Припои, флюсы, пасты

Припои предназначены для горячего облуживания поверхностей и образования паяного соединения деталей при сборке и монтаже конструкций ЭА и должны удовлетворять следующим требованиям: высокая механическая прочность в заданных условиях эксплуатации, высокие электропроводность и теплопроводность, герметичность, стойкость против коррозии, жидкотекучесть при температуре пайки, хорошее смачивание основного металла, малый температурный интервал кристаллизации.

По температуре плавления припои подразделяются на следующие группы (ГОСТ 17349—71): особолегкоплавкие, Т _пл £ 145 °С; легкоплавкие, 145 °С < Т _пл £ 450 °С; среднеплавкие, 450 °С < Т _пл £ 1100 °С; высокоплавкие, Т _пл > 1100 °С. Прежнее деление (низкотемпературные, Т _пл < 450 °С, и высокотемпературные) устарело. В производстве ЭА используются припои первых трех групп. Основную группу легкоплавких припоев составляют оловянно-свинцовые припои системы Pb—Sn (рис.6.15).

Наименьшей температурой плавления (183 °С) обладает эвтектический сплав (61 % Sn и 39 % Pb). Выше линии солидуса при концентрации Sn в расплаве от 0 до 20 % образуется богатый свинцом a-твердый раствор, который содержит нерастворимые частицы свинца, а при концентрации Sn от 69 до 97,5 % — богатый оловом b-твердый раствор. Состав, температуры плавления и области применения оловянно-свинцовых припоев приведены в табл. 6.2.

Недостатками припоев системы Sn—Pb является их разупрочнение и ползучесть при температурах выше 100—150 °С. Припои ПОС 30, ПОС 40 имеют большую прочность, но и более широкие температурные интервалы кристаллизации, что снижает производительность процессов пайки.

рис.6.15. Диаграмма состояния системы Sn-Pb

Табл. 6.2. Характеристики оловянно-свинцовых припоев

Марка припоя	Состав, % (остальное свинец)	Температура плавления, °С	Область применения
ПОС 30	Олово 29—30, сурьма 1,5—2,0	183—256	Пайка и лужение меди и ее сплавов, углеродистых сталей
ПОС 40	Олово 39—40, сурьма 1,5—2,0	183—235	Пайка деталей из медных сплавов, сталей
ПОС 61	Олово 59—61, сурьма до 0,8		Пайка монтажная, лужение выводов ЭРЭ и ИМС
ПОС 61М	Олово 59—61, сурьма до 0,8, медь 1,5—2	183—185	Пайка паяльником монтажных соединений
ПОС 63	Олово 63±0,5, примеси 0,15	183—185	Пайка волной припоя МПП
ПОС 90	Олово 90	183—222	Пайка деталей по серебряным и золотым покрытиям

Путем введения легирующих добавок в систему Sn—Pb получают припои, отличающиеся повышенной механической прочностью (Sb), пониженной температурой плавления (Bi, Cd, In), повышенной электропроводностью (Ag), пригодностью к УЗ-пайке (Zn), пайке полупроводниковых приборов (In, Au, Ga) и др. (табл. 6.3).

Выбор марки припоя определяется требуемой механической прочностью и электропроводностью соединений, максимально допустимой температурой пайки, типом основного металла и технологического покрытия, а также технико-экономическими и технологическими требованиями. Наиболее распространенным припоем для монтажной пайки является оловянно-свинцовый припой ПОС 61, который отличается низкой температурой плавления, узким интервалом кристаллизации, хорошей жидкотекучестью и низким электросопротивлением. Эти факторы способствуют применению групповых методов пайки с высокой производительностью.

Табл. 6.3. Характеристики специальных припоев

Марка припоя	Состав, %, (остальное — свинец)	Температура плавления, °С	Область применения
Повышенной прочности
ПОС 4-6	Олово 4—3, сурьма 5—6	245—265	Пайка медных сплавов с повышенной прочностью
ПОССу 10-2	Олово 8—10, сурьма 2—3	268—285	Пайка медных и никелевых сплавов с повышенной прочностью
Особолегкоплавкие
ПОСК 50-18	Олово 50, кадмий 18	142—145	Пайка чуствительных к перегреву элементов, серебряных покрытий
ПОСВ 33	Олово 33, висмут 33	120—130	Лужение печатных плат
ПОСВ 50 (сплав Розе)	Олово 25, висмут 50	90—92	Лужение ПП и МПП
ПОСВ 50К (сплав Вуда)	Олово 12,5, кадмий 12,5, висмут 50	66—70	Пайка предохранителей
ПОИ 50	Олово 50, индий 50		Пайка подложек ГИС, БГИС, феррита, керамики
Серебросодержащие
ПСр 45	Серебро 45, медь 30, цинк 25	660—725	Пайка изделий из меди и стали при повышенных статических и вибрационных нагрузках
ПСр 2,5	Олово 5, серебро 2,5	295—305	Пайка медных волноводов с гальваническим серебряным покрытием
ПСр 1,5	Олово 15, серебро 1,5	265—270	Пайка и лужение ЭРЭ, работающих при температуре до 200 °С
ПОССр 2	Олово 60, серебро 2	169—173	Пайка и лужение по серебряным покрытиям
Для УЗ-пайки
П150А	Олово 40, цинк 3,5, кадмий 56	150—165	Пайка и лужение деталей из керамики и ферритов с применением ультразвука
ПОЦ 10 (П200А)	Олово 90, цинк 10	199—210
ПОЦ 80 (П250А)	Олово 80, цинк 20	200—250	Пайка алюминиевых, титановых сплавов с применением ультразвука
П300А	Кадмий 40, цинк 60	266—310
Для пайки полупроводниковых приборов
ПОС 3л3	Олово 60, золото 3,0	180-215	Пайка полупроводниковых приборов
ПГлМ 65	Галлий 65, медь 34—36		Пайка термочувствительных элементов с самоупрочнением

Обогащенный медью припой ПОС 61М предназначен в основном для ручной пайки, так как в нем замедляется эрозия паяльного медного жала. При объемном монтаже, в частности пайке штепсельных, высокочастотных и коаксиальных разъемов, кабелей, требующих повышенного нагрева, используют малооловянистые припои ПОС 40, ПОС 30. Пайку и лужение термочувствительных элементов ведут особолегкоплавкими припоями ПОСК 50, ПОСВ 50, ПОСВ 33. Пайку деталей с покрытиями, содержащими серебро, золото, индий, палладий, проводят припоями, в состав которых входят эти элементы.

Припои выпускают в виде литой или прессованной проволоки, в которой каждое зерно припоя окружено канифолью, при общем ее содержании 0,8—1,2 % (по массе), а также заполненной флюсом одно-, трех- или пятиканальной трубки. Применение трубчатого припоя при ручной пайке сокращает на 30—40 % расход припоя из-за более оптимального дозирования.

Для успешного проведения операции пайки применяют флюсы, которые должны удовлетворять следующим требованиям:

· температура плавления — не выше температуры плавления припоя;

· полностью растворять оксиды основного металла, но не образовывать с ним трудноудаляемых химических соединений;

· остатки флюса должны легко удаляться с поверхности основного металла после пайки и не вызывать коррозии паяного соединения;

· флюс и продукты его разложения при выполнении пайки не должны выделять удушливых или вредных газов, т. е. флюс должен быть термически стабилен в заданном интервале температур.

В зависимости от температурного интервала активности флюсы подразделяются на низко- и высокотемпературные. Основными параметрами флюсов являются: химическая активность; термическая стабильность; температурный интервал флюсования D Т _ф=(Т _а – Т _п.ф), где Т _а — температура активации; Т _п.ф — температура потери флюсующих свойств; активность растекания (оценивается коэффициентом растекания припоя).

Основные типы флюсов для монтажной и конструкционной пайки приведены в табл. 6.4.

Табл. 6.4. Характеристики флюсов для пайки в производстве ЭА

Марка флюса	Химический состав, % (остальное — этиленовый спирт)	Активность на меди при 260 °С	Область применения
Некоррозионные смолосодержащие
ФКСп	Канифоль сосновая 10—40	1,0	Пайка и лужение ЭРЭ, ИМС в изделиях специального назначения, D Т ф=200—300 °С
ФКТ	Канифоль сосновая 10—40, тетрабромид-дипентен до 0,1	1,2
ФПЭт	Смола полиэфирная ПН-9 (ПН-56) 20—30, этилацетат 70	1,5	Монтажная пайка, консервация деталей D Т ф=200—400 °С
Коррозионные смолосодержащие активированные
ФКТС	Канифоль сосновая 15—30, кислота салициловая 3,0—3,5, триэтаноламин 1,0—1,5	1,2	Монтажная пайка при условии полного удаления остатков флюса, D Т ф=200—300 °С
ЛТИ 120	Канифоль сосновая 20—25, диэтиламин солянокислый 3—5, триэтаноламин 1—2	2,0	Пайка и лужение элементов в изделиях широкого потребления при полном удалении остатков
Водорастворимые
ФТБ	Кислота бензойная 4,0—4,5, триэтаноламин 1,0—1,5	1,1	Механизированная и ручная пайка ЭРЭ в изделиях бытовой ЭА, D Т ф=225—325 °С
ФТС	Кислота салициловая 4,0—4,5, триэтаноламин 1,0—1,5	1,2
ФГСп	Гидразин солянокислый 2—4	1,5	Пайка и лужение деталей бытовой ЭА
ФДФс	Диэтиламин солянокислый 20—25, кислота ортофосфорная 20—25, этиленгликоль — остальное	2,5	Пайка деталей из черных и цветных металлов и сплавов при полном удалении остатков, D Т ф=180—310 °С
Высокотемпературные
	Борный ангидрид 70—62, бура 17—21, кальций фтористый 13—17	5,1	Пайка меди и ее сплавов, сталей, D Т ф=650—670 °С
34 А	Калий хлористый — 50, литий хлористый — 32, натрий фтористый —10, цинк хлористый — 8	5,0 на АМц	Пайка алюминиевых и титановых сплавов, D Т ф=415—435 °С
Ф370А	Калий хлористый 51—46, литий хлористый 36—39, натрий фтористый 4—5, кадмий хлористый 9—10	9,2 на АМц	Пайка алюминиевых и титановых сплавов, DТф=360—380 °С

Смолосодержащие флюсы на основе канифоли имеют органическое происхождение. С химической точки зрения канифоль является нелетучей фракцией смолистых веществ хвойных деревьев, в ее состав входят абиетиновая и пима ровая кислоты, которые при температуре 225—300 °С растворяют тонкие оксидные пленки на меди и олове. К достоинствам флюсов на основе канифоли относятся нетоксичность, отсутствие коррозийного действия, длительная сохраняемость. Недостатки — малая активность, трудность удаления смолистых остатков, вредность, поэтому пары канифоли необходимо удалять с рабочего места путем вентиляции.

Для повышения активности флюсов в их состав вводят активирующие добавки: анилин С₆Н₅NH₂, гидразин, триэтаноламин N(CH₂CH₂OH)₃, диэтиламин солянокислый (C₂H₅)₂NH₄HCl, а также органические кислоты: салициловая, адипиновая, щавелевая, лимонная, молочная и др. При этом необходимо, чтобы в температурном интервале пайки добавки со щелочными свойствами (триэтаноламин) нейтрализовали остатки веществ, имеющих кислотные свойства (салициловая кислота, диэтиламин солянокислый и др.).

Смолосодержащие флюсы удаляются последовательной трехкратной промывкой в смеси (1:1) бензина и этилового спирта при 20 °С, спирто-фреоновой смесью или УЗ-обработкой. Водорастворимые флюсы удаляются струйной промывкой в горячей проточной воде с последующей протиркой щетками.

Для высокотемпературной пайки используют буру — обезвоженный тетраборнокислый натрий Na₂B₄O₇. Наиболее низкие температуры плавления среди боратных флюсов имеют системы B₂O₃—N₂O · (B₂O₃)₂, содержащие 15—20 % борного ангидрида (570—650 °С). Для пайки алюминиевых и магниевых сплавов применяют легкоплавкую эвтектику солей KCl—LiCl—NaCl, которая обеспечивает хорошую жидкотекучесть при температуре 450—500 °С. Такие флюсы обладают высокой химической активностью, поэтому их остатки после пайки должны удаляться особенно тщательно.

Технология поверхностного монтажа обусловила широкое применение припойных (паяльных) паст, представляющих собой механическую смесь порошка припоя, связующего вещества, флюса и некоторых других компонентов. В настоящее время это один из наиболее перспективных, удобных и гибких способов дозирования паяльных материалов в условиях автоматизированного производства.

Припойная паста обеспечивает значительную (до 30—50 %) экономию припоя благодаря точному дозированию, а клеящие свойства позволяют использовать ее для фиксации элементов перед пайкой. Основным компонентом пасты является порошок припоя (75—95 % по массе) в виде сферических частиц диаметром 10—150 мкм, получаемых УЗ-распылением жидкого припоя. В качестве связующих веществ используют органические смолы или их смеси. Кроме них в пасту вводят разбавители, пластификаторы, тиксотропные вещества. Последние препятствуют оседанию частиц припоя при хранении, повышают разрешающую способность пасты, обеспечивают заданный диапазон вязкости.

Для распыления припоя применяют УЗ-установки на магнитострикционных или пьезоэлектрических преобразователях. Получают порошки припоев ПОС 61, ПОИн 52, ПОСК 50-18 с размером сферических частиц 10—160 мкм, в которых содержание кислорода по массе из за распыления в среде инертного газа не превышает 5·10^–2 %.

Промышленность ряда стран выпускает припойные пасты, различающиеся маркой припоя, составом флюса и другими свойствами (табл.6.5).

Табл. 6.5 - Характеристики припойных паст

Марка пасты	Тип припоя	Флюсы	Температурный интервал, °С
ПП1-180	ПОС 61	Активированная канифоль	220—250
ППЛ-06-61	ПОС 61	То же	220—250
ПП1-40	ПОСК 50—18	»	170—180
SC3301 (Heraeus, Германия)	Sn — 63 %, Pb — 37 %	Производные органических кислот	210—235
SC6004 (Heraeus, Германия)	Sn — 48 %, In — 52 %	То же	145—170

Дата добавления: 2014-01-07