Полезно иметь небольшой запас так называемого «розового сплава», который обладает очень низкой температурой плавления (не превышающей 90-100 градусов Цельсия). Этот сплав окажется полезным при демонтаже радиокомпонентов, которые припаяны к современным печатным платам.
Припои для пайки: классификация, свойства, критерии выбора
Электрическое соединение радиодеталей осуществляется посредством пайки, что дает возможность ремонтировать множество приборов и устройств. В некоторых случаях пайка может объединять компоненты, которые невозможно соединить другими способами. Современные технологии сварки и сварочные инструменты позволяют работать с разнообразными материалами. Однако один тип крепежа не способен удовлетворить все условия эксплуатации, поэтому на практике применяются различные виды сварных швов.
Сварной шов представляет собой композицию легкоплавких металлов, способную создать надежный контакт между двумя поверхностями в процессе сварки. При повышении температуры этот шов преобразуется из твердого состояния в жидкое, что способствует его распространению по ободку соединяемой детали или месту соприкосновения. Это позволяет достичь молекулярного сцепления благодаря высокой степени адгезии.
Металлы-наполнители могут содержать разнообразные элементы, обеспечивающие им нужные эксплуатационные характеристики. Однако наиболее распространенной является смесь свинца и олова: свинец придает прочность и огнеупорность, а олово обеспечивает легкость и более низкую температуру плавления. В состав металлов-наполнителей могут также входить такие компоненты, как серебро, никель, цинк, медь, кобальт, висмут, сурьма и другие.
Процесс плавления различных компонентов осуществляется поэтапно из-за их неоднородного состава. Сначала материал с низкой температурой плавления начинает разрушаться, в то время как более тугоплавкие составляющие остаются неизменными, представляя собой кристаллы. В дальнейшем они также расплавляются, что приводит к образованию однородной смеси, способствующей максимальному заполнению и улучшенному контакту материалов. Для достижения оптимального заполнения и защиты от окислительных процессов флюсы применяются совместно со сварочными технологиями.
Классификация
Все критерии, используемые для классификации сварщиков, представляют собой достаточно обширное и специфическое поле, доступное преимущественно узким специалистам. Для упрощения выбора определённых марок сварочных материалов их производят с учётом конкретных целей, таких как сварка алюминия, ювелирных изделий, медной проволоки, радиодеталей и других. Особенно важно обращать внимание на такие параметры, как температура. Например, при пайке микросхем необходимо избегать использования припоя той же марки, что и при соединении проводков, так как чувствительный компонент может быть поврежден из-за перегрева.
Паяльные флюсы делятся на несколько категорий:
- По способу подачи флюса — бесфлюсовые и самоподающие; в первом случае флюс подается отдельно, во втором — входит в состав.
- По основному сварочному материалу — сварка олова, никеля, кобальта, марганца, титана, серебра, циркония, ванадия, а также смешанная сварка и прочие варианты.
- В зависимости от методов производства имеются сборные конструкции или изделия, созданные непосредственно в ходе сварочных работ,
- Существует также деление по растворимости компонентов на полностью расплавленные и частично расплавленные продукты,
- Что касается форм выпуска — это может быть оловянная проволока, катанка, прутки, стержни, листы, гранулы и паста,
Сварочные материалы
- Температура плавления — существуют сплавы, которые становятся жидкими при низких температурах, и те, что требуют высокой температуры для плавления.
Этот аспект является важнейшим при выборе сварки оловянно-свинцовыми легированными материалами, и поэтому это будет более подробно рассмотрено далее.
Мягкие сварные соединения.
Сплавы, применяемые для сварки методом плавления, представляют собой смеси, которые ликвидны в диапазоне температур от 145°C до 400°C. Однако следует отметить, что их прочность на разрыв сравнительно невысока; для легкоплавких материалов она составляет не более 7 кг/мм². Наиболее распространенными среди них являются сплавы на основе олово-свинца. Мягкие сварные соединения часто находят свое применение в радиоэлектронике, особенно для монтажа печатных плат или компонентов.
Тугоплавкие (жесткие) материалы.
Твердый припой отличается значительно более высокой механической прочностью, однако его температура плавления превышает 400°C, что является серьезным недостатком для большинства радиокомпонентов, так как они могут быть повреждены даже при контакте с горячим жалом паяльника. Основные группы в этой категории представляют собой сплавы на основе меди и серебра. Сплавы меди склонны к взаимодействию с цинком, но очень хрупки, поэтому их можно применять только в твердых соединениях, подверженных лишь статическим нагрузкам. Оборудование для серебряной сварки является универсальным и позволяет выполнять сварку всех видов точечных швов, однако его стоимость также достаточно высока.
Сварочные пасты.
Сварочные пасты являются важным компонентом для соединения радиодеталей, однако их использование ограничивается небольшими легкоплавкими металлическими элементами. Состав таких паст включает измельченные частицы припоя, помещенные в жидкий текучий раствор. Эти пасты применяются на печатных платах или оборудовании, подверженном воздействию высокой температуры, что может оказать негативное влияние на работу устройства. Обычно пасты наносятся без использования электрического паяльника, с помощью горячего воздуха, либо могут выступать в роли проводящего клея.
Клеевая паста наносится поэтапно и может быть размещена с использованием специального трафарета, шприца или капельного картриджа.
Основные характеристики припойных материалов
При выборе подходящего типа клеевого состава для соединения медных или алюминиевых кабелей важно учитывать соответствующие технические спецификации.
Тем не менее, для всех типов составов можно выделить ряд ключевых характеристик:
- Смачиваемость — характеризует, насколько эффективно клей покрывает поверхности и прилипает к сварочным деталям,
- Прочность — указывает на способность материала выдерживать механические нагрузки и напряжения; для улучшения этой характеристики в состав могут быть включены бор, железо, никель, цинк или кобальт,
- Пластичность — достигается путем добавления таких элементов, как марганец, висмут, литий и другие,
- Стойкость к высоким температурам — представляет собой важное качество для сварки твердых сплавов, используемых в котлах, печах, воздуховодах и нагревательных устройствах; это свойство достигается за счет введения в состав вольфрама, циркония, ванадия, нафния, ниобия и прочих компонентов.
- Устойчивость к коррозии с трещинами — улучшается благодаря применению сплавов меди или никеля.
При взаимодействии с радиокомпонентами, такими как резисторы, конденсаторы, диоды, различные индикаторы и катушки, ключевое значение имеет выбор оптимального паяльника для работы с определенным набором электронных элементов и радиокабелей.
Припои
В начале своего пути в радиолюбительстве многие увлеченные радиоэлектроникой редко задумываются о таком важном процессе, как пайка, и о ее основных характеристиках.
Для создания простейшего импровизированного устройства вполне подойдут обычные инструменты, такие как PIC-61 или его аналоги. Как гласит пословица: «если есть что паять…».
При этом совершенно не обязательно приобретать специальный припой. Вы можете взять старую печатную плату от какого-либо электронного прибора и соединить её компоненты с помощью нагретого паяльника, который расплавляет припой на контактах.
Этот метод «добычи» особенно актуален для тех, кто проживает в удаленных от крупных городов местах, где нет доступа к радиомагазинам.
Пайка печатных плат в готовом виде
Тем не менее, сварка и пайка — это совершенно разные процессы. Любой специалист, работающий с электроникой, должен уметь выбирать соответствующий метод. Давайте подробнее разберем, какие существуют материалы для пайки, их предназначение и какие из них подходят для сборки электрических схем и ремонта бытовых радиоприемников.
Среди оборудования для сварки имеются устройства, которые специально разработаны для пайки компонентов, обладающих высокой чувствительностью к перегреву. Наиболее «высокотемпературным» среди низкотемпературных паяльных материалов является ПОСК-50-18, чья температура плавления составляет 142-145°C. Состав этого сплава включает 50% олова, 18% кадмия и 32% свинца. Наличие кадмия в составе увеличивает коррозионную стойкость материала, но одновременно делает его токсичным.
Следующим в списке сортов, расположенных по убыванию температуры плавления, является ROSE (25% Sn, 25% Pb, 50% Bi); этот сплав именуется POSV-50. Температура плавления данного материала ниже точки кипения воды (90-94 °C). Он идеально подходит для соединения меди и латуни. Сплав ROSE состоит из 25% олова, 25% свинца и 50% висмута. Процентное содержание компонентов в этом сплаве может немного варьироваться. Обычно эта информация указывается на упаковке под заголовком «Состав».
Данный сплав пользуется большим спросом среди радиоинженеров и специалистов в области электроники. Он применяется для разборки и сборки компонентов, которые чувствительны к перегреву. Кроме того, он идеально подходит для создания медных дорожек на недавно изготовленных печатных платах.
Также этот сплав используется в предохранителях, которые находят применение в радиоаппаратуре.
Сплав WUDA (Sn 10%, Pb 40%, Bi 40%, Cd 10%) предназначен для работы при еще более низких температурах. Температура его плавления колеблется от 65 до 72 °C. Важно отметить, что из-за наличия кадмия (10%) в составе, сплав WUDA является токсичным и не так безопасен, как сплав ROSE.
Следует упомянуть, что сплавы ROSE и WOODA имеют высокую стоимость.
Паяльная паста
В заключение, стоит упомянуть о паяльной пасте, которая также играет важную роль. Она в основном используется для пайки SMD-компонентов и бессвинцовых микросхем в корпусах BGA.
Этот материал представляет собой серую суспензию, состоящую из очень мелких шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (в составе: 62% олова, 36% свинца и 2% серебра) и флюса. На упаковке написано, что это флюс без флюса, обозначенный двумя буквами NC (No Clean — без очистки). Флюс, содержащий шарики припоя, склонен к высыханию на воздухе, поэтому его необходимо хранить в герметичном контейнере.
Паяльная паста Solder Plus
Паяльная паста применяется в процессе ремонта мобильных телефонов для soldering микросхем, особенно на корпусах типа BGA. Для выполнения таких ремонтных работ требуется дополнительное оборудование, такое как специализированные трафареты. Стоимость пасты достаточно высока, что объясняется наличием серебра в её составе.
В настоящее время бессвинцовые припои нашли широкое применение в массовом производстве электроники.
