициента теплового расширения (КТР) между слоистым материалом, стекловолокном и медью будет оказывать большее давление
на медь, потенциально вызывая отказы из-за растрескивания медных дорожек или металлических переходных отверстий.Склонность операции доработки вызвать это растрескивание является функцией таких переменных, как количество и толщина слоя печатной платы, материал ламината, температурный профиль доработки, распределение меди, геометрия переходного отверстия и другие. В качестве альтернативы для бессвинцовой пайки может потребоваться более высокая температура стеклования и более низкий коэффициент теплового расширения. Более высокие температуры переработки (примерно на 30-40 ° C выше) могут повлиять на другие компоненты, близкие к их точкам плавления или размягчения, такие как разъемы, батареи и этикетки.

Проблема «смешения компонентов» требует особого внимания, особенно в переходный период. Предварительные исследования влияния свинца в бессвинцовом припое на долгосрочную надежность показывают, что это влияние зависит от количества свинца в паяном соединении, и оно может быть самым большим, когда количество свинца находится в некотором промежуточном диапазоне, поскольку образования сегрегированных фаз (например, крупных зерен свинца) на междендритных границах зерен олова, затвердевающих последними, где трещины могут возникать и распространяться при циклическом нагружении.Например, было показано, что от 2 до 5 процентов свинца могут отрицательно сказаться на усталостной долговечности бессвинцового припоя, но, вероятно, не хуже, чем припой Sn63. Например, если печатная плата, изготовленная из Sn63, должна быть отремонтирована бессвинцовым припоем, с точки зрения припоя надежность смешанного бессвинцового припоя и припоя Sn / Pb, вероятно, не будет ниже, чем у припоя Sn63. Однако влияние температуры на компоненты вызывает беспокойство. С другой стороны, ремонт бессвинцовой паяной платы припоем Sn63 приведет к образованию паяных соединений, которые не так надежны, как бессвинцовые паяные соединения на остальной части платы.

С точки зрения логистики, в переходный период очень важно, чтобы паяльники и материалы (припой для сердечников проволоки, флюсовые гели и т. Д.) Для бессвинцовой пайки имели четкую маркировку. Для правильной маркировки и идентификации материалов потребуется ознакомиться с инструкциями по сборке бессвинцовых печатных плат и инструкциями по идентификации компонентов JEDEC. Операторы должны быть обучены бессвинцовым процессам доработки и, что наиболее важно, осмотру. В рамках этого обучения потребуется хороший обзор IPC A 610-D revision.

Наборы для бессвинцовой пайки и оценки

В
BEST есть несколько инструментов, которые помогут вам «быстро освоиться» с точки зрения бессвинцовой доработки, включая:
  • Оценочные комплекты для бессвинцовой пайки, которые включают тренировочную доску, практические компоненты, а также катушку бессвинцового припоя для отработки переделки с ручной пайкой
  • Бессвинцовые учебные курсы, включая хорошо известные SMT и продвинутые курсы SMT от BEST, которые имеют свои бессвинцовые версии.Скоро выйдут ЛУЧШИЕ интерактивные компакт-диски без свинца и обучающие веб-модули!
  • Ремонт без свинца, включая реболлинг, удаление и замену BGA

DSP 792 (Sn96.5 / Ag3.5) БЕССВИНЦОВСКАЯ ВОДОРАСТВОРИМАЯ ПАЙКА

ALPHA CVP-390 — БЕЗОПАСНАЯ, БЕССИНЦОВСКАЯ ПАСТА НУЛЕВОГО ГАЛОГЕНА, НИЗКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ПРЕВОСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ОТЛИЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПЫТАНИЯ ПИН, SAC305 И ПОДДЕРЖКА НИЗКОГО AG.

T E C H N I C A L B U L E T I N ALPHA CVP-390 — БЕЗОЧИСТКА, БЕССИНЦОВСКАЯ ПАСТА НУЛЕВОГО ГАЛОГЕНА, НИЗКИЕ ПОЛОСЫ, ПРЕВОСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ОТЛИЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПЫТАНИЯ ПИН, SAC305 И НИЗКАЯ ВОЗМОЖНОСТЬ. ОПИСАНИЕ ALPHA CVP-390

Подробнее

ALPHA OL-107F-A НУЛЕВОЙ ГАЛОГЕН, НИЗКИЕ ПОЛОСЫ, ПРЕВОСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ОТЛИЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПЫТАНИЯ ПИН, БЕЗОЧИСТКА, БЕСПРОВОДНАЯ ПАСТА

T E C H N I C A L B U L E T I N ALPHA OL-107F-A НУЛЕВОЙ ГАЛОГЕН, НИЗКИЕ ПОЛОСЫ, ПРЕВОСХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ, ОТЛИЧНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ИСПЫТАНИЯ ПИН, БЕЗОЧИСТКА, БЕСПРОВОДНАЯ ПАСТА ОПИСАНИЕ ALPHA OL-107F-Aero3 не содержит галогенов и не содержит галогенов. Подробнее

TAIYO PSR-4000 AUS703

TAIYO PSR-4000 AUS703 ЖИДКАЯ ФОТОИЗОБРАЖАЕМАЯ МАСКА ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ Разработана для применения в упаковке с перевернутыми чипами Без галогенов (300 частей на миллион) Отличная термостойкость и устойчивость к трещинам Низкое водопоглощение Соответствует RoHS Отлично

Подробнее

Сборка пакетов LPCC AN-0001

Сборка блоков LPCC AN-0001 Монтаж на поверхности и обращение с блоками ANADIGICS LPCC 1.0 Обзор Усилители мощности ANADIGICS обычно упаковываются в бессвинцовый держатель для пластиковых чипов (LPCC)

Подробнее

Технические данные Февраль 2014 г.

Лист технических данных Scotch-Weld, февраль 2014 г. Описание продукта — это высокоэффективные двухкомпонентные акриловые клеи, обеспечивающие отличные характеристики сдвига, отслаивания и удара. Эти закаленные изделия

Подробнее

Североамериканский нержавеющий

Лист 2205 UNS S2205 EN 1.4462 2304 UNS S2304 EN 1.4362 ВВЕДЕНИЕ Типы 2205 и 2304 представляют собой дуплексные марки нержавеющей стали с микроструктурой

Подробнее

Термосклеивающая пленка 3M AF42

Технические данные Август 2015 г. Термосклеивающая пленка 3M AF42 Описание продукта 3M Thermal Bonding Film AF42 — это эпоксидный термореактивный пленочный клей, разработанный для структурного склеивания металла, стекла и других материалов

Подробнее

3M Ionic Liquid Antistat FC-4400

Технические данные 14 сентября 3M Ionic Liquid Antistat FC-40 Введение 3M Ionic Liquid Antistat FC-40 — антистатическая добавка высокой чистоты, совместимая с различными полимерными системами с высокими эксплуатационными характеристиками,

Подробнее

Североамериканский нержавеющий

Плоские изделия из нержавеющей стали для Северной Америки Лист нержавеющей стали T409 ВВЕДЕНИЕ NAS 409 — это стабилизированная ферритная нержавеющая сталь с содержанием 11% хрома.Он не так устойчив к коррозии или высокотемпературному окислению

Подробнее

Североамериканский нержавеющий

Плоские нержавеющие изделия в Северной Америке Лист нержавеющей стали марки 310S (S31008) / EN 1.4845 Введение: SS310 — это высоколегированная аустенитная нержавеющая сталь, предназначенная для работы при повышенных температурах.

Подробнее

Бессвинцовая пайка волной

Китай — Корея — Сингапур — Малайзия — США — Нидерланды — Германия ВОЛНОВЫЙ СЕЛЕКТИВНЫЙ РЕЗЕРВНАЯ ПАЙКА Пайка Бессвинцовая пайка волнами Урсула Маркес 18, 23 октября Дорожная карта пайки волной пайки Параметр

Подробнее

Руководство по устранению неполадок SMT

Руководство по поиску и устранению неисправностей SMT Простые в использовании советы по общим проблемам сборки SMT.Руководство по поиску и устранению неисправностей Cookson Electronics Содержание С помощью этого простого в использовании руководства по устранению неисправностей вы можете научиться устранять неисправности

Подробнее

DuPont Kapton HN. полиимидная пленка

Полиимидная пленка DuPont Kapton HN Технический паспорт Универсальная пленка DuPont Kapton HN успешно используется при температурах от -269 C (-452 F) до 400 C (752

). Подробнее

Кристально чистый герметик

Crystal Clear Sealant Технические данные Февраль 2012 г. Описание продукта 3M Crystal Clear Sealant представляет собой однокомпонентный термопластичный эластомер, который образует прочные эластичные связи при использовании в поверхностном уплотнении

Подробнее

Технические данные СИНИЙ ЛИСТ.Мартенситный. нержавеющие стали. Типы 410, 420, 425 Mod и 440A ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИМЕНЕНИЕ ФОРМА ИЗДЕЛИЯ

Технические данные СИНИЙ ЛИСТ Allegheny Ludlum Corporation Питтсбург, Пенсильвания Мартенситная нержавеющая сталь типов 410, 420, 425 Mod и 440A ОБЩИЕ СВОЙСТВА Allegheny Ludlum типов 410, 420, 425 Modified и

Подробнее

Адгезионная система на основе черной эпоксидной пасты

Современные материалы Araldite 2031 Структурные клеи Araldite 2031 Клеящая система с черной эпоксидной пастой Ключевые свойства Тиксотропный, не оседает Упрочненный клей, эластичное соединение Подходит для металла и композитов

Подробнее

Как проверить базовый топор

Scotch-Weld DP760 Технический паспорт продукта Обновлено: февраль 2009 г. Заменено: июнь 2001 г. Описание продукта Эпоксидный клей DP760 представляет собой двухкомпонентный не прогибающийся клей, отверждаемый при комнатной температуре, разработанный для использования при

Подробнее

Ленты из вспененного уретана с двойным покрытием

3 Ленты из вспененного уретана с двойным покрытием 4004 4008 4016 4026 4032 4052 4056 4085 Технические характеристики Апрель 2009 г. Описание продукта Ленты из вспененного полиуретана с двойным покрытием 3M представляют собой эластичные пенопласты с высоким сдвигом

Подробнее

ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

ЛАЗЕРНАЯ РЕЗКА НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ Лазерная резка в среде инертного газа является наиболее применимым методом резки нержавеющей стали.Лазерная кислородная резка применяется также в тех случаях, когда поверхность реза окисляется

Подробнее

Североамериканский нержавеющий

Введение: Североамериканский плоский прокат из нержавеющей стали Лист марки нержавеющей стали 309S (S30908) / EN1.4833 SS309 — это высоколегированная аустенитная нержавеющая сталь, которая обладает превосходной стойкостью к окислению,

Подробнее

Клапан Сталь.Клапан Сталь

Клапан Сталь Клапан Сталь BÖHLER-UDDEHOLM Precision Strip AB — один из ведущих мировых производителей высококачественной полосовой стали. Более чем вековой опыт холодной прокатки дал нам уникальный

Подробнее

Печи конвекционного оплавления серии AE

Руководство пользователя конвекционных печей оплавления серии AE Madell Technology Corporation http: // www.madelltech.com Copyright 2005 1. Введение В печи оплавления серии AE входят настольные инфракрасные конвекционные печи,

Подробнее

Эпоксидный клей 3M Scotch-Weld

3 Технические данные Scotch-Weld TM Апрель, 2016 Описание продукта DP100 и DP100NS — это двухкомпонентные клеи, обеспечивающие быстрое отверждение и обрабатываемость. Доступны в контейнерах большего размера, например s 100 B / A или 100 NS

Подробнее

Хорошие доски = результаты

Раздел 2: Изготовление печатных плат и паяемость Хорошие платы = результаты Изготовление плат — один из аспектов индустрии производства электроники, о котором инженеры по сборке SMT часто мало знают.

Подробнее

Технические данные Май 2015 г.

TM Технические данные Май, 2015 Описание продукта — это высокоэффективные двухкомпонентные эпоксидные клеи, обеспечивающие превосходную адгезию к сдвигу и отслаиванию и очень высокую долговечность. Характеристики Высокая прочность на сдвиг

Подробнее

Североамериканский нержавеющий

Лист 430 (S43000) / EN 1 из нержавеющей стали для Северной Америки.4016 Введение: SS430 — это низкоуглеродистая хромовая ферритная нержавеющая сталь без какой-либо стабилизации углерода

Подробнее

Список компаний по производству бессвинцовой пайки

  • Шэньчжэнь Bbien Technology Limited

    BBIEN — это профессиональное предприятие по разработке, производству и продаже инновационных материалов, используемых в процессе сборки электроники. поставщик полной линии оплавления паяльной пасты, стержня с порошковой проволокой, припоя, металлического порошка, цветных металлов…

    Адрес : Bantian Banxuegang Road Shangxue Промышленная зона 8-е здание 1-й этаж Тип бизнеса : Производитель

  • Ханчжоу Hongwei Solder Materials Co., Ltd.

    Hangzhou Hongwei Solder Materials Co., LTD — профессиональный производитель продукции из цветных металлов, расположенный в
    красивом Садовом Городе-Тонглу, провинция Чжэцзян, Китай.
    Наша основная продукция…

    Адрес : Торговый центр №8, г. Цзяннань Тип деятельности : Производитель, Торговая компания

  • Kunshan Jilihong Technology CO., LTD

    Тайваньская кооперация GVE Holdings была основана в 1993 году и инвестировала в China Kunshan Huai An, компанию с ограниченной ответственностью. Заводы в Куншане специализируются на производстве флюсов для припоев на основе олова, прошедшего международное качество ISO9001 …

    Адрес : Цзянсу, Китай Вид деятельности : Производство

  • Шэньчжэнь Tipsolder Technology Co., ООО

    Tipsolder специализируется на производстве серии паяльных паст, флюсов, проволоки и стержней, которые широко используются в электронной промышленности.
    Будучи единственным производителем на рынках Азии и Великого Китая, компания Shenzhen Technology …

    Адрес : Building 4, индустриальный парк xingfuwei, район baishixia indsutry, fuyong, baoan Тип бизнеса Производитель

  • Ханчжоу Fuyang Tongyong Tin Industry Co., ООО

    Наша компания — предприятие, специализирующееся на производстве и продаже припоев из олова. Основная продукция — проволока для пайки, стержень из другого материала. Мы принимаем стандартное отечественное сырье за ​​рубежом, импортируем комплектные …

    Адрес : No. 148, Xishan Road, Fuchun Street, Fuyang, Hangzhou, Zhejiang, China, China Вид деятельности : Производство

  • Мак М.
  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *