Эвтектический припой что такое

Бессвинцовая пайка: подробности, альтернативы, особенности монтажа

Безсвинцовая пайка диктует перемены

К счастью, уже была проделана большая часть работы по определению жизнеспособной композиции безсвинцового припоя, комбинации материалов и условий технологических процессов пайки, обеспечивающих экономическую целесообразность, а также надежность, равную или лучшую, чем у технологий, основанных на использовании оловянно-свинцовых припоев.

Проводимые электронными компаниями мира программы перехода на полностью бессвинцовое производство электроники набирают темпы. В Японии работы подошли к заключительной стадии. Европейские законодатели торопят своих производителей отказаться от использования свинца в припоях для пайки электронной аппаратуры. Американские законодатели еще не определились с решением этой проблемы. Но все фирмы, поставляющие оборудование и материалы, стараются предложить рынку решения для перехода на безсвинцовую технологию.

Существуют две основные причины перехода к бессвинцовым технологиям.

Существует пять основных групп бессвинцовых припоев.

На рынке на сегодняшний день представлено множество бессвинцовых припоев с целой номенклатурой температур плавления. Однако те, что показывают лучшие результаты в пайке оплавлением и волной, обладают значительно более высокими температурами плавления, чем оловянно-свинцовые припои, заменить которые они призваны.

Для собираемых материалов и компонентов это означает необходимость применения более высокой температуры, требуемой для пайки оплавлением, волной и ручной пайки. Повышенные температуры означают изменения в материалах, оборудовании и процессах.

Учитывая, что бессвинцовые припои ведут себя отчасти не так, как оловянно-свинцовые, для достижения успешного безсвинцового монтажа необходимо принимать во внимание множество важных факторов.

Как и во многих вопросах, связанных с переходом на безсвинцовую сборку, поставщики становятся все больше осведомлены о возникающих проблемах, и часто могут предложить специфические решения. Трудно переоценить важность установления диалога с производителями оборудования.

Используют бессвинцовые припои от таких известных производителей как Interflux, Ku Ping Enterprice Co., которые производятся только из металлов первой плавки и имеют высшую степень очистки согласно общеевропейским нормам.

Традиционный монтаж в электронной промышленности основан на использовании оловянно-свинцовых припоев с содержанием олова и свинца в отношениях 60:40 или 63:37 с температурой плавления, равной или близкой к 183°С.

Было предложено много бессвинцовых припоев в замен традиционных, содержащих свинец, с температурами плавления от значительно более низких до значительно более высоких, чем у обычных припоев. Для того чтобы установить определенное соответствие бессвинцовых припоев припоям, содержащих свинец, ряд таких организаций, как Soldertec, IPC и Intellect, рекомендовали промышленности в большинстве применений ограничить свой выбор припоев и специальных сплавов.

Припои, основанные на сплаве олова, серебра и меди, известные как припои SAC, широко используются как для пайки оплавлением, так и для пайки волной. Оловянно-медные припои используются в волновой пайке. Температуры плавления этих припоев лежат в диапазоне 215…220°С. Для волновой пайки подходит оловянно-медный эвтектический сплав (Sn-0,7Cu) с температурой плавления 227°С, являющийся одним из наиболее дешевых бессвинцовых сплавов на рынке.

Таким образом, для большинства Европейских компаний, переходящих на бессвинцовые припои, ключевые проблемы во всем процессе производства сосредоточены вокруг использования разных составов припоев и факта, что все они, по всей видимости, потребуют более высоких температур пайки.

Бессвинцовая пайка оплавлением

Для высоких пиковых температур пайки возможно понадобится изменить и оптимизировать как оборудование, так и параметры процесса, такие, как кривая плавления для каждого конкретного сплава.

Для большинства применений, использующих стандартные компоненты и печатные платы, было определено, что с введением лучшего контроля за процессом пайки, пиковая температура пайки должна быть выше только на 15…20°С температуры плавления припоя.

Поддержание температуры плавления как можно более низкой позволяет уменьшить нагрузки, которым подвергаются печатные платы и установленные на них компоненты. Уход от чрезмерных температур также помогает уменьшить интерметаллические образования, особенно в паяных соединениях, подвергаемых более чем одному циклу пайки. Температурное профилирование необходимо для определения оптимальной кривой плавления, особенно в случаях сложных печатных плат.

Основной вклад в оптимальную кривую плавления вносят размер и вес сборки, плотность компоновки, соотношение больших и малых элементов, а также тип используемой паяльной пасты. Кривая плавления должна также оптимизироваться для каждого выбранного сплава.

Условия пайки также должны быть оптимизированы для комбинации типа сборки, паяльной пасты и прочих ограничений, связанных с используемыми материалами. Безсвинцовые компоненты могут паяться конвекционно, но многие проблемы могут быть решены применением современных печей с принудительной конвекцией и большим количеством нагретых зон с более точным контролем над процессом плавления.

Печи с атмосферой азота показывают лучшие результаты по смачиваемости при более низких пиковых температурах, при этом позволяя получить более низкий градиент температур по сечению платы, что, несомненно, является преимуществом в случае двухсторонней сборки. Вследствие использования более высокой температуры при пайке бессвинцовым припоем в отдельных случаях платы больше подвержены короблению в ходе пайки. Впрочем, эта проблема может быть решена использованием конвейера с поддержкой центральной части плат.

Ключевым требованием для формирования высококачественного паяного соединения в процессе пайки волной является правильная комбинация флюса, нагрева и припоя. Критические переменные включают нанесение флюса, подогрев, температура припоя и время воздействия припоя.

В случае условий волновой пайки, не оптимизированных под конкретный тип платы и сплав припоя, могут создаться условия для множества дефектов. Среди прочих возможно образование перемычек между контактными площадками, пайка с излишками припоя. Платы могут также коробиться.

Феномен, известный как отслаивание контакта, наблюдался в бессвинцовых сборках, впрочем это не приводит к каким-либо значительным отказам. Могут иметь место другие проблемы, включая отслаивание контактных площадок и разрыв соединений.

Использование разных типов припоев приводит к возможности нежелательного загрязнения тигля, приводящего к композиционным изменениям состава припоя. Увеличение содержания меди в припое приведет к интерметаллическим образованиям, уровень которых увеличивается с увеличением температуры пайки.

Со временем концентрация меди может достичь 2%, что приведет к дендритной кристаллизации, возникающие при этом оловянно-медные образования оседают на дне тигля, затрудняя смену припоя. Как только концентрация меди превысит 1,55%, целесообразно слить припой, заменив его новым. Тип гальванического покрытия контактов печатных плат также оказывает влияние на уровень растворения меди в ванне с припоем, и применение никелирования может иметь положительный эффект.

Безсвинцовые припои не смачивают паяемую поверхность так эффективно, как оловянно-свинцовые эвтектические припои, поэтому требуются большее время воздействия припоя и большая температура тигля. Впрочем, применение атмосферы азота может значительно улучшить смачиваемость, позволяя снизить температуру тигля при пайке бессвинцовым припоем, не ухудшая свойства пайки.

Как правило, ручная пайка обычно выполняется ближе к концу процесса сборки. Обычно к этому моменту большая часть элементов установлена, а значит, правильно налаженный процесс безсвинцовой пайки необходим для того, чтобы избежать дорогостоящих ошибок.

Форма и состояние наконечника, а также мощность паяльника и продолжительность нагрева соединения также должны учитываться. Потребуется более частая замена наконечников паяльника из-за того, что припои с высоким содержанием олова разрушают покрытие жала, служащее защитой от растворения медного основания, а также из-за высоких температур и более агрессивных флюсов.

Отдельно необходимо отметить припои, содержащие висмут. Эти сплавы не могут применяться в процессах, где присутствует свинец (покрытия платы или выводов компонентов). Существует еще несколько сплавов, которые могли бы применяться в различных областях промышленности. Но из-за специфических свойств и содержания дорогостоящих металлов их применение существенно ограничено.

Особенности монтажа компонентов по технологии lead-free

В 2006 году в странах ЕС вступит в силу Соглашение, запрещающее использование в производстве веществ, содержащих вредные примеси (в частности, свинец). В связи с этим можно прогнозировать рост интереса разработчиков к появившимся в последнее время электронным компонентам, выполненным по технологии lead-free. Данные компоненты при пайке требуют специализированных припоев, в состав которых не входит свинец (бессвинцовые паяльные пасты).

Ниже приводятся таблицы кратких характеристик Sn/Pb и бессвинцовых паст:

Материал выводов	Режим пайки	Материал корпуса	Ограничения
SnPb	Припой SnPb Стандартный режим пайки	Обычный корпус	Отсутствуют
Sn	Припой SnPb Стандартный режим пайки	Выдерживает высокие температуры	Отсутствуют
SnPb	Бессвинцовый припой Пайка при 255°C (+5/-0°C)	Обычный корпус	Если в пасте присутствует висмут, то под воздействием температуры взаимодействие со свинцом может вызвать расслоение и ослабление паяного соединения
Sn	Бессвинцовый припой Пайка при 255°C (+5/-0°C)	Выдерживает высокие температуры	Отсутствуют

Материал выводов	Режим пайки	Материал корпуса	Ограничения
SnPb	Припой SnPb Стандартный режим пайки	Обычный корпус	Отсутствуют
Sn	Припой SnPb Стандартный режим пайки	Выдерживает высокие температуры	Температура пайки более 220°C, достаточно для расплавления BGA-выводов
SnPb	Бессвинцовый припой Пайка при 255°C (+5/-0°C)	Обычный корпус	Возможно расслаивание или окисление BGA-выводов и, как следствие, отсутствие паяного соединения
Sn	Бессвинцовый припой Пайка при 255°C (+5/-0°C)	Выдерживает высокие температуры	Отсутствуют

Применение бессвинцовых паст требует большей температуры нагрева и более точного мониторинга всего технологического процесса пайки.

Источник

Все про припой ПОС

Приветствую дорогих сердцу читателей! В этом материале я постарался собрать все данные про припой ПОС. Этот Припой Оловянно-Свинцовый является самым популярным припоем для монтажа радиодеталей и чаще остальных применяется в радиотехнике. Постараюсь объяснить почему это так и расскажу про разновидности и технические характеристики припоев серии ПОС. А еще открою страшную тайну по поводу припоев ПОС-60 и ПОС-62. Поехали!

Виды припоев ПОС

Для начала вспомним, какие бывают припои из сплавов оловянно-свинцовой группы. Самые популярные — это бессурьмянистые припои ПОС-10, ПОС-40, ПОС-61 и ПОС-90. Припой ПОС с содержанием сурьмы называется ПОССУ. Сурьма в составе припоя добавляет ему несколько процентов по прочности.

Когда мы говорим про плавление смеси олова и свинца, нужно помнить про определения солидуса и ликвидуса. При нагревании любой смеси двух и более металлов происходит сначала расплавление (преобразование из твердой в жидкую фазу) самых легкоплавных частиц. Эта температурная отметка называется солидусом сплава.

При дальнейшем росте температуры начинают плавиться более тугоплавкие компоненты. Как только они расплавятся, наступает точка ликвидуса. Теперь припой ПОС полностью расплавлен. Подробнее этот процесс поясняет картинка, выдранная из презентации на тему сплавов.

Между этими двумя точками находится состояние повышенной пластичности припоя. В этом состоянии припой можно тянуть и деформировать без потери целостности.

Существуют эвтектические сплавы — припои, у которых точка солидуса и ликвидуса совпадает. Это очень удобно при пайке и говорит о высоком качестве припоя.

Про состав припоя

Прочность припоя зависит не только от легирования сплава, но и от паяемого металла. Например, для пайки меди или цинка в припой ПОС добавляют несколько процентов меди или цинка соответственно. Это снижает химическую эрозию металла и увеличивает поверхностную прочность соединения.

Легирование припоя

Для улучшения эксплуатационных характеристик применяют легирование припоя следующими веществами:

Технические характеристики припоев ПОС и ПОССу

Чтобы не расписывать все технические характеристики припоев оловянно-свинцовой группы, просто приведу таблицу параметров. По ней можно определить температуру плавления, плотность, удельное электросопротивление, теплопроводность, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударную вязкость и твердость по Бринеллю припоев.

Анализ таблицы показывает, что самым легкоплавким среди списка является кадмиевый припой ПОСК 50-18 с характеристикой по температуре плавления 145 градусов Цельсия. Самым прочным является припой для пайки ПОССу 4-6 с временным сопротивлением разрыву 6,5 кгс/кв. мм.

Технические характеристики припоя ПОС-10

Припой ПОС 10 имеет отличительный химический состав. Он содержит 9-10 % олова, около 89 % свинца, 0,2 % висмута, 0,1 % сурьмы и остальные примеси в незначительных количествах. Припой ПОС-10 применяется для пайки и лужения контактных поверхностей электроники. Например им паяют реле и заливают контрольные пробки в корпусах радиоэлектроники.

Температура пайки ПОС-10 составляет 299 градусов Цельсия. Точка солидуса равна 268 градусов.

Технические характеристики припоя ПОС-30

Припой для пайки марки ПОС 30 является промежуточным звеном между ПОС 10 и ПОС 40. Состав припоя ПОС 30 следующий: 30 % олова и 69,5 % свинца. Остальное — это примеси и легирование. Припой ПОС 30 может быть легко заменен на ПОС 40, о котором рассказано ниже. Температура плавления (ликвидус) равна 238 градусов, а температура пластичности (солидус) равна 183 градуса Цельсия. Согласно техническим характеристикам, припой ПОС 30 чаще применяется для пайки и лужения листового цинка и радиаторов.

Технические характеристики припоя ПОС-40

По химическому составу припой ПОС 40 состоит на 39-41 % из олова, на 59 % из свинца. Остальные примеси в таком же соотношении, как и у ПОС-10. Припой для пайки ПОС-40 часто применяется для пайки и лужения корпусов радиоаппаратуры из оцинкованного железа с оцинкованными швами.

Температура пайки припоя ПОС-40 равна 238 градусов Цельсия, а солидус — 183 градуса.

Страшная тайна припоя ПОС-60

Вот и настало время страшной тайны припоя ПОС 60. Согласно ГОСТ 21930-76 под названием «Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия» и ГОСТ 21930-76 «Припои оловянно-свинцовые в изделиях. Технические условия», такого припоя, как ПОС-60 просто не существует. Сам ГОСТ 21930-76 можете скачать и посмотреть. Вот полная таблица из этого ГОСТа.

Так что «ПОС-60» — это жаргонизм или народное обозначение «припоя, которым все паяют». Мне кажется, что это связано с путаницей в обозначении ПОС-61. Потому что при содержании олова в припое по ГОСТу от 59 до 61 % логичнее его называть ПОС-60, а не ПОС-61.

Среди припоев, произведенных по международным стандартам существует припой Sn60Pb40. Это припой для пайки с содержанием олова 60 % и свинца 40 %. Его можно было бы назвать ПОС-60, если разработать хотя бы ТУ под него. Согласно международным данным, в которых описаны характеристики, температура плавления припой 60/40 равна 191 градус Цельсия.

Та же история с припоем типа ПОС-62. Такого свинцового припоя по ГОСТу пока не придумали. Так что, если у меня спросят «а какая температура плавления припоя ПОС-62», я знаю, что ответ c цифрой 184 градуса Цельсия нужно искать с импортном каталоге припоев. Вот например, можно воспользоваться каталогом припоев компании Kester.

Технические характеристики припоя ПОС-61

Состав припоя ПОС-61

Химический состав припоя ПОС-61 следующий:

Температура пайки припоя ПОС-61 составляет 220 градусов Цельсия. Солидус равен 183 градуса. Я даже снял видеоролик о плавлении этого припоя в замедленной съемке на свой Olympus Tough TG-860 с частотой 240 кадров в секунду.

Припой ПОС 61 ГОСТ 21931-76 имеет следующие технические характеристики:

Технические характеристики припоя ПОС-63

Припой ПОС 63 описан в ГОСТе и в отраслевом стандарте OCT 4Г 0.033.200. Под припоем ПОС-63 понимают такой сплав, который состоит на 63 % из олова и на 37 % из свинца. Это некая модернизация припоя ПОС-61, подогнанная под международный стандарт J-STD 006В. Большинство хороших китайских припоев также имеют маркировку Sn63Pb37. Это эвтектические сплавы с температурой плавления 183 градуса Цельсия.

Применяется ПОС-63 для пайки и лужения выводов микросхем и корпусированных радиокомпонентов, печатных плат, проводов и кабелей. В общем, из современных припоев — этот самый распространенный. Технические характеристики припоя ПОС 63 примерное такие же, как у ПОС-61. Но точных значений я пока не нашел.

Технические характеристики припоя ПОССу-61-0,5

Маркировка припоя ПОССу-61-0,5 обозначает тип сурьмянистого припоя с содержанием олова 61 %, сурьмы до 0,5 % и свинца около 38 %. Такой припой применяется для пайки и лужения печатных плат и оцинкованных радиодеталей при повышенных требованиях по температуре эксплуатации. А вот его температура плавления равна 189 градусов.

Технические характеристики припоя ПОС-90

Припой марки ПОС-90 на 90 % состоит из олова и на 10 % из свинца. Еще в нем около 0,1 % сурьмы и 0,05 % меди. Применяется он в основном для пайки и лужения внутренних швов пищевой посуды и медицинской аппаратуры. Да, 10 % свинца и уже можно пихать в пищевые продукты — удивительно, но все по ГОСТу 1976 года. Согласно техническим характеристикам температура плавления припоя типа ПОС 90 равна 220 градусов.

Винтажный припой

Что такое винтажный припой хорошо знают любители Hi-End электроники. Чаще всего, это припой для пайки аудиотехники, произведенный в 30 — 50-хх годах прошлого века. Такие припои имеют высокую чистоту компонентов, что положительно сказывается на звуке наивысшего качества. Чтобы услышать эффект от такого припоя, нужны не только высококачественный источник звука, излучатель звука, но и прекрасный слух. Специалисты отслушивают припой и составляют свои сплавы для лучшей звукопередачи.

Одним из самых крутых для меломанов является американский припой фирмы Kester бородатых годов. Его продают по 10 баксов за метр. И с каждым годом его становится все меньше. По химическому составу близок к ПОС-90, но не совсем. Припой марки Kester содержит 85,9 % олова, 8,5 % свинца, 3,28 % серебра, 0,34 % меди, 0,79 % натрия, 0,55 % магния и 0,27 % ртути. Вот уж гремучая смесь.

Те, кто не может достать винтажный припой, выкупают старую электронику послевоенного периода и сплавляют припой оттуда. Так получается очень приличный полуфабрикат.

Существуют также сплав, в которых припой для пайки содержит 50 % олова и 50 % свинца. Он так и называется Sn50Pb50.

Надеюсь, что теперь ты понимаешь больше в теории припоев. Например, чем отличается и в чем разница между припоями ПОС 60 и ПОС 61. Сможешь расшифровать состав припоя ПОС 18 и прикинуть его достоинства и недостатки. Легко ранжируешь припои марки ПОС по токсичности, зная их химические составы.

Материал собрал и подготовил Мастер Пайки. А какой твой любимый припой из оловянно-свинцовой группы?

Источник

Немного о бессвинцовой пайке

В 2003 году Европейским парламентом и Советом по отходам электрического и электрон­ного оборудования (WEEE) введена директива, регламентирующая применение и утилизацию продукции радиоэлектронной промышленности, имеющей в своем составе тяжелые металлы и огнезащитные составы. Это было обусловлено влиянием тяжелых металлов и составов, приме­няемых при производстве радиоэлектронной про­дукции на жизнь людей, пользующихся электрон­ными устройствами.

В настоящее время радиоэлектронные приборы часто меняют не потому что они выработали свой рабочий и ремонтный ресурс, а в связи с непре­стижностью той или иной «старой» модели этого устройства. Сейчас проблема утилизации продук­ции радиоэлектронной промышленности, содержа­щей свинец и его соединения, стоит особенно ос­тро. По ряду опубликованным данным основными потребителями свинца являются автомобильная и военная техника. В электронной промышленности, по данным различных источников, доля свинца со­ставляет от 0,5 до 7%.

Свинец (Рb) — это легкоплавкий металл сере­бристо-белого цвета с синеватым отливом и тем­пературой плавления 327,46°С. Он имеет плот­ность 11,34 г/см 3 (при 20°С). Свинец и его соединения токсичны. Свинец накапливается в ко­стях и может вызывать их разрушение, осаждать­ся в печени и почках. Свинец негативно воздей­ствует на кровеносную систему и центральную нервную систему, а также негативно сказывается на репродуктивной функции человека. Особенно опасно воздействие свинца на детей: при длитель­ном воздействии может вызывать умственную отсталость и хронические заболевания мозга.

В изделиях электронного производства свинец, в основном, применяется в припоях, при пайке изделий и в покрытиях выводов компонентов и печатных платах. Для монтажа радиоэлектронной аппаратуры ранее наиболее широко применяли легкоплавкие припои ПОС (припой оловянно-свин­цовый), цифры, стоящие после этой аббревиатуры, обозначают процент содержания олова в припое. Хорошо паяются оловянно-свинцовыми припоями такие металлы, как золото, серебро, палладий и их сплавы, а также медь, никель, латунь, бронза. Пло­хо поддаются пайке оловянно-свинцовыми припо­ями железо, сталь, чугун, алюминий (металлы приведены в порядке ухудшения качества пайки).

При описании свойств припоев очень часто пользуются термином эвтектический припой. Эв­тектический припой — это сплав металлов в такой пропорции, при которой существует только одна точка плавления.

Все припои можно разделить на несколько групп:

Бессвинцовые припои, в свою очередь, можно разделить на пять основных групп, каждая из ко­торых имеет свои характерные особенности и свойства:

Для сборки устройств оборонной промышлен­ности, а также устройств, работающих без обслуживания, применяют припои SnAgCu, иногда с добавкой сурьмы (Sb). В изделиях для систем связи применяют SnAgCu или SnAg припои. Для устройств общего применения, таких как телеви­зоры, аудио-, видеотехника, офисное оборудова­ние, используют припои SnAgCu(Sb) и SnAg. Редко используют припои SnCu и SnAgBi.

В таблице приведены свойства и область при­менения некоторых припоев, которые можно приобрести на рынках СНГ и ЕС.

Ни один из среднетемпературных припоев, не содержащих свинец, не может заменить припой Sn63Pb37, у них температура плавления выше. Для поверхностного монтажа, при пайке оплавлением, чаще всего применяют припой Sn95,5Ag3,8Cu0,7.

Припой	Температура плавления припоя	Область применения припоя
Sn62Pb36Ag2	179°C	Пайка SMD элементов методом оплавления.
Sn63Pb37	183°C	Традиционный припой, используемый при производстве изделий электронной техники.
Sn60Pb40	183…190°C	Припой, используемый при производстве электротехнических и электронных изделий.
Sn60Pb38Cu2	183…190°C	Для пайки соединений, обладающих повышенной надежностью при низких температурах.
Pb93Sn5Ag2	296…300°C	Припой для ручной пайки, применяемый при производстве электротехнических изделий и изделий электронной техники, обладает хорошей растекаемостью и высокой температурой плавления.
Sn96,5Ag3,5	220°C	Припой для соединений с высокой прочностью, используемый при производстве электронных изделий, в пищевой промышленности и медицине.
Sn96,5Ag3Cu0,5	217°C	Бессвинцовый припой, с низкой температурой плавления, применяемый при производстве изделий электронной техники.
Sn99,3Cu0,7	227°C	Припой, наиболее часто применяемый для замены оловянно-свинцовых припоев.
Sn99,3Cu0,7NiGe	227°C	Припой, не содержащий свинца, для надежных соединений.
Sn96Ag3,5	221°C	Порошковый состав с активным флюсом для облуживания жал паяльников и удаления с них окислов.

При пайке предпочтение отдают эвтектическим припоям, у которых кристаллизация происходит в сравнительно небольшом диапазоне температур. Применение эвтектических припоев обеспечива­ет более высокую надежность паяных соединений, меньшее смещение элементов, в результате чего будет меньше процент «холодных» паек.

Припой на основе олова и серебра (SnAg) обладает лучшей смачиваемостью. Он обеспечи­вает лучшие прочностные характеристики паяных соединений. Этот припой, в основном, применя­ется при производстве специальной аппаратуры.

Припой на основе олова, серебра и висмута (SnAgBi (Cu) (Ge)) обладает наиболее низкой тем­пературой плавления и высокими прочностными характеристиками соединения.

Исследования, которые проведены производи­телями радиоэлектронной аппаратуры, свиде­тельствуют о том, что наиболее подходящей заме­ной припоев, содержащих свинец, являются припои группы SnAgCu (олово-серебро-медь), хотя некоторые производители склонны к приме­нению припоев группы SnAgBi (Cu) (Ge).

К недостаткам припоев группы SnCu (олово-медь) можно отнести высокую температуру плав­ления и низкую прочность паяного соединения.

При пайке припоями, не содержащими свинец, требуется более высокая температура, что может привести к повреждению интегральных схем, осо­бенно больших размеров, деформации и другим повреждениям печатных.

Наиболее удобным материалом для изготовле­ния печатных плат по бессвинцовым технологиям является FR-4, он имеет высокую температуру сте­клования. Этот параметр указывает на то, при ка­кой температуре материал становится мягким и печатная плата начинает деформироваться. FR-4 применяют при пайке в печах и волной, при тем­пературах 255…265°С. При автоматической уста­новке элементов на платы при бессвинцовой тех­нологии может нарушаться точность установки микросхем, особенно тех, которые имеют значи­тельные геометрические размеры. При этом необходимо учитывать, что некоторые типы инте­гральных схем, конденсаторов, элементов для со­единения не выдерживают температур, превы­шающих 230°С. Что касается технологии пайки методом оплавления, то необходимо выбрать бо­лее тщательно материалы печатных плат и компо­ненты, которые на нее устанавливаются.

В припоях, содержащих более двух компонен­тов, но не содержащих свинца, могут образовы­ваться интерметаллические соединения в зави­симости от скорости охлаждения, влияющие на прочностные характеристики паяного соедине­ния. Промышленностью выпускаются компонен­ты, на выводах которых применяют бессвинцовые покрытия и покрытия, содержащие свинец. При взаимодействии паяльных паст, выполненных из бессвинцовых припоев, и электрических компо­нентов, у которых на выводах присутствуют по­крытия на основе олово-свинец, возможно сме­шивание сплавов, которое может привести к образованию шариков из припоя, приводящих к образованию перемычек между выводами эле­ментов. Использование компонентов с большими геометрическими размерами потребует увели­чить либо температуру в зоне пайки, либо время пайки, что потребует выбирать более стойкие к воздействию температуры материалы для изгото­вления печатных плат.

Кое-что о ремонте устройств, выполненных по бессвинцовой технологии

При ремонте электронных устройств, выполнен­ных по бессвинцовой технологии, при выпаивании расположенных на них элементов, вследствие более высоких температур пайки, усиливается воздействие на печатную плату, что может привести к отслаива­нию дорожек печатных плат и контактных площадок, элементов, особенно в местах подхода проводящих дорожек к переходным отверстиям, короблению по­верхности печатных плат и расслоению плат.

При ручном монтаже и ремонте устройств с использованием бессвинцовых припоев, специа­листы рекомендуют не увеличивать температуру жала паяльника, а увеличивать время пайки.

При ремонте аппаратуры, выполненной по бес­свинцовой технологии, выпаивание компонентов устройств возможно с помощью фена паяльной станции, с контролем температуры воздуха, пода­ваемого в область пайки, а также с помощью нас­адок на фен для конкретного типа компонентов. При этом нагретый воздух подается только в зону выво­дов микросхемы. В домашних условиях при выпа­ивании компонентов в корпусах SO и SOP возмож­но продевание нити между корпусом микросхемы и выводами, с последующим нагревом выводов и отсоединении вывода компонента от печатной пла­ты, либо с помощью безопасного лезвия, вводимо­го между выводом компонента и печатной платой с прогревом паяльником или монтажным феном. При ремонте устройств с компонентами в корпусах типа DIP, в домашних условиях, и использовании пе­чатных плат с односторонним монтажом, возмож­но применение медицинских игл со сточенным кон­цом. Внутренний диаметр иглы должен немного превышать диаметр выводов компонента. Двухвы­водные SMD компоненты (резисторы, конденсато­ры и диоды) обычно выпаивают с помощью термопинцетов или специально изготовленных насадок на жала паяльника. В домашних условиях удобно использовать два паяльника.

Не следует пытаться «подковырнуть» элемент с помощью жала паяльника паяльных станций, так как можно повредить его покрытие. При этом долговеч­ность жала значительно снизится. В том случае, если необходимо сохранить только компонент устройства, а печатную плату сохранять не нужно, для выпайки можно применять нагреватели плат. Для удаления припоя с места пайки можно исполь­зовать вакуумные отсосы, паяльники с отсосом или впитывающую припой медную оплетку с флюсом, не требующим отмывки, ширина которой 1,5…2,7 мм.

Для обеспечения щадящего для печатной платы режима при ремонте, монтаже и демонтаже эле­ментов применяют нагреватели плат. С их помощью керамические подложки или многослойные печат­ные платы могут подогреваться до температуры 50…450°С. Размеры подогреваемых поверхностей в зависимости от модели подогревателя могут со­ставлять от 50×80 мм до 190×245 мм. Они имеют встроенные узлы контроля температуры и обеспе­чивают электростатическую защиту.

При ручной пайке с использованием бессвинцо­вых припоев очень важно состояние жала паяльни­ка и время нагрева места пайки. При бессвинцовой технологии пайки припои содержат олово в больших количествах, что приводит к более интенсивному разрушению покрытия жала, к частым его заменам. На покрытие жала паяльника или паяльной станции влияют более активные флюсы и повышенная тем­пература пайки, которая может достигать 343°С.

Для пайки элементов выпускаются флюсы на основе неактивированной или активированной канифоли, остатки которой, при необходимости, можно удалять уайтспиритом. Существует также индикаторный флюс-гель, в состав которого вхо­дит индикатор активности. После монтажа флюс обесцвечивается, что показывает, что активные со­ставляющие флюса в месте пайки отсутствуют.

Для лужения жал при пайке бессвинцовыми припоями существуют специальные составы на основе SnAg, называемые активаторами жал. В ак­тиватор погружают нагретое жало с последующей обтиркой и покрытием припоем, который исполь­зуется.

Для пайки припоями, не содержащими свинец, применяют специально разработанные жала, кото­рые имеют до 5-7 слоев различных металлов. Те­ло жала выполнено из электролитической меди, внешний слой — хром, затем следует слой никеля, слой железа. Рабочая поверхность жала в заводских условиях покрывается оловом. Медное жало полое. Внутри оно покрыто слоем никеля. В паяльниках паяльных станций датчик температуры располага­ется на конце нагревательного элемента, вводимо­го в полость жала как можно ближе к месту пайки.

В домашних условиях для залуживания жала необходимо очистить его от припоя, не используя напильники, надфиля и методы, которые могут повредить покрытие медного жала другими метал­лами. До полного нагрева жала его частично по­крывают канифолью. В кристаллическую канифоль помещают небольшое количество припоя. Под слоем канифоли залуживают расплавленным при­поем жало паяльника.

При определении «на глаз», по какой технологии выполнен монтаж того или иного устройства, нужно помнить, что при монтаже бессвинцовыми припоями паяное соединение имеет матовую поверхность и более выраженную кристаллическую структуру.

Автор: Александр Артюшенко, г. Киев

Источник