CC BY
103Компоненты и технологии, № 2'2002
Продолжение, начало в № 5-62001.
Химия для электроники - III
Путеводитель по химическим продуктам для сервисного обслуживания, эксплуатации и производства электрического и электронного оборудования
Стишок про лудильщика, парня веселого. Он плавит свинец и блестящее олово...
Дж. Родари
Продолжаем знакомство с химическими средствами, применяемыми в электронике. В этой статье речь пойдет о материалах, используемых при пайке. Процесс пайки заключается в том, что соединяемые материалы прикладывают друг к другу и промежуток между ними заполняют расплавленным металлом, который после застывания образует крепко держащую спаиваемые элементы прослойку. Эта прослойка представляет собой эвтектический (объемно-затвердевающий) сплав металлов, процентное весовое соотношение которых определяется стоящими задачами и условиями применения.
Техі
ии
е-
Апександр Переятенец
Таблица 1
Припой
Выбор припоя для пайки зависит:
• от типа соединяемых металлов;
• от способа пайки;
• от температурных ограничений на собственно процесс пайки и последующую эксплуатацию;
• от массогабаритных параметров элементов пайки;
• от требуемой коррозионной стойкости и др. Качественный припой должен соответствовать
следующим требованиям:
• хорошая текучесть в расплавленном состоянии;
• хорошая смачиваемость поверхности соединяемых материалов;
• прогнозируемые параметры в твердом состоянии (механическая прочность, стойкость к воздействию агрессивных факторов окружающей среды, электропроводимость, усадочные напряжения, коэффициент теплового расширения, твердость, относительное удлинение и т. п.)
Отечественные производители выпускают припои
под наименованиями ГОСТа, а импортные, как пра-
Марка припоя Состав, % Область температур плавления, °С
Сплав Гутри Sn 21,1/Pb 20,5/Bi 50/Cd 14,3 45
Sn 8,3/Pb 22.6/Bi 44,7/Cd 5,3/In 19,1 47
Sn 12/Pb 18/Bi 49/In 21 58
Сплав Вуда Sn 12,5/Pb 25/Bi 50/Cd 12,5 65-68
Sn 20/Pb 35/Bi 35,5/Cd 9,5 67-90
Сплав Липовитца Sn 12,9/Pb 27,7/ Bi 49,4/Cd 10 70
Sn 11/Pb 37,7/Bi 42,5/Cd 8,5 70-90
Сплав Д'Арсе Sn 9,6/Pb 45,1/Bi 45,3 79
Сплав Розе Sn 25/Pb 25/Bi 50 93,7
Сплав Ньютона Sn 18,75/Pb 31,25/Bi 50 96
ПОСВ-32-15-53 Sn 32/Pb 15/Bi 53 96
Sn 22/Pb 28/Bi 50 100
вило, классифицируются фирмами-производителя-ми припоев, что усложняет их идентификацию. На мировом рынке наиболее известны припои под торговыми марками производителей: Alpha Metals, ASAHI, Cobar, Ersa, HARRIS, Heraeus, InterFlux, Multicore, Philips, Ctannol. В марках отечественных припоев заложено наименование входящих в их состав химических элементов и их процентное весовое содержание. В области производства и ремонта электрического и электронного оборудования наибольшее применение нашли оловянно-свинцовые припои:
• безсурьмянистые (ПОС);
• малосурьмянистые (ПОССу), где содержание сурьмы составляет менее 0,5 %;
• сурьмянистые (ПОССу), где содержание сурьмыбо-лее 0,5 %.
Химический состав припоя определяет его температуру плавления. Внесение различных добавок приводит к изменению его эксплуатационных свойств. Как правило, припои под торговыми марками известных производителей имеют гарантию
-Q-
Компоненты и технологии, № 2'2002
задекларированной степени чистоты припоя, и, следовательно, соответствие заявленным параметрам. Следует иметь в виду, что длительное нарушение условий хранения не способствует сохранению заявленных свойств и параметров паяльных материалов. Сохранению свойств припоя, способствует использо-
Технологии
вание антиоксидантов и специальных восстановителей припоя.
Форма поставляемого припоя зависит от способа пайки:
• ручной (индивидуальной): контактной, ин-фракракрасной, ультразвуковой, лазерной;
• механизированной (групповой): инфракрасной, волной припоя, двойной волной припоя, в парогазовой фазе, лазерной. Потребителям припои поставляются в форме литых брусков и чушек, прутков, проволоки, трубок, лент, фольги, порошков, а также в виде паяльных паст.
Таблица 2
Марка припоя Состав, % Область температур плавления, °С Область применения
Бп 50/іп 50 117 Пайка на стекло
Бп 33,3/РЬ 33,3/Ві 20/Сс1 13,4 120 То же
ПОСВ-33 Бп 33,4/РЬ 33,3/Ві 33,3 130 Пайка плавких сигнальных предохранителей
Бп 42/Ві 58 139 То же
ПОСК-50 Бп 49,8/РЬ 32/Сс1 18,2 145 Пайка деталей из меди и ее сплавов, не допускающих местного перегрева. Пайка полупроводниковых приборов
Бп 70/РЬ 18/іп 12 150-174 Пайка тонких обмоточных проводов, выводов радиоэлементов и микросхем
Бп 34/РЬ 63/2п 3 170-256 Пайка алюминия и его сплавов
Бп 18/РЬ 80/Ад 2 178-270 То же
Бп 62/РЬ 36/Ад 2 178-190 Пайка серебреных плат, контактов и компонентов с покрытием выводов из золота, серебра, палладий-серебра
ПОСК-47-17 Бп 47/РЬ 36/Сс1 17 180 Пайка проводов и выводов элементов к слою серебра, нанесенного на керамику методом вжигания
Третник Бп 35/РЬ 65 181 Пайка корпусов и экранов
ПОС-61 Бп 59—61/РЬ остальное/БЬ до 0,8 182-185 Пайка монтажных проводов в ПХВ-изоляции, обмоточных проводов, герметичных швов, изделий из закаленной стали. Токоведущих деталей из латуни, серебра, луженого никеля
Бп 49-50/РЬ остальное/Ві до 0,25/БЬ 0,2-0,5 182-216 Пайка в тех случаях, когда требуется повышенная электропроводность
Бп 63/РЬ 37 183 Машинная пайка волной припоя
Бп 60/РЬ 40 183-188 Пайка, требующая хорошего электрического контакта и механической прочности
ПОС-50 Бп 49-50/РЬ остальное/БЬ до 0,8 183-209 Пайка нихрома с нихромом, нихрома с медью и сталью
Бп 50/РЬ 50 183-212 То же
Бп 50/РЬ 49/Си 1 183-215 То же
ПОС-90 Бп 80-90/РЬ остальное/Си 0,08/БЬ 0,1/Ві 0,1/Аз 0,05 183-222 Пайка деталей и узлов под гальванические покрытия, серебреных и золоченых контактов
Бп 45/РЬ 55 183-224 Пайка корпусов и экранов
Бп 40/РЬ 60 183-234 Повышенная механическая прочность
ПОС-40 Бп 39-40/РЬ остальное/Си 0,1/БЬ 1,5-2/Ві 0,1/А 0,05 183-235 Лужение латуни, железа, медных проводов
Бп 30/РЬ 70 183-255 Пайка выводов ламп, обмоток моторов
ПОС-30 Бп 29-30/РЬ остальное/Си 0,15/БЬ 1,5-2/Ві 0,1 183-256 Пайка латуни, меди, железа и оцинкованных листов, белой жести, гибких шлангов
Бп 20/РЬ 80 183-275 Пайка выводов ламп, обмоток моторов
ПОС-18 Бп 17-18/РЬ остальное/Си 0,15/БЬ 2-2,5/Ві 0,1/Аэ 0,05 183-277 Пайка свинца, железа, латуни, меди, оцинкованного железа
Бп 50/РЬ 47/БЬ 3 185-204 Припой с повышенной прочностью на разрыв
Бп 91,1/Сс1 8,9 199 Повышенная механическая прочность
Авиа-1 Бп 55/Сс1 20/2п 25 200 Пайка алюминия и его сплавов
РЬ 50/іп 50 215 Припой с высокой стойкостью к щелочной коррозии
Бп 95,5/Ад 4/Си 0,5 217 Припой с высокой коррозионной стойкостью и электропроводностью
Бп 96/Ад 4 221 То же
ПСр-2 Бп 30/РЬ 63/Сс1 5/Ад 2 225-235 Пайка молибдена и вольфрама
ПОС-15 Бп 15/РЬ 85 225-290 Пайка выводов ламп
Бп 99/Си 1 227-240 Повышенная прочность на разрыв
іп 90/Ад 10 231 Пайка серебра, стекла и керамики
ПС-780л-15Су-7 Бп 15/РЬ 78/БЬ 7 231 Припой с повышенной прочностью на разрыв
Бп 100 232 Прочное, нетоксичное соединение
Бп 94/БЬ6 232-240 То же
ПС-99Ц1 РЬ 98,9/Иа 0,1/2п 1 234 Повышенная прочность на разрыв
ПК600-400 Бп 40/Сс1 60 235 Пайка алюминия и его сплавов
Бп95/БЬ5 236-243 То же
ПКЦ-40-60 Сс1 40/2п 60 240 Пайка магния и его сплавов
ПС-830л-6Су-10 Бп 7/РЬ 83/БЬ 10 242 То же
Пол-70Ц30 Бп 70/2п 30 243 Пайка алюминия и его сплавов
ПОСС 4-6 РЬ 5-6/Бп остальное/БЬ 0,15/Си 0,1 245-265 Паяние белой жести, железа меди, свинца
РЬ 90/БЬ 10 247-248 Повышенная прочность на разрыв
Авиа-2 Бп 40/СсІ 20/АІ 15/2п 25 250 Пайка алюминия и его сплавов
ПСр-1.5 Бп 15/РЬ 83,5/Ад 1,5 265-270 Пайка молибдена и вольфрама
ПОССр-1.5 Бп 15/РЬ 83/Ві 0,75/Ад 1,25 276 Пайка деталей из оцинкованной стали, цинка, медных сплавов
ПСр-2.5 Бп 5,5/РЬ 92/Ад2,5 235-305 Пайка молибдена и вольфрама
Бп 95/БЬ5 236-243 Повышенная прочность на разрыв
Бп 5/РЬ 93/Ад 2 296-301 То же
Бп 1/РЬ 97/Ві 0,25/БЬ 0,25/Ад 1,5 309 Тугоплавкое соединение
ПК60Ц-40 2п 40/Сс1 60 310 Пайка деталей из оцинкованной стали, цинка, медных сплавов
РЬ 95/іп 5 315 Повышенная тягучесть и прочность на разрыв
е
Компоненты и технологии, № 2'2002
При производстве и ремонте электрического и электронного оборудования применяются припои, работающие в температурном диапазоне до 450 °С. В зависимости от температуры плавления припои можно разделить на легкоплавкие и мягкие, с границей раздела в районе 100 °С.
Область применения легкоплавких припоев:
• пайка и лужение в условиях, когда требуется особо низкая температура плавления припоя;
• спаивание металлов с собственной низкой температурой плавления;
• при соединении компонентов, чувствительных к перегреву;
• для использования на первом этапе при многоступенчатой пайке.
Параметры наиболее употребительных легкоплавких припоев приведены в таблице 1.
Применение мягких припоев в области производства и ремонта электрического и электронного оборудования более разнообразно. Предназначение того или иного припоя определяется в зависимости от вида поставки, технологии применения и используемого флюса. Классификация мягких припоев по области применения в зависимости от их состава и температур плавления приведена в табл. 2.
Флюсы
Важную роль при пайке играет флюс, предохраняющий металл от окисления, создает условия для улучшения смачивания металла припоем. Паяльные флюсы применяются:
• непосредственно перед пайкой — для удаления окисной пленки с паяемого материала и с поверхности припоя;
• во время пайки — для предотвращения образования окисных пленок на поверхности паяемого материала и на расплавленном припое.
В процессе пайки, при сборочно-монтажных работах с электрическим и электронным оборудованием применяют два вида флюсов, отличающихся механизмом действия:
• неактивные — образуют покрытие на поверхности металла, защищая его от окисления (например, минеральные масла);
• активные — выполняют роль химических растворителей и поглотителей окислов. Необходимость удаления остатков флюса
после пайки зависит от того, что входит в состав флюса: кислоты или комбинации спиртов.
Техі
ии
При ручной пайке наибольшее распространение получили флюсы, приготавливаемые на основе канифоли с добавлением неактивных веществ: спирта, скипидара, глицерина. Остаток канифоли негигроскопичен и является хорошим диэлектриком.
Машинная (групповая) пайка более ориентирована на использование однокомпонентных, бесканифольных флюсов.
Флюсы могут быть нанесены на поверхность, подготавливаемую для пайки, отдельно от припоя: печатью, распылением в виде пены или аэрозоля, волной, погружением — или одновременно с припоем: во внутренних полостях проволочного припоя или в составе паяльных паст, что позволяет в ряде случаев сократить, а при точечной пайке чистых поверхностей и полностью избежать предварительной обработки паяемых материалов флюсом.
Паяльные пасты
Припойные пасты, как правило, представляют собой смесь мелкодисперсного порошка материала припоя со связующей жидкой основой. Содержание порошка припоя составляет от 80 до 92 %. Припойная паста уже содержит в себе припой и флюс, а их пропорция является одной из важных характеристик пасты. Чаще всего состав паяльных паст выражают через соотношение компонентов материала припоя, размер частиц и активность флюса. Параметры частиц материала припоя в паяльной пасте оказывают существенное влияние на качество паяного соединения. Наиболее важным параметром является размер частиц припоя, который определяет как способ нанесения (дозатор, трафарет), так и собственно характеристики технологического цикла пайки. Как и при любой
комбинации «в одном флаконе», имеются негативные моменты предварительного соединения припоя с флюсом в паяльной пасте. В основном это проявляется в сокращении срока хранения, жестких условиях содержания и ограничениях, накладываемых на период транспортировки собранной платы в зону пайки. Флюс в составе паяльных паст служит не только для активации контактируемых металлических поверхностей, удаления с них окислов и предотвращения окисления припоя в процессе пайки (что необходимо для создания паяного соединения), но и обеспечивает требуемую растекаемость (реологию), а также изменение вязкости со временем (тиксотропность) при нанесении паяльной пасты на печатную плату.
Безопасность применения
Как правило, применяемые припои и флюсы в процессе использования не образуют токсичных или обладающих резким запахом веществ. Требования гигиены труда в радиомонтажном производстве накладывают ограничения на используемые при пайке материалы:
• исключается применение свинцово-кадмиевых припоев с содержанием кадмия более 20 %;
• вводятся альтернативные технологии с применением бессвинцовых припоев;
• осуществляется переход на флюсы, не требующие последующей отмывки.
Однако в процессе пайки происходит выделение дыма, содержащего органические кислоты и пары металлов, которые могут вызвать аллергические реакции, а при длительном воздействии — и заболевания дыхательных путей. Кроме того, вещества, содержащиеся в этих дымах и в продуктах разложения, загрязняют места соединений и являются очагами коррозии. Поэтому рабочее место и зона пайки должны быть снабжены хорошей принудительной вентиляцией или очистными дымоулавливающими системами, ориентированными на очистку от дымов, образующихся в процессе пайки.
Условия и варианты использования химических продуктов, которые находят применение в процессе пайки при сервисном обслуживании, эксплуатации и производстве электрического и электронного оборудования, будут рассмотрены в следующей статье.
