Сайт Кравченко К.В.

Пайка. Составы и свойства припоев. Флюсы.

Автор: Кравченко К.В.

Определение процессов пайки и лужения. Механизм сцепления.

Пайка представляет собой процесс механического и электрического соединения металлических деталей с нагревом ниже температуры их автономного расплавления, путем смачивания и заполнения зазора между ними расплавленным припоем и сцепление при кристаллизации шва.

Припоем называют металл или сплав, вводимый в зазор между соединяемыми деталями и имеющий более низкую температуру начала плавления, чем паяемые материалы.

При монтаже РЭА используют низкотемпературную пайку, при которой нагрев не превышает 450 ⁰С. Низкотемпературная пайка характеризуется капиллярным механизмом, при котором расплавленный припой заполняет паяльный зазор и удерживается в нем под действием капиллярных сил.

Паяльный шов – это участок паяльного соединения с литой структурой, закристаллизовавшейся в процессе пайки.

Участок паяного шва, образовавшийся у края зазора на наружных поверхностях соединяемых деталей под действием капиллярных сил, называют галтелью паяльного шва.

Лужением называют нанесение на поверхность материала расплавленного припоя, смачивающего эту поверхность и кристаллизующегося на ней. Лужение является способом подготовки поверхности соединяемых металлов под пайку и дозированного введение припоя в зону пайки.

Основным условием сцепления при горячем лужении и пайки является физико-химическое взаимодействие жидкого припоя с чистой поверхностью металла. В расплавленном состоянии припои должны быть хорошо смачиваемыми жидкостями. Степень смачивания и растекания не является физической константой, а зависит от вида контактирующих металлов, состояния поверхности (наличие окислов, шероховатость), а также условий лужения. Флюсы, применяемые при лужении, не только растворяют окислы на поверхности твердого металла, являясь поверхностно-активными веществами, они уменьшают поверхностное натяжение припоев, способствуют улучшению смачивания и растекания, передаче тепла на всю зону покрытия. При смачивании припоем возникает взаимодействие, приводящее при затвердевании к образованию связи между кристаллитами.

Технологический процесс пайки в целом представляет собой совокупность технологических операций при изготовлении паяного изделия. При монтаже РЭА пайки и лужение входят в сложный комплекс процессов, включая лужение, консервацию и расконсервацию соединяемых поверхностей, обрезку в размер, формовку выводов, установку и фиксацию электрорадиоэлементов (ЭРЭ) и микросхем (МС) на платы, флюсование и пайку соединений, удаление остатков флюсов (отмывка).

Важным требованием для достижения высокого качества пайки является соблюдение оптимальных зазоров в зоне паяльного шва между соединяемыми деталями. Полезный капиллярный эффект, обеспечивающий засасывание припоя и заполнение им зазоров в пределах 0,1 – 0,3 мм. Очень узкие зазоры опасны тем, что припой в них не затечет, и останутся пустоты. Для оловянно-свинцовых припоев (ПОС) оптимальный зазор составляет 0,1 мм, при этом прочность шва на срез около 4 кг/мм². Излишки припоя не способствуют увеличению прочности паяного шва и опасны тем, что могут скрыть раковины и пустоты в зазорах. Форма паяных соединений должна быть рельефной, повторяющей поверхность пропаянного шва, с вогнутыми галтелями припоя по шву и без избытка припоя (рисунок 1).

Рисунок 1. Паяльный шов при штыревых выводах ЭРЭ на ПП с не металлизированными (а) и металлизированными (б) отверстиями: 1 – вывод; 2 – контактная площадка; 3 – подложка платы; 4 – галтель паяного шва; h – высота металлизации;

Составы и свойства низкотемпературных припоев.

При выборе припоя должны учитываться следующие факторы: температурный интервал кристаллизации припоя припойного сплава, стоимость и дефицитность компонентов, интенсивность их испарения и растворения в основном металле, смачивание основного металла, когезионная прочность, свойства интерметаллидов, образующихся в переходной зоне от металла к припою.

Таблица 1: Припои для пайки и лужения в производстве РЭА.

Темпер. плавления, ⁰С		Состав припоя, %	Марка	Примечание
Солидус	Ликвидус	Состав припоя, %	Марка	Примечание
66	70	12.5 Cd - 12.5 Sn – 25 Bi - ост. Pb	Сплав Вуда	ОСТ 4 ГО.033.000
70	72	34Bi – ост. In	--	--
91	93	14 Cd – 42 Sn – ост. In	--	--
92	96	16 Sn – 32 Pb - ост. Bi	Сплав Розе	ТУ МХП 3151–52
117	117	48 In - ост. Sn	ПОИ 50	ОСТ 4 ГО.033.000
120	130	33 Sn – 33 Bi - ост. Pb	ПОСВ–33	ОСТ 4 ГО.033.000
123	123	26 Cd - ост. In	--	--
130	130	5 Bi – 13 Cd – 30 Pb - ост. Sn	--	--
138	138	42 Sn - ост. Bi	--	Для лудящих паст
141	141	3 Ag - ост. In	ПСрЗИ	ОСТ 4 ГО.033.000
142	146	18 Cd – 50 Sn - ост. Pb	ПОСК50-18	ГОСТ 21931-76
148	148	13 Bi – 32 Sn - ост. Pb	--	--
156	156	100 In	--	ГОСТ 10297-75
168	168	4 Bi – 36 Pb - ост. Sn	ПОСВи36-4	--
169	173	2 Ag – 40 Pb - ост. Sn	ПОС Ср2	--
175	175	0,5 Sb – 3 Ag – 3 In – 56 Sn - ост. Pb	ПСрОСИн3-56	ОСТ 4 ГО.033.000
177	177	32 Cd - ост. Sn	--	--
179	189	2 Ag – 62 Sn - ост. Pb	--	Для лудящих паст
183	183	61.9 Sn - ост. Pb	--	Для лудящих паст
183	189	0.5 Sb – 61 Sn - ост. Pb	ПОССуС1-0.5	ГОСТ 21931-76
183	190	0.5 Sb – 3 Ag – 57.8 Sn - ост. Pb	ПСрОС3-58	ОСТ 4 ГО.033.000
183	190	(61+/-1) Sn - ост. Pb	ПОС-61	ГОСТ 21931-76
183	191	70 Sn - ост. Pb	--	Для пайки в потоке припоя
183	192	1.8 Cu – 61 Sn - ост. Pb	ПОС-61М	ГОСТ 21931-76
183	212	50 Sn - ост. Pb	--	--
183	216	0.5 Sb – 50 Sn - ост. Pb	ПОССу50-0,5	ГОСТ 21931-76
183	220	90 Sn - ост. Pb	ПОС-90	ГОСТ 21931-76
183	238	40 Sn - ост. Pb	ПОС-40	ГОСТ 21931-76
183	255	30 Sn - ост. Pb	ПОС-30	ГОСТ 21931-76
210	216	50 In - ост. Pb	--	Для лудящих паст
218	220	13 Bi – 17 Cd - ост. Pb	ПС70КВ	ОСТ 4 ГО.033.000
220	220	1 Pb – 3.3 Ag - ост. Sn	ПСрОС3,5-95	ОСТ 4 ГО.033.000
225	235	2 Ag – 5 Cd – 30 Sn - ост. Pb	ПСр2	ГОСТ 19738-74
232	240	5 Sb - ост. Sn	--	--
235	235	5 Ag - ост. Sn	--	Для лудящих паст
265	270	1.5 Ag – 15 Sn - ост. Pb	ПСр1,5	ГОСТ 19738-74
268	299	10 Sn - ост. Pb	ПОС-10	ГОСТ 21932-76 для лудящих паст
275	275	20 In - ост. Sn	--	Для лудящих паст
280	280	80 Au - ост. Sn	--	Для лудящих паст
280	290	2 Ag – 10 Sn - ост. Pb	--	Для лудящих паст
295	305	2.5 Ag – 5.5 Sn - ост. Pb	ПСр2,5	ГОСТ 19738-74
300	305	3 Ag - ост. Pb	ПСр3	ГОСТ 19738-74
300	315	5 Sn - ост. Pb	--	--
305	305	2.5 Sn ост. Pb	--	--
309	309	1 Sn – 1.5 Ag - ост. Pb	--	--
356	356	12 Ge - ост. Au	--	Для лудящих паст

Солидус – закачивание кристаллизации.

Ликвидус – начало кристаллизации.

Составы и свойства паяльных флюсов.

Паяльный флюс представляет собой не металлическое вещество, применяемое для удаления окисной пленки с поверхности припоя и паяемого материала и для предотвращения ее образования в процессе пайки, для снижения поверхностного натяжения припоя (ГОСТ 19250-73).

После смачивания флюсом основного металла (по удалении окисной пленки) образуется межфазная граница основной металл – жидкий флюс. Развивающийся дальше процесс пайки приводит к замене флюса жидким припоем в условиях, практически исключающих взаимодействие вещества на межфазной границе с атмосферой.

Флюс должен обладать определенной химической активностью для химического взаимодействия с окислами, но эта активность должна проявляться не при комнатной температуре, а при температуре пайки. При более низких температурах флюс должен иметь минимальную химическую активность, чтобы не вызывать коррозийных явлений и разрушении изоляции. Этим свойством обладают смолосодержащие флюсы без активирующих добавок. Канифольные флюсы ФКСп и ФКЭт при нагревании до температуры флюсования, совпадающей с температурой пайки, выделяют абиетиновую кислоту. Эта слабая органическая кислота растворяет следы окислов. В холодной канифоли кислота нейтрализована терпином, входящим в ее состав.

Таблица 2: Паяльные флюсы для низкотемпературной пайки и лужения.

Состав, масс. %	Марка	Интервал флюсования, ⁰С	Примечание
50 канифоль – 50 этанол	ФКСп	160 – 300	Для монтажа
50 канифоль – 50 этилацетат	ФКЭт	160 – 300	Для монтажа
0,1 тетрабромстеариновая кислота – 30 канифоль – ост. этанол	ФКТ	160 – 300	Для монтажа
0,05 бутилфосфат – 0,2 диметиламин хлоргидрат – 15 канифоль – ост. этанол	ФКДТ	130 – 300	Для монтажа
2 дибутилфталат – 2 этанол – 12 камфора – 22 смола полиэфирная ПН-9 (ПН-56) – ост. этилацетат	--	130 – 350	Для монтажа. Дибутилфталат и камфора для эластичности остаточной пленки.
30 смола полиэфирная ПН-9 (ПН-56) – ост. этилацетат	ФПЭт	130 – 350	Для монтажа. Консервация на 1 год. Остатки удаляются этилацетатом.
1 триэтаноламин – 3 салициловая (или лимонная) кислота – 30 канифоль – ост. этанол	ФКТС	140 – 300	Только при полном удалении остатков. Для монтажа применять нельзя.
5 молочная кислота – 30 канифоль – ост. этанол	--	200 – 260	Для монтажа нельзя.
15 молочная кислота – ост. вода	--	180 – 280	Для медных сплавов
3 семикарбазид хлоргидрат – 40 глицерин (или гликоль) – ост. этанол	ФСкСп	160 – 400	Для медных сплавов
4 семикарбазид хлоргидрат – 30 полиокиметилен 100 – ост. глицерин	ФСкПс	160 – 400	Для лужения меди при условии полного удаления остатков.
5 диэтиламин хлоргидрат – ост. глицерин	ФДГл	165 – 350	Для медных сплавов
1 триэтаноламин – 4,5 салициловая кислота – ост. этанол	ФТС	140 – 300	Для лужения меди при условии полного удаления остатков.
2 триэтаноламин – 4 диэтиламин хлоргидрат – 24 канифоль – ост. этанол	ЛТИ-120	160 – 305	Для медных сплавов, углеродистых сталей, цинка.
3 трифенилгидразин хлоргидрат – 40 глицерин – ост. вода	ФГСп	250 – 350	Для медных сплавов, углеродистых сталей, никеля.
6 канифоль – 32 ортофосфорная кислота (пл. 1,6 г/см³) – ост. этанол	ЛМ-1	200 – 240	Для хромоникелевых сталей
25 ортофосфорная кислота (пл. 1,6 г/см³) – 25 диэтиламин хлоргидрат – ост. глицерин	Ф38Н	300 – 350	Для нихрома, константа, нержавеющей стали, бериллиевой бронзы.
15 цинк уксуснокислый – 20 диэтиламин хлоргидрат – ост. вода	--	300 – 400	Для сталли
4 аммоний хлористый – 18 анилин хлоргидрат – ост. мочевина	--	300 – 400	Порошок. Для цинка, никеля.
5 тетрафторборат аммония – ост. смола эпоксидная	--	160 – 320	Для алюминия

Литература:

Иванов-Есипович Н.К. «Физико-химические основы производства радиоэлектронной аппаратуры»: Учеб. пособие для вузов. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. школа, 1979. – 205 с., ил. (ББК 32.844, И20, УДК 621.3.037+66.08(075)).
Пайка. Термины и определения. ГОСТ 17325-71.

Начало документа

<<< Назад Главная раздела

ККВ Страница создана 22.01.2005 г.