Свинец для пайки: Как паять свинец паяльником

Как паять свинец паяльником

Основные затруднения, возникающие при пайке свинца, обусловлены его сильной окисляемостью при нагреве на воздухе и образованием плотной окисной пленки, препятствующей пайке, а также легкоплавкостью свинца. При пайке свинца нагрев, как правило, производится кислородно-водородной горелкой с избыточным содержанием в пламени водорода, достаточного для удаления окисной пленки с поверхности металла, а также паяльной лампой или методом натирания. Пайка свинцовых деталей паяльником ведется редко. При пайке в пламени паяльной лампы детали нагревают до темп-ры, при к-рой конец прутка припоя при соприкосновении с паяемой поверхностью расплавляется и облуживает ее. Поверхности детали перед пайкой методом натирания механически очищают, а места вблизи спая покрывают жиром. От натекания припоя детали защищают слоем сажи. Пайку натиранием производят при помощи ветоши или кожи, пропитанных жиром; припой предварительно наносят на поверхность подогретой паяемой детали на ветошь или кожу. Для пайки свинца применяют оловянносвинцовые припои, чаще всего ПОСЗО, имеющие широкий интервал кристаллизации и пригодные для пайки способом натирания (см. Припои легкоплавкие).

Всем привет!
Нынче в моде бессвинцовый припой, наверное многие слышали о нем и как экологи кричат во все горло, что он безвредный, не содержит свинца, а по свойствам не отличается от обычного, а порой превосходит его (имеется ввиду более высокая температура плавления).
Сегодня я опровергну все эти утверждения. Многие из вас уже сами сталкивались с этими минусами, но не каждый обращал внимания и вдавался в подробности.

Первым делом опровергну утверждение что он безвредный: основной причиной негодований экологов стало наличие свинца в привычном нам припое и в электронике которая стала частью нашей жизни — это стало опасным для нашего здоровья.

Известны следующие составы бессвинцового припоя, применяемого в электронике:
Олово 52 % Индий 48 %
Олово 91 % Цинк 9 %
Олово 97 % Серебро 2,3 % Медь 0,7 %
А подвох в том что, как видите везде содержится олово — который тоже тяжелый металл и известно множество случаев отравления им. Не считаете похожим эти усилия зеленых обманом? Очень похоже, а зачем распишу в конце писанины.

Теперь о свойствах. Тут тоже много вопросов, потому что свойства разные. Бессвинцовый менее текучий и имеет меньшую смачиваемость, т.е. обеспечивает менее надежный контакт с деталями в электронике. Вот так выглядят детали паяные свинцовым (слева) и бессвинцовым (справа) припоями.

Как видно по фото у бессвинцового матовая поверхность, это говорит о его ярко выраженной кристаллической структуре, что и не обеспечивает настолько плотного контакта с деталью.
Занимаясь ремонтом ноутбуков, я задался вопросом почему старые ноутбуки (очень старые) были надежней нынешних и многие живы по сей день, но ими конечно уже никто не пользуется?
Ответ напрашивался сам собой — дело чаще всего в припое и я решил провести экперимент.
Зачистил жало самого обычного паяльника

Набрал бессвинцовый припой с площадок дохлого видеочипа,

И оставил включенным паяльник на 3-4 дня…
По истечению этого времени припой кристаллизовался и затвердел.
Это видно на видео, плохо конечно видно, но снимал тем что было под рукой. Отдираю припой на горячем паяльнике

То же происходит и в чипах, которые работают на повышенных температурах, чаще всего видеопроцессоры, но там отваливается пайка кристалла от подложки,

это уже неремонтопригодно.
Кроме того разъело жало паяльника

Вывод из всего этого один. Все эти эконормы — прикрытие для получения прибыли. Ведь зачем покупать новую технику, если старая полноценно работает.

Вывод: используйте люди старый добрый свинцовый припой в своих поделках и не гонитесь за модой.
Всем удачи и творческих успехов)

Комментарии 35

Эта статья написана безграмотно. Уже с самого заголовка! Неумело пытаясь описать недостатки бессвинцового припоя, автор не дал себе труда выяснить как пишется это слово. Правильно «БеСсвинцовый». Это раз.
В ходе своего эксперимента автор нагрел паяльник с бессвинцовым припоем на жале… Сравнивая бессвинцовый припой со «свинцовым», надо бы быть последовательным и провести этот же эксперимент с припоем, содержащим свинец. Не пробовали?
Вот ещё несколько нелепостей:
— «у бессвинцового матовая поверхность, это говорит о его ярко выраженной кристаллической структуре…» Уважаемый автор, Вы не знали о том, что все металлы являются кристаллами? Признак, по которому этот класс электротехнических материалов относят к кристаллам, есть наличие кристаллической решётки (трёхмерная закономерность в расположении атомов). Не слышали об этом? Матовая поверхность тут совершенно не при чём!

— «По истечению этого времени припой кристаллизовался.» А это как? См. предыдущий пункт! Да, материал затвердел, т.к. часть состава этого сплава испарилась! Это, знаете ли, закономерно с точки зрения физики. Или что, по-вашему, должно произойти с припоем, оставленным на 3-4 дня на жале паяльника?Этот сплав в качестве припоя не должен и не может быть подвержен нагреву до такой температуры в течение такого времени. Существует термопрофиль пайки. Не слышали о таком? Кстати, в случае со свинцовым припоем он гораздо более низкий! Рекомендую Вам почитать по этому поводу что-нибудь в интернете, заняться самообразованием! А статью лучше удалите. Стыдно!

Уважаемый, Дмитрий!
Я рад что вы заметили грамматическую ошибку в заголовке, исправлю.
Судя по всему статью, вы прочли, но сути не поняли. Я понимаю что вам чешется поумничать, но в статье рассказывается не технологии пайки и не о физическом строении металлов.
А объясняется причина выхода из строя BGA микросхем из строя, и причина эта использование бессвинцового для пайки кристалла к подложке. На все ваши вопросы отвечает видео, на котором наглядно видно в ускоренном режиме, что происходить с бессвинцовыми припойными шариками чипа при длительном превышении температуры. Со свинцовыми, это тоже произойдет, но через гораздо длительное время. Боюсь что для вас у меня не хватит времени и желания повторить эксперимент с обоими видами припоя. Никто не мешает сделать это вам.

Уважаемый Raxus! Боюсь, что это Вы меня не поняли! При этом Вы ни к месту употребили словосочетание «в статье объясняется» — там ничего не объясняется, то, что Вы написали, не достоверно! Это для Вас у меня нет времени и продолжать эту дискуссию я более не намерен!

Ну нельзя же так 🙂 человек старался, писал пост. Критика в меру. А ты уважаемый nunemaker облил грязью. Не делают так. Каждый имеет разные понятия о всём.

Уважаемый, Дмитрий!
Я рад что вы заметили грамматическую ошибку в заголовке, исправлю.
Судя по всему статью, вы прочли, но сути не поняли. Я понимаю что вам чешется поумничать, но в статье рассказывается не технологии пайки и не о физическом строении металлов.
А объясняется причина выхода из строя BGA микросхем из строя, и причина эта использование бессвинцового для пайки кристалла к подложке. На все ваши вопросы отвечает видео, на котором наглядно видно в ускоренном режиме, что происходить с бессвинцовыми припойными шариками чипа при длительном превышении температуры. Со свинцовыми, это тоже произойдет, но через гораздо длительное время. Боюсь что для вас у меня не хватит времени и желания повторить эксперимент с обоими видами припоя. Никто не мешает сделать это вам.

Все правильно вам возразили. Конечно бессвинцовый припой хуже чем с содержанием свинца, но не настолько насколько вы это подали.

Эксперимент поставлен безграмотно с легко читающейся целью очернить то что ВАМ лично не нравится. То есть субъективный фактор на лицо.

Во вторых вы не потрудились узнать почему это произошло. Проблема не в экологах, а в том что рабочие на фабрике по производству электроники травились свинцовыми парами и в основном для их защиты свинцовый припой был заменен на бессвинцовый. Может для вас лично это и не важно и вы готовы травить себя, но для рабочих которые проводят в этой атмосфере по 8 часов ежедневно это таки важно.

По поводу олова как тяжелого метала и по вашему мнению аналогичному по вредности свинцу выдержка из статьи:

Само олово в чистом виде, без примесей, является низко токсичным элементом. Случаи отравления оловом очень редки, потому что маленькое количество олова, попавшее в организм, не способно вызвать острого отравления.

Свинец, наоборот, считают высокотоксичным металлом. Он способен вызывать ряд заболеваний и накапливаться в организме, тем самым образуя хронические болезни.

Вот с этим в основном боролись введя в индустрию бессвинцовые припои.

Эта статья написана безграмотно. Уже с самого заголовка! Неумело пытаясь описать недостатки бессвинцового припоя, автор не дал себе труда выяснить как пишется это слово. Правильно «БеСсвинцовый». Это раз.
В ходе своего эксперимента автор нагрел паяльник с бессвинцовым припоем на жале… Сравнивая бессвинцовый припой со «свинцовым», надо бы быть последовательным и провести этот же эксперимент с припоем, содержащим свинец. Не пробовали?
Вот ещё несколько нелепостей:
— «у бессвинцового матовая поверхность, это говорит о его ярко выраженной кристаллической структуре…» Уважаемый автор, Вы не знали о том, что все металлы являются кристаллами? Признак, по которому этот класс электротехнических материалов относят к кристаллам, есть наличие кристаллической решётки (трёхмерная закономерность в расположении атомов). Не слышали об этом? Матовая поверхность тут совершенно не при чём!

— «По истечению этого времени припой кристаллизовался.» А это как? См. предыдущий пункт! Да, материал затвердел, т.к. часть состава этого сплава испарилась! Это, знаете ли, закономерно с точки зрения физики. Или что, по-вашему, должно произойти с припоем, оставленным на 3-4 дня на жале паяльника?Этот сплав в качестве припоя не должен и не может быть подвержен нагреву до такой температуры в течение такого времени. Существует термопрофиль пайки. Не слышали о таком? Кстати, в случае со свинцовым припоем он гораздо более низкий! Рекомендую Вам почитать по этому поводу что-нибудь в интернете, заняться самообразованием! А статью лучше удалите.

drwow2014, ЧЕТЫРЕ СЕКРЕТА ПАЙКИ:

Первый секрет – правильное применение для пайки припоя и флюса. Припоем называется легкоплавкий металлический сплав, которым спаиваются провода и выводы деталей. Самый хороший припой – чистое олово. Но оно стоит дорого и используется в исключительных случаях. При радиомонтаже чаще применяют оловянно-свинцовые припои, представляющие сплав олова и свинца. По прочности спайки эти припои не уступают чистому олову. Плавятся такие припои при температуре 180 – 200° С. Обозначаются они тремя буквами – ПОС (припой оловянно-свинцовый), за которыми следует двузначная цифра, показывающая содержание олова в процентах, например: ПОС-40, ПОС-60. Для наших целей лучше брать припой ПОС-60.

Флюсы – это противоокислительные вещества. Они применяются для того, чтобы подготовленные к пайке места деталей или проводников не окислялись во время пайки. Без флюса припой может не прилипнуть к поверхности металла.

Флюсы бывают разные. Так, для ремонта металлической посуды пользуются «паяльной кислотой» – раствором цинка в соляной кислоте. Паять радиоконструкции таким припоем нельзя – со временем он разрушает пайку. Для радиомонтажа надо применять флюсы, в которых нет кислоты. Одним из таких флюсов является канифоль. В магазинах вы, наверное, встречали смычковую канифоль, которой музыканты натирают смычки своих инструментов – ее можно использовать для пайки.

Чтобы можно было паять в труднодоступных местах, неплохо запастись жидким флюсом, о котором говорилось выше. Для его приготовления измельчают канифоль в порошок и всыпают в этиловый спирт или ацетон. Помешивая раствор палочкой, подсыпают канифоль до получения густой кашицы. Такую канифоль наносят на спаиваемые места тонкой палочкой или кисточкой. Для пайки печатных плат флюс следует делать более жидким. Следует иметь в виду, что флюс на базе ацетона токсичен! При использовании такого флюса следует избегать вдыхания испарений ацетона!

Второй секрет пайки – чистота жала паяльника и его нагрев. Если жало грязное, им трудно работать – плавиться припой будет, а к поверхности жала не прилипнет. Жало надо обязательно зачистить и залудить – покрыть тонким слоем припоя. Делают это так. Разогрейте паяльник и зачистите его жало напильником или шлифовальной шкуркой. Опустите жало в канифоль, а затем прикоснитесь им к кусочку припоя. В слое расплавленного припоя поводите жало по деревянной палочке (или по подставке) так, чтобы вся поверхность его покрылась слоем припоя. Со временем жало будет покрываться окисным налетом темного цвета, мешающим пайке. Вот тогда снова залудите его.

Третий секрет – чистота спаиваемых поверхностей. Места проводников и деталей, предназначенных для пайки, должны быть зачищены до блеска. Тщательно зачищенный проводник кладут на кусок канифоли и хорошо прогревают паяльником. Канифоль быстро расплавится, а имеющийся на паяльнике припой растечется по проводнику. Поворачивая проводник и медленно двигая по нему жало паяльника, добейтесь равномерного распределения припоя по поверхности проводника.

Если вы будете залуживать часть впаянного в самоделку проводника, зачистите это место шлифовальной шкуркой или перочинным ножом и поднесите кусок канифоли. Плавным движением паяльника равномерно распределите припой по залуживаемой поверхности.

Четвертый секрет – правильное соединение проводов при пайке и хороший прогрев места спайки деталей. Если надо спаять концы двух залуженных проводников, плотно прижмите их друг к другу и к месту касания приложите паяльник с каплей припоя на конце жала. Как только место спайки прогреется, припой растечется и заполнит промежутки между проводниками. Плавным движением паяльника распределите припой равномерно по всему месту спайки. Продолжительность пайки не должна превышать 5 с, после чего паяльник удаляют – припой быстро затвердеет и прочно скрепит детали. Но пайка будет прочной только в том случае, если после удаления паяльника проводники не сдвинутся в течение 10 с.

Припаивая транзистор, берегите его выводы от перегрева. Для этого придерживайте их пинцетом или плоскогубцами – они выполняют роль теплоотвода.

Во время налаживания конструкций приходится перепаивать проводники или заменять детали. Это нужно учитывать при монтаже. Так, концы деталей, соединяющиеся согласно схеме с общим проводником, следует припаивать не в одной точке, а на некотором расстоянии друг от друга. Не рекомендуется закручивать концы деталей вокруг проводника.

Помните, что при пайке выделяются вредные для здоровья пары олова и свинца. Ни в коем случае нельзя наклоняться над местом пайки и вдыхать испарения. Летом старайтесь паять у открытого окна, зимой чаще проветривайте помещение. После окончания пайки обязательно вымойте руки теплой водой с мылом.

Свойства некоторых свинцово-оловянистых (мягких) припоев:

ПОС-90 – температура плавления 222 градусов Цельсия, прочность при растяжении 4,3 кГ х мм. кв., используется для пайки деталей или узлов с последующим серебрением или золочением. Состав: Олово – 90 %, Сурьма – 0,15%, Свинец – остальное.

ПОС-60 – температура плавления 190 градусов Цельсия, прочность при растяжении 4,1 кГ х мм.кв., используется для пайки высоко ответственных соединений, в том числе и в радиотехнике. Состав: Олово – 60%, Сурьма – 0,8%, Свинец – остальное.

ПОС-50 – температура плавления – 222 градуса Цельсия, прочность на разрыв – 3,6 кГ х мм. кв., используется для пайки ответственных деталей, когда допустим более высокий нагрев. Состав: Олово – 50%, Сурьма – 0,8%, Свинец – остальное.

ПОС-40 – температура плавления – 235 градусов Цельсия, прочность на разрыв – 3,2 кГ х мм. кв., используется для пайки менее ответственных токопроводящих деталей. Состав: Олово – 40%, Сурьма – 2%, Свинец – остальное.

ПОС-30 – температура плавления – 256 градусов Цельсия, прочность на разрыв – 3,3 кГ х мм. кв., используется для лужения и пайки менее ответственных и механических деталей из меди, ее сплавов и стали. Состав: Олово – 30%, Сурьма – 2%, Свинец – остальное.

ПОС-18 – температура плавления – 277 градусов Цельсия, прочность на разрыв – 2,8 кГ х мм. кв., используется для пайки при пониженных требованиях к прочности шва, а также для лужения перед пайкой. Состав: Олово – 18%, Сурьма – 2,5%, Свинец – остальное.

ПОС-4-6 – температура плавления – 265 градусов Цельсия, прочность на разрыв – 5,8 кГ х мм. кв., используется для пайки с погружением в ванну с расплавленным припоем. Состав: Олово 4%, Сурьма – 6%, Свинец – остальное.

	Вт, 15.03.2016, 12:57 | Сообщение # 13
romuko122
	Вт, 15.03.2016, 13:35 | Сообщение # 14
ВIOS Добавлено (15.03.2016, 13:35) ——————————————— Сам паяю ПОС-90(температура выше, нужно очень аккуратно паять, считай чистое олово.), но лучше паять пос-60 меньше будешь плату греть..

Как правильно паять? Лужение. Виды припоев.

Здравствуйте! Интернет-магазин Electronoff на связи. 

В прошлом выпуске мы обещали следующим видео рассказ о флюсах и их применении, но потом вспомнили, что не сказали достаточно много важных вещей конкретно о пайке. Так что если вы не смотрели первую часть, но хотите научиться паять, начните с нее! А сегодня мы поговорим о выполнении разных задач, возникающих в процессе работы.

Прежде, чем начать паять, стоит посмотреть на свой прибор. У него может быть либо медное, либо специальное “необгораемое” жало. У каждого есть свои плюсы и минусы.

Медное жало быстро окисляется и обгорает, мешая нормальной работе. Но, во-первых, у качественного медного жала теплопередача значительно лучше, чем у “необгораемого”, а во-вторых его можно спокойно чистить наждачкой или даже придавать любую форму напильником. То есть если оно выгорело и на поверхности образовались вмятины и как-то испортилась форма, ее можно легко восстановить до первоначальной. 

При первом включении и после обработки наждачкой жало нужно залудить, чтобы на него хорошо брался припой. Для этого мы включаем паяльник в сеть, и, пока он греется, держим его в емкости с канифолью. В какой-то момент она начнет плавиться и осядет на жале. Этим мы убережм поверхность жала от окисления при дальнейшем нагреве. Хорошо смазываем поверхность везде, где хотим залудить жало.  Теперь нужно дождаться момента, когда начнет плавиться припой, и нанести его. Готово! Теперь жалом можно пользоваться. 

Пара слов об инструментах. Отечественные типа ЭПСН имеют на такие выраженные проблемы с перегревом, как импортные аналоги. Поэтому они лучше подходят для пайки разной электроники. Но при этом аналогичный по мощности импортный за счет бОльшей температуры сможет сделать бОльший объем работ (к примеру, выпаять более теплоемкие детали), то есть будет более универсальным. 

Так что если вас не пугает их внешний вид и вы хотите заниматься пайкой разных мелких деталей, то, как временную альтернативу паяльной станции, можно попробовать взять такой. 

Так вот, к жалам. С необгораемым жалом ситуация другая: его НЕЛЬЗЯ тереть ничем твердым (тверже самого жала), не говоря уже о наждачках и напильниках. С ним вообще нужно обходиться аккуратно и сильно не ерзать им. Потому что если повредить внешний слой, он быстро слезет и жало будет уже непригодно к дальнейшей эксплуатации. 
Для его очистки нужно использовать только тряпочки, губки и неабразивные латунные стружки.

Название этого типа жал происходит от его особенности: оно не покрывается нагаром в процессе работы, остается чистым и блестящим. Только на самой рабочей поверхности могут образовываться следы сгорания флюсов, которые мы легко убираем средством для очистки. 

Переходим к работе. Как выпаивать и запаивать детали, в принципе понятно, и мы еще немного поговорим об этом в следующем видео. А как, например, залуживать провода?

В спайке проводов важно спаивать их так, чтобы припой растекся по всей поверхности провода, то есть и внутри, между проводниками. Кроме этого, вообще хорошо, если припой зашел и немного “под изоляцию” провода — тогда он не будет ломаться в этом месте. 

Небольшие провода можно спаивать на весу, просто вмокнув их во флюс, или набрав на жало побольше канифоли. С крупными сечениями труднее — здесь нужно либо макать сам провод в канифоль по мере его прогрева, либо нанести достаточное количество флюса перед спайкой. Тогда мы получим красивое, идеальное соединение. 

Есть отдельный тип проводов — эмалированные. Многие снимают лаковую изоляцию зажигалкой, но на самом деле это не совсем правильно. При таком способе мы получаем отожженный провод, который имеет значительно меньшую прочность, а вдобавок он сильно окисляется, из-за чего после такой процедуры все равно нужно пройтись по проводу наждачкой или чем-то острым. 

Для спайки таких проводов есть специальные флюсы. Хотя в принципе даже распространенный флюс ЛТИ неплохо справляется с этой задачей. На мелкие провода достаточно нанести флюс и запаять прямо поверх лака, а крупные лучше все же зачистить каким-то абразивным инструментом. Подойдет даже нож или что-то похожее.

Напоследок пара слов о припоях: Что такое припой?

Такой вид соединения деталей как пайка широко применим в разных сферах нашей современности, его используют как на промышленных объектах, так и дома в собственных мастерских. Благодаря этому виду ремонта можно починить холодильник, телевизор, компьютер – соединение прочное и надежное. Для этого, конечно же, нужен опыт, а также хороший паяльник и хорошие припои и флюсы.

Припои и флюсы выбирают исходя из материалов соединяемых деталей, к примеру, флюс, подходящий для алюминия, не подойдет для медного изделия.

Припой – это сплав металлов. Бывают сплавы из одного вида металла, как например, олово. Металлы, которые входят в состав припоя, отражают все его характеристики.

При выполнении паяльных работ нужно чтобы припой при разогревании не испортил деталь или расплавил изоляцию. Кроме того, он должен хорошо ложиться на детали и при всем этом обеспечивать качественное соединение. Некоторые еще отслеживают блеск, который означает, что пайка выполнена согласно всем нормам и правилам.

Поэтому одно из свойств, которыми должны обладать все припои – смачиваемость, поскольку только в этом случае пайка будет качественной. Смачиваемость обеспечивает хорошее распределение по поверхности и проникновение во все труднодоступные места. Если припой мало смачивает деталь, то берут другой припой. К примеру, чтобы паять медную деталь не используют свинец, так как он не способен смачивать медь.

Припой не должен иметь в своем составе токсичные вещества, которые могут негативно воздействовать на человека. Кроме того, нужно обязательно учесть при выборе коэффициент теплопроводности припоя и расширение при воздействии температуры.

Припои для пайки зачастую выпускаются в форме катушек с намотанной проволокой (припоем). Толщина его может быть различной – 0,3 мм… 3 мм. Припои с такими толщинами используют для пайки радио- и электротехники. Эти катушки продаются по весу, они могут быть от 50 грамм до 0,5 килограмм. Но бывают и большие катушки, когда вес составляет более килограмма. Фасовка бывает и без катушки, вес при этом всего несколько грамм.

Припой в виде проволоки может быть с флюсом или канифолью – это очень хороший вариант для пайки, потому что состав подобран профессионально и качество пайки будет очень высоким. Процент содержания флюса указывается на катушке.

Припой также может выпускаться в следующих формах:

• Гранулы
• Порошки
• Прутки
• Фольга
• Паяльная паста

Проволока является самой распространенной формой выпуска, более того, можно выбрать любую толщину и взять то количество, которое необходимо для деталей одного типа.

Флюсы предназначены для предотвращения образования пленки с поверхностей изделия и припоя. Температура плавления припоя выше, чем флюса. Они могут быть твердыми, жидкими, а также в виде порошка и пасты.

Виды флюсов для пайки многообразны: они могут быть различными не только по агрегатному состоянию, но и по составу, по действию, по растворителю и т.д.

Флюсы являются поверхностно-активными веществами и после того, как изделия соприкоснулись наружу выходит оставшийся неизрасходованным флюс и начинает испаряться. Раньше использовали только канифоль, потому что ничего другого придумано не было. Недостаток канифоли в том, что при воздействии высоких температур вместе с оксидом металла удалялся и металл. Кроме того, очистить канифоль с платы непросто, это можно сделать лишь при помощи спиртосодержащих растворов или при помощи растворителя. Во-первых, это было не эстетично, а во-вторых, вредно. Сейчас современный рынок настолько расширил свой ассортимент, что выбрать флюс можно на любой вкус: и чтобы смыть его без применения агрессивных жидкостей, и чтобы не разрушить жало, и конечно обеспечить высокое качество выполненных работ.

Виды припоя: как правильно выбрать? Для начала узнаем, какие же припои вообще бывают. Основная их классификация подразделяет их на:

• Мягкие – предназначены для пайки деталей при сравнительно небольших температурах. Слияние происходит за счет растекания, частницы припоя соединяются с частицами спаиваемых элементов, из-за этого возникает очень прочное соединение, которое к тому же обладает хорошей электропроводностью. Температуры плавления этого вида припоев составляют около 400 градусов, иногда больше. Они пригодны для использования в пайке оловянных изделий, изделий из свинца и цинка. С увеличением в составе припоя олова, температура плавления уменьшается. Кроме основных составляющих допустимо добавление других веществ: кадмия, калия, сурьмы. Введение в состав этих химических веществ обеспечивают наличие новых свойств, а также позволяют сэкономить на олове. Марки мягких припоев используются востребованы в изготовлении приборов и электроустройств.
• Твердые – температура, при которой плавятся эти припои, высока. Они походят для паяльных работ над изделиями из нержавейки, из меди и латуни. К ним нужно отнести медно-цинковый вид, серебряный, медно-фосфорный. Огромная важная роль лежит именно на твердых видах припоев, ведь без них не было бы огромного количества глобальных выполненных промышленных работ – здесь и трубопроводы, и судостроение, и автомобилестроение. И конечно, твердые припои, нужны и для мелких работ.

Температура плавления припоя

Эта характеристика является второй из самых важных, наравне со смачиваемостью. Выбор припоя должен быть сделан так, чтобы он начал плавиться раньше, чем деталь, с которой ведется работа. Бывает такое, что у припоев разных производителей одинаковый состав, однако температура нагревания разная. Если показатель смачиваемости можно улучшить флюсом, то с температурой сделать ничего подобного не получится. Поэтому удобство при пайке зависит от того, как легко происходит плавление припоя.

Кроме этого, учитывают еще такие характеристики как твердость, электропроводность, упругость, но они не всегда важны. Если изделия планируется подвергать воздействиям нагрузок, то конечно в этих случаях упругость и прочность будут играть роль, но это в основном применимо к пайке трубопроводов и других аналогичных изделий.

Конечно, в основном применима классификация припоев на твердый и мягкий, но это не тот показатель, который влияет на выбор. Температура плавления как раз и является тем параметром, на который обращают внимание в первую очередь, а затем уже изучают припой по составу, зная какие свойства придает припою тот или иной элемент.

Упоминая температуру плавления имеется в виду два значения. Первое значение – это температура, при которой начинается процесс плавления легкоплавких компонентов, а второе – значение температуры, когда сплав примет состояние жидкости. Разность этих значений носит название интервал кристаллизации. В том случае, когда место, где ведутся паечные работы, находится в пределах этого интервала, то на эту деталь ни в коем случае нельзя применять какие-либо нагрузки, потому что структура припоя разрушится. Это соединение будет очень хрупким и ненадежным. Кроме того, все, кто занимается паяльными работами или все, кто будет заниматься, должны заполнить одно простое правило: пока припой полностью не кристаллизуется ни в коем случае нельзя оказывать на соединение изделий ни малейшего воздействия.

Как определить состав припоя

Характеристики припоев определяются их составом, то есть компонентами, которые в припои добавлены. Обычно это несколько химических элементов, но название ему дают по тому компоненту, состав которого максимальный по объему. Например, медные припои названы из-за их основы – меди.

Существуют припои, которые образовывают целую группу, их называют оловянно-свинцовые по причине больших долей олова и свинца. Обозначаются эти припои буквами ПОС и последующими цифрами, отражающими содержание олова в процентах. Например, химический состав ПОС-40 образован из 40 процентов олова, ПОСВ-33 имеет одинаковые части олова, висмута и свинца.

Стоит отметить, что по внешнему виду и по физическим признакам припоя также можно определить наличие некоторых компонентов:

• Олово – придает яркий блеск
• Свинец – матовая поверхность и мрачный серый цвет
• Свинец – делает изделие очень пластичным.

Марка ПОС применяется наиболее широко:

• ПОС-60 нашел свое применение для изготовления электроустройств и различных приборов
• ПОС-10 малая доля олова, им паяют электронные элементы
• ПОС-90 несмотря на 10 процентов свинца, который является токсичным металлом, применятся для медицинских инструментов
• ПОС-63 самый распространенный вид, модернизированный вариант ПОС-61, и область применения практически такая же.
• ПОС-40 применяется для изделий из оцинковки, а также для пайки меди
• ПОС-30 используется для изделий листов цинка, для пайки радиатора
• ПОС-61 используется для ремонта микросхем. Имеет хорошую растекаемость при нагреве, распределяется ровным тонким слоев, не перегревается и не повреждает деталь.

Маркировка припоев

Маркировка припоев не слишком отличается в принципе от каких-либо маркировок, это, как правило, код, состоящий из набора буквенных и числовых элементов. В данном случае, буквы подразумевают те химические элементы, которые входят в соединение, например, П – само наименования припоя, С — свинец, Ср – серебро и т.д. Цифра в составе марки обозначает процент содержания элемента, которого больше всего в составе.

Можно на примере рассмотреть некоторые соединения и наглядно увидеть, как маркировка отражает состав. Но есть такие сплавы, которые не несут в своем названии никаких данных, чтобы ознакомиться с их характеристиками, можно заглянуть в справочные материалы. Помимо этого, в справочниках можно найти множество дополнительных данных: полные химические составы с учетом примесей, области применения, плотность, теплопроводность любой интересующей вас марки.

• сплав Вуда – состоит из следующих элементов: 12,5% олово, 25% свинец, 50% висмут и 12,5% кадмий. Температура плавления составляет 68 градусов. Используется для изготовления предохранителей, для пайки деталей, которые имеют высокую чувствительность к перегреванию.
• Авиа-2 — состоит из следующих элементов: 40% олово, 25% цинк, 15% алюминий и 20% кадмий. Температура плавления составляет 250 градусов. Используется для пайки алюминиевых тонкостенных изделий.
• ПОС-61м — состоит из следующих элементов: 61% олово, 37% свинец и 2% медь. Температура плавления составляет 191 градус. Используется для пайки медных проводов не очень большой толщины.
• Сплав д Арсе — состоит из следующих элементов: 6,9% олово, 45,1% свинец и 45,3% висмут. Температура плавления составляет 79 градусов. Используется для лужения деталей, которые имеют высокую чувствительность к перегреванию.
• ПСр3Кд – это серебряно-кадмиевый припой, где содержится серебро в количестве 3% и 97% кадмия. Применяется для пайки медных элементов, а также изделий из медных сплавов.

Что мы использовали в видео:

Поделиться в соцсетях

Пайка — свинец — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Пайка — свинец

Cтраница 1

Пайка свинца производится с помощью водородного пламени.  [1]

Пайка свинца производится с помощью газового пламени. В качестве горючих газов применяют водород или ацетилен в смеси с кислородом или воздухом. При использовании ацетилена качество пайки несколько ухудшается, так как при нарушении режима пайки углерод, содержащийся в продуктах горения, загрязняет шов.  [2]

Пайка свинца и его сплавов практикуется довольно широко, хотя эта работа и является нелегкой ввиду сравнительно низкой температуры плавления свинца, которая очень близка к температуре плавления применяемых припоев. Чистый свинец плавится при температуре 327 С, так что его без особых трудностей можно паять обычными оловянно-свинцовыми припоями.  [3]

Пайку свинца со свинцом или с другими сплавами рекомендуют производить методом предварительного облуживания свинца. После облуживания пайку ведут обычными способами.  [4]

При пайке свинца применяют метод натирания припоя, содержащего 30 — 40 % олова, имеющего большой интервал кристаллизации.  [5]

При пайке свинца применяется сильноактивный флюс, состоящий из 40 % хлористого цинка, 10 % хлористого аммония ( Nh5C1) и 50 % воды. В качестве бескислотного флюса применяют и стеарин.  [6]

При пайке свинца и его сплавов применяется также метод натирания припоя.  [7]

При пайке свинца применяют метод натирания припоя, содержащего 30 — 40 % олова, имеющего большой интервал кристаллизации.  [8]

Припои для пайки свинца, содержащие 30 — 35 % олова, называются третником.  [10]

ПОС-18 применяется для пайки свинца, железа, латуни, цинка и оцинкованного железа, при наличии закатанных или склепанных швов, а также для пайки цинка, оцинкованного железа и луженой жести, если от спая не требуется особой прочности.  [11]

ПОС-18 применяют для пайки свинца, цинка, оцинкованного железа, латуни.  [12]

Припой ПОС 18 — пайка свинца, латуни, железа, цинка, оцинкованной и белой жести, если не требуется повышенной прочности паянного шва.  [13]

В качестве флюса для пайки свинца и его сплавов используют стеарин.  [14]

Применение водорода целесообразно при сварке и пайке свинца и сварке алюминия. В тех случаях, когда водород ( наряду с горючими газами) применяется как заменитель ацетилена, необходимо иметь в виду, что эго вызывает некоторое снижение скорости дроцесса, увеличение длительности начального подогрева и увеличение расхода кислорода.  [15]

Страницы:      1    2    3

Припой [Мозаика системного администрирования]

Оригинал

В самом названии заложена область применения. Припой необходим для пайки. Самый распространённый припой это ПОС-61. Цифра указывает на количество олова в сплаве. Остальное свинец. Если в припое присутствуют дополнительные улучшающие добавки, то название удлиняется на несколько букв и цифр, обозначающих, что добавлено и сколько. Например, ПОССу-61, 0,5, означает припой с 61 % олова 0,5% сурьмы остальное свинец. Почему припой это сплав? Ведь можно паять и чистым оловом? И это было бы куда более безвредно, свинец накапливается в крови. Тут надо вспомнить историю. Где-то в XVI веке в Германии было обнаружено, что оловянных солдатиков хранить на холодных складах зимой нельзя. От мороза олово попросту разрушается. Была настоящая паника, а процесс назвали оловянной чумой. Рецепт был найден. Добавление куда более дешёвого свинца вакцинировали изделия из олова от болезни. Выяснилось и ещё одно достоинство этой технологии. Сплав при небольшом повышении температуры плавлении, имеет куда более высокую прочность. Все эти свойства нового сплава и пригодились для пайки радиоэлементов. Для дополнительного повышения прочности используют сурьму. Микроскопические добавки этого элемента существенно повышают прочность пайки и никак не сказываются на температуре плавления и текучести припоя. Однако сегодня крупнейшие мировые компании переходят на безсвинцовые припои. Процесс поэтапный. К примеру, Интел в одном и том же изделии имеет пайки и безсвинцовые и обычные, ссылаясь на дороговизну первых. Но, тем не менее, заявляется, что в будущем свинца в пайках вообще не будет. Не думаю, что эта тенденция затронет нашу страну, хоть как ни будь серьёзно, в ближайшие 5-7 лет. Почему же так? Спросите Вы. Да всё просто – дороговизна. Единственная замена свинцу серебро!

Как паять.

Для пайки абсолютно необходимы три вещи – припой, паяльник, флюс. Остановимся на каждой отдельно. Флюс должен соответствовать материалу, который Вы паяете. Если Вы паяете алюминий, то это флюс для алюминия. Если медную или залуженную печатную плату, то флюс для меди. В сложных случаях во флюсах применяются присадки солей тех металлов, которые подвергаются пайке. Такие флюсы работают только с конкретными материалами. В остальных случаях, флюсы достаточно универсальны и различаются только активностью. Самый малоактивный флюс это канифоль сосновая. Он же считается самым безопасным. Самые активные — флюсы для алюминия. Если флюсом для алюминия спаять печатную плату, то он просто сожжёт все дорожки вокруг пайки, и будет долго работать даже после самого тщательного удаления остатков. Канифоль же напротив ничего не испортит, но и никакой алюминий никогда не спаяет. Поэтому подбор флюса залог успеха пайки.

Пара слов о паяльнике. Паяльник должен иметь температуру на кончике жала выше, чем температура плавления припоя. Да, вовсе не равную, как многие считают. Ведь когда Вы начинаете прогревать место пайки, температура паяльника падает из-за того, что часть тепла уходит на нагрев места пайки. Таким образом, паяльник обязан иметь температурный запас. Если температура много выше температуры плавления, то жало и припой будут быстро выгорать. Регулировка температуры может производится с помощью дополнительного электронного устройства или выдвигание и задвиганием жала паяльника.

Припои бывают разные (ПОСы, серебряные, медные и другие). В случае с семейством ПОС следует выбирать более свежие припои. На оборонных предприятиях старые припои даже одно время выбрасывались. А ведь старыми считались припои с возрастом более года. Потом их стали переплавлять, а так как протягивать обычно возможности они не имели, то припой просто раскатывали в виде пластин и полос. Возможно 1 год это и перебор, но что уж точно так это то, что многолетние хранение припоя ухудшает свойства сплава. В этом месте можно похвастаться: фирма Коннектор использует и продаёт только свежие, не более недели от роду, припои.

Итак, приступаем к пайке.

Сначала надо подготовить место пайки. Если оно загрязнено, то механически отчистить. Если требуется, возможно, и обезжирить. Последнее вполне может быть скомпенсировано более активным флюсом. Наносим флюс на места подвергающиеся пайки. Тут имеется в виду все контакты, которые, сходясь в одном месте должны представлять из себя одну пайку. Но некоторыми флюсами (ЛТИ-120, Глицерин гидразиновый флюс) можно и полностью покрывать плату.

Далее кончиком жала паяльника берётся припой. Делать это можно по разному. Можно ткнуть паяльником в припой. Можно подбирать упавшие шарики припоя с рабочего стола. Но мастера пайки делают по-другому. Залуженный кончик паяльника как бы проходит через кончик прутка припоя. Движение должно идти в бок или наверх. Глубиной захода можно достаточно точно регулировать количество припоя на паяльнике. Далее надо приставить паяльник к месту пайки. Конечно, можно считать, как это учат в радиомонтажных училищах, но вот теплоёмкость поверхности и активность флюса бывают разной, а то и другое могут изменить время пайки на порядок. Лучше смотреть на то, что происходит во время пайки. А именно припой должен вытечь с паяльника на прогретое и профлюсованное место. Кроме того, многие флюсы шипят, когда происходит пайка. Соответственно когда шипение прекратилось, то и держать паяльник бесполезно. Если вы подняли паяльник и увидели, что пайка ещё не состоялась, то добавьте ещё флюса и ещё раз прогрейте.

Оригинал

Сразу оговорюсь. Данный вид припоя бывает двух типов: отечественный и импортный.

Разница громадная. В отечественном используется канифоль, и только канифоль. Причём в основном самая плохая, чёрная и никак не класса А. В импортных флюс на основе канифоли. Бывает и специальные припои в которых флюсы используются водосмывные. Кроме того импортные припои имеют несколько каналов флюса. Что даёт эффект приемлемого смачивания поверхности пайки сначала флюсом и сразу припоем. Отечественные имеют один канал. Пайка отечественным припоем трудна.

Часто приходится делать размазывающие движения, для того чтобы, дать доступ канифоли до всей площади пайки. Почти всегда канифоли не хватает из неправильного её распределения в припое, а затем и на пайке. Итогом этого является то, что пока Вы распределяете её в ручную, канифоль испаряется. И Вам надо снова брать припой потому, что Вам нужна канифоль потому, что Вам надо таки закончить эту пайку. Соответственно это ведёт к чудовищному перерасходу припоя.

Вывод — припой с канифолью лучше импортный. Именно этой политики придерживается наша фирма. И вся расфасовка Фирмы Коннектор выполнена только на импортном припое с флюсом. Пайка припоем с канифолью не представляет особых проблем. Для этого надо взять в левую руку припой, а в правую паяльник. Расположить всё это не более чем в нескольких сантиметрах от места пайки, с тем, что бы кончик паяльника проходя через припой, сразу попадал на место пайки. Сделав это, задержитесь немного, чтобы прогреть место пайки. Обычно это составляет от одной до нескольких секунд. Пайка готова.

Для чего используются разные типы припоя?

Свинец против свинца

Свинцовый припой 60/40 плавится при температуре около 191 ° C (376 ° F) (и обычно работает при температуре около 300 ° C (570 ° F)) и занимает около 1,5 секунд, чтобы расплавиться и образовать связь, также называемую «мокрой». Хорошие узы блестящие и имеют форму «палатки», а не шара. Приложив немного практики, вы можете стать хорошим или, по крайней мере, очень компетентным, используя свинцовый припой.

Однако свинец является токсичным тяжелым металлом, поэтому длительный контакт с кожей вреден для вас (и вреден для окружающей среды при неправильной утилизации). Мне нравится носить очень тонкие хлопчатобумажные перчатки во время пайки (но я не всегда). Обратите внимание, что свинец не «испаряется» во время пайки. Дым, который вы видите, — это поток. Но вы не должны дышать потоком. Я использую вентилятор и фильтр при пайке. Существует также техника «выдоха», позволяющая избежать испарений, которая подходит для небольших работ.

Бессвинцовый припой плавится при температуре от 220 до 300 ° C (от 430 до 570 ° F) (в зависимости от формулы), и намокание занимает около 4 секунд. Хорошие связи не блестят, и визуально обнаружить плохой сустав труднее, по крайней мере, на первый взгляд.

Простой ответ: если вы не планируете продавать устройство для пайки кому-либо в ЕС, используйте припой на основе свинца. Более низкая температура пайки и более быстрое время смачивания припоя на основе свинца означает меньшую вероятность термического повреждения вашей платы и деталей (и это дешевле). Электрически вы можете использовать любой. Вы даже можете использовать свинцовый припой для переделки платы без свинца. Конечно, тогда это не будет RoHS.

Диаметр припоя

Очень тонкий припой, диаметром 0,020 дюйма (0,51 мм) или менее, дает вам полный контроль над тем, сколько припоя вы кладете, и плавится немного быстрее. Но вы должны «подать» припой в соединение справа скорость, и раскручивая еще одну ногу из рулона, каждая пара соединений стареет. Я иногда не получаю достаточно припоя в соединение с тонким припоем, потому что я не / не могу кормить его достаточно быстро. Хорошо для пайки тонкой SMT частей.

Толстый припой, диаметром 0,050 «(1,3 мм) или более, подходит для создания больших соединений, таких как проволока большого сечения или провода на регуляторе TO-220. Но легко надавить слишком много припоя и, кажется, плавится медленнее, так как сам припой действует как теплоотвод.

Я обычно предпочитаю припой «среднего размера», диаметр 0,025 — 0,031 «(0,64 — 0,78 мм), для большинства работ. Это дает мне баланс контроля над тем, сколько я надеваю на сустав, без хлопот кормления тонких волосков ,

Flux

Электронный флюс может быть канифоль, на водной основе или не чистым. Все они примерно одинакового качества в том, что касается раскисления меди, так что может быть получена хорошая паяная связь.

Флюс канифоли оставляет неприятный, липкий остаток. Для его очистки требуется много воды или химический растворитель. Вы не должны оставлять его включенным, так как он слегка коррозийный, а также может быть несколько проводящим. Это выходит из употребления из-за воздействия очистки на окружающую среду.

Флюс на водной основе (он же смола) менее уродлив, не липок. Материал, который я использовал, оставляет белую пленку позади. Я слышал, что этот фильм может вызвать проблемы с долгосрочной надежностью. Некоторые люди просто оставляют его включенным, но для удаления требуется лишь умеренное количество воды.

«Неочищенный» флюс — это флюсовая смола, которая горит или испаряется, почти не оставляя следов.

Припои и покрытия для бессвинцовой пайки изделий микроэлектроники

Коррозионные свойства свинца

В последние годы пайке бессвинцовыми припоями в производстве изделий микроэлектроники уделяется пристальное внимание. Это связано с призывом экологов к запрету использования свинца в электронной аппаратуре. По их мнению, размещение на полигонах (свалках) отслуживших свой срок изделий радиоэлектронной промышленности, содержащих свинец в припое, ухудшает экологическую ситуацию.

Свинец на воздухе окисляется и покрывается синевато-серой оксидной пленкой (РbО или Рb0₂). Поэтому свинцовые предметы не имеют металлического блеска. Свинец корродирует в разбавленной азотной кислоте и в некоторых аэрированных разбавленных органических кислотах (в частности, уксусной и муравьиной). Возможна значительная коррозия металла при контакте со свежезаготовленной древесиной определенных пород (например, дугласовой пихтой или дубом), которая медленно выделяет летучие кислоты. Не вызывает подобных разрушений выдержанный кедр.

Свинец стоек в морской воде. Однако скорость коррозии в аэрированной дистиллированной воде велика (около 9 г/м²-сут). Свинец стоек в атмосфере, особенно в промышленной, в которой на нем образуется защитная пленка PbS0₄. Следует отметить, что скорость коррозии свинца в земле в присутствии органических кислот выше, чем стали. В почвах с высоким содержанием сульфатов скорость коррозии низкая. Если РЬ испытывает периодическое нагревы и охлаждения, то вследствие высокого коэффициента термического расширения может возникать межкристаллическое растрескивание [11]

 

Недостатки оловянно-свинцовых припоев

1. Низкая температура плавления (<190 °С). Поэтому они не могут применяться при сборке кремниевых полупроводниковых приборов, допускающих высокую температуру нагрева (диоды при U_o6 < 1600 В имеют предельную температуру 190 °С, биполярные транзисторы — 200 °С).
   В производстве силовых полупроводниковых приборов при пайке кристаллов к основаниям корпусов используются припои с температурой плавления выше 250 °С.
2. Высокая температура нагрева при капиллярной пайке кристаллов большой площади к основаниям корпусов. Например, при пайке припоем ПОС40 в виде шариков, чтобы разрушить оксидную пленку на поверхности шариков и обеспечить течение припоя в зазоре между кристаллом и основанием корпуса, требуется температура нагрева 390±20 °С (пайка в водородной печи).
3. Интенсивное растворение золота (покрытия и проволоки) как в жидкой фазе при пайке припоями Sn-Pb, так и в твердой фазе в режиме эксплуатации изделий.

 

Растворение золота в припоях Sn-Pb

В припое ПОС61 растворяются все металлические покрытия, за исключением сплава олово-никель [2]. При температуре 250 °С скорость растворения золота в припое ПОС61 составляет около 4 мкм/с (по некоторым данным — до 1 мкм/с). При растворении золота в припое образуются интерметаллические соединения золота с оловом трех типов — AuSn, AuSn₂, AuSn₄ и бинарный сплав со свинцом AuPb₂. На прочность слоя припоя оказывают влияние в основном хрупкие дендриты AuPb₂ и игольчатые кристаллы AuSn₄. Механическая прочность паяных соединений существенно снижается при повышении температуры и очень резко — с увеличением толщины покрытия [2].

Максимальная прочность паяных соединений на сдвиг наблюдается при содержании золота в припое около 4%. При содержании золота в припое более 4% его ударная вязкость резко падает. Этот фактор нужно учитывать при перепайке позолоченных плат СВЧ и ГИС на металлические основания с использованием припоя ПОС61 (даже при толщине золотого покрытия 2-3 мкм). Хорошая паяемость наблюдается по золотым покрытиям толщиной не более 1,3 мкм, а плохая — по толстослойным покрытиям. В то же время известно, что на прочность паяного соединения влияет не только толщина золотого покрытия, но и состав припоя и температура пайки (температура расплава припоя).

Исследования растворения золотой проволоки в жидких низкотемпературных припоях проводились в ряде работ [3, 4]. Рассматривались две принципиально различные методики оценки растворения: с помощью металлографических шлифов [3] и взвешиванием образцов [4]. По первой методике [3] золотую проволоку диаметром 1 мм, предварительно смоченную раствором канифоли, в течение 15 с погружали в расплавленный припой на глубину 20 мм, а затем с такой же скоростью извлекали из ванны. Взвешиванием определяли количество золота, перешедшего в расплав припоя. Авторы другой методики [4] растворение золотой проволоки диаметром 0,5 мм исследовали с помощью металлографических шлифов поперечных сечений. Предварительно проволоку длиной 38 мм погружали в расплав припоя на глубину 25 мм. Шлифы сечений проволоки изготавливались после выдержки образцов в припое в течение 10-120 с, с интервалом 10 с.

Данные методики неприменимы для исследований микросоединений в полупроводниковых изделиях (ППИ), так как в этом случае используется золотая проволока диаметром 0,04 мм, а время пайки в зависимости от состава припоя составляет от 1 до 3 с.

Вопросы формирования надежных контактов с использованием золотой проволоки и низкотемпературных припоев еще полностью не решены. Если и удалось, в частности, получить прочные паяные соединения с помощью индиевых припоев, то нельзя не учитывать того, что процессы старения протекают в этих соединениях с большей скоростью, чем при использовании оловянно-свинцо-вых припоев. Поэтому при решении применить тот или иной припой необходимо учитывать конструктивные особенности ППИ и условия их эксплуатации. Знание процессов взаимодействия золотой проволоки с различными припоями как при пайке, так и при эксплуатации ППИ в конечном итоге определяет долговечность и надежность контактных соединений.

В производстве ГИС и микросборок для монтажа золотой проволокой диаметром 0,04 мм широко применяются припои ПОС61,

ПОС61М, ПСрОСЗ-58, ПОИ50 и ПОСК50-18. При пайке золотой проволоки к контактным площадкам ГИС вышеуказанными припоями наблюдались дефекты паяных контактов как на стадии производства, так и на этапе эксплуатации. Исследования показали, что отказы на стадии монтажа связаны с растворением золотой проволоки в жидкой фазе припоя (при пайке), а на этапе эксплуатации — в твердой фазе (при воздействии повышенных температур).

Для исследования процессов растворения золотой проволоки в жидкой фазе припоя использовалась специально разработанная установка, позволяющая изменять время контактирования проволоки с жидким припоем от 0,2 до 10 с [5]. Скорость растворения золота определялась по уменьшению диаметра сердцевины проволоки, не затронутой реакцией. Растворение золотой проволоки оценивалось по шлифам поперечных сечений с точностью до 1 мкм.

В результате исследования была установлена зависимость растворения золотой проволоки при низкотемпературной пайке от температуры и времени пайки. Из рис. 1 видно, чем меньше температура расплава, тем меньше растворение золотой проволоки в припое. В связи с этим рекомендовано при монтаже ГИС золотой проволокой пайку проводить при температуре не выше 10 °С от температуры плавления припоя.

Экспериментальным путем авторами установлена зависимость растворения золотой проволоки диаметром 40 мкм от времени выдержки в твердой фазе (температура 100 °С) низкотемпературных припоев (рис. 2). Полное растворение проволоки произошло через 60 ч испытаний в припое ПОСК50-18 и через 540 ч — в припое ПОИ50. Наименьшей растворимостью обладает золотая проволока в контакте с припоями Sn-Pb с добавкой серебра: за 600 ч выдержки в припое ПСрОСЗ-58 диаметр проволоки уменьшился до 18 мкм.

Для уменьшения растворения золотой проволоки как в жидкой, так и в твердой фазах припоя используют способ пайки сопротивлением, позволяющий гарантировать дозированное погружение в припой золотой проволоки при пайке [6].

 

Бессвинцовые припои

В статье [7] рассмотрены (в основном по данным отечественной научно-технической информации) составы и температуры плавления бессвинцовых припоев, которые могут быть использованы при пайке полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов и внутренних выводов к контактным площадкам кристалла и корпуса.

В данном разделе по материалам зарубежной информации проанализированы некоторые типы бессвинцовых припоев. В качестве бессвинцовистых припоев рассматриваются сплавы на основе олова с добавлением в него Ag, Cu, Bi, Zn и других металлов. С точки зрения надежности считаются оптимальными сплавы Sn-Ag и Sn-Ag-Cu (95-96,6 Sn / 2,5-4,1 Ag / 0,9 Си) [8]. Эти припои рекомендуются многими исследователями для первоочередного изучения и внедрения. Основной их недостаток при пайке элементов на печатные платы — сравнительно высокая температура плавления (около 220 °С), негативно влияющая на сами ППИ и на плату. Снизить температуру плавления этих припоев можно, добавляя в них Bi, Zn и другие металлы. Рассматриваются варианты введения в составы элементов Sn-Bi или Sn-Zn, улучшающих технологические свойства данных припоев.

 

Рис. 1. Зависимость растворения золотой проволоки диаметром 40 мкм от времени выдержки в припоях ПОС61 (а) и ПОИ50 (6) при различных температурах расплава

 

Рис. 2. Зависимость растворения золотой проволоки диаметром 40 мкм от времени выдержки при температуре 100 °С для различных припоев: 1 – ПСрОСЗ-58; 2 – ПОИ50; 3 – ПОСК50-18

 

Хорошие результаты показал сплав 95,5 Sn / 4 Ag / 0,5 Си: высокая температура плавления (217 °С) делает его идеальным для пайки изделий, работающих при температуре <175 °С — при некоторых испытаниях он показал лучшую стойкость к переменным температурам, чем припой Sn-Ag [9].

Для пайки без свинца могут использоваться сплавы олова с медью, серебром, висмутом, индием, цинком. Сплав олова с висмутом с малым содержанием олова не намного дороже свинцового сплава, однако имеет низкую температуру плавления (138 °С).

Предлагается сплав для соединения элементов полупроводниковых приборов с получением повышенной стойкости к термической усталости: 81-92 Sn / 3-6 Ag / 0,1-2 Си [10].

Удовлетворительные результаты получены при использовании покрытий из Sn-Bi, Sn-Cu, Sn-Ag, Sn и Sn-Zn. Контактные шарики из сплава Sn-Ag-Cu обеспечивают повышенную циклическую прочность по сравнению с припоями Sn-Pb [8]. При сборке кристаллов больших размеров значительная разница в термических коэффициентах расширения между Si, медной рамкой и пластмассовым заполнителем приводит к появлению значительных напряжений и к разрушению пластмассы. Образование трещин по поверхности контакта между соединением и заливочной массой вызывается влажностью.

Для усталостных испытаний соединений деталей, имеющих вид прямоугольной пластинки с гребнями отогнутых проволочных выводов по четырем кромкам, разработана специальная методика [11]. Для экспериментов использовались сплавы 96,5 Sn / 3,5 Ag H91,5Sn/3,5Ag/5Bi.

Некоторые исследователи в качестве припоев рекомендуют использовать трех- и четырех-компонентные сплавы: 55-60 Ag / 25-30 Си / 20-26 Zn; 44-48 Ag / 32-36 Си / 18-22 Sn; 15-20 Ag / 28-32 Си / 51-54 Cd; 40-45 Ag / 12-15 Си / 29-33 Cd / 9-11 Zn; 63-68 Ag / 12-16 Си / 11-15 Sn / 6-9 Zn [12]. Однако из-за высокой температуры плавления данные припои на сборочных операциях ППИ, по всей видимости, не найдут широкого применения.

Высокими механическими свойствами обладает припой 2-4 Ag / 0,5-2 Zn / 2-3 Bi / Sn — остальное [13].

Для пайки интегральных схем предложен припой Sn-Ag: 3-4 Ag / 2-6 Bi / 2-6 Jn / Sn — остальное [14].

При массовом производстве ППИ отдается предпочтение припоям Sn-Ag-Cu, например,

сплаву 95,5 Sn / 3,8 Ag / 0,7 Си с температурой плавления 217 °С. По своей надежности паяные соединения, выполненные этим припоем, не уступают свинцовистому припою 62Sn/36Pb/2Ag [9, 15].

 

Покрытия кристаллов и корпусов ППИ

При решении вопроса о надежности паяных соединений, наряду с выбором оптимальных способов и режимов пайки, необходимо учитывать состав и свойства паяемых покрытий. К покрытиям предъявляются следующие основные требования:

• они должны обеспечивать хорошую паяе-мость с полупроводниковыми кристаллами и свариваемость с внутренними выводами;
• сохранять способность к пайке и сварке при заданном сроке хранения; обеспечивать антикоррозионную защиту;
• не подвергаться иглообразованию при хранении и разрушению при температурах сборки, испытании и эксплуатации.
• обеспечивать минимальное переходное электрическое сопротивление;
• быть устойчивыми к тепловому удару при монтаже приборов на печатные платы пайкой, к химическим реагентам, используемым в процессе сборки;
• обеспечивать адгезию компаунда при герметизации прибора опрессовкой полимером.

В США начиная с 2004 года запрещено использование свинца в паяемых покрытиях. В качестве заменителей покрытий Sn-Pb используются следующие металлы и сплавы: чистое Sn, Sn-Bi, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Zn, Sn-Ni, а также наносимые химическим путем Ag, многослойные Ni-Pd-Au, Ni-P/Au и Ni/Au покрытия. Для печатных плат с высокой плотностью элементов рекомендовано использовать покрытие Sn — 1% Си, осаждаемое из электролита следующего состава (г/л): Sn 40 и Си 0,5 (в виде метансульфоната), метансульфоновая кислота 200, органическая добавка 40 мл/л. Режимы осаждения: J_K — 16-24 А/дм², Т — 35-42 °С, τ — 1 мин.

Плавящееся покрытие не менее чем из двух слоев металлов, при расплавлении образующих эвтектический припой наносят на паяемую поверхность [16]. Толщина покрытия 1-20 мкм. Рекомендуется наносить следующие сочетания металлов: Au+Ni, Cu+Sn и Au+Cu+Cd в отношении 82,5/17,5; 55/45; 79/17/4.

Анализ паяных поверхностей полупроводниковых кристаллов и оснований корпусов показал, что для пайки бессвинцовыми припоями в первую очередь необходимо проанализировать следующие покрытия: цинковое, никелевое, никель-олово, серебряное, оловянное, цинк-олово и олово-висмут.

 

Цинковое покрытие

Цинк принадлежит к электроотрицательной группе металлов; его стандартный потенциал составляет 0,763 В. Реагирует цинк с H₂S и сернистыми соединениями, образуя сернистый цинк. В сухом воздухе Zn почти не изменяется. Во влажном воздухе и в воде, содержащей С0₂ и 0₂, он покрывается пленкой, состоящей из ZnC0₃, которая защищает металл от дальнейшего разрушения [17]. В условиях тропиков цинковое покрытие нестойко. Особо значительна скорость коррозии Zn в атмосфере промышленного города. Солевые пленки на цинке отличаются хорошей растворимостью, легко смываются влагой [2]. Защитные свойства цинкового покрытия определяются его толщиной и равномерностью осаждения.

Цинкование производят в простых (кислых, сернокислых, хлористых, борфтористо-водородных) и сложных комплексных (цианистых, цинкатных, пирофосфатных, аммиакатных, аминокомплексных с различными органическими аддендами и др.) электролитах. В простых электролитах на катодный процесс при осаждении Zn оказывает влияние кислотность электролита. Практически применяют электролиты цинкования с рН 4-5. Органические вещества, вводимые в кислые электролиты цинкования в качестве добавок, улучшают структуру, внешний вид покрытий и равномерность распределения на катодной поверхности.

Аноды для цинкования в кислых электролитах изготавливают, как правило, из чистого электролитического Zn (99,8-99,9% Zn), который может содержать менее 0,03% РЬ; 0,02 Cd; 0,002% Си; 0,007% Fe и 0,001% Sn. Нанесение цинковых покрытий из сложных комплексных покрытий подробно рассмотрено в справочнике [17].

В качестве покрытий обратной поверхности кристаллов и оснований корпусов под пайку бессвинцовыми припоями заслуживает внимания осаждение сплава Zn-Sn. Данный сплав улучшает паяемость деталей в большей степени, чем цинковые покрытия, и несколько повышает их коррозионную стойкость. Основной состав электролита следующий (г/л): ZnO (20-25), NaOH (100-120), станнат натрия (0,4-0,5). Режимы осаждения: Т — 25-30 °С; J_K — 1-1,5 А/дм²; аноды из цинка с присадкой 0,2-0,3 Sn.

 

Олово-висмутовое покрытие

Покрытие сплавом олово-висмут характеризуется хорошей адгезией к меди и ее сплавам, легкой паяемостью и сохранением способности к пайке в течение длительного времени. При электролизе возможно получение покрытия темно-серого цвета, которое характеризуется плохой паяемостью. Основной причиной данного дефекта, так же, как и в покрытии олово-свинец, является наличие примесей меди в электролите.

Добавка висмута (0,3-3,8%) предотвращает переход белой модификации олова в серую, существенно уменьшает образование нитевидных кристаллов на поверхности покрытия. Однако получение сплава олово-висмут сопряжено с определенными трудностями, связанными с нестабильностью электролита, так как соли висмута, входящие в состав электролита, подвергаются гидролизу. Результатом этого является разложение электролита, что требует частой его смены. Следует также отметить, что соли висмута являются дефицитными, а металлический висмут токсичен. Такие покрытия теряют паяемость после 12 месяцев хранения и не паяются с применением канифольных флюсов [8]. Кроме того, составы с висмутом снижают прочность из-за температурной усталости.

 

Оловянное покрытие

Некоторые зарубежные компании (например, Molex) считают, что лучшей заменой сплаву Pb-Sn является покрытие контактов печатных плат чистым оловом. Известно, что олово обладает химической устойчивостью и инертностью, а также высокой способностью к пайке. В то же время следует отметить, что олово обладает и недостатками: при воздействии низкой температуры возможно превращение β-олова, кристаллизующегося в тетрагональной системе и имеющего плотность 7,29 г/см³, в α-олово, имеющее кубическую решетку с плотностью 5,77 г/см³. Данное превращение сопровождается изменением объема и переходом контактного металла в порошкообразное состояние, которое называют «оловянной чумой». Кроме того, при хранении деталей и изделий, покрытых оловом, способность к пайке существенно снижается, что вызывает определенные трудности при сборке изделий на поточных линиях. Следует особо отметить, что даже белая модификация олова после двухлетнего хранения на 60% теряет прочность спая [18]. Покрытия из чистого олова обладают склонностью к образованию на поверхности нитевидных кристаллов («усов»), что ограничивает их применение для сборки.

С целью устранения недостатков, присущих оловянным покрытиям, проводят электрохимическое легирование олова другими металлами (никель, висмут, цинк, кобальт, сурьма и др.). Эти сплавы лишены недостатков, которыми обладает чистое олово, а кроме того, имеют определенные преимущества: сохраняют паяемость, повышенную коррозионную стойкость и другие особые свойства.

Олово и его сплавы осаждаются в виде блестящих электролитических покрытий только в том случае, если в раствор при электролизе вводят специальные поверхностно-активные или коллоидные добавки, называемые блескообразующими. Органические соединения, добавляемые в электролиты, повышают катодную поляризацию, сближают потенциалы осаждаемых металлов, улучшают мелкокристалличность покрытия, его паяемость, увеличивают блеск и рассеивающую способность, повышают качество покрытия и стабильность работы электролита.

 

Никелевое покрытие

Покрытия корпусов ППИ никелем и его сплавами широко используются в электронной промышленности. Основным недостатком никелевых покрытий является низкая

теплостойкость, поэтому они применимы только при низкотемпературном монтаже элементов или при пайке в защитной среде. Для повышения теплостойкости никелевые покрытия легируют тугоплавкими металлами Со, W, Mo, Re и В. Практическое применение нашли никелевые покрытия, легированные до 1% В. Легирование никеля бором существенно повышает температурную стойкость сплава даже при малой концентрации бора, а микротвердость и хрупкость покрытия уменьшаются путем отжига.

Основной целью никелирования является защита основного металла от коррозии и повышение поверхностной твердости. Для покрытия корпусов приборов (в случае пайки кристаллов в защитной среде) используется химическое никелирование. Химические никелевые покрытия намного тверже электрохимических. Повышенная твердость покрытий во многом зависит от содержания фосфора в осажденных никелевых сплавах и режимов осаждения.

Химическое никелирование осуществляется на медные корпуса из следующего раствора (г/л): никель двухлористый (20), натрий фосфорноватистокислый (25), кислота ами-ноуксусная (15), натрий уксуснокислый (10). Время осаждения покрытия толщиной 4 мкм составляет 40-50 мин при температуре раствора 82-85 °С.

Свойства покрытий существенным образом зависят от подготовки медных корпусов к операции никелирования. Были исследованы покрытия, которые наносились на медные основания корпусов без полирования и с предварительным электрохимическим полированием поверхности [19]. Анализ микроструктуры никелевых покрытий медных корпусов показал, что на полированной медной основе структура покрытий более мелкозернистая, чем на неполированной.

Для повышения блеска, снижения внутренних напряжений в никелевых покрытиях и интенсификации процесса никелирования используют специальный электролит [20]. Электролит состоит (г/л): сернокислый никель (150-250), сернокислый магний (20-60), сернокислый натрий (5-15), борная кислота (25-35), бензолсульфамид (0,1-0,8), 2,2′-ди-пиридил (0,005-0,01), триэтил-а-метилнаф-тилам-монит хлорид (0,002-0,02). Электроосаждение ведут при 40-55 °С, плотности тока 1-20 А/дм² и рН 4,0-5,5.

Авторы утверждают, что вводимый в состав электролита бензолсульфамид способствует снижению внутренних напряжений, переводя их из напряжений растяжения в напряжения сжатия [20]. Кроме того, повышается рассеивающая способность электролита. Введение в состав электролита бензолсульфамида положительно сказывается на качестве и свойствах покрытий, которые становятся более плотными, блестящими и не отслаиваются от подложки при деформации. Повышение содержания бензолсульфамида более 0,8 г/л приводит к росту внутренних напряжений сжатия, а его снижение до 0,1 г/л вызывает хрупкость покрытий.

 

Сплав никель-олово

Гальванические покрытия паяемых поверхностей кристалла и основания корпуса при сборке должны обладать не только хорошей смачиваемостью, но и высокой коррозионной стойкостью. Этим требованиям в полной мере отвечают сплавы никеля с оловом (Ni-Sn).

При осаждении сплава Ni-Sn необходимо строго соблюдать условия электроосаждения: температуру электролиза, соотношение концентраций компонентов электролита, плотность тока.

Для осаждения сплава Ni-Sn существует несколько типов электролитов. Наиболее широкое применение в промышленности получили фторидхлоридные электролиты, как наиболее стабильные в работе и позволяющие получать покрытия с относительно высокими защитно-декоративными свойствами. Широко используется электролит следующего состава (г/л): хлористый никель (200), хлористое олово (40), фтористый аммоний (60), ОС-20 (5). Температура электролита составляет 50 °С, а в качестве анода используется сплав никель-олово (30-50% Ni).

Для нанесения сплавов Ni-Sn рекомендуется использовать электролит следующего состава (г/л): хлористый никель (250-300), хлористое олово (40-50), фтористый аммоний (40-80), хлористый аммоний (60-100), 2-, 4-, 6-три-(морфолинометил)-фенол (0,05-0,2) [21]. Особенностью данного электролита является следующее: введение 2-, 4-, 6-три-(морфоли-нометил)-фенола обеспечивает повышение блеска и коррозионной стойкости покрытий.

С целью снижения внутренних напряжений и повышения защитно-декоративных свойств покрытий Ni-Sn [22] в электролит добавляются полиэтиленполиамин и N аце-тонитрилморфолина гидрохлорид при следующем соотношении компонентов (г/л): хлористый никель (200-300), хлористое олово (40-50), фтористый аммоний (30-60), фтористый натрий (20-30), полиэтиленпо-лиамид (2-30 мл/л), Ν-ацетонитрилморфо-лина гидрохлорид (0,03-0,15).

Исследования микроструктуры и химического состава поверхности покрытий из сплава 35% Ni / 65% Sn, полученных из электролитов с добавкой ОС-20, показали следующие результаты: при температуре 50 °С получаются крупнокристаллические покрытия, в которых массовая доля олова составляет 99,8%. Отжиг покрытий в вакууме, соответствующий режимам пайки кристаллов к основаниям корпусов, приводит к увеличению массовой доли никеля в поверхностном слое до 8%. Покрытия после отжига получаются более плотными, с включениями неправильной формы.

Объясняется это тем, что при температуре пайки электролитический сплав Ni-Sn переходит в интерметаллические соединения Ni₃Sn₂ и Ni₃Sn₄, что способствует обогащению поверхностного слоя никелем. Кроме того, повышенное содержание никеля в поверхностном слое данного покрытия, очевидно, обусловлено различной сублимацией компонентов сплава, которая в большей степени присуща Sn [23].

 

Серебряное покрытие

Для создания покрытий с высокой электропроводностью и стабильной величиной переходного сопротивления в местах контактов используется серебрение. Например, в производстве силовых полупроводниковых приборов серебро используется в качестве металлизации кристалла под пайку. В этом случае осуществляется напыление пленки серебра на пластину с кристаллами.

Серебряное покрытие формируется напылением в вакууме с применением методов магнетронного распыления серебряной мишени или термическим испарением серебра из тигля электронным лучом. Более предпочтительным является метод магнетронного распыления, который обеспечивает высокие адгезионные свойства напыляемой пленки. Этим методом получают качественные покрытия толщиной до 2 мкм с высокой производительностью, что является важным фактором в условиях серийного производства.

Для формирования металлизации методом магнетронного распыления используются промышленные вакуумные установки непрерывного действия. Процесс напыления проводится при рабочем давлении газа (аргона) 0,5-1,0 Па при мощности магнетрона до 4 кВт. Для улучшения адгезионных свойств напыляемой пленки поверхность пластин подвергается бомбардировке ионами Аг⁺. Ионная очистка осуществляется в том же рабочем объеме (камере), что и процесс напыления.

Нанесение серебряного покрытия на корпуса проводят гальваническим способом только на участки под пайку кристаллов и разварку внутренних выводов. Серебряные покрытия, полученные из обычных электролитов, характеризуются малой твердостью и незначительной износостойкостью. Для улучшения этих параметров в электролит для серебрения вводят соли никеля или кобальта, что приводит к повышению твердости покрытия в 1,5, а износостойкости — почти в 3 раза.

Корпуса для силовых полупроводниковых приборов изготавливают в основном из холоднокатаной листовой меди. На поверхности таких листов присутствует наклепанный слой. Авторами данной работы проводились исследования серебряных покрытий, которые наносились на медные корпуса без полирования и с предварительным электрохимическим полированием поверхности. Анализировались серебро гальваническое и серебро с подслоем никеля. Установлено, что серебряные покрытия на полированной медной основе имеют мелкозернистую структуру, характеризуются более низкой микротвердостью. Эти свойства необходимо учитывать при пайке кристаллов и присоединении внутренних выводов к корпусам с серебряным покрытием.

На медные корпуса серебряное покрытие толщиной 5-6 мкм наносят на подслой химического никеля. Для получения блестящих серебряных покрытий в широком диапазоне плотностей тока при высокой скорости осаждения металла разработан технологический процесс, состоящий из следующих операций [24]: проводят электрохимическое обезжиривание на катоде в электролите (г/л): NaOH (10-59), Na₂C0₃ (20-30), Na₃P0₄ (30-50), Na₂Si0₃ (3-5), ΟΠ-10 (2-3) при Т — 80-90 °С, D_k — 2-10 А/дм², U — 5-12 В, τ — 10-15 мин; затем промывают в горячей и холодной проточной воде и проводят процесс химического травления в растворе: HN0₃ (1 л), H₂S0₄ (1 л), NaCl (4-10 г/л) при Т — 20-25 °С, τ — 2-3 с; промывают в холодной воде, после чего процесс травления повторяется 2-3 раза.

Химическое декапирование проводят в растворе: НС1 (50-100 мл/л), Н₂0 (900-950 мл) при Т — 20-25 °С, τ = 0,5 мин, промывают в холодной воде. Электролитическое серебрение проводят в электролите (г/л): Ag₂N0₃ (10-45), K₂Fe(CH)₆x3H₂0 (50-150), K₂C0₃ (15-30) при Т — 20-25 °С. Параметры импульсного тока: амплитудная плотность 5-8 А/дм², частота 0,5-40 Гц, скважность 4-20. Параметры ультразвуковой обработки: интенсивность в импульсе 0,1-0,5 Вт/см, частота 15-80 кГц, частота посылок импульсов 0,5-40 Гц, затем идет процесс промывки деталей.

Снижение качества операций пайки кристаллов и присоединения внутренних выводов к серебряному покрытию происходит из-за наличия сульфидной пленки Ag₂S на поверхности. Для очистки серебряных покрытий применяют различные методы: механические, химические и электрохимические. Однако данные способы не предотвращают процесса повторного образования Ag₂S.

Подготовка к сборочным операциям корпусов ППИ с серебряным покрытием, а также пайка кристаллов и присоединение внутренних выводов к данным покрытиям рассмотрены в отдельных работах [25, 26].

 

Пайка кристаллов к основаниям корпусов ППИ

Существуют различные способы монтажа полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов. Качество пайки кристалла с основанием корпуса во многом зависит от месторасположения припоя перед пайкой. Возможно традиционное размещение прокладки припоя непосредственно под кристаллом, однако в процессе пайки оксидные пленки и загрязнения на поверхности прокладки при расплавлении остаются в зоне шва, что ухудшает смачиваемость припоем поверхности кристалла и основания корпуса, нарушает сплошность шва, а это, в свою очередь, приводит к ухудшению теплопроводности шва и снижению надежности полупроводниковых изделий.

Для улучшения смачивания припоем паяемой поверхности кристалла и основания корпуса широко используется капиллярный эффект заполнения зазора припоем в процессе пайки кристалла [27]. Перед пайкой в непосредственном касании одной из боковых граней кристалла располагается навеска припоя в виде одного или двух шариков (в зависимости от площади кристалла). Детали фиксируются относительно корпуса специальной кассетой. Кассету со сборками помещают в водородную печь, где при температуре пайки происходит расплавление припоя, который под действием капиллярных сил заполняет зазор между кристаллом и корпусом, смачивает паяемые поверхности и при кристаллизации образует паяный шов. Характерной особенностью этого процесса является то, что оксидные пленки и загрязнения остаются за пределами паяного шва — в месте первоначального расположения навески припоя.

Основным недостатком данного способа является высокая температура нагрева, которая значительно выше температуры плавления припоя. Это необходимо для разрушения оксидной пленки припоя и обеспечения его капиллярного течения. Кроме того, при пайке кристаллов больших размеров, особенно в полупроводниковых приборах для силовой электроники, невозможно получить площадь спая, равную площади кристалла. Из-за неполного смачивания соединяемых поверхностей в паяном шве образуются непропаи (в основном на участке кристалла, противоположном месту расположения навески припоя).

Для увеличения площади спая между кристаллом и корпусом на верхней плоскости корпуса формируют V-образные канавки глубиной 25-75 мкм, располагаемые друг от друга на расстоянии 0,25-1 мкм. В случае использования корпусов с канавками необходимо при пайке корпус или кристалл подвергать воздействию ультразвуковых или низкочастотных колебаний. Механические колебания должны быть направлены вдоль канавок. В противном случае при пайке кристаллов больших размеров V-образные канавки являются очагами непропаев [28].

При пайке кристаллов размером менее 3×3 мм используют как ультразвуковые, так и низкочастотные колебания, а при пайке кристаллов больших размеров применяются в основном низкочастотные колебания с амплитудой до 0,5-0,8 мм.

Для контактно-реактивной низкотемпературной пайки бессвинцовистыми припоями фирма Resma (Freiberg, Германия) выпускает пасту на основе композиционного припоя [29]. В комбинации порошков нескольких припоев с реактивной присадкой при расплавлении протекают реакции, ускоряющие процесс пайки. При охлаждении в паяном шве возникает структура дисперсионного упрочнения с высокими термическими и механическими характеристиками.

Разработан способ монтажа кристаллов БИС с использованием припоя на основе цинка [30], по которому на паяемую сторону кристалла напыляют алюминий толщиной 0,7-1,2 мкм, а затем проводят пайку к корпусу, покрытому припоем цинк-алюминий-германий (ЦАГ).

Недостатком данного способа является высокая трудоемкость изготовления полупроводниковых изделий, заключающаяся в изготовлении сплава ЦАГ и нанесении его на монтажную площадку методом электрического взрыва фольги. Это требует наличия специального дорогостоящего оборудования. Кроме того, при посадке кристаллов на сплав ЦАГ необходимо создавать наименьшее удельное давление кристалла на расплав и выполнять траектории движения кристалла в виде восьмерки для разрушения поверхностной оксидной пленки. Соблюдение этих требований особенно необходимо для кристаллов с размерами, превышающими 4×4 мм, так как с ростом площади кристалла увеличивается вероятность непропаев и оксидных включений. Более того, смачиваемость и растекание припоя ЦАГ по алюминиевой металлизации кристалла ухудшаются с течением времени хранения перед пайкой.

Для пайки полупроводниковых кристаллов силовых полупроводниковых приборов с использованием бессвинцовых припоев разработан еще один способ [31]. Сущность его заключается в том, что на алюминий на паяемой стороне кристалла наносят цинк, а пайку осуществляют к основанию корпуса, покрытому оловом, при этом толщины слоев цинка и олова выбирают исходя из заданной толщины паяного шва и образования эвтектического сплава цинк-олово. Пайка осуществляется в защитной среде при температуре несколько выше температуры образования эвтектического сплава Zn-Sn. При этом площадь спая равна площади кристалла.

Использование предлагаемого способа пайки полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества: упрощает технологический процесс, повышает качество паяных соединений, исключает использование свинца при пайке.

 

Заключение

Применение бессвинцовых припоев и покрытий естественно приведет к изменению технологии пайки и в целом сборочных процессов. Потребуется корректировка режимов пайки и, как следствие, доработка технологического оборудования. Необходимо проведение комплексных испытаний бессвинцовистых паяных соединений на прочность, тепловое сопротивление, коррозионную стойкость, совместимость с материалами и покрытиями обратной стороны кристаллов и оснований корпусов ППИ.

При решении вопроса о надежности паяных соединений, наряду с выбором оптимальных способов и режимов пайки, необходимо учитывать состав и свойства паяемых покрытий. Анализ покрытий паяемых поверхностей кристаллов и оснований корпусов показал, что для пайки бессвинцовыми припоями в первую очередь целесообразно провести исследования следующих покрытий: цинковое, никелевое, никель-олово, серебряное, оловянное, цинк-олово и олово-висмут.

Разработан способ пайки полупроводниковых кристаллов силовых полупроводниковых приборов с использованием бессвинцовых припоев. Сущность способа пайки заключается в том, что на алюминий на паяемой стороне кристалла наносят цинк, а пайку осуществляют к основанию корпуса, покрытому оловом, при этом толщины слоев цинка и олова выбирают исходя из заданной толщины паяного шва и образования эвтектического сплава цинк-олово.                                               

Литература

1. Улиг Г. Г., Реви Р. У. Коррозия и борьба с ней. Введение в коррозионную науку и технику: Пер. с англ. / Под ред. А. М. Сухотина. Л.: Химия. 1989.
2. Груев И. Д., Матвеев Н. П., Сергеева Н. Г. Электрохимические покрытия изделий радиоэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь. 1988.
3. Leest R. E. On the atmospheric corrosion of thin copper films // Werkst und Korros. 1986. Vol. 37. в„– 12.
4. Bader W. G. Dissolution of Au, Ag, Pd, Pt, Cu and Ni in a molten tin lead solder // Welding Research Supplement. 1969.
5. Зенин В. В., Батаев С. В., Чернышев А. В. Установка для исследования растворения золотой микропроволоки в жидких низкотемпературных припоях // Электронная техника. Сер. 7. Технология, организация производства и оборудование. 1989. Вып. 4.
6. Зенин В. В., Колычев А. П., Осенков В. В., Рыжков Ф. Н. Способ пайки сопротивлением. А.с. в„– 1417318 (СССР). 1988.
7. Зенин В. В., Беляев В. Н., Сегал Ю. Е., Кол-бенков А. А. Бессвинцовистые припои в технологии производства изделий микроэлектроники // Микроэлектроника. 2003. Том 32. в„– 4.
8. Beine Hilmar. Bleifrei aktuell // Productronic. 1999. в„– 12.
9. Krempelsauer Ernst. Bleifrei loten: Silber und Kupfer statt Blei // Elektor (BRD). 2000. V. 31. в„–5.
10. Sakai Yoshinori, Suetsugu Kenichiro, Yamaguchi Atsushi. Solder alloy of electrode for joining electronic parts and soldering method // Matsushita Electric Industrial Co., Ldt. Пат. 6077477, США. Заявл. 06.06.97. Опуб. 20.06.00.
11. Kariya Yoshiharu, Otsuka Masahisa. Fatigue characteristic nonleaded solders // Materia Mater. Jap. 1999. V. 38. в„– 12.
12. Dutkiewicz Jan. Stop lutowniczy in formie tasmy lub proszku // Pol. Akad. Nauk. Inst. Met. Inz. Mater. Пат. 179234 Польша. Заявл. 19.04.96. Опуб. 27.10.97.
13. Matsunaga Junichi, Nakahara Yuunosuke, Ninomiya Ryuji. Lead-free tin-silver-based soldering alloy // Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Пат. 5993736, США. Заявл. 26.05.98. Опуб. 30.11.99.
14. Matsunaga Junichi, Ninomiya Ryuji. Tin-silver-based soldering alloy // Mitsui Mining & Smelting Co., Ldt. Пат. 5958333, США. Заявл. 15.08.97. Опуб. 28.09.99.
15. Kruppa Werner. Bleifrei Loten — schon heute anfangen! // Productronic. 1999. V. 19. в„–12.
16. Bannert P. Bleifreies Loten in der Elektroindus trie//Bracke. 2001. в„–1.
17. Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник: В 2 т. / Под ред. М. А. Шлугера. М.: Машиностроение, 1985. Т. 1.
18. Заец Юрий. Почему мы отказались от использования свинца // Компоненты и технологии. 2004. в„– 3.
19. Зенин В. В., Бокарев Д. П., Сегал Ю. Е., Фоменко Ю. Л. Свойства покрытий траверс корпусов силовых полупроводниковых приборов // Петербургский журнал электроники. 2002. в„– 4.
20. Кушнер Д. К, Достанко А. П., Хмыль А. А., Козинцев С. П., Качеровская Ф. Б. Электролит никелирования. А.с. SU 1640210 А1 С 25 D 3/12. Опубл. 07.04.91. Бюл. в„– 13.
21. Кушнер Д. К, Достанко А. П., Власенко В. Н., Хмыль А. А. и др. Электролит для осаждения покрытий сплавом олово — никель. А.с. SU 1618788 А1 С 25 D 3/60. Опубл. 07.01.91. Бюл. в„– 1.
22. Кушнер Д. К, Достанко А. П., Козлов Н. С, Козинцев С. И. и др. Электролит для осаждения покрытий сплавом олово — никель. А.с. SU 1468980 А1 С 25 D 3/60. Опубл. 30.03.89. Бюл. в„– 12.
23. Спиридонов Б. А., Березина Н. Н. Структура гальванического сплава Sn-Ni, полученного из фторидхлоридного электролита с добавками ОС-20 // Вестник ВГТУ, серия «Материаловедение», 1999. Вып. 1.6.
24. Коновалов Е. Г., Хмыль А. А., Луговский В. П. Способ электролитического серебрения изделий. А.с. 633938. Опубл. 25.11.78. Бюл. в„– 43.
25. Зенин В. В., Бокарев Д. П., Сегал Ю. Е., Спиридонов Б. А. Подготовка к сборочным операциям корпусов ПЭТ с серебряным покрытием // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах: Материалы докл. науч.-техн. семинара. М: МНТОРЭС им. А. С. Попова, 2003.
26. Зенин В. В., Сегал Ю. Е., Беляев В. Н. Способ подготовки к пайке изделий с серебряным покрытием. Пат. 2194597 RU, 7B 23К 1/20. Заявл. 18.07.01. Опубл. 20.12.02. Бюл. в„– 35.
27. Пат. ЕР (ЕПВ) в„– 0316026 А1, кл. 6 Н 01 L 21/00. Опубл. 17.05.89.
28. Зенин В. В., Беляев В. Н., Сегал Ю. Е., Фоменко Ю. Л. Пайка полупроводниковых кристаллов к основаниям корпусов // Петербургский журнал электроники, 2001. в„–2.
29. Bis 150 С bleifrei verbinden // Ind.-Anz. 2000. V. 122. в„– 17.
30. Маслова К. В., Мохте С. О., Панкратов О. В. и др. Монтаж кристаллов БИС с использованием припоя на основе цинка // Электронная промышленность. 1989. в„–6.
31. Зенин В. В., Беляев В. Н., Сегал Ю. Е. Способ монтажа полупроводниковых кристаллов больших размеров в корпуса. Пат. 2212730 RU, 7 Н 01 L 21/52. Заявл. 14.05.01. Опубл. 20.09.03. Бюл. в„– 26.

Влияние пайки на здоровье человека Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

PROCESSING OF FERROUS SCRAP BY EXOTHERMIC MIXTURES

© 2014

L. N. Kozina, assistant professor of the chair «Heat, ventilation, water supply and sanitation»

Togliatti State University, Togliatti (Russia)

V. V. Pererva, master Togliatti State University, Togliatti (Russia)

D. O. Buhonov, master Togliatti State University, Togliatti (Russia)

E. S. Zhurilkina, master Togliatti State University, Togliatti (Russia)

Annotation. Currently, there is the problem of environmental pollution by heavy metals, and a special contribution to make this «graveyard of technology». But there is a way of recycling technology — is cutting by means of exothermic mixtures.

Keywords: «graveyard technology» processing, heavy metals, exothermic mixture, pollution, termites cutting.

УДК 621.791.3: 613.6

ВЛИЯНИЕ ПАЙКИ НА ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА

©2014

А. Ю. Краснопевцев, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы» Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

С. А. Мальцев, магистрант Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

Е. А. Краснопевцева, аспирант Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия) Л. Н. Козина, старший преподаватель кафедры «Энергетические машины и системы управления» Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

Аннотация. В наше время пайка широко применяется при изготовлении и ремонте различных изделий, некоторые из них невозможно создать при помощи любых других процессов соединения, это такие изделия, как: теплообменные устройства авиационной промышленности, платы сотовых телефонов, ювелирные изделия. Пайка широко используется в машиностроении. Для такого широко применяемого процесса необходимо знать, где работника может подстерегать опасность. Данное знание поможет избежать несчастных случаев на производстве и уменьшит риск возникновения различных болезней.

Ключевые слова: бессвинцовые технологии, воздействие на организм человека, индукционная пайка, оловянная чума, пайка, припой, плавление, смачивание припоем, токсичные вещества.

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими задачами. Пайка — это процесс образования неразъемного соединения с межатомными связями путем нагрева соединяемых материалов ниже температуры их плавления, их смачивания припоем, затекания припоя в зазор и последующей

его кристаллизации [1].

В качестве припоев при пайке используются как чистые металлы, так и различные сплавы. Выбор припоя, используемого для выполнения конкретной задачи, зависит от состава и физико-химических свойств основного материала, а также от условий эксплуатации готового изделия.

Как и большинство технологических процессов, пайка может оказывать негативное влияние на организм человека. Источниками такого воздействия являются в основном вспомогательные материалы: припои, флюсы и газовые среды.

Анализ последних исследований и публикаций, в которых рассматривались аспекты этой проблемы и на которых обосновывается автор; выделение неразрешенных раньше частей общей проблемы. Негативное воздействие на организм человека могут оказывать также условия выполнения технологического процесса пайки: высокая температура; ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение источников нагрева и нагретых деталей; электромагнитные поля; ультразвук; запыленность и загазованность воздуха [2]. Подобные факторы могут встречаться при выполнении и других технологических операций, таких как: литье, штамповка, сварка, контроль качества готовых изделий и др.

Формирование целей статьи. Знание источников опасности, возникающих в процессе пайки, и последствий поможет избежать несчастных случаев на производстве и уменьшит риск возникновения различных болезней. Необходимо обнаружить и описать данные источники.

Изложение основного материала исследования с полным обоснованием полученных научных результатов. В соответствии с требованиями охраны труда, помещения, в которых выполняются паяльные работы, должны быть оснащены вытяжной вентиляцией. Работа вентиляционных установок должна контролироваться с помощью световой и звуковой сигнализации, автоматически включающейся при остановке вентиляции. Работники, занятые пайкой расплавленным припоем, должны обеспечиваться средствами индивидуальной защиты.

Все эти требования направлены на минимизацию воздействий вредных и опасных факторов на здоровье человека, выполняющего процесс пайки.

Однако они не смогут защитить здоровье человека, если не проведена работа по уменьшению вредных веществ в составе самих используемых при пайке материалов, так как в процессе нагрева вещества, входящие в состав припоя и флюса, испаряются и разлагаются. При этом большинство из них не являются безвредными для здоровья человека.

Наибольшее распространение при производстве различных изделий с помощью низкотемпературной пайки получила система припоев олово-свинец. Данные припои применяются при пайке сталей, никеля, меди и ее сплавов, в том числе при пайке микроэлектроники. Различные соотношения олова и свинца определяют свойства припоев. Оловянно-свинцовые припои по сравнению с другими обладают рядом преимуществ: высокой смачивающей способностью, хорошим сопротивлением коррозии, удобством применения. Для обеспечения специальных свойств оловянно-свинцовые припои легируют различными элементами, в частности сурьмой, серебром, кадмием. Сурьма и серебро повышают температуру плавления оловянно-свинцового припоя, а кадмий, наоборот, снижает [3].

Процессы пайки или лужения оловянно-свинцовыми и оловянно-свинцово-кадмиевыми припоями могут сопровождаться выделением токсичных веществ: свинца и окиси кадмия, которые в соответствии с ГОСТ 12.1.007-76 относятся к веществам 1 -го класса опасности [4]. Поступление вредных веществ в организм человека в условиях изготовления и использования припоев возможно при вдыхании загрязненного воздуха, а также с водой и пищей при несоблюдении работниками личной гигиены.

Действие свинца на организм человека заключается в поражении нервной системы, крови, сосудов. Кадмий поражает органы дыхания, желудочно-кишечный тракт, внутренние органы, скелетную мускулатуру и костную ткань, вызывает раздражение кожных покровов [5].

Европейский парламент и Совет по отходам электрического и электронного оборудования (WEEE) 27 января 2003 года ввел в действие директиву 2002/96/ЕС [6], а именно переход на бессвинцовые технологии изготовления электронного оборудования.

Почти сразу же появились противники данных нововведений. Казалось бы, все очень просто: замена крайне вредного свинца менее опасными для здоровья человека веществами поможет повысить безопасность процесса пайки. Однако в данной ситуации не все так однозначно. Бессвинцовые припои имеют более высокую температуру плавления и более низкие показатели смачиваемости, чем оловянно-свинцовые. Поэтому для обработки паяемых поверхностей применяют специальные более активные флюсы, имеющие гораздо большую

вредность для здоровья человека, чем свинец, содержащийся в составе припоя. Тем более что количество свинца в припое в несколько раз меньше, чем количество используемого флюса. Проведенные исследования показали [6], что характеристики паяных швов, выполненных бессвинцовыми припоями, для условий длительной эксплуатации гораздо хуже, чем швов, выполненных припоями, содержащими свинец.

В настоящее время ведутся исследования по разработке бессвинцового припоя, который станет полноценной заменой припоям, содержащим свинец, так как на данный момент времени ни один из бессвинцовых припоев не считается полной заменой оловянно-свинцового.

Рассматривая конкретное изделие, например, легковой автомобиль, можно заметить, что

источником свинца здесь является далеко не применяемый для пайки припой, так как его количество, необходимое для получения паяных соединений, крайне мало. Для пайки всего автомобиля может быть использовано около 50 г оловянно-свинцового припоя, при этом содержание свинца в автомобильном аккумуляторе доходит до 10 кг.

Если говорить о попадании свинца в атмосферный воздух, то следует заметить, что основным его источником является автотранспорт — 68 % (рисунок 1). Более 80,8 % свинца применяется в автомобильных аккумуляторах, причем эта цифра продолжает расти. Для сравнения: в электронной промышленности используется менее 1 % всего добываемого в мире свинца [7].

Рисунок 1 — Источники поступления свинца в атмосферный воздух

Поэтому говорить о том, что именно припои, содержащие свинец, представляют основную вредность для здоровья человека, по меньшей мере, неразумно.

Основная составляющая бессвинцовых припоев — это олово. Оно обладает особенностью, которая получила название «оловянная чума» (рисунок 2).п) [8]. Оловянная чума может наблюдаться при понижении температуры, начиная с +13 С. Однако при содержании в припое хотя бы 1 % свинца, подобного эффекта не наблюдается.

Что касается профессиональных заболеваний, воз никающих у паяльщиков, использующих оловянно-свинцовые припои, то следует при-

слушаться к авторитетному мнению кандидата технических наук А. Н. Парфенова, занимавшегося вопросами перехода на бессвинцовые технологии [9]: «…как профессионал в пайке с 40-летним стажем работы руководителя технологической службы предприятия.могу объективно утверждать, что ни одного случая профессио-

Таким образом, переход на бессвинцовые технологии может только ухудшить экологическую ситуацию на производстве. И сохранить здоровье людей, связанных с процессом пайки с использованием данных припоев, не удастся. Стоит задуматься над поговоркой «Лучшее -враг хорошего» и по возможности начать возвращение к технологиям с использованием свинцовых припоев, которые качественно выполняют свою работу.

Одной из наиболее вредных для здоровья человека технологий пайки является индукционная пайка токами высокой частоты. Сам технологический процесс очень прост и удобен: необходимое для расплавления припоя тепло получается от электрического тока, индуктирующегося непосредственно в подлежащих пайке деталях. При индукционной пайке соединяемые детали располагают около или внутри специальных индукторов (токовозбуждающие катушки) и включают в электрическую цепь (рисунок 3).

Данный способ обладает преимуществами: возможность нагревать не всю деталь, а конкретную область; возможность контролировать действие как с помощью приборов, так и визуально; высокая скорость и производительность нагрева (от 100 до 250 °С в секунду) [10].

нального заболевания в форме стационарной медицинской реабилитации по причине свинца и кадмия при пайке не было! В то же время имело место множество различных проявлений ток-сико-аллергических заболеваний от использования определенных органических флюсов, растворителей и моющих сред».

Однако на производство некоторых предприятий с использованием индукционных установок допускаются только женщины, и то лишь те, у кого уже есть минимум двое детей. Напрашивается вопрос: значит, у этих женщин детей больше может и не быть? Мужчины же вовсе обходят участки с работающим индукционным оборудованием за несколько метров, так как на них такое оборудование оказывает еще более вредное воздействие. К счастью, такие «ужасы» касаются лишь старых моделей индукционного оборудования. В новых установках, как утверждает изготовитель, вредное воздействие индуктора не распространяется на всего человека в целом, лишь на те участки, которые находятся в зоне действия оборудования. Так же говорится о том, что по прошествии определенного времени отдыха вредное воздействие рассеивается, и общий вред здоровью рабочего не наносится. Требуется располагать определенные части тела на заданном расстоянии для минимизации вредного воздействия. Все бы хорошо, однако, старые установки служат дольше и не требуют такой частой замены индуктора, поэтому зачастую рабочие продолжают работать на старом, более привычном оборудовании.

Рисунок 2 — Оловянная чума

Рисунок 3 — Индуктор

Выводы исследования и перспективы дальнейших изысканий данного направления. Необходимо обратить внимание на то, что очень часто именно сам человек является причиной своих профессиональных заболеваний из-за халатного выполнения правил техники безопасности и эксплуатации оборудования, а не процесс, в котором он задействован, за исключением, конечно, некоторых особо вредных процессов. Многие процессы можно сделать менее вредными, если вопросы охраны труда будут решаться на этапе проектирования технологических процессов и на этапе их выполнения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 17325-79 «Пайка и лужение. Основные термины и определения».

2. Вредные и опасные факторы в паяльном производстве [Электронный ресурс]. — Электрон. ст. — Режим доступа к ст. http: //www .svarkainfo.ru/rus/technology/payka/sold er_bad_factors/

3. Библиотека технической литературы [Электронный ресурс]. — Электрон. ст. — Режим доступа к ст. http://delta-grup.ru/bibliot/ 18/225.htm

4. ГОСТ 12.1.007-76 «Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности»

5. Мир сварки [Электронный ресурс]. -Электрон. ст. — Режим доступа к ст. http://www.weldworld.ru/3solders_pos.html#link6

6. Википедия [Электронный ресурс]. -Электрон. ст. — Режим доступа к ст. http://ru.wikipedia.org/wiki/

7. Григорьев В. Бессвинцовая технология — требование времени или прихоть экологов? /

B. Григорьев //

http://www.contractelectronica.ru/info/articles/rohs/ pbf_technologie/

8. Большая советская энциклопедия [Электронный ресурс]. — Электрон. ст. — Режим доступа к ст.

dic.academic.ru/dic.nsf/bse/11615 8/Оловянная

9. Парфенов А. Н. О промсанитарии, экологической безопасности и профпригодности персонала на монтажно-сборочных работах // Практическая силовая электроника. № 9. 2003.

C. 44.

10. Петрунина И. Е. Справочник по пайке: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. М. : Машиностроение. 1984. 400 с.

SOLDERING EFFECT ON HUMAN HEALTH

© 2014

A. Y. Krasnopevtsev, candidate of technical science, associate professor of the chair «Welding, material handling pressure and related processes» Togliatti State University, Togliatti (Russia) S. A. Maltsev, master Togliatti State University, Togliatti (Russia) E. A. Krasnopevtseva, postgraduate student Togliatti State University, Togliatti (Russia) L. N. Kozina, assistant professor of the chair

«Energy Machines and Control Systems» Togliatti State University, Togliatti (Russia)

Annotation. In our time, the soldering is widely used in the manufacture and repair of various items, some of them are impossible to create by any other process connections are such items as: exchanger-recurrent unit of the aviation industry, the board cellular telec-new jewelry. Brazing is widely used in mechanical engineering. For such a widely-used process needs to know where the employee may in danger. This knowledge will help to avoid accidents at work and reduce the risk of various diseases.

Keywords: soldering, brazing, toxic substances, lead-free, tin plague, induction brazing, melting, wetting of the solder, the impact on the human body.

УДК 621.791.36:621.79.01

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ИНТЕРВАЛЫ АКТИВНОСТИ ВЕЩЕСТВ, ПРИМЕНЯЕМЫХ

В КАЧЕСТВЕ АКТИВАТОРОВ

© 2014

А. Ю. Краснопевцев, кандидат технических наук, доцент кафедры «Сварка, обработка материалов давлением и родственные процессы»

Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

Е. А. Краснопевцева, аспирант Тольяттинский государственный университет, Тольятти (Россия)

Аннотация. Применение того или иного вида активатора требует наличия знаний о его свойствах. Каждое вещество может проявлять свою активность при различных условиях (температура, атмосфера, давление, время), а в результате может быть как полезно, так и бесполезно для процесса, в котором оно применяется. Для того чтобы определить, при каких условиях проводить процесс пайки, в котором действие активатора будет положительно влиять на качество соединения, необходимо определить, при каких условиях, например температуре, активатор будет более активен.

Ключевые слова: пайка, температурный интервал активности, припой, вещества-активаторы, массометрическая установка, контейнер, тигель, термический цикл, изменение массы.

Постановка проблемы в общем виде и ее связь с важными научными и практическими задачами. Пайка нержавеющей стали усложнена наличием на ее поверхности труднорастворимой оксидной пленки. Учитывая, что для удаления оксидной пленки с поверхности нержавеющей стали необходимо использовать активные флюсы, которые необходимо обязательно отмывать от готового изделия, бесфлюсовая пайка с использованием активаторов является перспективным решением некоторых проблем. При исполь-

зовании активаторов при пайке в модифицированной воздушной среде может обеспечиваться не местная, как это происходит при использовании флюсов, а общая защита паяемого изделия в процессе пайки. Применение флюсов, содержащих вредные и ядовитые компоненты, оказывает негативное влияние на здоровье человека, проводящего пайку (газовыми горелками, индукционный нагрев). При пайке в контейнере все вредные вещества находятся в замкнутом

Некоторые паяльные жала непригодны для бессвинцовой пайки?

Я вообще не занимаюсь бессвинцовой работой, поэтому задаю этот вопрос по незнанию. Я использую этилированный припой с тех пор, как паял, и у меня никогда не было проблем с жало паяльника. Покрытая пластиной часть наконечника всегда остается блестящей, я не умею чистить утюг, осторожен с используемыми температурами и никогда не оставляю утюг включенным надолго, не используя его.

Я пошел одолжить утюг в лаборатории, его наконечник был темно-серым и шершавым.Он не принял бы припой, если бы я не попытался стереть часть этого материала, и даже тогда это было бы только небольшое пятно, которое очень быстро окислялось. Я пришел к выводу, что наконечник испорчен, и пошел за другим утюгом с наконечником получше, но все утюги в этой лаборатории были в таком же состоянии или в худшем. Я получил новый наконечник и установил его, и наконечник прослужил около 15 минут, прежде чем он имел идеальное покрытие и его нельзя было очистить. Все это время я использовал доступный припой: 99.Смесь 3% олова, 0,7% меди с канифольной сердцевиной.

В качестве дополнения к анцедоту я наткнулся на другую лабораторию, в которой использовалось такое же железо, но только припой на основе свинца. Наконечники в этой лаборатории варьировались от идеальных до умеренно использованных, но все они могли легко расплавить припой. Многие утюги были нагреты до 450 градусов по Цельсию, и их кончик выглядел просто отлично. Я не уверен, насколько я доверяю температуре, это чуть ли не самый дешевый утюг с регулируемой температурой, который я когда-либо видел.

Взяв еще один новый наконечник и применив припой на основе свинца, я смог получить наконечник, который после пайки я бы классифицировал как «использованный в хорошем состоянии».Я пришел к выводу, что бессвинцовый припой является более коррозионным или менее защищающим, чем обычный свинцовый припой. Что (наконец) приводит к моим вопросам:

• Есть ли металлургия, не содержащая свинца, более щадящая жала паяльника?
• Что-то не так в моем обращении с паяльником?
• Что мне нужно припаять этим составом?
• Есть ли надежда на эти советы, которые использовались с бессвинцовыми веществами? (Моя нутро говорит нет)

Паяльник представляет собой паяльную станцию ​​с регулируемой температурой Stahl Tools SSVT.

Припой Elenco LF-99: 99,3% Sn, 0,7% Cu; Канифольное ядро.

РЕДАКТИРОВАТЬ:

Другой окисленный чугун использовался для сборки простых комплектов; Насколько я знаю, ничего необычного или экзотического. Они обрабатывались новичками, что заставило меня поверить в то, что ученики уничтожили подсказки. Когда у меня оказался окисленный наконечник, который в остальном был чистым, я подумал, что вероятность того, что ученики испортили железо, менее вероятна. Поскольку я использовал бессвинцовый припой, казалось, что нанесение припоя никогда не очищает наконечник.Я не устанавливал температуру утюга, которая, на мой взгляд, была чрезмерно высокой (400 градусов C), но я не знаю, какова была фактическая температура железа.

A Hill to Die On

Значит, он на 100% лучше во всех отношениях, верно?

Ну конечно нет. Вам нужно использовать более горячий утюг, проволока для бессвинцового припоя имеет тенденцию иметь больше флюса и, естественно, испаряет немного больше флюса. Кажется, производители оборудования для удаления дыма выпускают много FUD.Я не собираюсь возражать против увеличения вытяжки дыма. Вероятно, вам нужно больше. Однако я не видел каких-либо достоверных данных о флюсе канифоли при более высоких температурах, только нечеткие общие сведения. Я хотел бы увидеть какие-либо данные о том, насколько это важно, но все, что мне нужно, это SDS, который явно не хуже для бессвинцовых.

Вы все еще испаряете тот же материал. Не будем мутить здесь воду. Используйте соответствующую вентиляцию и / или вытяжку дыма.

Не все потоки равны — не объединяйте потоки с металлом

Существует множество вариантов флюсов.У производителей есть рецептуры для самых разных вещей, включая пайку оплавлением, пайку волной и даже варианты роботизированной пайки. Есть вещи, предназначенные для экзотических производственных процессов, в которых не используется обычный воздух, или для процессов, чувствительных к галогенам.

Вы можете найти припой различных составов, в том числе флюсы без канифоли и без очистки. Они, как правило, более опасны, чем припой на канифольной основе.

Флюс, используемый в паяльной пасте, отличается, и есть составы с более грязными веществами.Большинство из них вызывают раздражение кожи и глаз, хотя некоторые составы даже содержат канцерогены и представляют более серьезную опасность. Опять же, просматривая варианты с свинцом и без свинца, похоже, что это связано с потоком, а варианты с свинцом имеют те же опасности, плюс риски для свинца.

В общем, вы действительно не хотите вдыхать дым от пасты или неочищенных продуктов.

Прочтите эти документы паспорта безопасности!

Советы и рекомендации

Не все паяльные проволоки с канифолью одинаковы.Первый бессвинцовый припой, который я использовал, я получил в SparkFun более десяти лет назад. Работать с ним было ужасно. Флюс будет брызгать и быстро чернеть. Если вам не удалось перейти на бессвинцовый припой, стоит попробовать другой тип припоя.

Я использую флюсовую проволоку Kester # 48 со сплавом Sn96.5Ag03Cu.5 размером 0,6 мм. Мне это очень нравится. Я получил откат в 2011 году, и, похоже, всему этому нет конца.

Для паяльной пасты я использую не требующий очистки ChipQuik SAC305.В нем много раздражителей для кожи и глаз, как и во всех безупречных пастах, но в нем отсутствуют действительно неприятные вещества, предназначенные для более экзотических производственных процессов.

Когда мне нужен бессвинцовый припой, чтобы он работал как масляная магия, для пайки волочением или удаления мостовидных протезов я использую дополнительный флюс. Материал ChipQuik SMD291NL — это липкий флюс, созданный из чистой магии. Что касается паспорта безопасности, в нем содержится большинство тех же предупреждений: раздражение кожи и глаз, избегание дыхания и т. Д.

Докажите, что я ошибаюсь (или хотя бы дайте мне данные, на которые можно посмотреть)

Я не ученый-материаловед , а я не все знаю.Я не знал большей части этого материала, пока не провел все утро за чтением тех паспортов безопасности. Если вы знаете больше, оставьте комментарий или напишите по электронной почте.

Сравнение свинца и бессвинцового припоя в производстве печатных плат

Приложения для печатных плат OEM

охватывают широкий спектр потребительских и коммерческих продуктов, от автомобилей до микроволновых печей и устройств Интернета вещей, которые автоматизируют работу интеллектуальных объектов.

На протяжении многих лет производители печатных плат не отставали от проблем отрасли и ответили наплывом новых технологий и методов.К ним относятся миниатюризация печатных плат, гибкие печатные схемы и растущий спрос на экологически чистую электронику.

При производстве печатных плат используются методы, позволяющие снизить потребление энергии, выбросы углерода и использовать нетоксичные и экологически чистые материалы. Здесь мы обсудим свинец и бессвинцовый припой, сравним, с чем легче работать, и обсудим, как ваш контрактный производитель должен помочь вашей компании соблюдать директивы RoHS, которые ограничивают использование опасных веществ в электрическом и электронном оборудовании.

Из чего сделаны свинцовые и бессвинцовые припои?

Свинцовый припой (также известный как припой СНПБ) — это металлический сплав со свинцом (Pb в периодической таблице элементов) и оловом (Sn в периодической таблице) в качестве основных компонентов. Много лет назад свинцовые трубы и любые водопроводные трубы, соединенные свинцовым припоем, были запрещены в новых водопроводных системах США. Вскоре позже были учтены профессиональные риски пайки свинцом, и припой на основе свинца стал документированной опасностью для здоровья на рабочем месте.Пыль и пары, образующиеся при пайке свинцом, считаются токсичными при вдыхании.

По этим причинам использование свинцового припоя постепенно прекращается из-за его негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека . Но как производитель продукции вы по-прежнему хотите, чтобы ваши партнеры по контракту поставляли высококачественные компоненты с надежными паяными соединениями и схемами печатных плат.

Бессвинцовый припой заменяет обычные припои 60/40 и 63/37 SnPb. В 2006 году Европейский Союз (ЕС) принял Директиву об ограничении использования опасных веществ (RoHS), и США последовали ее примеру, предоставив налоговые льготы любой компании, сократив использование припоев на основе свинца.Составы современных бессвинцовых припоев, которые имеют различное процентное содержание следующего:

• Медь
• Олово
• Серебро
• Никель
• Цинк
• Висмут
• Сурьма

Конечная цель — выбрать качественные припои, которые в сочетании с другими металлами будут иметь отличные механические свойства.

Сравнение свинцовой и бессвинцовой паяльной пасты

При рассмотрении температуры пайки это будет зависеть от состава сплава и качества, но обычно припой 60/40 олово / свинец становится жидким при температуре 361 ° F. Чем выше содержание олова, тем выше температура плавления и стоимость продукта. . С свинцово-оловянными припоями легче работать, они хорошо текут и быстрее нагреваются до рабочей температуры.

Но, что касается безопасности, риски свинцового припоя велики, и его следует использовать только с разрешения регулирующих органов. Его также необходимо утилизировать должным образом. Свинец вреден для окружающей среды и токсичен для организма с дополнительной опасностью быстрого всасывания в кровоток.

Бессвинцовая паяльная паста плавится при более высоких температурах около 422 ° F. Хотя более высокие температуры потребуют изменения методов пайки, соединения, спаянные с помощью бессвинцовой паяльной пасты, оказались надежными.

Поскольку бессвинцовая паяльная паста не смачивает так же хорошо, как свинцовый припой, следует ожидать, что паяные соединения будут отличаться по внешнему виду.

Другие факторы, которые следует учитывать

Надежность любого паяного соединения или цепи зависит от уменьшения или устранения дефектов пайки.Для этого необходимо учитывать множество факторов, в том числе:

• Температура
• Вибрация
• Олово усы
• Время предварительного нагрева и производительность
• Уровни навыков оператора

Все эти факторы, включая использование качественной паяльной пасты, будут иметь значение при производстве надежных печатных плат. А когда дело доходит до бессвинцовых припоев, все сводится к выбору правильной рецептуры и ее согласованию с правильным применением. Вот где ваш производитель печатных плат является ценным активом.В идеале ваш партнер должен иметь большой опыт в соблюдении требований RoHS.

Рассматривая паяемость и качество соединений бессвинцового припоя по сравнению со свинцовыми припоями, следует ожидать прочного механического соединения с бессвинцовым припоем. Свинцовый припой образует блестящий и гладкий паяный шов для более высокого качества. Но с печатными платами и другой внутренней сборкой электроники потребитель редко заметит эту разницу.

Влияние на различные типы пайки

Использование свинцовой паяльной пасты по сравнению с бессвинцовой также повлияет на качество конечного продукта.Но опять же, когда производитель печатных плат реализует жестко контролируемые параметры пайки, эффект сводится к минимуму. Конструктивная компоновка печатной платы и правильный выбор компонентов позволят преодолеть многие проблемы контроля качества.

Выбор продуктов , не содержащих свинца, для пайки волной или сквозной пайки решается в соответствии с конкретными конструктивными параметрами и требованиями к конечным собранным печатным платам.

Более высокие температуры, связанные с бессвинцовой пайкой, означают, что правильная компоновка платы и выбор компонентов будут обязательными для предотвращения разложения металла или повреждения чувствительных электронных компонентов.Это особенно верно во время оплавления, когда высокие температуры присутствуют в течение длительного времени.

RoHS и ваш контрактный производитель печатных плат

Для качественных потребительских товаров требуются хорошие паяные соединения, которые не вызывают скрытого сопротивления в цепи и не действуют как промежуточный тепловой элемент, который может способствовать термомеханической усталости. Когда вы выбираете бессвинцовый припой для использования в производстве печатных плат, уменьшается вероятность образования холодных, сухих соединений, которым не хватает механической прочности.

Производитель вашей печатной платы должен помочь вам решить все вопросы соответствия материалов RoHS, которые влияют на ваши электронные печатные платы.Поскольку на рынках США происходит постепенный переход к бессвинцовой пайке, многие компании следуют директиве ЕС RoHS с ограничениями на использование свинца в электронике. Это означает, что ваши устройства могут производиться в Америке и продаваться в Европе.

Одна модификация материалов и / или технологий для пайки может изменить весь процесс сборки и производства печатной платы / устройства. Цель вашего подрядчика по печатным платам — убедиться, что ваши печатные платы и конечные продукты производятся эффективным и экономичным способом, не жертвуя временем выхода на рынок.

Чтобы узнать больше о других правилах производства электроники, которые могут повлиять на ваш дизайн, загрузите нашу бесплатную электронную книгу ниже:

Бессвинцовый припой или припой с свинцом: что лучше

Что лучше всего из новых смесей бессвинцовых припоев для электронных систем безопасности — вы бы порекомендовали никогда не использовать припои на основе свинца — в чем разница и насколько они опасны?

A: Бессвинцовый припой имеет более высокую температуру плавления, что затрудняет работу — она ​​составляет 217 ° C для бессвинцовых припоев по сравнению с 183 ° C для свинцовых сплавов.Это также влияет на тепловой удар — скорость, с которой утюг восстанавливает рабочую температуру.

Преимущества свинцово-оловянных припоев заключаются в том, что их легче довести до рабочей температуры, они хорошо текут, устойчивы к ударам и, как правило, имеют меньше внутренних дефектов в своей структуре после охлаждения, а также во время теплового расширения и сжатия, которое происходит во время их рабочая жизнь в Сиэтле. Свинец также помогает избавиться от усов олова, которые до сих пор доставляют неудобства.

С точки зрения безопасности риски в первую очередь связаны с окружающей средой.Свинец вреден для организма, так как он легко усваивается, но техническому специалисту придется проглотить припой на основе свинца, чтобы он пострадал. Его осторожное и экономное использование, удаление остатков, мытье рук и предотвращение испарения делают процесс в целом безопасным. Пары свинца от пайки не подвергают обычную технологию высокому риску, но вы все равно должны принять меры предосторожности — замаскируйте и поддерживайте температуру вашего железа на рекомендованных уровнях, так как риск выше 300 ° C.

Когда дело доходит до бессвинцового припоя, такие сплавы так же стары, как металлургия — им тысячи лет, так что они не новы в этом смысле, хотя есть новые сплавы, которые пытаются решить проблемы, которые инженеры должны уравновесить.Наиболее распространенной смесью бессвинцовых припоев является оловянно-медная смесь с температурой плавления 217, в которой 99,3% олова смешиваются с 0,7% меди.

Олово-медь — более хрупкий припой, чем аналог свинца — для кабельных соединений мы будем использовать олово-свинец 60/40. Он имеет температуру плавления 183 ° C и температуру жидкости 188 ° C — именно в этом диапазоне пластичности необходимо работать, чтобы гарантировать отсутствие ослабления соединения во время затвердевания, которое позже приведет к растрескиванию или расслоению.

Еще вам необходимо убедиться, что вы используете очищающий флюс из смолы, который очистит поверхности перед соединением, но не оставит следов, которые могли бы повредить физическое / электрическое соединение ваших соединений.Флюс очищает окисление и удаляет кислород, поэтому он не повредит паяльные поверхности во время процесса.

Лучшим бессвинцовым припоем, вероятно, является SN100C от Nihon Superior, который представляет собой сплав SnCuNiGe. Его точка плавления составляет 227 ° C, а 0,05-процентный никель обеспечивает блестящее соединение и снижает эрозию медных прокладок. 0,009% германия способствует смачиванию и препятствует образованию отходов на поверхностях наплавленного металла. Мы никогда не использовали его, хотя мы использовали бессвинцовый припой, и да, это сложнее, но в стабильной среде можно создать работоспособное соединение без свинца.

# securityelectronicsandnetworks.com

[HAKKO] Продукты | Бессвинцовая пайка

Почему бессвинцовый припой стал популярным?

В 1990-х годах была обнаружена проблема, заключающаяся в том, что свинец (Pb), содержащийся в материалах для пайки (таких как Sn-Pb) отработанных электронных компонентов, был расплавлен кислотными дождями и загрязненными грунтовыми водами. С тех пор исследования бессвинцовых припоев продолжаются.С 2000 года под руководством крупных производителей электрического оборудования бессвинцовый припой начал применяться на практике. Использование бессвинцовых припоев стало широко распространенным из-за растущей глобальной тенденции в вопросах защиты окружающей среды, таких как директива RoHS (ограничение на использование опасных веществ, которое вступит в силу Европейским союзом с 1 июля 2006 г.).
Зеленый проект — инициативы HAKKO по вопросам окружающей среды

Что сложного в использовании бессвинцового припоя?

Рассмотрим характеристики бессвинцового припоя.

1. Плохая паяемость

Отсутствие свинца (Pb) снижает текучесть припоя, что приводит к плохой паяемости. Это проблематично не только для нацеливания на P.W.B. или комплектующие, но и для жала паяльника.

Удовлетворительно Хорошая паяемость	Неудовлетворительно Плохая паяемость

2.Более высокая точка плавления

Обычно температура плавления бессвинцового припоя на 20–45 ° C выше, чем у обычного эвтектического припоя. (Популярный тип содержит примерно 40% свинца.)

Предположим, например, что паяльник настроен на температуру 340 ℃ для использования эвтектического припоя (Sn-Pb). Если эвтектический припой заменяется бессвинцовым припоем (Sn-0,7Cu), температура паяльника должна быть около 380 ℃, что близко к максимальной температуре пайки. Такая высокая температура также приводит к сокращению срока службы наконечника (из-за окисления или эрозии), карбонизации флюса в припое и разбрызгиванию флюса и припоя.(Говорят, что использование бессвинцового припоя сокращает срок службы наконечника в 4–5 раз по сравнению с эвтектическим припоем.)

Кроме того, многие недавно разработанные устройства чувствительны к нагреванию. Бывают случаи, когда высокая температура плавления влияет не только на наконечники железа, но и на устройства и P.W.B.

Наконечник из эродированного железа	Флюс и брызги припоя

Тогда какие проблемы возникают при пайке в реальных условиях?
Проблемы с пайкой, зарегистрированные после перехода на бессвинцовый припой:
・ Подача ненадлежащего количества припоя
・ Перегрев и растрескивание
・ Отрыв припоя
・ Смоляное соединение или выступающая сосулька
・ Перемычка

Кроме того, требуются дополнительные расходы, поскольку железные наконечники необходимо заменять чаще.

○ Удовлетворительно Хорошая пайка

Какое решение для успешной пайки бессвинцовым припоем?

Сравнение производственной процедуры свинцовой пайки и бессвинцовой пайки в PCBA

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

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

Сравнение свойств бессвинцового припоя и свинцового припоя

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

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

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

• Бессвинцовый припой имеет худшую смачиваемость, чем свинцовый припой.

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

• Сравнение бессвинцового припоя и свинцового припоя по физическим характеристикам.

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

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

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

Комплексная забота о производстве без свинца

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

• Выращивание оловянных усов

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

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

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

• Выращивание металлических дендритов

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

• Генерация CAF

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

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

• Tin Pest

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

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

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

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

Запрос цены на сборку печатной платы — Свинцовая / бессвинцовая пайка

Полезные ресурсы
• Полнофункциональная услуга по производству печатных плат
• Расширенная услуга сборки печатных плат с несколькими дополнительными опциями
• Введение в технологию производства бессвинцовых печатных плат
• Применение технологии Pin-in-Paste (PIP) в бессвинцовых печатных платах с поверхностью OSP Отделка
• Сравнение надежности паяных соединений со свинцовым и бессвинцовым припоями

Медь и окружающая среда: водопроводные системы для питьевой воды

С момента внесения поправок в Закон о безопасной питьевой воде 1986 года использование свинецсодержащих припоев в системах питьевой воды было фактически запрещено по всей стране.Основное влияние закона оказал на припой, содержащий 50% олова и 50% свинца (50-50), до того момента наиболее широко используемый припой для систем питьевой воды.

Припои на основе свинца заменены припоями на основе олово-сурьмы и олово-серебро. Основное отличие этих припоев от 50-50 состоит в том, что они прочнее и требуют несколько более высоких рабочих температур. Многие сантехники в США десятилетиями использовали их в медных водопроводных системах

Причины запрета

Основанием для беспокойства по поводу общественного здравоохранения является максимальный уровень загрязнения (MCL) свинца в питьевой воде, установленный U.S. Агентство по охране окружающей среды (EPA). EPA установило этот предел для питьевой воды на уровне 50 частей на миллиард. Это очень незначительное количество свинца — 0,000005%. Практический результат этого чрезвычайно низкого предела состоит в том, что некоторые питьевые воды, которые являются мягкими, кислыми и имеют низкую щелочность, могут улавливать (выщелачивать) такое количество свинца из любого припоя, который подвергается воздействию воды внутри водопроводной системы. Исследования EPA и других компаний показали, что в редких случаях, когда происходит накопление свинца, он обычно быстро снижается до низкого уровня после ввода в эксплуатацию новой водопроводной системы, а также что он почти всегда связан с при длительных периодах застоя мягкой кислой воды внутри водопровода.

Вариант очистки воды

Улавливания свинца можно избежать, обработав мягкую, кислую воду с низкой щелочностью, чтобы сделать ее неагрессивной. MCL подлежат исполнению в водопроводном кране потребителя. Позиция EPA заключается в том, что поставщик воды несет ответственность за содержание свинца в этот момент, даже если свинец забирается из водопроводной системы в доме или другом здании. EPA считает, что поставщик воды должен предоставлять воду, не агрессивную по отношению к водопроводным системам.В некоторых населенных пунктах (например, Сиэтл, Вашингтон) это обязательство было признано, и коммунальные системы водоснабжения обрабатываются известью или кальцинированной содой для контроля pH и щелочности и защиты от накопления свинца в системе.

Выбор припоя

Припой

обычно выбирается по трем основным соображениям: простота использования, условия эксплуатации и стоимость.

В прошлом оловянно-свинцовый припой пятьдесят на пятьдесят широко использовался, потому что он был наиболее привычным для сантехников и самым простым в использовании.Он предоставил установщику возможность паять при низкой температуре и, благодаря широкому диапазону плавления, легко заполнял капиллярные пространства.

Однако альтернативные припои могут применяться с одинаковым успехом, используя то же оборудование, что и для 50-50, и без какой-либо необходимости в переподготовке. Фактически, те установщики, которые уже знакомы с этими материалами, находят их столь же простыми в использовании, как 50-50.

Эти бессвинцовые припои наносятся с использованием тех же флюсов, нагревательного оборудования и технологий соединения, что и для припоев на основе свинца.Благодаря своему составу они более текучие и менее вялые в пределах своего диапазона плавления, чем 50-50. В пределах стандартного диапазона допусков для трубок и фитингов, который обычно обеспечивает пространство для капиллярной пайки от 0,002 до 0,006 дюйма, соединения могут быть выполнены с той же легкостью с помощью альтернативных припоев, что и со знакомым, более пастообразным составом 50-50. Для труб очень большого диаметра, где существует большая вероятность того, что капиллярные пространства будут больше, чем 0,006 дюйма, пайка может быть лучшей альтернативой.

Прочностные характеристики

Одним из основных преимуществ припоев олово-сурьма и олово-серебро является то, что соединения, выполненные с их помощью, значительно прочнее, чем соединения, выполненные с использованием олово-свинца 50-50. Это превосходство является основной причиной того, что припои олово-сурьма и олово-серебро уже давно используются для высотных установок, для работы при высоких температурах, для коммерческих холодильных установок и систем кондиционирования воздуха, а также для спринклерных систем пожаротушения из спаянной меди. Поскольку паяные соединения из олова-сурьмы и олова-серебра прочнее, водопроводные системы, установленные с их использованием, могут выдерживать более высокие давления и температуры, чем системы, выполненные с припоем олово-свинец 50-50.

Анализ затрат

Стоимость альтернативных припоев за фунт несколько выше, чем 50-50 фунтов стерлингов. Эта более высокая стоимость материала компенсируется тем фактом, что на один фунт припоев олово-сурьма и олово-серебро может быть выполнено на 20-25% больше соединений, поскольку они легче по весу (более низкая плотность), чем 50-50.