Температура плавления паяльного припоя

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

Существуют неметаллические припои [2] .

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

Содержание

Описание [ править | править код ]

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

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

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

Жидкотекучесть низкотемпературных припоев даёт возможность паять изделия сложной формы.

Классификация припоев [ править | править код ]

Припои принято делить на две группы:

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

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

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

Кроме этих составов в качестве мягких припоев используются также:

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

Твёрдые припои [ править | править код ]

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

Температуры плавления припоев марок ПСр и ПМЦ:

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

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

Температуры плавления медно-фосфористых припоев:

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

Серебряные припои [ править | править код ]

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

Серебряные припои имеют достаточно широкую область применения:

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

Бессвинцовые припои [ править | править код ]

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

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

Паяльные пасты [ править | править код ]

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

Прочие [ править | править код ]

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

Процесс ремонта электроники, произведение работ в радиотехнике происходит с помощью паяльника. Качественная работа служит основанием для долговечного соединения деталей. Работа происходит паяльником, надежное соединения производится не только качественным инструментом, но и флюсом, припоем. Основной припоя является сплав металлов легкосплавного типа, которые расплавляется по достижению определенной температуры. Наиболее подходящим вариантом считается олово в чистом виде, однако материал очень дорогой.

Какие бывают припои

Существует большое количество материалов для пайки, основное разделение происходит на мягкие и твердые. Монтаж радиоаппаратуры происходит при помощи легкоплавкого, его температура плавления колеблется от 300 до 450 °C. По прочности мягкие виды припоев не уступают при пайке другим, используются при сборке практически всех электронных изделий.

Процесс пайки основывается на сплаве олова и свинца определенным стандартом, количеством.

Некоторые тугоплавкие припои имеют легирующие стали, что по позволяет реализовать некоторые параметры при соединении. Примеси используются для достижения определенных характеристик, антикоррозийных свойств, уровней прочности. Припой для пайки используется в большинстве случаев марки ПОС, что означает оловянно – свинцовые припои. Число указывает на процентное содержание составом олова.

Если происходит ситуация, когда припои и флюсы применяемые при пайке неизвестного происхождения, отличить можно по следующим физиологическим свойствам:

• Температура плавления свинцово – оловянных припоев варьируется в пределах от 183 до 265 °C.
• Яркий металлический отблеск выдает высокое содержание олова, предположительно марка ПОС-61 и выше.
• Большое содержание свинца выдается тусклым серым оттенком, матовой поверхностью.
• Большое количество свинца повышает пластичность проволоки, изделие диаметром 6 мм можно легко согнуть руками, а более качественное не гнаться.

Различные виды припоя производятся изготовителями при некоторых факторах. Большинством современных материалов пайки применяется допуск флюса от 1 до 3%, что значительно улучшает условия работы. Нет необходимости подносить жало паяльного инструмента к флюсу каждый раз, если он содержится сердцевиной припоя. Разновидностью свинцово – оловянных изделия является припой марки ПОССу. Обозначение предполагает добавление сурьмы, применяется в различных производствах, подходит к применению с оловянными деталями.

Наиболее распространенным при спайке и лужении медных, бронзовых деталей, через которые проходит течение тока, является припой третник. Температура плавления данной разновидности составляет 190 °C, получается герметичный шов. Зарубежным аналогом считается Sn63Pb37, где соответствующее названию содержание олова к свинцу.

Низкотемпературные припои

Легкоплавкие припои имеют температуру перехода к жидкому состоянию до 450 °C. Применяются радиотехническими соединениями, при спайке проводов, других работах. Основные составляющие таких изделий пайки имеют сплавы олова, свинца, кадмия или висмута. В процессе обезжиривания, лужения технических плат имеют место сплавы Вуда или Розе. Такие вещества переходят в жидкое состояние уже на отметке 70 °C.

Металлы имеют различную температуру плавления, важно ознакомиться с составом припоя перед покупкой.

1. Олово представляет собой легкоплавкий металл, который растворяется серной или соляной кислотой. Плавится металл на отметке 232 °C, воздействие стандартных комнатных температур не влияет на него, однако при отметке -50 °С разрушается составная кристаллическая решетка.
2. Свинец является популярным ввиду своей легкоплавкости, хорошо поддается обработке. Окисляется только поверхность, на которую происходит воздействие окружающего воздуха.
3. Кадмий используется в антикоррозийных целях при пайке изделием из олова и свинца. Сам материал токсичен, плавится при отметке 321 °С.
4. Висмут добавляется в состав ввиду растворимости серной кислотой, азотной средой.

Наиболее удобная форма выпуска для пайки радиодеталей – проволока диаметром 2-2,5 см. Составом современных изделий является канифоль, которая выступает ролью флюса.

Марки мягких припоев для пайки паяльником

Мягкие припои применяются совместно с электрическим паяльником и флюсом. Входящее в состав олово является экологически чистым продуктом, может применяться к соединению элементов пищевой промышленности. Наиболее распространенным является изделие пайки третник, получивший свое название из-за содержания трети свинца составом. Мягкие припои подразделяются на разновидности в соответствии с назначением, температурой плавки.

Низкоплавкие припои используются для пайки чувствительных к перегреву деталей, таких как предохранители, транзисторы. В состав входят свинец, олово, висмут и кадмий, последний материал токсичен, применяется не во всех сферах деятельности. Плавление изделий Вуда начинается с самой низшей температуры – 69 °C.

Отечественные марки продуктов имеют маркировку ПОС, с добавлением некоторых веществ наименование изменяется. К примеру, ПОСВ – 33 имеет равные части свинца, олова и меди, применяется к латунным, медным деталям, требующим герметичного шва.

Основные технические характеристики мягких припоев для пайки
электрическим паяльником

Технические характеристики материалов, применяемых к пайке, разделяются на некоторые параметры:

• проводимость или удельное электрическое сопротивление составляет 0,1 ом на метр. Припой оловянно – свинцового типа проводит электрический ток на порядок хуже, чем алюминий или медь;
• прочность при растяжении измеряется кг/мм, низкотемпературные припои не включают в себя данный параметр, т.к. не рассчитаны на нагрузку. Параметр зависит от количества олова, чем его больше, тем выше число. К примеру, припой марки ПОС – 61 имеет прочность 4,3 кг на мм, а ПОС – 90 4,9 кг/мм.
• температура плавления зависит от назначения, составных частей.

Флюс для пайки паяльником

Вспомогательное вещество, которое способствует растеканию материалов пайки по поверхности спаиваемых деталей — флюс. Качественное соединение создают припои и флюсы, без одной из составляющих пайка невозможна. Распространенным видом флюса является канифоль, производимая из твердых пород хвойных деревьев. Размягчение происходит при 50 °С, а при достижении температуры 250 °C, процесс переходит в кипение состава.

Флюс для пайки алюминия

За счет гидролизами, предусмотренной при изготовлении канифоли, материал не устойчив к воздействию атмосферной среды. После пайки необходимо удалить остатки флюса, т.к. соединение может подвергаться процессу окисления. Впитывая влагу из атмосферы, канифоль может нарушить работу радиотехнических составляющих.

Популярные флюсы для пайки электрическим паяльником

Пайка металлических соединений происходит с применением различных веществ. Флюсы делятся на три основные категории, отличающиеся областью применения, способом приготовления. Процесс подготовки элементов к работе может быть разным, после пайки необходимо удалять остатки описанным инструкцией способом.

1. Не активные канифольные флюсы применяются при пайке меди, других разновидностей мягких металлов. Существует светлая канифоль, которая готова к применению и не включает дополнительные вещества. Спирто – канифольный раствор производится из составляющих концентрацией 1 к 5. Используется при спайке в труднодоступных местах, производится в виде порошка, перед применением необходимо смешать со спиртом. Глицерино – канифольные материалы используется, когда необходимо герметичное соединение.
2. Активные флюсы подходят для пайки драгоценных и цветных металлов, включают хлористый цинк, спирт или вазелин. Последний параметр отличается составной частью, при использовании жидким или пастообразным состоянием. Флюс пастой работать удобнее, возможно наносить прямо на изделие необходимым количеством.
3. Кислотно активный флюс подразделяется на хлористо – цинковый, ортофосфорную кислоту. Исполняется в виде жидких растворов или пасты, с применением канифоли, хлористого цинка, спирта или вазелина.

Ортофосфорная кислота состоит из воды, этилового спирта и самой кислоты плотностью 1,7. Применяется при спайке нержавеющих материалов, меди, серебра. Флюсы на спиртовой основе требуется хранить в герметичной упаковке. Удобная тара для хранения – баночка из-под лака для ногтей, кисточка не реагирует на активную среду, а крышка позволяет плотно закрыть емкость, избегая испарения составляющих.

Паяльные пасты тиноль для пайки

Из предлагаемых веществ имеются паяльные пасты, которые выпускаются с флюсом смешанным видом. Применяется при монтаже бескорпусных элементов, труднодоступных местах. Нанесение происходит специальной лопаткой, затем прогрев электрическим инструментом. Результатом можно наблюдать надежное, качественное соединение, активно используется начинающими мастерами при отсутствии подобающего опыта.

Возможно приготовить сплав для пайки своими руками, для этого понадобится припой, требуемый элементом. Напильником со средней зернистостью измельчается олово для пайки в виде проволоки до состояния металлической крошки. К составу прибавляется флюс, выбранный из вышеперечисленных в жидким состоянии, после этого элементы смешиваются. Изготавливать состав требуется в небольшой емкости, срок хранения ограничен 6 месяцами, после этого происходит окисление металла кислотной средой.

Использование сплавов оловянно свинцовой группы

Процесс пайки представляет собой соединение нескольких металлизированных частей между собой. Температура воздействия при этом не превышает критический порог, при котором происходит разрушение деталей или плат. Основными задачами использования изделий пайки, является обеспечение максимально ровной температурной вязкости, при которой происходит равномерное растекание по поверхности.

Олово для пайки применяется достаточно часто, материал служит составляющей наибольшего количества припоев. В чистом виде металл очень дорог, применяется для спайки важных изделий, элементов. Разделяются по категориям с применением свинца и без него.

Свинцовые припои

Различные материалы для пайки применяются с использованием свинца. Материал отличается легкоплавкостью, мягок и легко поддается обработке. Легко растворяется в щелочной среде, кислотных примесях.

Наиболее популярными в использовании считаются изделия с маркировкой ПОС. Процентное содержание элементов позволяет работать с разными средами и материалами. Отличаются температурными показателями и другими параметрами, которые важны для надежного соединения. К свинцовым соединениям добавляются цинк, висмут или сурьма, которые обеспечивают защиту от окисления и других разрушающих факторов.

Как выбрать припой

Основной задачей перед мастером стоит создание качественного, надежного крепления, которое прослужит продолжительное время. Выбор припоя происходит по следующим параметрам:

• Материалы, которые подвергаются обработке. Необходимо точно ознакомиться с характеристиками материалов, подвергаемых спайке. Существует температурный порог плавления хрупких элементов, транзисторов, конденсаторов и т.д. Радиолюбителями применяются легкоплавкие вещества.
• Состав припоя подбирается по параметрам толщины, назначения изделия. При спайке проводов, других крупных элементов, возможно применение тугоплавких элементов.
• Некоторые случаи требуют выбора оптимальной токопроводности. Сопротивление олова меньше, чем свинца, на высокочастотных платах используется более дорогие марки припоя.

В любой ситуации, необходимо щепетильно относиться к соответствию параметров пайки и изделия. Для спайки используются качественные изделия, цена на них не высока, а выбор на рынке огромен.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

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

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

Виды и характеристики припоев

Бывают мягкими (легкоплавкими) и твердыми. Для монтажа радиоаппаратуры используются легкоплавкие, с температурой плавления 300−450 °C. Мягкие припои уступают по прочности твердым, хотя для сборки электроприборов используются как раз они.

Легкоплавкие сплавы — это обычно сплав свинца и олова главным образом. Немного есть легирующих элементов.

Примеси иных металлов вводятся для получения определенных характеристик:

• пластичности;
• температуры плавления;
• прочности;
• устойчивости к коррозии.

Число в обозначении марки говорит о том, сколько процентов олова в нем содержится. Так, у припоя ПОС-40 технические характеристики таковы, что в нем 40% Sn, а ПОС-60 — 60%.

Если марка неизвестна, состав можно оценить по косвенным признакам:

• Температура плавления ПОС — 183−265 °C .
• Если у припоя металлический блеск, значит, в нем достаточно много Sn (ПОС-61, ПОС-90). Если цвет темно-серый, а поверхность матовая, это говорит о высоком содержании свинца, именно он придает сероватый оттенок.
• Припои, содержащие большое количество свинца очень пластичны, а олово придает прочности и жесткости.

Использование сплавов оловянно-свинцовой группы

К таким сплавам относятся следующие:

• ПОС-90 содержит в составе: Pb — 10%, Sn — 90%. Используется для ремонта медицинского оборудования и пищевой посуды. Токсичного свинца немного, так как нельзя, чтобы он соприкасался с пищей и водой.
• ПОС-40: Pb — 60%, Sn — 40%. Главным образом используется для пайки электроаппаратуры и изделий из оцинкованного железа, также с его помощью чинят радиаторы, латунные и медные трубопроводы.
• ПОС-30: Sn — 30%, Pb — 70%. Применяется в кабельной промышленности, для пайки и лужения и листового цинка.
• ПОС-61: Pb 39%, Sn 61%. Как с ПОС-60. Нет особой разницы.

С помощью ПОС-61 осуществляется лужение и пайке печатных плат радиоаппаратуры. Это — главный материал для сборки электроники. Плавиться начинает с 183 °C, полное расплавление при 190 °C. Паять с этим припоем можно при помощи обыкновенного паяльника, не боясь того, что радиоэлементы перегреются.

ПОС-30, ПОС-40, ПОС-90 расплавляются при 220−265 °C. Для многих радиоэлектронных элементов эта температура предкритическая. Сборку самодельных электронных устройств осуществлять лучше с ПОС-61, чьим зарубежным аналогом можно считать Sn63Pb37 (где Sn 63%, а Pb 37%). Также с его помощью паяется радиоаппаратура и самодельная электроника.

Припои продаются, как правило, в тюбиках или катушках по 10−100 г. Состав сплава можно прочесть на упаковке, к примеру: Alloy 60/40 («Сплав 60/40» — ПОС-60). Выглядит, как проволока диаметром 0,25−3 мм.

Нередко в его составе находится флюс (FLUX), заполняющий сердцевину проволоки. Содержание указывается в процентах и составляет 1−3,5%. Благодаря этому форм-фактору во время работы отсутствует необходимость подавать флюс отдельно.

Разновидность ПОС — ПОССу представляет собой оловянно-свинцовый сплав c сурьмой, и используется в автомобилестроении, в холодильном оборудовании, для пайки элементов электроаппаратуры, обмоток электромашин, кабельных изделий и моточных деталей; подходит для спаивания оцинкованных деталей. Кроме свинца и олова в сплаве 0,5−2% сурьмы.

Как показывает таблица, ПОССу-61−0,5 больше всего подходит для замены ПОС-61, ведь температура его полного расплавления — 189 °C. Существует также припой совершенно не содержащий свинца, оловянно-сурьмянистый ПОСу 95−5 (Sb 5%, Sn 95%) с температурой плавления 234−240 °C .

Низкотемпературные припои

Есть припои, предназначенные специально для пайки деталей с большой чувствительностью к перегреву. Наиболее «высокотемпературный» среди низкотемпературных — это ПОСК-50−18 с температурой плавления 142−145 °C. В ПОСК-50−18 содержится 8% кадмия, 50% олова и 32% свинца. Кадмий усиливает устойчивость к коррозии, однако наряду с тем придает токсичности.

По убыванию температуры следует РОЗЕ (Sn 25%, Pb 25%, Bi 50%), маркирующийся ПОСВ-50. Т пл. — 90−94 °C. Предназначен для пайки латуни и меди. Олова в составе этого сплава 25%, свинца — 25%, висмута — 50%. Соотношение металлов в процентах может несколько разниться, а количество их, как правило, указывается на упаковке в графе «Состав». Этот припой крайне популярен у электронщиков. Используется при демонтаже/монтаже элементов, чувствительных к перегреву. Помимо всего прочего сплав идеален для лужения медных дорожек новехонькой печатной платы.

Применяется в плавких защитных предохранителях в радиоаппаратуре.

Еще более низкотемпературный сплав ВУДА (Sn 10%, Cd 10%, Pb 40%, Bi 40%). Т плавления — 65−72 °C. Поскольку в сплаве содержится 10% кадмия, он токсичен, в отличие от РОЗЕ.

И РОЗЕ, и ВУДА — это довольно дорогие припои.

Паяльная паста

Главным образом используется для пайки компонентов монтируемых поверхностно (SMD’шек), а также безвыводных микросхем в BGA корпусах.

Выглядит как кашица серого цвета, состоит из мельчайших шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (серебра 2%, свинца 36%, олова 62%), также в составе содержится безотмывочный флюс. О том, что флюс безотмывочный, говорят две буквы на упаковке NC (No Clean). Флюс, содержащий шарики припоя, высыхает на воздухе, поэтому хранится паста в закрытой упаковке.

Используется это средство при сложном ремонте сотовых и для пайки микросхем в корпусе BGA. Ее применение предполагает использование дополнительного оборудования для ремонта мобильных, к примеру, специальные трафареты. Стоит паста довольно дорого, поскольку содержит серебро.

Сейчас в производстве электроники массово применяются припои без свинца.