Температуры плавления припоев: Температура плавления припоя. Свойства припоев и подшипниковых материалов

Содержание

Температура плавления припоя. Свойства припоев и подшипниковых материалов

Температура плавления и другие свойства припоев на основе олова и свинца

В таблице представлена температура плавления припоев распространенных марок на основе олова и свинца, а также их  теплофизические и механические свойства. Свойства припоев даны при комнатной температуре.

В таблице приведены следующие свойства: температура плавления припоев (солидус и ликвидус) в градусах Цельсия, плотность припоев, удельное электрическое сопротивление, коэффициент теплопроводности, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость, твердость по Бринеллю, HB.

Температура плавления припоев (ликвидус — жидкое состояние припоя) на основе свинца и олова находится в диапазоне от 145 до 308°С. Следует отметить, что температура плавления припоя, равная 145°С, соответствует припою ПОСК 50-18, который относится к категории легкоплавких припоев. При температуре 308 градусов Цельсия в жидком виде находится припой ПОССу 5-1.

Рассмотрены свойства следующих припоев: ПОС 90, ПОС 61, ПОС 40, ПОС 10, ПОС 61М, ПОСК 50-18, ПОССу61-0,5, ПОССу 50-0,5, ПОССу 40-0,5, ПОССу 35-0,5, ПОССу 30-0,5, ПОССу 25-0,5, ПОССу 18-0,5, ПОСу 95-5, ПОССу 40-2, ПОССу 35-2, ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2, ПОССу 15-2, ПОССу 10-2, ПОССу 8-3, ПОССу 5-1, ПОССу 4-6.

По данным таблицы видно, что плотность припоев меняется в пределах от 7300 до 11200 кг/м3. Припоем с минимальной плотностью является оловянно-свинцовый припой ПОСу 95-5. Наиболее тяжелым из рассмотренных припоев является припой ПОССу 5-1 — плотность такого припоя имеет величину 11200 кг/м3.

Теплопроводность припоев в таблице дана в размерности ккал/(см·с·град). Припоями с максимальной теплопроводностью являются ПОС 90 и ПОСК 50-18 — их теплопроводность равна 0,13 ккал/(см·с·град).

Температура плавления припоев на основе серебра, их плотность и удельное электрическое сопротивление

К серебряным припоям относятся такие припои, как ПСр72, ПСр71, ПСр70, ПСрМО68-27-5, ПСр65, ПСр62, ПСр50, ПСр50КД, ПСрМЦКд45-15-16-24, ПСрКДМ50-34-16, ПСр45, ПСр40, ПСр37,5, ПСр25, ПСр25Ф, ПСр15, ПСр12М, ПСр10, ПСр010-90, ПСрОСу8 (Впр-6), ПСрМО5 (Впр-9), ПСрОС 3,5-95, ПСр3, ПСрО 3-97, ПСрОС3-58, ПСр3Кд, ПСр2,5, ПСр2,5С, ПСр2, ПСрОС2-58, ПСр1,5, ПСр1.

Плотность припоев на основе серебра изменяется в пределах от 7400 до 11400 кг/м3. Низкая плотность припоя, содержащего серебро, свойственна таким припоям, как: ПСрОСу8, ПСрМО5, ПСрОС 3,5-95 и ПСр010-90. Наиболее тяжелый припой — это ПСр3, его плотность равна 11,4 г/см3.

Температура плавления припоев на основе серебра находится в диапазоне от 183 до 860°С. Припоем с наименьшим удельным электрическим сопротивлением является серебряный припой ПСр72 — его электросопротивление равно 2,1 мкОм·см.

Удельное электрическое сопротивление припоев значительно изменяется в зависимости от марки припоя. Оно может иметь значение в интервале от 2,1 (у припоя ПСр72) до 37,2 мкОм·см — у ПСр37,5.

Примечание: плотность и удельное электрическое сопротивление припоев указаны при комнатной температуре.

Температура плавления припоев и легкоплавких сплавов

В таблице даны значения температуры плавления припоев и легкоплавких сплавов на основе ртути Hg, цезия Cs, калия K, висмута Bi, таллия Tl, индия In, олова Sn, свинца Pb, кадмия Cd, сплав Вуда, сплавы Роуза (Розе), золота Au, магния Mg, цинка Zn, серебра Ag.

Значения температуры плавления припоев и сплавов в таблице приведены начиная с самых легкоплавких сплавов и находятся в диапазоне от -48,2 до 262°С. В сплавах с отрицательной температурой плавления (от минус 48,2°С) преобладает содержание ртути и щелочных металлов. Легкоплавкие сплавы с температурой плавления от 200 до 260°С имеют в своем составе преимущественное содержание висмута и таллия.

Примечание: эвт — эвтектические сплавы или близкие к ним; для неэвтектических сплавов приводятся значения температуры солидуса.

Плотность припоев и баббитов, их теплопроводность и КТлР

В таблицах даны теплофизические свойства некоторых припоев и  баббитов (антифрикционных подшипниковых материалов) при комнатной температуре. Представлены такие свойства, как: плотность, коэффициент температурного расширения и теплопроводность.

Указаны свойства следующих припоев и баббитов: ПОС-30, ПОС-18, ПСр45, ПОЦ70, ПОЦ60, 34А, эвтектический силумин; баббиты, Б83, Б16, БКА, Б88, Б89, Б6.

Следует отметить, что плотность припоев, коэффициент температурного расширения (КТлР) и теплопроводность припоев и баббитов имеют близкие значения, за исключением припоя 34А и эвтектического силумина, которые в 2-4 раза легче.

Состав и теплопроводность припоев и баббитов при различных температурах

В таблице представлен состав и значение коэффициента теплопроводности алюминиевых антифрикционных сплавов, баббитов и припоев при температуре от 4 до 300 К (от -269 до 27°С).

Рассмотрены следующие припои и подшипниковые материалы: АН2,5, АО6-1, БКА, Б16, Б83, Б88, ПОС61, ПОС18, ПОССу18-2, ПОССу40-2, сплав Вуда, сплав Розе, ПСр25, ПСр44, ПСр70.

Наиболее теплопроводным антифрикционным сплавом, по данным таблицы, является сплав АО6-1 — его теплопроводность равна 180 Вт/(м·град).

Наибольшую теплопроводность среди рассмотренных припоев имеет серебряный припой ПСр70 (на основе серебра и меди) — теплопроводность этого припоя равна 170 Вт/(м·град).

Источники:

  1. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.
  3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
  4. Цветные металлы. Справочник. — Нижний Новгород: «Вента-2», 2001. — 279 с.

оловянно-свинцового и припоя на материнских платах. При какой температуре плавится олово для пайки? Таблица

Припой – это материал, который используется в процессе пайки. Он характеризуется тем, что температура, при которой он превращается из твердого состояния в жидкое, ниже, чем у обрабатываемого металла. Точка, при которой происходит плавление, или реже точка разжижения, – это температура, при которой припой переходит из твердого состояния в жидкое. В точке плавления твердая и жидкая фазы находятся в равновесии.

Температура, при которой наблюдается плавление вещества, зависит от давления. Этот показатель в стандартном варианте обычно составляет 1 атмосфера или 100 кПа.

Как классифицируют?

Чаще всего припой используется на материнских платах, электросхемах. Наиболее часто используемыми сплавами являются те, что изготавливаются из:

  • свинца;
  • меди;
  • кадмия;
  • никеля;
  • олова;
  • серебра.

Для рассматриваемой технологической операции идеально подходит оловянно-свинцовый сплав, поскольку он легко плавится, но при этом обладает уникальными свойствами. В таблице можно встретить и неметаллические припои. От того, насколько верно мастер соблюдал технологию пайки, зависит и срок службы проведенной работы.

Температура плавления всегда указывается в градусах.

Низкотемпературные

Низкотемпературные (или мягкие) припои – те, что переходят в жидкое состояние при менее 290–300 С. К ним можно отнести:

  • оловянно-свинцовые;
  • оловянно-цинковые;
  • оловянно-свинцово-кадмиевые;
  • сурьмянистые;
  • бессвинцовые.

Отличаются от твердых они и пределом на прочность. Этот показатель у них составляет от 16 до 100 МПа на растяжение. Если говорить о другой характеристике, такой как электропроводность, то у мягких припоев она составляет от 9 до 15%.

Нужно понимать, что мягкий припой не должен подвергаться сильной механической нагрузке, поскольку он просто не выдержит ее. Такой вариант нашел активное применение в электротехнике.

Мягкие материалы для пайки подбирают в соответствии со стандартами DIN EN ISO 9453 (2014), DIN 1707-100 (2011).

В прошлом свинцовые сплавы часто использовались для работы на медных трубах. Этот металл улучшает характеристики соединения. В результате получается гладкая поверхность, при этом требуется умеренная температура. Однако свинец вреден для окружающей среды и давно признан канцерогеном.

С 1 июля 2006 включение свинца в сплавы для пайки было запрещено директивой RoHS 2002/95 / ЕС Европейского парламента.

Использование некоторых опасных веществ в конструкции электронного оборудования недопустимо. В настоящее время существует небольшой перечень исключений, когда разрешается использовать указанный металл. Это такие сферы повседневной жизни, как медицина и аэрокосмические технологии. В электронной промышленности применяют бессвинцовые материалы на основе олова. Это замечательная альтернатива, однако существует риск образования трещин на поверхности.

Даже небольшой такой дефект в несколько миллиметров может вызвать короткое замыкание, а следовательно, и повреждение электроники. Как показывает практика, такие «усики» растут не очень быстро. Иногда требуется несколько лет, чтобы они появились на поверхности. Возможные причины появления – остаточное напряжение в слоях покрытия, обусловленное наличием органических веществ, то есть посторонних включений и загрязнений. Бессвинцовый вариант мягкого сплава – олово-медь, олово-серебро, а также олово-медь-серебро. Следует отметить, что чем больше процент содержания в составе серебра, тем дороже стоит материал.

Высокотемпературные

Твердые (или высокотемпературные) припои достигают точки разжижения при температуре, превышающей 300 С. Обычно это серебряные сплавы и медно-цинковые, содержащие множество добавок.

Сегодня на заводах активно применяются медно-фосфористые сплавы, в них присутствуют медь, олово с добавкой небольшого количества фосфора.

Лучшее применение – работа с медными элементами и изготовленными из чугуна, серебра и другого твердого металла.

Температура плавления по составу

Для определения температуры, при которой сплав переходит в жидкое состояние, существует множество лабораторных методов. Нередко используется прокладка металла с температурным градиентом. Любое вещество можно поместить на ее заданный участок. Здесь оно продемонстрирует реальное поведение при температуре в этой точке. Дифференциальная сканирующая калориметрия дает информацию о температуре плавления.

Основной аппарат определения температуры плавления для анализа кристаллических твердых тел состоит из масляной ванны с прозрачным окном (самая базовая конструкция – трубка Тиля) и простой лупы. Несколько зерен твердого вещества помещают в тонкую стеклянную трубку и частично погружают в масляную ванну. Она нагревается, с помощью лупы и внешнего источника света можно наблюдать процесс плавление отдельных кристаллов при определенной температуре. Вместо масляной ванны можно использовать металлический блок.

Температура изменения состояния серебряного припоя варьируется в зависимости от химического состава используемого материала. Сплав, состоящий из 56% серебра, будет плавиться при 1145 градусов по Фаренгейту, а состоящий из 80% серебра – при температуре 1370 градусов по Фаренгейту. Точка плавления сырья на основе серебра описывается ювелирами как «легкая» или «тяжелая».

Припой, имеющий малую температуру плавления, будет считаться легким – и наоборот. Серебряные сплавы обычно используются для соединения драгоценных металлов, что нужно в процессе ремонта или производства ювелирных изделий.

У марки ПОС-25 температура плавления равна 260 С, у той же марки с индексом 33 – 247 С. ПОС-40 начинает плавиться при 238 С, припой с индексом 61 и 63 – при 183 С.

Пайка титана с использованием низкотемпературного припоя является лучшим выбором с точки зрения стоимости и сохранения механических характеристик металла. Однако это довольно сложная задача, особенно при использовании сырья с алюминием.

Использование ультразвука в последнее время получило особое внимание, поскольку такой метод позволяет сократить время на работу и снизить себестоимость работ.

Присадочные материалы для соединений титана и его сплавов можно подразделить на пять групп, опираясь на имеющиеся легирующие элементы, то есть они бывают на основе:

  • титана;
  • циркония;
  • серебра;
  • алюминия;
  • никеля.

Советы по подбору

Микроструктура и механические свойства соединений зависят от состава компонентов, температурно-временного цикла и конструкции. Выбор правильных параметров цикла зависит, в свою очередь, от скорости и характера взаимодействия на границе основной материал/наполнитель. Короткий температурно-временной цикл защищает металл от нежелательных изменений, которые могут происходить при повышении температуры. Однако время пайки может быть увеличено в соответствии с составом исходного металла и наполнителя. Только так можно добиться необходимой прочности соединения.

Диффузия некоторых процессов, как правило, при высокой температуре может продолжаться в течение относительно длительного времени до достижения гомогенизации микроструктуры по всему соединению. Это явление известно как диффузионная пайка. При необходимости пропаять цинковое или оцинкованное изделие нужно использовать сурьмянистый материал. Он обладает повышенной прочностью и может обозначаться как ПОССу.

При работе с деталями, особенно чувствительными к повышенной температуре, лучше всего применять оловянно-свинцово-кадмиевые припои или ПОСК. Обычно это касается работ по выводу конденсаторов или пьезокерамике. Алюминий припаивается исключительно оловянно-свинцовым материалом. Сплавы без сурьмы используются в тонкой пайке. Те, что ее содержат, применяют в грубой пайке, например при производстве конденсаторов и холодильных установок, в электротехнической промышленности или для сантехнических и монтажных работ.

Мягкий материал на основе цинка и кадмия также используется, но встречается реже.

В следующем видео представлена информация о температурах при пайке свинцовыми припоями «ПОС».

При какой температуре плавится припой для пайки

При изготовлении и ремонте электротехники постоянно требуются навыки обращения с паяльником, а для спайки используют припой и канифоль, в середине прошлого века для этих целей использовалось олово, но не в чистом виде, т. к. это весьма дорогое удовольствие, а сплавы с другими легкоплавкими металлами.

Какие встречаются?

Что же такое припой и как надо правильно его выбирать — на практике они могут быть мягкими или твёрдыми. Монтаж любой радиоэлектронной аппаратуры происходит с применением легкоплавких вариантов.

Компоненты неизвестного происхождения отличается по следующим признакам:

  1. Насыщенный блеск среза говорит о высоком присутствии олова.
  2. Преобладание свинца гарантирует субстанции тускло-серый цвет и матовую поверхность.
  3. При повышенном содержании свинца изделие становится пластичным, например, проволока сечением в 6 мм без видимого услия сгибается руками.

Иногда для качественной пайки применяется уже готовая смесь — это припой в виде проволоки, а флюс запаян внутри. Производители изготавливают аналогичные субстанции с допуском флюса в пределах 1—3% от общего веса, что благоприятно сказывается на процессе пайки и увеличивает производительность труда, т. к. отпадает необходимость постоянно макать жало паяльника в баночку с флюсом.

По консистенции выпускаются двух видов: мягкий или твердый припой, а по температуре плавления различают обыкновенные и тугоплавкие типы.

Основные свойства

Смачиваемость пайки

Такой термин означает сцепление молекул жидкого расплава с твёрдой поверхностью, от степени которой зависит текучесть пайки. Для хорошей пайки жидкий припой качественно смачивает поверхность, где происходит пайка, а граница его образует острый угол.

Высохший флюс удаляется только при помощи механической зачистки, потому что появился дополнительный сплав. Если капля расплавленного вещества образует тупой угол с поверхностью, то это указывает на неудовлетворительное качество смачивания, которому противодействуют загрязнения, жировые пятна или оксидная плёнка металла.

Варианты смачиваемости поверхности пайки расплавленным флюсом.

Температура плавления

Основной критерий выбора качественных сплавов заключается в том, что они должны приходить в жидкое состояние раньше, чем соединяемые структуры, при этом температура плавления припоя существенно отличается от аналогичного показателя другого вида, например, имеющего в составе примеси свинца.

Наличие разных примесей влияет на способность плавиться при одинаковой температуре, например, ПОС-40 расплавляется при достижении 238 0 С, но встречаются тугоплавкие припои и для их плавления применяются специальные приспособления.

Низкотемпературные варианты

На первом месте находится сплав ВУДА с составом: по 10% Sn и Cd, по 40% Pb и Bi, начало расплава — 65—72 0 C. Вторую позицию занимает припой под названием РОЗЕ, которых начинает плавиться при 90—94 0 C. Состоит: по 25% олова и свинца, а остальные 50% занимает висмут. Вышеперечисленные сплавы относятся к дорогим припоям.

Третье место среди низкотемпературных изделий занимает ПОСК-50-18, с температурой 142—145 0 С. В состав этого припоя входит 50% олова, 32% свинца и 18% кадмия, что усиливает сопротивляемость коррозии, но добавляет ему токсичность.

Большую популярность у радиолюбителей имеет второй номинант (под названием РОЗЕ), но в отечественной радиоэлектронике его маркировка — ПОСВ-50, где цифры — это процент висмута. Применяется для монтажа/демонтажа и лужения чувствительных к перегреву дорожек из меди на печатных платах.

Марки мягкого вида

Припой для пайки из этой категории применяется с уже готовым флюсом, находящимся внутри проволоки, поэтому расплавление происходит одновременно. Большое распространение получило изделие с названием Третник, потому что в нём содержится треть свинца от общей величины состава. Олово, входящее в состав сплава для пайки, отличается чистой в плане экологии, поэтому разрешается применение этого вида в пищевой промышленности.

Мягкие виды припоев применяются для пайки деталей, боящихся перегрева, например: транзисторов или предохранителей. Сплав ВУДА из-за токсичности применяется в ограниченных сферах человеческой деятельности.

Отечественные сплавы маркируются аббревиатурой ПОС, но при наличии других веществ в конце добавляется буква, соответствующая названию, например, ПОСВ-33 — этот припой содержит равные части олова, свинца и висмута.

Основные технические параметры

Материалы для пайки разделяют по таким параметрам:

  1. Проводимость, например, припои с содержанием алюминия обладают лучшими аналогичными значениями, нежели с маркировкой ПОС.
  2. Прочность на усилие растяжения, единица измерения кг/мм. Этот параметр напрямую зависит от процентного содержания олова.
  3. Температура плавления, которая зависит химического состава.

Таблица зависимости температуры и применения от химического состава припоя.

В продаже распространён припой с канифолью в виде полой проволоки, свитой кольцами. Аналогичного состава флюс производится из хвойных деревьев, такая субстанция приходит в мягкое состояние при нагревании до 50 °С, а при 250 °C — начинает кипеть с частичным испарением. Канифоль нужно обязательно удалять после окончания работ, иначе произойдёт окисление, а субстанция, впитывая влагу из воздуха, начнёт препятствовать исправной работе приборов.

Популярные составы

Существуют три основных категории:

  1. Светлого цвета канифоль применяют при соединении меди и других мягких цветных металлов; спиртовой раствор с концентрацией один к пяти применяют в труднодоступном месте спайки; а смесь глицерина и канифоли применяют для герметичной пайки.
  2. Флюсы, включающие спирт, вазелин или хлористый цинк, используются для прочного соединения цветных и драгоценных металлов. Применение пасты оправдано тем, что её удобнее наносить в требуемом количестве на изделие.
  3. Кислотно активные вещества производятся в жидком виде, например, ортофосфорная кислота, имеющая плотность 1,7.

Пастообразные

Большое распространение получила паста Тиноль, которая применяется для пайки разных изделий в труднодоступных местах. Наносится лопаткой, с последующим активным нагреванием паяльником или другим, более мощным электрическим инструментом. Часто используется неопытными исполнителями, у которых нет навыков в работе с оловом и канифолью.

Использование ПОС

Первооткрыватели этого сплава были приятно удивлены, что он превращается в расплавленное состояние при меньшей температуре, а эвтектическая смесь способна играть роль растворителя для добавленного металла. Так и были разработаны самые первые марки припоев ПОС.

Свинцовые варианты

Такие смеси с содержанием свинца, отличаются мягкостью, быстрым расплавлением и лёгкой обработкой, поэтому получили название свинецсодержащие припои. Они вредны, поэтому были запрещены для использования во время спайки элементов электрических приборов по всему миру. Процент содержание кадмия, ртути, а также аналогичных вредоносных компонентов в оборудовании строго регламентировано и проверяется соответствующими организациями.

Без содержания свинца

Бессвинцовый припой не должен содержать вредного металла и считается экологически чистым, не причиняющим вреда окружающей среде и исполнителям работ по пайке. Простейшим примером служит припой оловянный, который содержит чистое олово, имеет повышенную смачиваемость и высокую электропроводность. Для борьбы с недостатками, в них добавляют медь, серебро и золото, что помогает сделать субстанцию более твёрдой.

У такого изделия повышается температура расплавления, но найти полную альтернативу стандартным видам припоя пока что не удаётся, но основным показателем является безвредность. Олово занимает главное место в химическом составе, поэтому присущие ему свойства оказывают большое влияние на припой, из-за этого температура плавления у бессвинцового припоя ниже, а материал получается более мягким.

Колофонская смола

Именно так называется общеизвестная канифоль — аморфное вещество с характерным изломом и стеклянным блеском сколов. Кроме того, что она обладает природным свойством диэлектрика, известны и такие особенности:

  • хорошо растворяется в бензине, спирте, эфире и ацетоне, но остаётся безразличной к воздействию воды;
  • температура плавления варьируется в пределах 50—70 градусов, но иногда повышается до 130 0 C;
  • в химическом составе присутствует до 90% смоляных кислот, основой является абиетиновая кислота;
  • легко разрушается при незначительном механическом воздействии.

Цвет изменяется от светло-жёлтого до тёмно-бурого оттенков, что зависит от степени очистки и указывает на количество посторонних примесей. Отличные электроизоляционные свойства принадлежат смоле с лимонным окрасом.

Секреты выбора

Задача любого исполнителя состоит в создании крепкого и надёжного закрепления на плате радиодеталей, поэтому подбор припоя выполняется согласно следующим параметрам:

  1. Состав материалов, подвергающихся пайке — здесь надо учитывать характеристики материала, его способность к перегреву и многое другое.
  2. При пайке проводов или других крупных предметов применяются тугоплавкие припои.
  3. Иногда нужно применить припой, обладающий высокой способностью к проведению электрического тока, надо учитывать, что сопротивление олова намного меньше, чем у свинца, поэтому для спайки высокочастотных плат применяют дорогостоящие марки припоя.

В каждой конкретной ситуации исполнитель должен чётко знать соответствие припоя и соединяемого изделия, чтобы выбрать оптимальный вариант для качественной пайки.

Выводы

Сегодня в продаже встречается изобилие разных припоев, как говорится, на все случаи жизни, но выбирать следует проверенные образцы, которые помогут спаять изделие качественно и с высокой надёжностью при эксплуатации.

Для соединения различных металлических элементов между собой довольно часто применяется специальный сплав, называемый припоем. Низкая температура плавления припоев (таблица с этим показателем встречается в различной методической литературе) позволяет применять их в быту и промышленности. Стоит учитывать, что не все металлы могут соединяться между собой посредством пайки. Рассмотрим виды припоя, его состав и некоторые другие особенности подробнее.

Основные свойства сплава

Рассматривая то, при какой температуре плавится олово для пайки, следует учитывать, что учитывается не только этот показатель. Материалы, применяемые при пайке, характеризуются нижеприведенными свойствами:

  1. Смачиваемость. Для обеспечения качественного соединения применяемый сплав должен обладать высоким показателем смачиваемости. Под этим понятием подразумевается повышение надежности связи между молекулами твердых материалов. При высоком рассматриваемом показателе расплавленное вещество расходится по поверхности, заполняя все полости.
  2. Электропроводность. В большинстве случаев сплавы для пайки применяются при получении различных микросхем. При высокое электрической проводимости получаемое соединение не создает дополнительного сопротивления во время работы. При слишком низком показателе проводимости или высоком сопротивление создаваемые контакты начинают нагреваться.
  3. Температура плавления. Основными критерием при выборе сплава можно назвать то, что он должен плавится при намного меньшей температуре, чем соединяемые металлы. При этом температура плавления оловянного припоя будет существенно отличаться от соответствующего показателя другого припоя. Один и тот же сплав может плавиться при различной температуре, все зависит от химического состава. Наличие примесей становится причиной повышения или понижения плавкости. Температура плавления припоя ПОС-40 238 градусов Цельсия. Есть и тугоплавкие припои, для нагрева которых требуется специальный прибор.

Важно учитывать то, при какой температуре плавится оловянно – свинцовый или иной припой. Это связано с тем, что при нагреве основного материала до критических значений происходит перестроение структуры, и он меняет свои основные эксплуатационные качества.

Разновидности применяемых материалов

Применяемые сплавы могут состоять из различных химических веществ. Классификация проводится следующим образом:

  1. Мягкие или легкоплавкие. Наибольшей популярностью пользуются соединения олова и свинца, а также их различные виды. Для того чтобы придать особые свойства сплаву, в его состав добавляются различные элементы. Примером можно назвать то, что кадмий и висмут могут включаться в состав для существенного снижения температуры плавления, к примеру, до 61 градуса Цельсия. Стоит учитывать, что и прочность подобных сплавов низкая. Этот момент не позволяет получить надежные соединения, сплав подходит лишь для проведения работ по соединению контактов. Важно следить за температурой, до которой нагревает паяльный прибор сплав. Не рекомендуется допускать кипения жидкого металла, так как это может привести к изменению его основных свойств.
  2. Твердые представлены двумя группами сплавов: меди и серебра. Для восприятия небольшой статической нагрузки часто применяется сплав цинка и меди, который позволяет получить весьма качественное соединение. В качестве припоя может использоваться и золото.

Выпуском припоя занимаются самые различные фирмы, к примеру, Harris Corporation. Форма выпуска может быть самой различной: от фольги до проволоки различного сечения.

Применение флюса

При повышении температуры материала может выделяться графит. Практически ни один процесс пайки не проходит без применения флюса. Подобное химическое вещество позволяет избежать образование окисли, которая ухудшает качество получаемого соединения.

Существует довольно большое количество разновидностей флюса:

  1. При применении пайки на основе олова и свинца зачастую используют флюс на основе соляной кислоты или хлористого цинка.
  2. В качестве флюса может применяться хлористый аммоний или бура.
  3. С мягкими сплавами часто используется раствор соляной кислоты или хлористый цинк.

При работе с алюминиевыми сплавами многие применяют флюс, основанный на хлористом цинке, канифоли и тунгового масла.

В заключение отметим, что процесс пайки может проходить при самой различной температуре. Для бытового применения выбирают материалы, которые плавятся уже при низких значениях, что позволяет использовать обычное оборудование при работе. При желании можно приготовить припой самостоятельно. Однако подобный процесс весьма сложен в исполнении, так как требует точного дозирования всех элементов, подразумевает их нагрев до высокой температуры и удаление вредных примесей.

В современном мире пайкой принято называть процесс, позволяющий получить неразъемное соединение нескольких деталей из металла, где соединительным материалом является уже расплавленный металл, который должен плавиться при более низкой температуре, чем тот металлический материал, из которого состоят эти детали.

Этот промежуточный расплавленный металл получил название сплава, а сам процесс называют припоем. В зависимости от того, какова температура плавления различают и разные виды пайки: легкоплавкие и тугоплавкие. Так, легкоплавкие припои плавятся при температуре ниже четырехсот градусов, а тугоплавкие – при температуре от пятисот до 1100 градусов.

Обычно в марках припой обозначают ПОС, и это сокращение расшифровывается так: припой оловянно – свинцовый. Если рядом есть еще и какое-то число, то эта цифра обычно указывает на то, каков процент содержания олова в составе.

Классификация припоев

От температуры плавления зависит класс припоя:

  1. Мягкий припой достигается за счет плавления до четырехсот градусов Цельсия.
  2. Твердый припой достигается за счет плавления выше пятисот градусов Цельсия.
  3. Полутвердый припой достигается за счет плавления в диапазоне от расплавленного олова до четырехсот градусов Цельсия.

Припои классов мягкий и полутвердый прочны при растяжении от пятидесяти до семидесяти Мегапаскалей, они предназначены для спаивания токопроводящих частей машин. Они производятся при помощи паяльника или опускания частей для спаивания в жидкий припой.

Твердый припой прочен до пятисот Мегапаскалей, используется как припой категории прочности номер один для спаивания токопроводящих частей с большим нагревом и деталей с главной механической нагрузкой. Производится такой припой электродами из меди или графита. Небольшие детали спаивают автогеном.

Преимущества мягких и полутвердых припоев

Преимущественными областями применения припоев мягких и полутвердых являются следующие:

  1. ПОС63 – для спаивания коллекторов, секционных якорей, обмоток с изоляцией Н электрической машины.
  2. ПОС61; ПОССу61-0,5 и ПОС61М – необходимы для того, чтобы паять медные элементы и ее сплавы, а также серебряные и никелевые детали и токопроводящие части электрической машины, с температурой эксплуатации до ста шестидесяти градусов Цельсия.
  3. ПОС40 и ПОССу40-0,5 – предназначены для того, чтобы паять медные элементы и ее сплавы, а также сталь и металлы с оловянным, серебряным или никелевым покрытием, коллекторные бандажи и секционные якоря машин, которые контактируют с соленой жидкостью (например, морская вода).
  4. ПОССуЗО-0,5 – для того чтобы паять медные элементы и ее сплавы, а также элементы из железа и нержавеющей стали, а также спаивание кабелей, бандажей, частей приборов, которые будут работать при температуре до ста шестидесяти градусов Цельсия.
  5. ПОСК50-18 – для того чтобы спаивать медные элементы и ее сплавы, воспринимающие перегрев, а также спаивание деталей из алюминия и меди, керамических, стеклянных и пластиковых деталей с добавлением в них оловянных, серебряных, никелевых составляющий.
  6. ПОС10 и ПОССу18-0,5 – для спаивания контактных поверхностей электрических приборов, реле и иных составляющих машин.
  7. П0ССу95-5 и ПСрЗКд – для спаивания коллекторов, секционных якорей, бандажей и токопроводящих соединений трубопроводов и электрооборудования.
  8. ПОСИЗО и ПСрЗИ – предназначены для того, чтобы спаивать медные элементы и ее сплавы, детали из неметаллических материалов и стекла. Они имеют большую жидкотекучесть и дают надежное соединение частей во время спаивания.

Припои из сурьмы не предназначены для использования спаивания деталей, содержащих цинк или оцинковку.

Преимущества твердых припоев

Преимущественные области применения твердых припоев:

  1. ПСр72 и ПСр50 – для спаивания металлокерамических контактов и разных токопроводящих деталей, которые должны выдерживать удары и выгибание.
  2. ПСр45 – для того чтобы спаивать медные элементы и ее сплавы, а также части из нержавеющей стали, обмоток роторов и обмоток нагруженных электрических аппаратов. Этот припой дает большую плотность, а вместе с тем и большую прочность полученных соединений.
  3. ПСр25 – для спаивания медных элементов или частей из ее сплавов, деталей из нержавеющей стали. Является заменителем ПСр45 при создании простых спаек.
  4. ПСр71 – для спаивания тех же самых деталей, что и ПСр72, но применяется, когда нужна высокая жидкотекучесть.
  5. ПСр25ф; ПСр15 и ПМФ7 – для спаивания медных или из ее сплавов деталей, частей аппаратов, проводящих ток, которые не должны выдерживать выгибание и удары.
  6. Л63 и ЛОК59-0,1–0,3 – для спаивания медных частей или деталей из чугуна. Такое спаивание очень прочное и подходит в сложных условиях выгибаний и ударов.
  7. ПЖЛ500 – спаивание частей, с температурой эксплуатации до шестисот градусов Цельсия.

Четыре секрета пайки

Для того чтобы хорошо и правильно паять, одного инструмента недостаточно. Необходимо знать и некоторые секреты, которые бы позволили овладеть в совершенстве техникой пайки. Наверное, все-таки стоит раскрыть несколько таких секретов.

Итак, первый секрет заключается в том, чтобы правильно применять для пайки припой и флюс. Второй важный секрет пайки — это соблюдение чистоты жала и самого паяльника и, конечно же, его нагрева. Есть много способов того, как можно очистить жало. Воспользуйтесь одним из них и тогда работы у вас будет идти просто замечательно.

Третий секрет также важен при пайке: чистота спаиваемых предметов. Четвертое правило, которое необходимо уяснить любому мастеру, прост, но необходим: правильно соединять проводки при пайке и делать хороший прогрев мест, где будет происходить спайка деталей при определенной температуре плавления.

И, конечно же, работая с таким оборудованием, всегда стоит соблюдать меры предосторожности. Так, необходимо припаивать не в одной точки, а стараться делать это не некотором расстоянии друг от друга. Не стоит закручивать концы деталей при температуре плавления вокруг проводника.

Всегда стоит помнить, что при пайке, даже при самой незначительной температуре плавления, выделяются пары олова и свинца. Они очень опасны и вредны для человеческого организма. Поэтому никогда не стоит наклоняться над тем местом, где происходит пайка, каковы бы не била температура плавления.

Ведь какова бы ни была температура плавления припоя, испарения все равно будет вредными и будут наносить необратимый вред организму человека. Если же вы решили паять летом, то делайте это или на открытом пространстве, или, если есть возможность, у открытого окна. Главное правило при такой пайке: хорошо проветривайте помещение. А когда работа будет закончена, то необходимо будет еще и тщательно вымыть руки, используя мыло.

Мир современных материалов — Припои

Припои принято делить на две группы — мягкие и твердые. Это деление связано с их температурой плавления. К мягким относятся припои с температурой плавления ниже 300 °С, к твердым — выше 300 °С. Кроме температуры плавления, припои существенно различаются механической прочностью. Мягкие припои имеют предел временного сопротивления разрыву 16…100 МПа, твердые — 100……500 МПа.

 Выбирают припой в соответствии с типом паяемого металла (или металлов, если они разнородны), требуемой механической прочностью, коррозионной стойкостью и стоимостью.

При пайке токоведущих частей очень важно учитывать значении удельной проводимости припоя.

Название припоя, как правило, определяется металлами, входящими в него в наибольшем количестве. Название припоев, содержащих драгоценные или редкие металлы даже в небольших количествах, происходят от этих металлов.

Условные обозначения марок припоев содержат букву П (припой) и одну из последующих букв русского названия основных компонентов, а также количество их в процентах. Сокращения наименования компонентов следующие: олово — О, сурьма — Су, свинец — С, алюминий — А, серебро — Ср, никель — Н, палладий — Пд, индий — Ин, медь — М, золото — Зл, германий — Г, кремний — Кр,висмут — Ви, кадмий — К, титан — Т. Чистые металлы, применяемые в качестве припоев, обозначаются такими же марками, как в ГОСТ на поставку (например, 02 означает олово, С1 — свинец и т. д.).

Наиболее распространенными мягкими припоями, изготовляемыми промышленностью, являются оловянно-свинцовые. На них распространяется ГОСТ 21931—76. В соответствии с этим ГОСТ оловянно-свинцовые припои, не содержащие сурьму, называют бессурмянистыми, а припои, содержащие сурьму 1…5 %,—сурьмянистыми.

 

Примеры условных обозначений марок оловянно-свинцовых припоев:

ПОС-61 — припой оловянно-свинцовый, содержит 61 % олова, остальное свинец.

ПОССу-61-0,5 — припой оловянно-свинцовый, малосурьмянистый, содержит 61 % олова, 0.5 % сурьмы, остальное — свинец.

ПОС-61М — припой оловянно-свинцовый, содержит 61 % олова, небольшой процент меди и свинец.

ПОСК-50-18 — припой оловянно-свинцовый, содержит 50 % олова, 18 % кадмия, остальное — свинец.

 

Применение оловянно-свинцовых припоев в электротехнике и радиотехнике:

Марка Назначение
ПОС-90 для пайки деталей, подвергающихся в дальнейшем гальваническим покрытиям
ПОС-61 для лужения и пайки тонких проводов и спиральных пружин в измерительных приборах, монтажных соединений обмоточных проводов диаметром 0,05…0,08 мм и литцендрата, резисторов, конденсаторов, герметичных швов стеклянных проходных изоляторов, печатных схем и при производстве полупроводниковых приборов, т. е. там, где не допустим перегрев.
ПОС-40 для пайки токопроводящих деталей, проводов, наконечников, для соединения проводов с лепестками; при производстве полупроводниковых приборов
ПОС-10 для лужения и пайки контактных поверхностей электрических аппаратов, приборов, реле; при производстве полупроводниковых приборов
ПОСК-50-18 для пайки деталей, чувствительных к перегреву, в металлизированной керамике, для ступенчатой пайки конденсаторов; для герметизации. Для лужения пассивной части интегральных микросхем с покрытием медью, серебром

ПОССу-61 -0,5

для лужения и пайки деталей электроаппаратуры, обмоток электрических машин при жестких требованиях к температуре. Для лужения и пайки пассивной части интегральных микросхем и выводов с покрытием никелем, медью, серебром, оловом; для герметизации.
ПОССу-40-0,5 для лужения и пайки обмоток электрических машин
ПОССу-35-0,5 для лужения и пайки свинцовых кабельных оболочек электрических изделий неответственного назначения
ПОССу-18-0,5 для лужения и пайки трубок теплообменников электроламп
ПОССу-95-5 для пайки в электропромышленности

ПОССу-40-2

ПОССу-8-3

припой широкого назначения. Для пайки наружных деталей и сборочных единиц электровакуумных приборов

 

В табл. 1 приведены физико-механические свойства оловянно-свинцовых припоев.

 

Таблица 1. Физико-механические свойства оловянно-свинцовых припоев.

Марка Температура кристаллизации, °С ρ,
мкОм×м

l,

Вт×м-1×К-1

σ,

МПа

Δl/l,

%

  начала конца    
Олово чистое 232 232 0,115 63 _
ПОС-90 200   0,120 54 49 40
ПОС-61 190 183 0,139 50 43 46
ПОС-40 238   0,159 42 38 52
ПОС-10 299 268 0,200 35 32 44
ПОС-61М 192 183 0,143 49 45 40
ПОСК-50-18 145 142 0,133 54 40

 

ПОССу-61-0,5

 

189

 

 

0,140

 

50

 

45

 

35

 
ПОССу-50-0,5 216   0,149 47 38 62
ПОССу-40-0,5 235   0,169   40 50
 

 

42

ПОССу-35-0,5 245 183 0,172 38 47

 

ПОССу-30-0,5

ПОССу-25-0,5

ПОССу-18-0,5

 

255

266

 

 

0,179
0,182

     
  38 36 45
277   0,198 35 36 50
 
ПОССу-95-5 240 234 0,145 46 40 46

 

ПОССу-40-2

 

299

 

 

0,172

 

42

 

43

 

48

 

ПОССу-35-2

ПОССу-30-2

ПОССу-25-2

ПОССу-18-2

243

250

  0,179
0,182

    38                 40         40

 

                               38

185
260   0,185
270 186 0,206 34 36 35
ПОССу-15-2 275 184 0,208 33 36  
 
ПОССу-8-3 290 240 0,207 34 40 43

Обозначения в таблице:

ρ – удельное сопротивление;

l — коэффициент теплопроводности;

σ — временное сопротивление разрыву;

Δl/l – относительное удлинение.

 

 

Стандартными твердыми припоями являются медно-цинковые и серебряные припои. Медно-цинковые припои, изготовляемые промышленностью, должны удовлетворять ГОСТ 23137—78, а серебряные — ГОСТ 19738—74:

ПМЦ-36 — припой медно-цинковый, 36% меди.

ПСр-50 — припой серебряный, Ag50 %

ПСр-25Ф — припой серебряный, Ag25 %, содержит фосфор.

ПСр-50К — припой серебряный, Ag50 %, содержит кадмий.

В табл. 2 приведены температуры кристаллизации и назначение некоторых стандартных твердых припоев. В качестве твердых припоев иногда применяют стандартные сплавы меди с фосфором (ГОСТ 451.5—81). В некоторых случаях они заменяют дорогостоящие серебряные припои.

Таблица 2. Свойства и назначение некоторых стандартных серебряных и медно-цинковых припоев

  Температура кристаллизации, °С Плотность, Мг×м-3 Материалы, подвергаемые пайке Назначение
Марка      
         
  начала конца      
ПСр-2,5 305 295 11,0 Медь, ее сплавы, нержавеющая Для пайки наружных деталей
ПСр-3 305 300 11,3 сталь, углеродистая сталь и сборочных единиц электровакуумных приборов
ПСр-15 810 635 8,3    
ПСр-40 605 595 8,4    
ПСр-45 725 600 9,1    
   
ПМЦ-Зв 950 825 7,7 Латунь, содержащая до
68 % меди
Для соединений, не подверженных ударной нагрузке
или изгибу
Г1МЦ-54 970 860 8,3 Медь, медные сплавы Там, где не требуется хорошей затекаемости припоя

 

Фосфорные припои относятся к группе самофлюсующихся припоев, так как пайка ими меди производится без применения флюса. При нагревании припоя фосфор окисляется в фосфорный ангидрид, который и является флюсом. Однако при пайке этими припоями латунных деталей с медными применение флюса обязательно. Недостатком фосфорных припоев является хрупкость паяного шва. Для пайки стали и чугуна фосфорные припои непригодны. В табл. 3 приведены температуры плавления и назначение медно-фосфорных припоев.

Таблица 3. Свойства и назначение в качестве припоев стандартных сплавов медь — фосфор

Марка припоя Содержание
фосфора, %
Температура
плавления, °С
Назначение
МФ1 8,5… 10 725…850 Для пайки медных, латунных и бронзовых деталей,
МФ2 8,5… 10 725…850 работающих в условиях небольших
МФЗ 8,5 725…860 статических нагрузок

 

Примечание. Сплавы МФ1 и МФ2 отличаются друг от друга содержанием примеси висмута и сурьмы.

 

 

Пайка алюминия и его сплавов производится специально разработанными для этой цели припоями и флюсами. Главным препятствием при пайке алюминия является пленка оксида, которая почти мгновенно образуется при ее удалении механическим способом. Оксидная пленка алюминия очень стойкая, ее не удается растворить или восстановить обычными флюсами, применяемыми при пайке меди или стали. В табл. 4 приведены припои, применяемые при пайке алюминия и его сплавов.

При пайке алюминия низкотемпературными припоями его поверхность предварительно покрывают никелем.

Таблица 4. Характеристики припоев, применяемых для пайки алюминия и его сплавов

Марка Компоненты Содержание, % Плотность, Мг×м-3 Температура
плавления, °С
П425А

А1

Сu
Zn

19,0…21,0
14,0—16,0
64,0—66,0
5,70 415-425
П34А Si
Сu
Al
5,5-6,5
14,0… 16,0
Остальное
3,30 525
ПСИЛО*

Al

Si

90,0…87,0
10,0..13,0
2,58…2,66 577
АВИА 1 Sn
Cd
Zn
55
20
22
  200
АВИА 2 Sn
Cd
Zn
Al
40
20
25
15
  250

* Силумии (ГОСТ 1521—76)

 

В некоторых случаях в качестве припоев используют чистые металлы. В частности, кадмий применяют для пайки и лужения ковара, никеля. Чистое олово применяется для пайки и лужения меди и ее сплавов, низкоуглеродистой стали, платины, ковара. Медь применяется для пайки никеля, низкоуглеродистой стали.

Кроме описанных выше припоев, на которые распространяются государственные стандарты, в радиоэлектронной промышленности применяют припои, состав и назначение которых определяется требованием отраслевого стандарта. Здесь есть большая группа серебряных, золотых, а также небольшое число медно-никелевых, медно-германиевых и других припоев. В табл.5 приведены сведения только о тех, которые существенно отличаются от стандартных по своему назначению.

Таблица 5. Характеристики некоторых нестандартных припоев

Марка Компо-
ненты
Содержание, % Плот-
ность d,
Mr-м-3
Температура плавления, °С Назначение
ПОСМ-0,5 Sn
Sb
Сu
Pb

59…61,0
Heболее 0,8

0,5…0,7
Остальное

8,50 184 Для лужения пассивной ча-
сти микросхем с тонкими
медными покрытиями
(0,5…0,6 мкм)
ПСрОС-3-58 Sn
Sb
Ag
Pb

66,8…58.8
He более 0,8

2.6…3,4
Остальное

2,50 190 Для лужения пассивной ча-
сти схем специального наз-
начения с покрытием
медью, серебром
ПСр-3Ин

In

Ag

96,5…97,6
2,5…3,5
7,36 141 Для пайки золота и серебра,
а также металлизирован-
ных материалов в микро-
электронике
Фольга никелево-медная вакуумной плавки Ni
Сu
75±2
25±2
8,77 1150…1210 Для пайки сплава ВТ1-00 с
металлизированной керамикой
ППдН-60-40 Pd
Ni
40
60
10,61 1237 Для пайки никеля, низкоугле-
родистой стали, молибде-
на, вольфрама
ПСрМ-72-28 Ag
Сu
72±0,5
28±0,5
9,90 779 Для пайки меди, никеля,
сплавов ЭП-333, ковара
29НК, стали 08, медно-
молибденовых сплавов, ке-
рамики
ПСр-72В

Ag

Сu

72±0,5
Остальное
9,90 789 Для пайки никеля, меди,
мельхиора, константа на
сплавов МО-19, МН-45,
29НК-ВИ, монсля, кера-
мики
ПМГ-9 Ge
Ni
В
Сu
8,7 ±0.4
0.5 ±0.5
0,2 ±0,1
Остальное
8,70 950…1005 Для пайки электротехничес-
кой стали, нержавеющей
стали, никеля
ПМТ-45 Cu
Fe
Si
Ti
49,0…52,0
1,0-3,0
0,7… 1,0
45,0…49,3
6.02 955 Для панки титана и его спла-
вов
             

 

Литература:

  1. Справочник по электротехническим материалам/ под ред. Корицкого Ю.В., Пасынкова В.В., Тареева Б.М. – М.: Энергоатомиздат, т.2, 1987. – 464 с.

Вас также может заинтересовать:

При какой температуре плавится олово для пайки

Олово — один из самых изученных человеком металлов. Оно было открыто еще в доисторические времена. Уже древний человек знал, какова температура плавления олова, физико-химические свойства этого металла и диапазон его применения в повседневной жизни. Сплав олова и меди является первым опытом человека в металлургии, первым искусственным металлическим соединением, созданным руками человека.

Олово в природе

Важнейшие природные соединения – это касситерит, в который входит оксид олова, и станнин (оловянный колчедан). В древности этот металл добывали в открытых шахтах, но в современном мире открытых месторождений олова практически не осталось. В промышленных масштабах его выплавляют из руд, содержащих около 1 % этого вещества. Таким образом, чтобы получить 1 кг чистого олова, нужно переработать центнер руды.

Использование олова

Одно из наиболее известных применений олова – пайка. Невысокая температура плавления позволяет паять в домашних условиях. Для пайки этот металл продается в виде небольших прутков диаметром до 10 мм.

Благодаря физическим характеристикам этот металл можно хранить в нормальных условиях в жидком виде. Низкая температура плавления олова позволяет запаивать металлическую жидкость в стеклянные ампулы для лабораторных или других исследований.

Плавка олова

Олово достаточно легко расплавить в больших количествах и отлить в форму из графита или любого другого материала. Средняя температура плавления олова не превышает 240°C. Основные требования к материалу для форм заключаются в следующем:

  • вещество не должно смачиваться жидким оловом;
  • материал должен выдерживать температуру в 250°C, не разрушаясь и не меняя своей формы.

Расплавленный металл способен окисляться на открытом воздухе, а твердое вещество довольно устойчиво к кислородной коррозии. Иногда это свойство используется для нанесения металлического слоя на жестяные изделия. Но в отличие от цинкового напыления, оловянное не придает изделию электрохимическую защиту – в случае царапины коррозия быстрее разъест поверхность с оловянным покрытием, а не с цинковым.

Олово для пайки

Температура плавления зависит от количества и состава примесей в прутке. О том, какая температура плавления олова, можно узнать из таблицы наиболее распространенных сплавов.

В электротехнике хорошо зарекомендовали себя трехкомпонентные сплавы на основе свинца, серебра и олова. Процентное соотношение примесей в припое различно: стандарты по добавкам до сих пор не выработаны. Все производители сходятся в одном – содержание олова в сплаве не должно быть меньше 95 %. Температура плавления припоя олова в этой композиции колеблется в диапазоне 217-221° C.

Для улучшения характеристик припоя в него вводят небольшое количество сурьмы. Данная композиция применяется для пайки радиодеталей в наиболее ответственных участках.

Хорошо зарекомендовали себя сплавы с содержанием серебра. Наличие этого благородного металла улучшает технические характеристики готового изделия и повышает срок его эксплуатации. Сплавы с большим содержанием серебра применяются в различных средствах связи и в промышленной технике.

Цинкосодержащие сплавы не слишком хорошо распространены. Причиной такой нелюбви является повышенная химическая активность цинка. Из-за его взаимодействия с окружающей средой цинкосодержащие соединения довольно быстро разрушаются, к тому же при работе с ними необходимо использовать активные флюсы. Припойные пасты с содержанием этой добавки не предназначены для длительного хранения. Температура плавления олова для пайки с содержанием цинка достаточно высока. Например, известное соединение Sn91Zn9 плавится при температуре 200°C.

Олово и свинец

Как и олово, свинец в виде сплавов и добавок используется человеком с незапамятных времен. Этот недорогой и распространенный металл обладает свойствами, повышающими качество припоя и его эксплуатационные характеристики.

Припои, в состав которых входит свинец, называются свинцовосодержащими. Соединения свинца очень вредны для здоровья, поэтому применение соединений этого металла весьма ограничено. В прошлом широкое распространение свинцовых припоев было обусловлено хорошими эксплуатационными характеристиками сплава и его низкой температурой обработки. Температура плавления олова и свинца не превышает 190°C. Несмотря на строгие ограничения, припои со свинцом широко используются в отдельных отраслях промышленности, например в оборонном производстве и в секторе ядерной энергетики.

Использование чистого олова

Полупроводниковая промышленность использует припои с высоким содержанием чистого олова, в котором на один атом стороннего металла припадает 999999 атомов чистого металла. Температура плавления олова в чистом виде 240°С. Но в бытовых условиях такие припои не пользуются спросом: дело в том, что при понижении температуры этот металл преобразует свою структуру, на поверхности изделия появляются серые пятна –так называемая оловянная чума. Добавки различных компонентов изменяют эту температуру и придают оловянным сплавам большую устойчивость.

Источник: www.syl.ru

Какие бывают припои, и какие у них свойства?

В начале своей радиолюбительской деятельности многие начинающие радиолюбители редко задаются вопросом о том, какие бывают припои и каковы их свойства.

Для сборки простейших самодельных устройств достаточно самого распространённого ПОС-61 или ему подобного. Как говориться: «Было бы, чем паять…»

Припой можно даже не покупать. Достаточно взять старую печатную плату от какого-нибудь электронного прибора и собрать его разогретым жалом паяльника с паяных контактов.

Особенно такой метод «добычи» актуален для тех, кто живёт вдали от городов и крупных населённых пунктов, где нет возможности побывать в магазине радиотоваров.


Припой, собранный с печатных плат

Но всё же, припой припою рознь. В своей практике человек, имеющий дело с электроникой, должен разбираться в вопросе его выбора. Поэтому рассмотрим подробно, какие бывают припои, для чего они применяются, какой из них лучше использовать для монтажа электронных схем и ремонта бытовой радиоаппаратуры.

Какие бывают припои?

Припои делят на мягкие (легкоплавкие) и твёрдые. Для монтажа радиоаппаратуры применяются как раз легкоплавкие, т.е. такие, температура плавления которых лежит в пределах до 300 – 450 0 C. Мягкие припои по своей прочности уступают твёрдым, но для сборки электронных приборов применяются именно они.

Припой представляет собой сплав металлов. Для легкоплавких припоев это, как правило, сплав олова и свинца. Именно эти металлы составляют большую часть в сплаве. Также в нём могут присутствовать и легирующие металлы, но их количество в составе невелико. Примеси других металлов вводят в сплав для получения определённых характеристик (температуры плавления, пластичности, прочности, устойчивости к коррозии).

Наибольшее распространение получил припой марки ПОС (Припой Оловянно-Свинцовый). Далее за кратким обозначением его марки следует число, которое показывает процентное содержание в нём олова. Так в ПОС-40 содержится 40% олова, а в ПОС-60, соответственно, 60%.

Бывает, что в пользование попадает припой неизвестной марки. Приблизительно оценить его состав можно по косвенным признакам:

Припои оловянно-свинцовой группы имеют температуру плавления 183 – 265 0 C.

Если припой имеет яркий металлический блеск, то в нём достаточно большое содержание олова (ПОС-61, ПОС-90).

И, наоборот, если он тёмно-серого цвета, а поверхность матовая, то это указывает на большое содержание свинца. Именно свинец придаёт поверхности своеобразный сероватый оттенок.

Припои, в которых много свинца очень пластичны.

Так, например, пруток припоя диаметром 8 мм. с большим содержанием свинца (ПОС-30, ПОС-40) легко гнётся руками. Олово, в отличие от свинца, придаёт сплаву прочность и жёсткость. Если олова в сплаве много, то легко погнуть такой пруток уже не получится.


ПОС-40 (пруток)

Рассмотрим, в каких целях используются припои оловянно-свинцовой группы (ПОС).

ПОС-90 (Sn 90%, Pb 10%). Применяется при ремонте пищевой посуды и медицинского оборудования. Как видим, в нём небольшое содержание свинца (10%), который достаточно токсичен и его применение в вещах, соприкасающихся с пищей и водой недопустимо.

ПОС-40 (Sn 40%, Pb 60%). В основном служит для пайки электроаппаратуры и деталей из оцинкованного железа, применяется для ремонта радиаторов, латунных и медных трубопроводов.

ПОС-30 (Sn 30%, Pb 70%). Его применяют в кабельной промышленности, а также используют для лужения и пайки листового цинка.

И, наконец, ПОС-61 (Sn 61%, Pb 39%). Тоже, что и ПОС-60. Думаю, между ними особой разницы нет.

ПОС-61 используется для лужения и пайки печатных плат радиоаппаратуры. Именно он в основном служит материалом для сборки электроники. Температура его плавления начинается со 183 0 C, а полное расплавление достигается при температуре в 190 0 C.

Производить пайку таким припоем можно с помощью обычного паяльного инструмента не боясь перегрева радиоэлементов, поскольку полное его расплавление достигается уже при 190 0 C.

ПОС-30,ПОС-40,ПОС-90 полностью расплавляются при температурах в 220 – 265 0 C. Для многих радиоэлектронных компонентов такая температура является предкритической. Поэтому для сборки самодельных электронных устройств лучше использовать ПОС-61.

Зарубежным аналогом ПОС-61 можно вполне считать припой Sn63Pb37 (олова 63%, свинца 37%). Он также применяется для пайки радиоаппаратуры и для изготовления самодельной электроники. Радиолюбители выбирают именно его, как альтернативу отечественному ПОС-61.

Как правило, любой припой продаётся в катушках или тюбиках по 10

100 грамм. На упаковке указывается состав сплава, например, так: Alloy 60/40 («Сплав 60/40» – он же ПОС-60). Имеет форму проволоки разного диаметра (от 0,25 до 3мм).

Также не редкость, что в его состав входит флюс (FLUX), которым заполнена сердцевина проволоки. Содержание флюса указывается в процентах (обычно от 1 до 3,5%). Такой форм-фактор очень удобен. При работе нет необходимости отдельно подавать флюс к месту пайки.

Одной из разновидностей припоев ПОС является припой марки ПОССу. Да, если произнести вслух, то звучит не очень то презентабельно . Но, несмотря на это, оловянно-свинцовый припой c сурьмой (именно так расшифровывается сокращённое обозначение) применяется в автомобилестроении, в холодильном оборудовании, для пайки обмоток электрических машин, элементов электроаппаратуры, моточных деталей и кабельных изделий. Хорошо подходит для пайки оцинкованных деталей. В таком сплаве кроме свинца и олова присутствует от 0,5% до 2% сурьмы.

Припой Начальная t 0 плавления (Солидус) Полное расплавление (Ликвидус), t 0
ПОССу-61-0,5 183 189
ПОССу-40-2 185 229
ПОССу-40-0,5 183 235
ПОССу-30-2 185 250
ПОССу-30-0,5 183 255

Как видим из таблицы, припой ПОССу-61-0,5 наиболее подходит для замены ПОС-61, так как имеет температуру полного расплавления – 189 0 C.

Стоит отметить, что существует и полностью бессвинцовый оловянно-сурьмянистый припой ПОСу 95-5 (Sn 95%, Sb 5%). Температура его плавления 234 – 240 0 С.

Низкотемпературные припои.

Среди припоев существуют и такие, которые предназначены специально для пайки компонентов очень чувствительных к перегреву. Самым «высокотемпературным» среди низкотемпературных является ПОСК-50-18. Он имеет температуру плавления 142–145 0 C. В своём составе ПОСК-50-18 имеет 50% олова и 18% кадмия. Остальные 32% приходится на свинец. Наличие в сплаве кадмия усиливает устойчивость к коррозии, но и придаёт ему токсичность.

Далее по убыванию температуры плавления идёт сплав РОЗЕ (Sn 25%, Pb 25%, Bi 50%). Маркируется как ПОСВ-50. Температура его плавления ниже температуры кипения воды и составляет 90 – 94 0 C. Он предназначен для пайки меди и латуни. В составе сплава РОЗЕ олово занимает 25%, свинец – 25%, висмут – 50%. Процентное соотношение металлов в сплаве может немного отличаться. Обычно указывается в графе «Состав» на упаковке.

Этот сплав очень популярен у радиомехаников и вообще у всех электронщиков. Применяют его для демонтажа/монтажа чувствительных к перегреву элементов. Кроме всего прочего, данный сплав идеально подходит для лужения медных дорожек только что изготовленной печатной платы.

Находит применение в плавких защитных предохранителях, которые можно обнаружить в любой радиоаппаратуре.

Ещё более низкотемпературным является сплав ВУДА (Sn 10%, Pb 40%, Bi 40%, Cd 10%). Его температура плавления 65 – 72 0 C. Так как в сплаве ВУДА присутствует кадмий (10%), то он токсичен, в отличие от сплава РОЗЕ.

Стоит отметить, что сплавы РОЗЕ и ВУДА достаточно дороги.

Паяльная паста.

В конце и без того длинного повествования хотелось бы немного рассказать о паяльной пасте. Используется она в основном для пайки поверхностно монтируемых компонентов (SMD’шек) и безвыводных микросхем в корпусах BGA.

На вид представляет собой серого цвета кашицу и состоит из о-о-очень мелких шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (состав: 62% олова, 36% свинца и 2% серебра), а также безотмывочного флюса. На упаковке указывается, что флюс безотмывочный двумя буквами в названии – NC (No Clean – без очистки). Флюс, в котором содержаться шарики припоя на воздухе высыхает, поэтому пасту хранят в закрытой упаковке.


Паяльная паста Solder Plus

Применяется паяльная паста при сложном ремонте мобильных телефонов для пайки микросхем в корпусе BGA. Для её использования требуется дополнительное оборудование для ремонта сотовых телефонов, например, специальные трафареты. Стоимость такой пасты довольно высока. Да и не удивительно, ведь в её составе есть серебро.

В настоящее время в производстве электроники стали массово применяться бессвинцовые припои.

Источник: go-radio.ru

Особенности припоя для пайки

Со школьной скамьи всем известно, что олово с химическим символом «Sn», используют для пайки микросхем и других радиодеталей. Основное требование для этого сплава — невысокая температура плавления. Это вызвано тем, что во время процесса должен плавиться припой, а не соединяемая деталь. Чистое олово с Т плавления 232 °C вполне подходит для этих целей, но на практике чистое олово для пайки, фактически не применяется, из-за высокой стоимости, чаще используют сплавы со свинцом и другими металлами.

Характеристики

Олово незаменимо при производстве электронных устройств. Благодаря своим свойствам оно используется для сварки компонентов в радиотехники. Сплав под названием Eutectica, состоит из свинца (Pb), серебра (Ag), меди (Cu) и никеля (Ni). Благодаря этим присадкам олово плавится при разных температурах в зависимости от процентного содержания, каждого из них.

Олово мягкое и податливое, но очень устойчиво к коррозии и не образует ржавчину, имеет очень хорошую электропроводность и относительно низкую температуру плавления. Все эти характеристики делают его незаменимым для создания электронных устройств.

Процесс пайки протекает в мягкой сварке, которая состоит из объединения двух базовых элементов посредством вклада в основу третьего элемента с более низкой температурой плавления. Например, припаивая медную прокладку монтажной платы к ножке конденсатора, используют расплавленное олова, которое плавится при гораздо более низкой температуре, чем базовые элементы. В процессе нагрева, жидкое олово благодаря своим капиллярным свойствам притягивается к базовым компонентам, а затем охлаждается в режиме мягкой пайки.

Виды припоев и флюсов

В нашей стране большое распространение получила марка припоя ПОС — сплав олова Pb и свинца Sn. В зависимости от вида в него может быть добавлены кадмий, никель, медь, и другие металлы. В основном ПОС изготавливает в форме прутков, проволоки, шариков и пасты. Химсостав его строго регламентирован ГОСТ 21930-76. В России широко применяют такие виды припоя: ПОС18, ПОС30, ПОС50, ПОС90, которые относятся к мягким сплавам с Т плавления до 300 градусов.

Припой регламентируется государственными стандартами, кроме Pb (0.8 %) и Sn (17-19 %), он имеет примеси многих металлов. Контролирующие органы строго следят за тем, чтобы производитель ограничивал присутствие ядовитого мышьяка в составе, уменьшающего текучесть жидкого сплава и повышающего хрупкость в условиях знакопеременных нагрузок.

Состав примесей ПОС-18 в процентах:

  1. Плотность— 10.3гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления— 0. 200 мкОм•см.
  3. Показатель твердости поБриннелю— 11 НВ.
  4. Теплопроводность— 0.37ккал/см*С*град.
  5. Т при которой припой будет расплавляться солидус/ ликвидус— 183/285 С.
  • Широкая область сплава в жидком состоянии;
  • пониженное содержание примесей, вызывающей хрупкость;
  • коррозионная стойкость места пайки, что важно для деталей, находящихся во влажных средах.
  • Особый припой, серийно не производится.
  • Наличие вредных присадок в составе — Pb.

ПОС-18 относится к универсальным сплавам и является заменителем бессурьмянистых сплавов, его используют:

  • Для производства радиоаппаратуры;
  • пайке печатных плат малой мощности;
  • кузовной ремонт машин в виде лужения;
  • соединения узлов из медно-цинковых сплавов;
  • ремонт оборудования в системах отопления: котлы, радиаторы и другие нагревательные элементы.

Цена припоя ПОС-18 по состоянию на 01.09.2019 года от 710 руб/кг.

Припой стандартизируется ГОСТами 21930.76 / 21931.76 и относится к мягким сплавам с Т плавления — 256.0 С. По свойствам он похож на марки с ПОС-40 и 50 и состоит из Pb и Sn в процентном соотношении 30:70, а также других элементов не более 1 %. Он отличается от чистого олова темным цветом и повышенной твердостью сплава.

Состав примесей в процентах:

  • Sb — 0.1;
  • Cu — 0.05;
  • Bi0 — 0.2;
  • S, As, Fe — по 0.02;
  • Al, Zn — по 0.002.
  1. Плотность — 9.72 гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления — 0. 185 мкОм•см.
  3. Показатель твердости по Бриннелю — 12 НВ.
  4. Теплопроводность — 0.37 ккал/см*С*град.
  5. Т плавления солидус/ликвидус — 183/256 С.
  • Высокая текучесть;
  • низкая Т плавления;
  • низкое сопротивление позволяет работать с мелкими деталями;
  • высокая ударная вязкость равная чистому олову;
  • высокая область применения, с возможностью замены дорогих материалов, например, для пайки цинка или пластин из латуни;
  • возможность использования для ремонта бытовой техники.

Недостаток ПОС-30 — наличие вредных присадок в составе — Pb.

Цена ПОС-30 по состоянию на 01.09.2019 года от 766 руб/кг.

Его выпускают по требованиям ГОСТ 21931.76, он отличается практическим равным соотношением свинца и олова.

Состав примесей ПОС-50 в процентах:

  • Sb — 0.8;
  • Cu — 0.1;
  • Bi — 0.05;
  • As — 0.05;
  • S, Fe — по 0.02;
  • Ni, Al, Zn — по 0.002.
  1. Плотность — 8.87 гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления — 0. 158 мкОм•см.
  3. Показатель твердости по Бриннелю — 14 НВ.
  4. Теплопроводность — 0.48 ккал/см*С*град.
  5. Т плавления солидус/ ликвидус — 183/209 С.
  • Хорошая текучесть;
  • хорошая тепло- и электропроводность;
  • возможность применения во влажных средах;
  • хорошая пластичность шва позволяет применять к изделиям с повышенными требованиями к герметичности, например, в измерительных приборах и маломощных схемах ПК.
  • Неэффективный при пайке толстых изделий из-за нестабильности прогрева;
    наличие вредных присадок в составе — Pb;
  • ускоренная кристаллизация расплава, не дает возможность использовать сплав в технологии ручной пайки.

Цена припоя ПОС-50 по состоянию на 01.09.2019 года от 1102.00 руб/кг.

Припой отличается низкой теплопроводностью и высоким показателем твердости, что объясняется высоким содержанием олова 90, материал серебреного цвета, что дает эстетическую привлекательность полученным соединениям.

Состав примесей ПОС-90 в процентах:

  • Sb — 0.1;
  • Cu — 0.05;
  • Bi — 0.2;
  • As — 0.01;
  • S, Fe — по 0.02;
  • Ni, Al, Zn — по 0.002.
  1. Плотность — 7.6 гр/см2.
  2. Показатель удельного сопротивления — 0. 120 мкОм•см.
  3. Показатель твердости по Бриннелю — 15.4 НВ.
  4. Теплопроводность — 0.13 ккал/см*С*град.
  5. Т плавления солидус/ ликвидус — 183/220 С.
  • Широкая область применения от бытового, медицинского до промышленного сектора;
  • хорошая текучесть;
  • высокий уровень смачиваемости в жидком состоянии;
  • низкая Т температура плавленияя;
  • хорошая электропроводность;
  • хорошая герметичность, возможность использования в водной и газовой среде;
    хорошая пластичность шва позволяет применять к изделиям с повышенными
  • требованиями к герметичности, например, в измерительных приборах и маломощных схемах ПК.

Недостатки ПОС-90 — наличие вредных присадок в составе (свинца).

Цена припоя ПОС-90 по состоянию на 01.09.2019 года от 1778.00 руб/кг.

Какая температура плавления

Олово, которое используют в электронике, обычно относится к типу эвтектики, это означает, что это сплав с более низкой температурой плавления для каждого из составляющих его элементов. Так, если имеется 60% оловянный сплав (Т плавления — 232 C) и свинцовый 40% (Т плавления — 327 C), то общая температура плавления сплава будет примерно 183 C .

Наиболее распространенный припой, используемый в станах ЕС для электронных работ — 63/37 SnPb. Он представляет собой эвтектический сплав с температурой плавления — 183 C. Сплав 60Sn имеет рабочий диапазон 183-238. Существует более низкотемпературный сплав Sn43Pb43Bi14, имеющий температуры плавления 144-163.

Состав припоя

Свинец, содержащий в сплаве, постепенно вытесняется в соответствии с новыми директивами ЕС (RoHS и WEEE) и заменяется припоями, состоящими из сплавов олова и сурьмы. Уже сегодня в ЕС многие магазины его не продают. У нас пока все по-другому, вероятно, пройдет много лет, прежде чем свинцовый припой в нашей стране будет заменен навсегда.

Важно! Бессвинцовый сплав имеет более высокую температуру плавления, чем свинцовый и использует более агрессивные флюсы. Это означает, что паяльник должен быть изготовлен для бессвинцовой пайки, чтобы обеспечить правильную температуру около 230 C. Бессвинцовый припой, как правило, примерно на 20-50% дороже, чем свинцовый.

Как правильно выбрать

Выбор припоя зависит от вида работ и назначения готового изделия, а также от того в каких условиях продукт будет эксплуатироваться.
Критерии, на которые нужно обратить внимание перед тем, как выбрать припой для пайки:

  1. Тип паяльника.
  2. Размер провода. Диаметры варьируются от сантиметров или миллиметров, размер проволоки зависит от выполняемой работы.
  3. Флюс очищает область пайки, облегчая протекание припоя и, следовательно, идеальное паяное соединение. Флюс изменяет поверхностное натяжение, так как увеличивает адгезионные свойства в паяном соединении.
  4. Перед покупкой, нужно знать при какой температуре плавится олово для пайки.
    Состав. Дискуссия о том, какой припой использовать на печатных платах свинцовый или бессвинцовый, все еще продолжается. Несмотря на дебаты, вызванные проблемами окружающей среды и здоровья, многие электротехники используют свинцовый.

Обратите внимание! Срок годности и отраслевые рекомендации требуют его использования в течение трех лет с даты изготовления. Срок годности указан на изделии, с ним можно ознакомиться в магазине при покупке. Если использовать просроченную пасту на поверхности припоя может произойти окисление, что сделает соединение неэффективным.

Использование

Специалисты дают полезные советы, которые очень помогают начинающим радиолюбителям, чтобы правильно паять:

  1. Выбирают припой с минимальным содержанием свинца.
  2. Необходимо следить за чистотой жала паяльника, оно должно не иметь грязные наплавления.
  3. Для очистки используют напильник или наждачную бумагу. Жало после очистки залуживают канифолью.
  4. Не рекомендуется долго удерживать прибор в точке припоя, поскольку соединяемые детали способны получить высокотемпературное повреждение. Для снижения губительного воздействия Т на деталь, ее придерживают пинцетом, который выполнит роль теплоотвода.
  5. Изделие, перед пайкой очищают, а контакты соприкосновения дополнительно залуживают, чтобы обеспечить отличное сцепление.

Дополнительная информация. При пайке нужно выполнять меры безопасности. Всегда работать в защитных очках, чтобы защитить глаза от летящих капель горячего жидкого припоя. Кончик паяльника по конструкции очень горячий, превышающий 370 C. Нельзя допускать контакта наконечника с кожей, одеждой или другими предметами. При работе нужно использовать специальный держатель для паяльника.

Подводя итоги, можно сказать, что олово для пайки по-прежнему широко используется в отечественной электронной отрасли и быту. Товар широко представлен на российском и зарубежных рынках, в виде свинцового и бессвинцового припоев. В целях защиты окружающей и требований международных организаций потребление первого типа будет неуклонно сокращаться.

Источник: rusenergetics.ru

Температура плавления припоя. Свойства припоев и подшипниковых материалов

Температура плавления и другие свойства припоев на основе олова и свинца

В таблице представлена температура плавления припоев распространенных марок на основе олова и свинца, а также их теплофизические и механические свойства. Свойства припоев даны при комнатной температуре.

В таблице приведены следующие свойства: температура плавления припоев (солидус и ликвидус) в градусах Цельсия, плотность припоев, удельное электрическое сопротивление, коэффициент теплопроводности, временное сопротивление разрыву, относительное удлинение, ударная вязкость, твердость по Бринеллю, HB.

Температура плавления припоев (ликвидус — жидкое состояние припоя) на основе свинца и олова находится в диапазоне от 145 до 308°С. Следует отметить, что температура плавления припоя, равная 145°С, соответствует припою ПОСК 50-18, который относится к категории легкоплавких припоев. При температуре 308 градусов Цельсия в жидком виде находится припой ПОССу 5-1.

Рассмотрены свойства следующих припоев: ПОС 90, ПОС 61, ПОС 40, ПОС 10, ПОС 61М, ПОСК 50-18, ПОССу61-0,5, ПОССу 50-0,5, ПОССу 40-0,5, ПОССу 35-0,5, ПОССу 30-0,5, ПОССу 25-0,5, ПОССу 18-0,5, ПОСу 95-5, ПОССу 40-2, ПОССу 35-2, ПОССу 30-2, ПОССу 25-2, ПОССу 18-2, ПОССу 15-2, ПОССу 10-2, ПОССу 8-3, ПОССу 5-1, ПОССу 4-6.

По данным таблицы видно, что плотность припоев меняется в пределах от 7300 до 11200 кг/м 3 . Припоем с минимальной плотностью является оловянно-свинцовый припой ПОСу 95-5. Наиболее тяжелым из рассмотренных припоев является припой ПОССу 5-1 — плотность такого припоя имеет величину 11200 кг/м 3 .

Теплопроводность припоев в таблице дана в размерности ккал/(см·с·град). Припоями с максимальной теплопроводностью являются ПОС 90 и ПОСК 50-18 — их теплопроводность равна 0,13 ккал/(см·с·град).

Температура плавления припоев на основе серебра, их плотность и удельное электрическое сопротивление

К серебряным припоям относятся такие припои, как ПСр72, ПСр71, ПСр70, ПСрМО68-27-5, ПСр65, ПСр62, ПСр50, ПСр50КД, ПСрМЦКд45-15-16-24, ПСрКДМ50-34-16, ПСр45, ПСр40, ПСр37,5, ПСр25, ПСр25Ф, ПСр15, ПСр12М, ПСр10, ПСр010-90, ПСрОСу8 (Впр-6), ПСрМО5 (Впр-9), ПСрОС 3,5-95, ПСр3, ПСрО 3-97, ПСрОС3-58, ПСр3Кд, ПСр2,5, ПСр2,5С, ПСр2, ПСрОС2-58, ПСр1,5, ПСр1.

Плотность припоев на основе серебра изменяется в пределах от 7400 до 11400 кг/м 3 . Низкая плотность припоя, содержащего серебро, свойственна таким припоям, как: ПСрОСу8, ПСрМО5, ПСрОС 3,5-95 и ПСр010-90. Наиболее тяжелый припой — это ПСр3, его плотность равна 11,4 г/см 3 .

Температура плавления припоев на основе серебра находится в диапазоне от 183 до 860°С. Припоем с наименьшим удельным электрическим сопротивлением является серебряный припой ПСр72 — его электросопротивление равно 2,1 мкОм·см.

Удельное электрическое сопротивление припоев значительно изменяется в зависимости от марки припоя. Оно может иметь значение в интервале от 2,1 (у припоя ПСр72) до 37,2 мкОм·см — у ПСр37,5.

Примечание: плотность и удельное электрическое сопротивление припоев указаны при комнатной температуре.

Температура плавления припоев и легкоплавких сплавов

В таблице даны значения температуры плавления припоев и легкоплавких сплавов на основе ртути Hg, цезия Cs, калия K, висмута Bi, таллия Tl, индия In, олова Sn, свинца Pb, кадмия Cd, сплав Вуда, сплавы Роуза (Розе), золота Au, магния Mg, цинка Zn, серебра Ag.

Значения температуры плавления припоев и сплавов в таблице приведены начиная с самых легкоплавких сплавов и находятся в диапазоне от -48,2 до 262°С. В сплавах с отрицательной температурой плавления (от минус 48,2°С) преобладает содержание ртути и щелочных металлов. Легкоплавкие сплавы с температурой плавления от 200 до 260°С имеют в своем составе преимущественное содержание висмута и таллия.

Примечание: эвт — эвтектические сплавы или близкие к ним; для неэвтектических сплавов приводятся значения температуры солидуса.

Плотность припоев и баббитов, их теплопроводность и КТлР

В таблицах даны теплофизические свойства некоторых припоев и баббитов (антифрикционных подшипниковых материалов) при комнатной температуре. Представлены такие свойства, как: плотность, коэффициент температурного расширения и теплопроводность.

Указаны свойства следующих припоев и баббитов: ПОС-30, ПОС-18, ПСр45, ПОЦ70, ПОЦ60, 34А, эвтектический силумин; баббиты, Б83, Б16, БКА, Б88, Б89, Б6.

Следует отметить, что плотность припоев, коэффициент температурного расширения (КТлР) и теплопроводность припоев и баббитов имеют близкие значения, за исключением припоя 34А и эвтектического силумина, которые в 2-4 раза легче.

Состав и теплопроводность припоев и баббитов при различных температурах

В таблице представлен состав и значение коэффициента теплопроводности алюминиевых антифрикционных сплавов, баббитов и припоев при температуре от 4 до 300 К (от -269 до 27°С).

Рассмотрены следующие припои и подшипниковые материалы: АН2,5, АО6-1, БКА, Б16, Б83, Б88, ПОС61, ПОС18, ПОССу18-2, ПОССу40-2, сплав Вуда, сплав Розе, ПСр25, ПСр44, ПСр70.

Наиболее теплопроводным антифрикционным сплавом, по данным таблицы, является сплав АО6-1 — его теплопроводность равна 180 Вт/(м·град). Наибольшую теплопроводность среди рассмотренных припоев имеет серебряный припой ПСр70 (на основе серебра и меди) — теплопроводность этого припоя равна 170 Вт/(м·град).

Источники:

  1. Физические величины. Справочник. А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, А.М. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. — М.:Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с.
  2. Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники.
  3. Таблицы физических величин. Справочник. Под ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976. — 1008 с.
  4. Цветные металлы. Справочник. — Нижний Новгород: «Вента-2», 2001. — 279 с.

Источник: thermalinfo.ru

Температура плавления припоя и технические характеристики

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.

Источник: tokar.guru

Контрактное производство электроники — Контракт Электроника

Замена традиционных типов припоев на материалы, не содержащие свинца, является не только веянием времени, но и требованием многочисленных международных комиссий по экологии. В статье рассмотрены свойства различных типов бессвинцовых припоев, даны рекомендации по их применению.

Версия в PDF (909Kb)

Среди термических, механических, усталостных и других свойств припоев одним из самых важных является температура плавления. В таблице 1 представлены некоторые из широко известных типов бессвинцовых припоев [1].

Следует отметить, что продолжается работа по оптимизации составов бессвинцовых припоев для достижения ими необходимых свойств. По этой причине составы припоев, приведенных в таблице 1, могут время от времени несколько отличаться от серийно производимых припоев. Например, в таблице 2 показаны торговые марки некоторых серийно производимых припоев различных производителей.

Бессвинцовым припоям с высоким содержанием индия (например, первому из припоев в таблице 2) свойственна несовместимость материалов индия и свинца, независимо от того, присутствует ли последний на поверхности печатной платы или на выводах компонентов. Для реализации полностью бессвинцового процесса в некоторых случаях (например, при использовании сплавов, содержащих индий) необходимо задействовать бессвинцовое покрытие паяемых поверхностей печатного монтажа и выводов компонентов.

Таблица 1. Примеры некоторых бессвинцовых припоев и их свойства [1]

Состав бессвинцового

Температура

Примечания

припоя

плавления, °С

48 Sn/52 In

118(эвтектическая

Низкая температура плавления, высокая

 

температура)

стоимость, низкая прочность

42 Sn/58 Bi

138(эвтектическая

Стандартный, доступность зависит от

 

температура)

доступности висмута

91 Sn/9Zn

199 (эвтектическая

Высокая степень шлакообразования,

 

температура)

коррозионная стойкость

93,5Sn/3Sb/2Bi/1,5Cu

218(эвтектическая

Высокая прочность, высокая

 

температура)

устойчивость к термической усталости

95,5Sn/3,5Ag/1 Zn

218…221

Высокая прочность, хорошая

   

устойчивость к термической усталости

99,3 Sn/0,7 Cu

227

Высокая прочность, высокая температура

   

плавления

95 Sn/5 Sb

232…240

Высокое сопротивление сдвигу,

   

устойчивость к термической усталости

65Sn/25Ag/10Sb

233

Патент Motorola, высокая прочность

97Sn/2Cu/0,8Sb/0,2Ag

226…228

Высокая температура плавления

96,5Sn/3,5Ag

221 (эвтектическая

Высокая прочность и высокая

 

температура)

температура плавления

Из таблицы 1 видно, что бессвинцовые припои характеризуются либо слишком низкой, либо слишком высокой температурой плавления по сравнению с эвтектическими свинцово-

оловянным припоями. В таблице 2 приведены, в основном, бессвинцовые припои с высокой температурой плавления.

При использовании низкотемпературных припоев необходим специальный флюс, поскольку стандартный флюс при низких температурах малоактивен. Еще одним ограничением, связанным с низкотемпературными припоями, является уменьшение их смачивающих свойств, вызванное пониженной текучестью при субэвтектических температурах.

Для низкотемпературных применений определенное признание получили припои, содержащие индий. Так, многими компаниями используется припой, содержащий 52% 1п и 48% Бп, поскольку он обеспечивает лучшие характеристики при повторной пайке в процессе ремонта или переделки. Поскольку температура плавления этого припоя составляет 244°Р (118°С), повторная пайка при более низкой температуре может производиться многократно без риска теплового повреждения. Если печатные линии платы покрыты золотом в качестве антиоксиданта, то использование припоя с индием предотвращает выщелачивание золота [2].

Еще одним бессвинцовым припоем с низкой температурой плавления является припой 42 Бп/58 Ы. Если посмотреть на фазовую диаграмму припоя БпЫ, то можно увидеть, что температура плавления находится на

уровне 138°С. Висмут используется в паяльных сплавах для достижения низких температур плавления, но висмутсодержащие сплавы обычно имеют плохие характеристики смачивания.

Многие другие сплавы, представленные в таблице 1, обладают более высокой температурой плавления, чем свинцово-оловянный эвтектический сплав с температурой плавления 183°С. Это, например, цинк-оловянный высокотемпературный бессвинцовый припой с температурой плавления 198°С.

Высокотемпературные припои несовместимы с широко распространенными материалами для изготовления печатных плат, такими как РИ-4. Помимо этого, более высокие температуры при повторной пайке могут увеличить риск повреждения платы.

В настоящий момент не существует бессвинцовых припоев, полностью заменяющих свинцовосодержащие, хотя некоторые производители описывают свои припои как «почти идентичные» [3]. Даже в этом случае для повторной пайки требуется температура жала паяльника 400°С. Для некоторых применений эта температура может оказаться слишком высокой и вызвать тепловое повреждение.

Одной из ключевых проблем использования высокотемпературных припоев, представленных в таблицах 1 и 2 при пайке волной, является повышение риска пробоя конденсаторов. При пайке волной следует поддерживать температуру в диапазоне 230…245°С, что на 45…65°С выше температуры плавления оловянно-свин-цового припоя. Бессвинцовый припой с температурой плавления 220°С потребует при пайке волной температуры 265…280°С. Это увеличивает разницу температур между предварительным нагревом и пайкой волной и, соответственно, повышает риск повреждения конденсаторов.

В целом, почти все бессвинцовые припои имеют меньшую смачиваемость (текучесть), чем эвтектические оловянно-свинцовые, и потому первые из них хуже заполняют необходимую площадь. Для улучшения текучести требуются специальные составы флюсов. Усталостные характеристики бессвинцовых припоев также недостаточно хороши, хотя в одном

Таблица 2. Примеры бессвинцовых припоев различных производителей (с любезного разрешения Dr. Raiyoman Aspandiar, Intel Corporation)

Тип припоя

Поставщик

Состав

Температура плавления, °C

Примечания

       

Несовместимость индия и свинца.

Indalloy™ 227

Arconium Specialty Alloy

77,2Sn/20 In/2,8 Ag

187

Требуется бессвинцовое покрытие контактных площадок печатной платы и выводов микросхем

Слишком высокая температура

Alloy H™

Alpha Metals

84,5 Sn/7,5 Bi/5 Cu/2 Ag

212

ликвидуса. При пайке волной требуется температура более 260-С

Несовместимость индия и свинца.

Tin-Zinc Indium

AT&T

81 Sn/9Zn/10ln

178

Требуется бессвинцовое покрытие

     

контактных площадок печатной платы и выводов микросхем

Castin™

AIM Products U.S. Dept. of Energy (DOE)

96,2 Sn/2,5 Ag 0.8 Cu/0,5 Sb

215

Слишком высокая температура ликвидуса. При пайке волной

Tin-Silver -Copper

(Министерство энергетики США)

93,6Sn/4,7Ag/1,7Cu

217

требуется температура более 260-С

из исследований не наблюдалось нарушения целостности паяного соединения после испытания термическим циклом для высокотемпературного припоя 96,5 Бп/3,5 Ag (последний сплав в таблице 1) [4].

В идеале температура плавления выбранного припоя должна составлять около 180°С, так чтобы для оплавления использовалась температура 210…230°С; для пайки волной — 235…245°С, а для ручной пайки — 345…400°С. Более высокие температуры ручной пайки могут использовать только высококвалифицированные

монтажники во избежание теплового повреждения.

В спецификации J-STD-006, разработанной IPC, приведен подробный список оловянно-свинцовых и бессвинцовых припоев. Однако ни один из бессвинцовых припоев не считается полной заменой эвтектического оловянно-свинцового. В настоящее время ведутся исследования по разработке бессвинцового припоя, который станет полноценной заменой упомянутому выше оловянно-свинцовому. Это насущное требование, которое неизбежно следует учесть.

Литература

1. Socolowski, Norbert. Lead free alloys and limitations for surface mount assembly. Proceedings of Surface Mount International, 1995, pp. 477—480.

2. Keeler, R. Specialty solders outshine tin/lead in problem areas. EP&P, July 1987, pp. 45—47.

3. Seelig, Karl. A study of lead free solder alloys. Circuit Assembly, October 1995, pp. 46 — 48.

4. Melton, Cindy. How good are lead free solders. SMT, June 1995, pp. 32—36.

Статья подготовлена no материалам сайта www.rayprasad.com

Припои высокочистые для групповой и селективной пайки

Обзор

Припой — металл или сплав, применяемый при пайке для соединения заготовок и имеющий температуру плавления ниже, чем соединяемые металлы. 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.

Припой является одним из основных материалов, используемых в процессе пайки. Высокочистые припои марки ELSOLD предназначены для применения при групповых методах пайки таких, как пайка волной или двойной волной припоя, протягиванием или погружением, селективная пайка. Так же припой в виде проволоки без флюса используется для ручной пайки с дополнительным флюсованием. Это дает возможность использовать высокочистые припои для ручной пайки, доработки, ремонта и прототипирования.

Припои марки ELSOLD обладает лучшими капиллярными свойствами по сравнению с традиционным ПОС, обеспечивая отличную пайку сквозных металлизированных отверстий. По европейским нормативам подобные припои могут содержать лишь очень незначительное количество примесей. Поэтому использование для групповых методов пайки припоев марки ELSOLD минимизирует образование шлама в процессе пайки, обеспечивает значительно больший срок жизни припоя в ванне и получение качественных блестящих паяных соединений, без перемычек и сосулек.

Процесс производства ELSOLD соответствует стандарту DIN EN ISO 9001:2000, в настоящий момент идут работы по подготовке к введению ISO TS 16949. Высокочистые припои марки ELSOLD соответствуют требованиям Европейского Космического Агентства (ESA) по надежности и сроку службы. Поэтому ESA при производстве электроники для космоса используют именно припои марки ELSOLD.

Температура плавления припоя что это такое и почему это важно?

Точка плавления любого материала определяется как температура, при которой твердое вещество становится жидкостью. С инженерной точки зрения эта температура определяет, какие материалы могут быть использованы для данных реальных приложений. В большинстве случаев материалы выбираются таким образом, чтобы они использовались в твердой форме, без возможности плавления.

Припои разные. Роль припоев состоит в том, чтобы расплавить и при плавлении соединить два или более электрических компонента вместе.Припои состоят из десятков составов сплавов с температурами плавления от 90 ° до 400 ° C. Выбор любого конкретного припоя для применения основан на температуре плавления этого припоя. Например, если приложение таково, что устройство будет работать в высокотемпературной среде, выбранный припой должен иметь температуру плавления выше, чем рабочая температура.

В промышленном применении припои можно разделить на две категории:

  1. Эвтектика
  2. Неэвтектический

Слово «эвтектика» происходит от греческого «eútēktos», что означает «легко плавится».На практике эвтектика относится к сплаву, который плавится при одной температуре и после охлаждения затвердевает при одной заданной температуре. Эта возможность важна в определенных производственных процессах.

Таким образом, неэвтектический сплав — это сплав, который не плавится при одной температуре. Эти сплавы имеют так называемый интервал плавления. Сплав начинает плавиться при определенной температуре, затем продолжает плавиться при повышении температуры, пока не будет достигнута конечная температура, и сплав станет полностью жидким.Разница между температурами начала и окончания плавления называется диапазоном плавления. Некоторые сплавы имеют диапазон плавления до 3 ° C, в то время как другие имеют диапазон плавления до 75 ° C.

Выбор конкретного припоя основан на нескольких факторах, но двумя из основных критериев являются:

  1. Температура плавления припоя используемого процесса
  2. любые последующие термические процессы.

Возможно, требуется высокотемпературный припой, потому что производитель будет выполнять последующие термические процессы, и он не хочет оплавлять первый припой.Высокотемпературный припой позволяет ему выполнять более одного термического процесса без нарушения целостности устройства. Или, может быть, нужен низкотемпературный припой, потому что производитель имеет термочувствительные компоненты и не хочет их повредить из-за воздействия высоких температур.

Производитель может паять компонент или компоненты, используя, например, припой с высоким содержанием свинца (Pb). Эти сплавы плавятся в диапазоне 300 °. Затем он может сделать вторичный припой, используя припой с оловянным серебром (SnAg), который плавится при температуре 220 °.Наконец, при необходимости, он может сделать третий припой оплавлением, используя припой на основе индия с температурой плавления в диапазоне 150 ° C. Этот метод ступенчатой ​​пайки, начиная с высокотемпературного припоя, дает производителю значительную гибкость процесса.

В других случаях требуется низкотемпературный припой. Различные электронные блоки содержат термочувствительные компоненты или, возможно, органические компоненты с низкими тепловыми порогами. Выбранный припой должен иметь температуру плавления ниже 150 ° C, возможно, до 100 ° C.Распространено то, что припой был выбран из-за его температуры плавления.

Почему я должен использовать эвтектический сплав вместо неэвтектического сплава?

Металлургия эвтектического сплава позволяет ему плавиться и замерзать при одной температуре. Это означает быстрое оплавление и охлаждение. Более быстрый процесс — более рентабельный. Когда припой быстро плавится и замерзает, качество паяного соединения является оптимальным. Любое специализированное крепление для удержания компонентов на месте во время оплавления, как правило, может быть менее сложным.Таким образом, выбор эвтектического сплава имеет много преимуществ, и большинство производителей предпочитают использовать эвтектический сплав, когда это возможно.

Однако количество коммерчески доступных эвтектических сплавов ограничено, в то время как количество различных применений пайки огромно. Чаще всего процесс требует, чтобы выбранный сплав был неэвтектическим. Использование неэвтектических сплавов не следует рассматривать как ущерб; это просто означает, что производителю нужно будет уделить особое внимание оптимизации процесса оплавления.Если процесс эвтектического сплава может быть быстрым, неэвтектический сплав во время затвердевания будет частично твердым, а частично жидким. В течение этого периода, когда паяное соединение находится в состоянии твердой и жидкой смеси, он подвержен явлению, называемому «горячим растрескиванием». Смещение деталей во время оплавления и прерывание процесса оплавления являются типичными первопричинами горячих трещин; их трудно обнаружить при регулярном контроле качества. При увеличении времени процесса появляются большие возможности для менее чем оптимального оплавления припоя.Кроме того, любой специализированный инструмент может оказаться более сложным для достижения того же конечного результата.

Почему я должен использовать припой из золотого сплава вместо припоя из свинцового сплава?

Мягкие припои, а именно сплавы на основе свинца, олова и / или индия, начинают терять свою прочность при температурах выше 75% от их точки плавления. Для Pb с температурой плавления 327 ° C сплав становится мягче выше 245 ° C. Для Sn это составляет 175 ° C. Мягкость этих припоев создает проблему, когда они используются для изготовления компонентов и / или узлов, которые будут подвергаться окончательной сборке, такой как оплавление или пайка волной припоя в диапазоне 250–260 ° C.Сплавы золотых припоев, такие как AuSn, состоят из однородной смеси атомов Au и интерметаллидов AuSn. Эта смесь делает эти сплавы очень прочными, так что они почти не теряют прочности вблизи точки их плавления. В результате, Au80Sn20 с температурой плавления 280 ° C является предпочтительным сплавом для пайки / закрытия пакетов узлов, которые герметично закрыты и должны выдерживать окончательную сборку. Высокая термостойкость Au80Sn20 обеспечивает целостность упаковки, даже когда требуется выдерживать нежелательные перерывы в окончательной сборке и связанные с этим проблемы перегрева.

Итог

Припой s Сплавы могут быть изготовлены во многих формах и формах. Из них можно сформировать преформу. Это основной способ использования припоев в полупроводниковой промышленности, при котором преформа припоя становится частью электронной схемы. Заготовка припоя, используемая при автоматической пайке, требует согласованности от партии к партии.

Доступны десятки припоев, некоторые из них эвтектические, некоторые нет; некоторые с узкими интервалами плавления, некоторые с широкими интервалами плавления.Сплавы могут быть на основе свинца (Pb); На основе золота (Au); Среди прочего, на основе олова (Sn) или индия (In). Их можно использовать в приложениях от сотовых телефонов до спутниковых систем. Выбор правильного припоя для конкретного применения зависит от знания среды, в которой он будет использоваться. Первые вопросы, которые задает производитель: «Какая температура плавления необходима» и «Какие процессы должен выдержать припой»?

AMETEK Coining — ведущий мировой производитель преформ для припоя.У нас есть широкий ассортимент легкодоступных припоев, в том числе бессвинцовые сплавы, которые соответствуют Директиве ЕС 2002/95 / EC ‘RoHS’ (Снижение содержания вредных веществ), запрещающей использование припоев на основе свинца в большинстве случаев. Приложения. Чеканка полностью вертикально интегрирована с возможностью работы и разработки новых сплавов. Coining обладает развитыми инструментами и опытом, а также обширной библиотекой инструментов с 18 000 доступными инструментами различных размеров. Новые инструменты также могут быть изготовлены в точном соответствии с требованиями заказчика.

Характеристики плавления припоя являются важным критерием при выборе припоя, однако есть много других факторов, которые влияют на выбор конкретного сплава. Наша команда инженеров всегда доступна для консультации, а наши уникальные внутренние возможности позволяют нам разрабатывать индивидуальные сплавы для вашего конкретного применения.

По любым вопросам обращайтесь в один из наших офисов. AMETEK Coining имеет офисы продаж в Северной Америке, Азии и Европе.

Офис продаж в США : +1 201-791-4020
[email protected]

Офис продаж в Китае: +86 21-3763-2111 EXT 8894
[email protected]

Офис продаж в Европе: +381 62 291143
[email protected]

Офис продаж в Малайзии: +60 46 43 3062
[email protected]

Свойства припоя Точка плавления — RF Cafe

Значения, представленные в таблице ниже, относятся к некоторым из наиболее часто используемые припои.Благодаря стремлению к выпуску бессвинцовых (бессвинцовых) версий, которые соответствовать инициативе RoHS 1 , которая будет действовать в Европе в Летом 2006 г. были разработаны новые сплавы, в которых свинец практически не используется. все. Для этих приложений этот ресурс составлен NIST 2 и Colorado Школа горного дела будет очень кстати.

Большая проблема с бессвинцовый (также известный как Pb-Free) припой: чем выше содержание олова, тем больше вероятность рост «оловянных усов».» Это явление, когда из припоя вырастают крошечные усики, до сих пор полностью не изучено. Проблема в том, что между соседними проводниками могут возникать короткие замыкания, и внутри соединителя высокой плотности или корпуса ИС с мелким шагом. Некоторые военные и По этой причине космические платформы запрещают использование бессвинцовых припоев.

См. Мой удобный наконечник для удержания припоя при пайке вручную.

В приведенной ниже таблице любой припой, не содержащий компонента «Pb», без свинца.

5Сн-95Пб 307 585
0,5Sn-92,5Pb-2,5Ag 280 536
Sn / 5Sb 243 469
100Sn 3 232 450
99,3Sn-0,7Cu 227 440
96.5Sn-3.5Ag 221 430
Sn / 3,0 Ag / 0,5 Cu 219 426
Sn / 3,8Ag / 1,0 Cu 217 423
Sn / 3,5Ag / 1,0Cu / 3Bi 213 415
50Ин-50Пб 209 402
45Сн-55Пб 204 400
55Сн-45Пб 193 379
60Сн-40Пб 186 368
63Сн-37Пб 183 361
62Сн-36Пб-2Аг 179 354
97Ин-3Аг 143 289
Sn / 57Bi 139 282
52Ин-48Сн 118 244

1: Уменьшение количества опасных веществ

2: Национальный институт стандартов и технологий

3: Чистое олово

При какой температуре плавится припой? Несколько быстрых советов.

Мы предположим, что вы впервые занимаетесь пайкой и находите вы остро нуждаетесь в определении правильной температуры, чтобы расплавить припой.

Когда пайка, очень важно уделить время и понять все — от инструментов до процессов — чтобы предотвратить ошибки, которые потенциально могут поставить под угрозу ваше здоровье и рабочее место рискованно. Вот почему определение правильной температуры, при которой припой обычно тает нужно уделить большое внимание.Не волнуйся — это статья может быть очень полезной, чтобы вы могли успешно превратить свой Паяльный проект в настоящий шедевр!

Что такое припой?

Довольно конечно, многие из вас уже знакомы с припоем — что это такое и как это выглядит. Вообще говоря, это элемент из цветного металла с низкая температура плавления примерно 200 градусов по Цельсию. Его состав варьируется в зависимости от типа. Однако припой обычно состоит из олова, свинца или того и другого.

Это поставляется в различных формах: палка, проволока и гранулы. Провода нормальные пайка, в то время как гранулы и стержневой припой предназначены для ванн для припоя. Хотя вы также можете найти припой в виде пасты, листа и паллионы (сколы или обрезки). Паста припоя представляет собой сочетание мелких частицы припоя смешиваются с пастообразным флюсом. Обычно он используется массовые производители машинной пайки. Однако это дорогостоящая форма припоя. Вы можете использовать его для пайки сложных работ (например,, филигрань).

Припой также доступен в разных цветах — медь, золото, серебро, бронза, или латунь. Золотой припой имеет различные оттенки, чтобы хорошо сочетаться с разными сплавами. С другой стороны, температура плавления припой меди и латуни (также называемый прутком) высокий, не упомянуть, что они хрупкие.

Мягкий припой : Припой на основе олова, плавящийся при низкой температуре. Обычно используется для создания деталей из недрагоценных металлов предохранителей и нестандартных деталей из недрагоценных металлов ювелирные изделия, а также ремонт запаянных колец из недрагоценных металлов и бижутерия.

Жесткий припой: Это это сплав, который имеет тенденцию плавиться при более низкой температуре. Золото и серебряные украшения — одни из немногих примеров, требующих твердой пайки. Кроме того, компоненты из бронзы, меди и латуни можно было сплавить с помощью твердые припои.

Типы припоев и их температура плавления

Разберем типы припоев и при какой температуре они обычно плавятся:

Припой бессвинцовый

Больше в прошлом году припой из свинцового сплава считался стандартом припой, обычно используемый в электронике.Однако были сообщения о проблемы со здоровьем, связанные со свинцом, поэтому возникли проблемы с припоями на основе свинца. Здесь количество свинца, содержащегося в любых компонентах, было ограничено 0,1. процентов. Сплав 96,5 / 3 / 0,5 — один из самых известных сплавов, которые не содержат свинца. Он содержит 0,5 процента меди, 3 процента серебра и 96,5% олова.

Пока без риска для здоровья, этот вид припоя более дорогой по цене, предлагает хрупкие, но более прочные паяные соединения и имеют тенденцию плавиться при более высоких температурах. температура.Таким образом, требуется более высокий температурный поток. Он тает в примерно 230 градусов по Цельсию.

50/50

Это сделан из комбинации 50 процентов свинца и 50 процентов олова. Это НЕ идеально подходит для использования в электронике, только для сантехнических работ. Оно делает имеют более низкую пластичность и более высокую температуру плавления.

60/40

Это представляет собой припой, состоящий на 60 процентов из олова и на 40 процентов из свинца. Трещины не образуются так легко, если стык перемещается во время охлаждения, благодаря своей очень мягкой функции.Температура плавления припоя 60/40 составляет 190 градусов по Цельсию (хотя это все еще зависит от точного состава ). Рекомендуемая температура жала паяльника не менее 300 градусов Цельсия.

63/37

Это припой состоит из 63 процентов олова и 37 процентов свинца. Помимо его температура плавления 183 градуса по Цельсию, это ключевое преимущество припоя его эвтектическая составляющая. Это только означает, что работать с ним намного проще, поскольку он создает меньшее количество плохих суставов.Хотя когда дело доходит до цена, припой 63/37 довольно дорог по сравнению с его неэвтектическим аналоги.

Keep имея в виду, что температура плавления припоя в основном определяется содержание цинка. Если содержание цинка выше, ожидайте плавления температура должна быть ниже. На самом деле нет стандарта точного температуры плавления припоя. У всех производителей есть свои технические характеристики. Итак, при покупке припоев у одного производителя или дилера, вы можете поддерживать различные температуры плавления прямой.

Ваш паяльник играет важную роль

Как вы знаете, паяльник также играет огромную роль, когда дело доходит до количество температуры, которое вы должны отпустить, чтобы расплавить припой. Следовательно, это имеет смысл определить типы температурных расчетов, доступные как хорошо для будущих ссылок.

Паяльники обычно имеют 3 основных температурных исполнения:

(1) Ручная конструкция, в которой отсутствуют конструкции контроля температуры.Обычно это дешевле и идеально подходит для пайки в домашних условиях. проекты.

(2) Паяльная станция с паяльником и настольным блоком управления, но при этом самая дорогая.

(3) Паяльник с регулируемой температурой, который позволяет паяльникам убедитесь, что наконечник поддерживает нужную температуру. Но, как и паяльная станция, эта тоже дорогая.

Может быть 250 ° C достаточно, если вы используете утюг с высоким эффектом и большой паяльное жало, которое эффективно отводит тепло.С другой стороны, вы может потребоваться около 400 ° C, если у вас малоэффективный паяльник с крошечный, маленький наконечник, который плохо отдает тепло.

Точность — ключ к успеху!

Каждые при пайке определенных материалов / всегда обязательно проверять рабочая температура на периодической основе, чтобы избежать низкотемпературная пайка и перегрев, а также для улучшения срок службы паяльного жала.

Оф Конечно, вы хотите, чтобы процесс пайки прошел успешно.Ты не нужно гадать о температуре жала паяльника. Вы можете использовать различное оборудование, в том числе цифровой термометр TID-A и Термометр TIA-A. Качественное оборудование обеспечивает точную температуру показания для отличных характеристик пайки.

Припой с более низкой температурой плавления

Припой с более низкой температурой плавления
Резюме исследования M.T. Маккормак, Ю. Дегани, Х.С. Чен и В.Гесик

СОДЕРЖАНИЕ


Значительное снижение производственных затрат может быть достигнуто с помощью низкотемпературная обработка поверхности за счет увеличения выхода и использования меньшего дорогие комплектующие и платы. Припой с более низкой температурой плавления (номинальный состав Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag), позволяющий существенно снижение пиковых температур оплавления при поверхностном монтаже. В припой совместим со стандартной обработкой поверхности Pb-Sn, плавится внутри температурный диапазон ~ 166-172 ° C и имеет перспективные механические характеристики. Многие производители электроники внедряют менее дорогие компоненты. и / или материалы печатной платы в сборке продукта, чтобы уменьшить затраты на производство. Эта практика часто приводит к проблемам с производственным ресурсом. потому что менее дорогие материалы, как правило, более чувствительны к температуре и влажность. Например, устройства для поверхностного монтажа из пластика, чувствительного к влаге. (МСД) подвержены повреждениям из-за влаги во время пайки. процесс. 1-5 Когда пластиковые упаковки подвергаются воздействию условия окружающей среды, они диффузно впитывают влагу через пластиковую формовочную массу. Этот влага может впоследствии конденсироваться на внутренних поверхностях раздела (например, между пластик и силиконовый кристалл или между выводной рамкой и пластиком). В профиль температуры оплавления припоя может затем привести к тому, что эта конденсированная влага быстро испаряются. Увеличение объема влаги, связанное с фазовый переход в пар может оказывать значительное давление на внутренних поверхностях раздела. в то время как пластиковая формовочная смесь одновременно испытывает прочность снижение из-за повышенных температур.Эта комбинация факторов, часто называемый эффектом попкорна, может вызвать расслоение или трещины, которые могут трудно обнаружить. Расширенные трещины, выходящие на внешнюю поверхность в пакете могут быть указаны пути для технологических химикатов, таких как флюс или чистящие средства. агенты и загрязняющие вещества в атмосфере, которые, как известно, могут нарушить работу устройства надежность.

К другим видам отказа относятся поднятые, срезанные или ослабленные проволочные связи. Некоторые из эти сбои, связанные с «попкорном», происходят немедленно и проявляются в электрических тестирование, в то время как другие более тонкие и вызывают сбои в работе.Эта влага восприимчивость ограничивает срок службы МСД на заводе. температура окружающей среды и относительная влажность.

Чтобы облегчить эти проблемы урожайности, есть толчок к снижению пикового значения. температуры оплавления при поверхностном монтаже; однако уменьшение пика температура оплавления при использовании эвтектического припоя Sn-37Pb обычно приводит к неприемлемые явления, такие как недостаточное смачивание подушек, плохое филе геометрии, комкование пасты при оплавлении, частичное оплавление из-за тепловая масса компонентов или полное отсутствие оплавления.

Наиболее распространенным сплавом, используемым при пайке оплавлением, является эвтектический сплав Sn-37Pb. С этот сплав имеет температуру плавления 183 ° C, есть практические более низкие пределы температуры пайки оплавлением. Например, верхняя часть козырька температура в большинство профилей печей для поверхностного монтажа варьируются в зависимости от области применения между 205-220 ° C, чтобы обеспечить оплавление и оплавление эвтектических паяльных паст Pb-Sn. образуют приемлемые паяные соединения. Следовательно, надежная более низкая точка плавления, заглядывать припой желателен.

Альтернативные припои с более низкими температурами плавления, чем у эвтектических. Sn-37Pb часто рассматривается для таких приложений, как описанные; в Чаще всего рассматривается альтернативный сплав Sn-43Pb-14Bi. Этот припой имеет несколько атрибутов, которые не подходят для всех приложений; передовой К ним относятся широкий диапазон плавления и более низкая температура солидуса. Рисунок 1а представляет собой типичный профиль дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) Сплав Sn-43Pb-14Bi при нагреве со скоростью сканирования 5 ° C / мин.Профиль показаны две отдельные области отвода тепла, указывающие на плавление. В области более низких температур большая часть сплава (~ 30%) плавится. резко примерно при 137 ° C — температура плавления эвтектики Bi-42Sn сплав. За этой начальной температурой солидуса следует прерывание на ДСК. кривая, показывающая начальную температуру ликвидуса ~ 147 ° C. В большая часть объема сплава остается твердой примерно до 165 ° C, обозначенный на рис. 1а прерывистым изменением наклона при предплавлении (твердотельная диффузия) часть второй скважины для отвода тепла.Этот температура 165 ° C, по сути, является второй температурой солидуса для оставшаяся твердая часть сплава. Большая часть сплава в конечном итоге становится расплавляется примерно при 170 ° C (другая эффективная температура ликвидуса). А небольшая остаточная часть (~ 5-10%) сплава полностью не плавится до примерно 178 ° C. Этот широкий диапазон плавления может не только ввести трудности в обращении при изготовлении, но более низкая температура солидуса при 138 ° C может способствовать снижению сопротивления термической усталости.
Рис. 1. Типичные профили дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК)
при нагревании со скоростью сканирования 5 ° С / мин. для
(а) Sn-43Pb-14Bi, (б) Sn = -42Pb-8Bi, (в) Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag.
a b c

Альтернативный состав припоя с температурой плавления ниже, чем у эвтектика Sn-37Pb.Целью данной работы было определение тройной Sn-Pb-Bi, который не только плавится как минимум на 10 ° C ниже эвтектического Sn-37Pb, но также не содержал фаз плавления ~ 138 ° C и имел узкую диапазон плавления (~ 10 ° C). Найден лучший компромисс по тепловому характеру. в тройном составе Sn-42Pb-8Bi. Рисунок 1b представляет собой типичный профиль DSC сплава Sn-42Pb-8Bi со скоростью сканирования 5 ° C / мин. Как видно из прерывистое изменение наклона на участке предварительного плавления отвода тепла ну, температура солидуса этого сплава составляет ~ 171 ° C.Первичный ликвидус температура ~ 175 ° C; есть очень небольшой (примерно 2-3%) остаток количество твердых веществ, которые полностью не плавятся до 182 ° C. Композиционный колебания, превышающие процент, необходимы для значительного изменения Показан характер плавления. Для этого состава избыток висмута приводит к ~ 138 ° C фазы плавления; избыток олова и свинца приводит к образованию остаточных твердых частиц за пределами температура плавления 183 ° C Sn-37Pb.

После установления оптимального тройного состава Sn-42Pb-8Bi четвертичный добавки были исследованы на предмет дополнительного положительного воздействия на плавление характер сплава.Добавки серебра были наиболее полезными — пиковое тепловое механические преимущества были получены при содержании Ag ~ 0,5%. Рисунок 1c представляет собой Типичный профиль плавления сплава Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag методом ДСК при сканировании скорость 5 ° C / мин. Температура солидуса этого сплава составляет ~ 166 ° C, температура первичного ликвидуса составляет ~ 172 ° C, и существует очень небольшая (примерно 2-3%) остаточное количество твердых веществ с высоким содержанием свинца, которые не полностью растопить до 178 ° C. Этот характер плавления предполагает, что возможно более низкие пиковые температуры оплавления при поверхностном монтаже на столько же как 10-15 ° C при использовании сплава, легированного серебром.Композиционные колебания серебро ниже 0,2% неэффективно для обеспечения понижения температуры плавления и при содержании серебра более 0,8% начинают образовываться фазы с хорошей температурой плавления за пределами эвтектики 63Sn-37Pb.

Рис. 2. Сканирующие электронные микрофотографии (а) тройных микроструктур Sn-42Pb-8Bi и (б) Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag в литом состоянии. Микроструктурный уточнение связано с добавлением серебра в четвертичный сплав.
a b

Помимо изменения характера плавления сплава, введение 0.5% Ag также, по-видимому, улучшает микроструктуру после литья. В сканировании На электронных микрофотографиях, показанных на рисунке 2, фаза светового контраста богата свинцом а темная контрастная фаза богата оловом. Уточнение микроструктуры может быть четко видно между литыми тройными и четверными сплавами на рис. 2а. и 2б соответственно. Механические свойства четвертичного Sn-Pb-Bi-Ag сплава сравнивается с двумя бинарными эвтектическими припоями — Sn-37Pb (плавление точка = 183 ° С) и Sn-3.5Ag (температура плавления = 221 ° C) — при растяжении данные напряжения-деформации показаны на рисунке 3. Хорошая прочность и пластичность. Показанный сплав является очень перспективным с точки зрения сопротивления термической усталости. Дальнейшая работа в этом направлении продолжается.
Рис. 3. Сравнительные данные о растяжении-деформации, полученные при скорости деформации 0,001 / с для образцов припоя Pb-37Sn, Ag-3.5Ag и Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag.

Поскольку собственно полезность Sn-41.Сплав 75Pb-8Bi-0.5Ag будет в больших Деталь, определяемая ее характеристиками оплавления при низкотемпературном поверхностном монтаже После сборки была изготовлена ​​паяльная паста RMA без очистки. Оба Сплав Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag и стандартная эвтектическая паста Sn-37Pb (с использованием той же флюс) были напечатаны в круговых деталях диаметром 6,35 мм и 0,25 мм высота на несмачиваемых поверхностях из алюминия 2 O 3 . Использование азотно-конвективного оплавления печи и контроль температуры верхней стороны подложки с помощью откалиброванного термопары, эти тестовые образцы подверглись термическому профилю (рис. 4).Пик температура верхней стороны подложки в этом профиле оплавления составляет 179 ° C. В альтернативный сплав (рис. 5а) демонстрирует отличное оплавление пасты, не содержащей шарики припоя; паста Sn-37Pb (рис. 5б) вообще не оплавлялась.
Рис. 4. Температурный профиль верхней панели. Пиковая температура на верхней стороне в этом профиле оплавления составляет 179 ° C.

Затем аналогичный эксперимент был проведен с напечатанными тестовыми купонами FR-4.В контактные площадки на испытательных купонах имеют стандартную эвтектическую смесь Sn-37Pb с горячим воздухом. обработка поверхности с выравниванием припоя (HASL). После трафаретной печати пасты Сплавы Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag и Sn-37Pb на отдельных испытательных купонах, конденсаторах (также с эвтектической обработкой контактной поверхности Sn-37Pb) были помещены на колодки. Таким же образом, как описано выше, купоны прошли контролируемую Профиль оплавления с максимальной температурой верхней стороны плиты 179 ° C. В Сплав Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag (Рисунок 5c) снова демонстрирует отличное оплавление пасты. и образование галтели без шариков припоя, в то время как паста Sn-37Pb (Рисунок 5d) вообще не переплавляется.Эксперименты с пиковой температурой верхней стороны платы ниже 179 ° C за тот же период показал только частичное оплавление в Паста сплава Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag и не рекомендуется.
Рис. 5. (а) паста сплава Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag и (б) стандартная эвтектическая паста Sn-37Pb, напечатанная на несмачиваемом Ar 2 O 3 субстрат. Отметим, что паста Sn-37Pb вообще не оплавлялась. Использование оплавления профиль печи, описанный на рисунке 4, при испытании на поверхность с конденсаторами (Обработка контактной поверхности Sn-37Pb) на испытательных купонах FR-4, обработанных HASL, (c) Sn-41.Сплав 75Pb-8Bi-0.5Ag демонстрирует отличное оплавление пасты и формирование галтели. без шариков припоя и (d) паста Sn-37Pb не оплавляется при все.

Заводские испытания с использованием припоя также оказались весьма успешными. Рисунки 6а и 6b показаны компоненты для поверхностного монтажа с J-образными выводами и мелким шагом 0,5 мм, соответственно, которые отслеживались во время оплавления и наблюдались на верхней стороне пика. температура доски 179 ° C.Паяные компоненты демонстрируют отличные формирование галтели без образования перемычек между выводами.
Рис. 6. (a) J-образные выводы и (b) компоненты для поверхностного монтажа с мелким шагом 0,5 мм, которые наблюдались во время оплавления, чтобы испытать пик на верхней стороне платы температура 179 ° C.
a b

Эксперименты с полностью заполненными платами, имеющими большие локальные тепловые массы. находятся в процессе определения самых низких пиковых температур оплавления для данного Приложения.Тем не менее, кажется совершенно очевидным, что пайка для поверхностного монтажа с паяльной пастой Sn-41.75Pb-8Bi-0.5Ag можно делать при температурах значительно ниже, чем те, которые используются в настоящее время, чтобы снизить урожайность проблемы, связанные с влажностью и температурной чувствительностью при поверхностном монтаже сборка. 1. Стандарт JEDEC JESD22-A112, «Чувствительность к напряжению, вызванному влагой для устройств поверхностного монтажа в пластиковой упаковке» (1994).
2. Стандарт JEDEC JESD22-A113-A, «Предварительная подготовка пластиковых устройств для поверхностного монтажа перед испытанием надежности» (1995).
3. IPC-SM-786A, «Процедуры определения характеристик и обращения с ИС, чувствительными к влаге / оплавлению» (Lincolnwood, IL, 1995).
4. М. Китано и др., «Анализ растрескивания корпуса в процессе пайки оплавлением», Proc. 17-й Int. Сим. Тестирование и анализ отказов (1991), стр. 213-220.
5. Г. С. Ганесан и Х. М. Берг, «Модель и анализ явления растрескивания припоя оплавлением в пластиковых корпусах SMT», IEEE Trans. CHMT , 16 (8) (1993), стр. 940-948.

ОБ АВТОРАХ

M.T. Маккормак получил докторскую степень. в материалах науки и техники в Калифорнийском университете в Беркли в 1991 году. В настоящее время он является техническим сотрудником Bell Laboratories, Lucent Technologies. Он является членом TMS.
Дегани Ю. защитил докторскую диссертацию. получил степень по химии в Еврейском университете Иерусалима в 1985 году. В настоящее время он является техническим сотрудником Bell Laboratories, Lucent Technologies.
H.S. Чен получил докторскую степень. получил степень по прикладной физике в Гарварде в 1967 году. В настоящее время он является техническим сотрудником Bell Laboratories, Lucent Technologies.
W.R. Gesick получил степень бакалавра наук. В 1968 году получил степень бакалавра технических наук в Нью-Йоркском университете. В настоящее время он является президентом компаний Advanced Metals Technology и Amtech.

За дополнительной информацией обращайтесь в M.T. Маккормак, AT&T Bell Laboratories, 600 Mountain Avenue, Murray Hill, New Jersey 07974; (908) 582-3547.


Авторское право принадлежит Обществу минералов, металлов и материалов, 1996

Направляйте вопросы об этой или любой другой странице JOM по адресу [email protected]

Святой Грааль пайки: низкотемпературное оплавление — использование при высоких температурах | Доктор Рон Ласки | Блоги Indium Corporation

Народ,

Пайка позволяет использовать современную электронику. Без припоя электроники не было бы.Медь плавится при 1085 ° C, но с помощью припоя мы можем связать медь с медью при температуре около 235 ° C или ниже с помощью современных бессвинцовых припоев. Эти более низкие температуры необходимы, поскольку электронные блоки и печатные платы сделаны из полимерных материалов, которые не могут выдерживать температуры намного выше 235 ° C.

До появления RoHS оловянно-свинцовые припои плавились примерно на 35 ° C меньше, чем бессвинцовые припои. Таким образом, сегодня температура пайки является самой высокой за всю историю. Для некоторых применений было бы желательно иметь припои, плавящиеся при температурах, близких к температурам оловянно-свинцовые.Это желание повысило интерес к припоям с низкой температурой плавления, таким как припои олово-висмут. Eutectic SnBi плавится при 138 ° C, поэтому можно использовать температуру печи оплавления 170 ° C. Эти более низкие температуры оплавления облегчают работу с некоторыми хрупкими компонентами и печатными платами и уменьшают количество дефектов, таких как вспучивание и прослойка печатной платы. Однако более низкая температура плавления припоев SnBi ограничивает их применение во многих суровых условиях, таких как автомобили и военные. Как показывает практика, припой не следует использовать с температурой плавления выше 80–90% по шкале Кельвина.Для припоя SnBi этот диапазон температур составляет 55,8–96,9 ° C. Эти температуры значительно ниже температуры использования в некоторых суровых условиях. Кроме того, припои SnBi могут быть хрупкими и поэтому плохо выдерживают испытания на ударную нагрузку.

Итак, в мире электроники можно использовать припой, который может оплавиться при температуре чуть выше 200 ° C, но при этом имеет высокую рабочую температуру. Эта ситуация может показаться неразрешимой загадкой. Однако мои коллеги из Indium Corporation во главе с доктором Нин-Ченг Ли решили эту проблему.Они использовали индийсодержащий припой, порошок A, который плавится при температуре <180 ° C, и объединили его с порошком B, который плавится при температуре ~ 220 ° C. При оплавлении при температуре около 205 ° C порошок A плавится, а порошок B растворяется в расплавленном порошке A. Для достижения этого эффекта необходимо поддерживать температуру 205 ° C в течение примерно двух минут. Температура плавления окончательного паяного соединения превышает 180 ° C. Я обсуждал феномен растворения жидкого металла другого, который плавится при более высокой температуре, в предыдущем посте. Ярким примером этого эффекта является растворение золота ртутью при комнатной температуре.Так что не роняйте золотые или серебряные украшения в ванну для пайки волной припоя и не ждите, что выловите их через час!

Порошок

A сам по себе не является кандидатом, так как он плавится при 113 ° C, а частично при 140 ° C.

Используя вышеуказанные критерии, температура использования этой новой порошковой припойной смеси может находиться в диапазоне 89,4–134,7 ° C после оплавления, так как температура переплава превышает 180 ° C. Испытания, проведенные доктором Ли и его командой, показали, что полученные паяные соединения также обладают хорошими или отличными характеристиками термоциклирования и ударов при падении.Эта новая паяльная паста называется Durafuse TM LT.

На рисунках 1-3 схематично показано, как плавление двух порошков будет плавиться при максимальной температуре оплавления 205 ° C.


Рисунок 1. Порошок A и порошок B при комнатной температуре.


Рис. 2. При 205 ° C порошок A расплавился и начинает растворяться в порошок B.


Рисунок 3. Примерно через минуту при 205 ° C порошок B начинает растворяться.По прошествии достаточного времени он полностью растворится в порошке А, в результате чего будет получен новый сплав с температурой переплава более 180 ° C, а также термическим циклом от хорошего до отличного и характеристиками при падении.

Для меня это изобретение — одно из самых значительных в SMT за последнее поколение. Можно утверждать, что это похоже на поиски святого Грааля пайки: плавление при низкой температуре с длительным сроком службы при высокой температуре. Дополнительную информацию о Durafuse TM LT см. В блогах моей коллеги по Indium Corporation Клэр Хотведт.

Ура,

Доктор Рон

PS. Я разработал электронную таблицу Excel ® для расчета рабочих температур. Он преобразует градусы Цельсия в К. Я использовал его для расчета указанных выше температур использования. Если вам нужна копия, отправьте мне сообщение по адресу [email protected]

(PDF) Припои с низкой температурой плавления на основе элементов Sn, Bi и In

[11] R.K. Шиуэ, Л. Цай, К. Лин, Дж. Л. Оу, Исследование бессвинцовых припоев Sn-Bi-Ag- (In)

, J.Матер. Sci. 38 (2003) 1269e1279.

[12] Дж. Ли, С. Маннан, М. Клод, К. Чен, Д. Уолли, К. Лю, Д. Хатт, Сравнение

межфазных реакций Ni и NieP при длительном контакте с жидким SneBi-

Припои на основе

, Acta Mater. 55 (2007) 737e752.

[13] С. Ван, Дж. Сю, В. Ван и др., Кожная электроника из масштабируемого изготовления

— внутренне растягиваемой матрицы транзисторов, Nature (Лондон) 555 (2018)

83e88.

[14] Г.Х. Ли, Х. Мун, Х. Ким, Г. Ли, В. Квон, С. Ю, Д. Мён, С.Х. Юнь,

З. Бао, С.К. Хан, Многофункциональные материалы для имплантируемых и носимых устройств

фотонных медицинских устройств, Nat. Rev. Mater. (2020) 1e17.

[15] B. Tian, ​​C.M. Либер, Нанопроводные биоэлектрические интерфейсы: обзор в фокусе, Chem.

Ред. 119 (2019) 9136e9152.

[16] S.R. Патель, К. Либер, Прецизионная электронная медицина в мозге, Nat. Био-

технол. 37 (2019) 1007e1012.

[17] Аникеева П., Ч. Либер, Дж. Чеон, Создание функциональных интерфейсов с логическими схемами bio-

, Acc. Chem. Res. 51 (2018), 987-987.

[18] Z. Mei, J.W. Моррис, Характеристика эвтектических паяных соединений Sn-Bi,

J. Electron. Матер. 21 (1992) 599e607.

[19] Дж. Шен, Й. Пу, Х. Инь, Д. Луо, Дж. Чен, Влияние незначительных добавок Cu и Zn на термические, микроструктурные и растягивающие свойства припоя

на основе SneBi. , Дж.Сплавы Compd. 614 (2014) 63e70.

[20] Р.М. Шалаби, Влияние добавления серебра и индия на механические свойства

и ползучесть при вдавливании быстро затвердевших бессвинцовых припоев на основе Bi-Sn

, Mater. Sci. Англ. А 560 (2013) 86e95.

[21] W.X. Донг, Ю.В. Ши, З.Д. Ся, Ю. Lei, F. Guo, Влияние следовых количеств редких добавок

земли на микроструктуру и свойства припоя на основе Sn-Bi,

J. Electron. Матер.37 (2008) 982e991.

[22] Ф. Хуа, З. Мей, А. Лаваньино, Eutectic SneBi как альтернативный бессвинцовый припой,

в: Труды Международного саммита по бессвинцовой электронике As-

сборки, IPC Works ‘ 99, 1999.

[23] JF Li, SH Маннан, М. Clode, D.C. Whalley, D.A. Hutt, Межфазные реакции

между расплавленными припоями SneBieX и медными подложками для жидких припоев в терконнектах

, Acta Mater. 54 (2006) 2907e2922.

[24] H.К. Ким, К. Ту, Кинетический анализ реакции пайки эвтектического сплава

SnPb и Cu, сопровождающейся созреванием // Физ. Мезомех. Ред. B 53 (1996)

16027e16034.

[25] D.R. Фландрия, Э. Джейкобс, Р.Ф. Пиниццотто, Энергии активации интерметаллического

роста эвтектического припоя Sn-Ag на медных подложках, J. Electron. Матер. 26

(1997) 883e887.

[26] W.H. Тао, К. Чен, С. Э. Хо, В. Т. Чен, К. Р. Као, Селективная межфазная реакция

между Ni и эвтектическим бессвинцовым припоем BiSn, Chem.Матер. 13 (2001)

1051e1056.

[27] К. Чен, С. Э. Хо, А. Х. Лин, Г. Л. Луо, К. Р. Као, Исследование длительного старения твердотельной реакции

между припоем 58Bi42Sn и Ni-подложкой, J. Electron.

Матер. 29 (2000) 1200e1206.

[28] P.J. Shang, Z.Q. Лю Д. Ли, Дж. К. Шан, Bi-индуцированные пустоты на границе Cu3Sn / Cu

в эвтектических паяных соединениях SnBi / Cu, Scripta Mater. 58 (2008) 409e412.

[29] Г. Гош, Кинетика укрупнения Ni

3

Sn

4

гребешков во время межфазной реакции

между жидкими эвтектическими припоями и металлизацией Cu / Ni / Pd, J.Прил. Phys. 8

(2000) 6887.

[30] C.H. Ма, Р.А. Свалин, Самодиффузия в жидком олове, J. Chem. Phys. 36 (1962)

3014.

[31] S.K. Канг, В. Рамачандран, Кинетика роста интерметаллических фаз на границе

жидкий Sn и твердый Ni, Scripta Metall. 14 (1980) 421e424.

[32] F. Hua, Z.Q. Мей, Дж. Глейзер, Eutectic Sn-Bi как альтернатива бессвинцовым припоям,

в: 1998 IEEE 48th Electron. Компон. Technol. Конф. (ECTC), IEEE, 1998,

стр.277e283.

[33] S.Y. Янг, К. Пайк, Сравнение гальванических эвтектических припоев Bi / Sn и Pb / Sn

на различных системах UBM, Электрон. Packag. Manuf. IEEE Trans.

24 (2001) 269e274.

[34] C.H. Редер, Л. Фелтон, В. Танзи, Д. Кнорр, Влияние старения на микроструктуру

, деформацию при комнатной температуре и разрушение паяных соединений Sn-Bi / Cu

, J. Electron. Матер. 23 (1994) 611e617.

[35] Н.М. Пун, C.M.L. Ву, Дж.К.Л. Лай, Ю. Чан, Остаточная прочность на сдвиг соединений Sn-Ag

и Sn-Bi бессвинцовых SMT после термического удара, IEEE Trans. Adv.

Упаковка. 23 (2000) 708e714.

[36] W.R. Myung, Y. Kim, K.Y. Ким, С. Юнг, Надежность при падении эпоксидного паяного соединения

Sn-58 вес.% Bi с поверхностной отделкой ENIG и ENEPIG при температуре и влажности

, J. Electron. Матер. 45 (2016) 3651e3658.

[37] C.M. Чен, Л. Чен, Ю.С. Лин.Электрон. Матер. 36 (2007) 168e172.

[38] Л. Чен, К. Чен, Исследование электромиграции в эвтектическом припое SnBi на металлизации

Ni / Au [J], J. Mater. Res. 21 (2006) 962e969.

[39] H.W. Мяо, Дж. Да, Б.С. Чиу, Испытание на термоциклирование в паяных соединениях Sn-Bi и Sn-Bi-Cu

, J. Mater. Sci. Матер. Электрон. 11 (2000) 609e618.

[40] Л. Занг, З. Юань, Х. Чжао, Х. Чжан, Смачиваемость расплавленного припоя Sn-Bi-Cu на подложке

Cu, Mater.Lett. 63 (2009) 2067e2069.

[41] С. Сакуяма, Т. Акамацу, К. Уениши, Т. Сато, Влияние третьего элемента на микроструктуру

и механические свойства эвтектического припоя Sn-Bi, Пер.

Jpn. Inst. Электрон. Packag. 2 (2009) 98e103.

[42] X. Chen, F. Xue, J. Zhou, Y. Yao, Влияние In на микроструктуру, термодинамические характеристики и механические свойства бессвинцового припоя на основе Sn-Bi

, J. Сплавы Compd. 633 (2015) 377e383.

[43] О. Мохтари, Х. Нисикава, Влияние добавок In и Ni на микроструктуру припоя

Sn-58Bi, J. Electron. Матер. 43 (2014) 4158e4170.

[44] J.F. Li, S.H. Маннан, М. Clode, H.M. Лобато, К. Лю, округ Колумбия Уолли,

F.T. Лоуренс, Дж. Джексон, Х. Стин, Взаимодействие между жидкими припоями

на основе Sn-Bi и контактными металлами для высокотемпературных применений, в: 2005 IEEE

55th Electron. Компон. Technol. Конф. (ECTC), IEEE, 2005, стр.441e448.

[45] Л. Сан, Л. Чжан, Свойства и микроструктура бессвинцовых паяных соединений Sn-AgCu-X

в электронных корпусах, Adv. Матер. Sci. Англ. 2015 (2015)

639028.

[46] I. Shafq, Y.C. Чан, С. Сюй, Q.Q. Ли, Исследование электромиграции нано-Al, легированного

бессвинцового Sn-58Bi на корпусах из Cu и Au / Ni / Cu с шариковой решеткой (BGA), в:

18th Eur. Микроэлектрон. Packag. Конф. (EMPC), 2011, стр. 1e7.

[47] Д. Ма, П. Ву, Влияние добавления Zn на механические свойства эвтектического припоя Sn-

58Bi во время старения в жидком состоянии, Trans.Цветные металлы Soc. Китай 25

(2015) 1225e1233.

[48] Д. Ма, П. Ву, Влияние концентрации Zn на реакции старения и явление массивного выкрашивания IMC

в системе Sne58BiexZn / Cu, J. Mater. Sci.

Матер. Электрон. 26 (2015) 1338e1346.

[49] Х. Чен, Ф. Сюэ, Дж. Чжоу, С. Лю, Г. Цянь, Микроструктура, термические и смачивающие свойства

свойств бессвинцового припоя Sn-Bi-Zn, J. Electron. Матер. 42 (2013), 2708-

2705.

[50] L.Чжан, Л. Сунь, Ю. Гуо, Микроструктуры и свойства Sn58Bi,

Sn35Bi0.3Ag, Sn35Bi1.0Ag припой и паяные соединения, J. Mater. Sci. Матер.

Электрон. 26 (2015) 7629e7634.

[51] C. Zhang, S.D. Лю, Г. Цянь, Дж. Чжоу, Ф. Сюэ, Влияние содержания Sb на свойства

припоев Sn-Bi, Пер. Цветные металлы Soc. Китай 24 (2014) 184e191.

[52] Ю.Г. Шиуэ, Т. Чуанг, Влияние добавления La на межфазные интерметаллиды

и прочность соединения паяных соединений Sn-58Bi с контактными площадками Au / Ni / Cu, J.Сплавы

Compd. 491 (2010) 610e617.

[53] Y.C. Хуанг, С. Чен, Влияние легирования Co и размера на затвердевание и

межфазных реакций в парах Sn-57 вес.% Bi- (Co) / Cu, J. Electron. Матер. 40

(2011) 62e70.

[54] S. Lin, T.L. Нгуен, С. Ву, Ю. Ван, Эффективное подавление роста межфазных интерметаллических соединений

между припоями Si 58 мас.% И подложками из Cu

за счет незначительного добавления Ga, J. Alloys Compd. 586 (2014) 319e327.

[55] J.W. Моррис, J.L.F. Гольдштейн, З. Мей, Микроструктура и механические свойства —

связей припоев Sn-In и Sn-Bi, J. Miner. Встретились. Матер. Soc. 45 (1993) 25e27.

[56] Х. Окамото, Фазовые диаграммы бинарных сплавов, ASM Int., Met.Park 3 (1990)

2295e2296.

[57] C. Selah, W.S. Уильям, К. Подбородок, Низкотемпературная технология склеивания без протока —

nique с использованием композита In-Sn, в: 2000 IEEE 50th Electron. Компон. Technol.

конф. (ECTC), IEEE, 2000, стр.114e118.

[58] Р. Кубяк, М. Волцирц, В. Захарко, Кристаллизация, разложение и удельная проводимость su-

b

-In3Sn, J. Менее распространенный. Встретились. 65 (1979) 263e269.

[59] J. Chria

ste

lov

a, M. O

zvold, Свойства припоев с низкой температурой плавления,

J. Alloys Compd. 457 (2008) 323e328.

[60] J.L. Freer, J.W. Моррис, Микроструктура и ползучесть эвтектики индия / олова на медных и никелевых подложках

, J.Электрон. Матер. 21 (1992) 647e652.

[61] А.Б. Shobo, A. Mawire, M. Aucamp, Быстрое термоциклирование трехфазного

сменных материалов (PCM) для приготовления пищи, J. Braz. Soc. Мех. Sci. Англ.

40 (2018) 329.

[62] А.Б. Эль-Бедиви, М. Эль-Бахай, Влияние серебра на структурные, электрические,

механические и паяльные свойства сплавов на основе олова и индия, Radiat. Эфф.

Дефекты Твердые тела 159 (2004) 133e140.

[63] С. Соммадосси, А.F. Guillermet, Систематика межфазных реакций в системе Cu /

Ine48Sn / Cu, связанной диффузионной пайкой, Intermetallics 15 (2007)

912e917.

[64] F. Tian, ​​C.F. Ли, М. Чжоу, З.К. Лю, Межфазная реакция между припоем In-48Sn

и поликристаллической медной подложкой во время твердофазного старения, J. Alloys

Compd. 740 (2018) 500e509.

[65] D.G. Ким, С. Юнг, Межфазные реакции и кинетика роста слоя интерметаллического соединения

между припоем Ine48Sn и подложкой из чистой меди, J.Сплавы

Compd. 386 (2005) 151e156.

[66] P.T. Вианко, П.Ф. Хлава, А.К. Килго, Формирование слоя интерметаллического соединения

между медью и покрытиями 100In, 50In-50Sn, 100Sn и 63Sn-37Pb

, нанесенными горячим погружением, J. Electron. Матер. 23 (1994) 583e594.

[67] T.H. Чуанг, К. Ю., С.Ю. Чанг, С.С. Ван, Фазовая идентификация и рост

кинетики интерметаллических соединений, образующихся в процессе пайки In-49Sn / Cu

реакций, J. Electron.Матер. 31 (2002) 640e645.

[68] Дж. М. Ку, С. Б. Юнг, Надежность корпусов BGA с припоем In-48Sn / Au / Ni / Cu

в процессе обратного потока, J. ​​Electron. Матер. 34 (2005) 1565e1572.

[69] Г. Хэмпстон, Д.М. Якобсон, Индиевые припои, Adv. Матер. Процесс. 163 (2005)

45e47.

[70] J.L.F. Гольдштейн, Дж. Моррис, Развитие микроструктуры эвтектики Bi-Sn

и эвтектики In-Sn во время высокотемпературной деформации, J. Electron.

Матер.23 (1994) 477e486.

[71] К. Симидзу, Т. Наканиси, К. Карасава, К. Хашимото, К. Нива, Паяное соединение

Надежность соединения сплава индия, J. Electron. Матер. 24 (1995)

39e45.

Ю. Лю, К.Н. Tu Materials Today Advances xxx (xxxx) xxx

15

Что такое низкотемпературная паяльная паста?

Одним из важнейших параметров при выборе паяльной пасты является ее температура плавления. Низкотемпературная паяльная паста в целом может быть классифицирована как паста, плавящаяся при температуре ниже 180 ° C.

Низкотемпературная пайка требуется в ряде случаев, особенно при работе с термочувствительными устройствами, деталями со значительными различиями в коэффициентах теплового расширения, компонентами, демонстрирующими сильное тепловое коробление, или изделиями с очень миниатюрной конструкцией.

Низкотемпературная паяльная паста также требуется при ступенчатой ​​пайке, когда нам нужно припаять компоненты на плате, которая уже как некоторые компоненты припаяны к ней. Использование низкотемпературной паяльной пасты для пайки новых компонентов / соединений гарантирует, что ранее паяные детали не повредятся, поскольку эта паяльная паста будет плавиться при более низкой температуре.

Для многих приложений требуется низкотемпературный припой, который оплавится ниже 180 ° C. Например, для крепления светодиодов, сборки оптики и монтажа MEMS требуется низкотемпературная пайка. Существует более 100 металлических сплавов, которые плавятся ниже температуры обычных сплавов Sn / Pb.

Но, в частности, есть два металла, которые помогают удовлетворить эти потребности. Один из них — индий, а другой — висмут. Бессвинцовые припои, такие как олово / индий 52% и олово / висмут 58%, имеют значительно более низкие температуры плавления, чем припой олово / свинец 37%.Система сплава SnBiAg имеет температуру плавления 138 ° C, что обеспечивает максимальную температуру оплавления от 170 до 180 ° C. Эти низкие пиковые температуры позволяют пайку термочувствительных сборок. При этом олово, висмут и свинец могут образовывать сплав, плавящийся около 95 ° C. Это может потенциально привести к выходу из строя паяного соединения из-за естественного нагрева сборки во время использования. Поэтому при выборе этих сплавов необходимо соблюдать осторожность, чтобы температура плавления не была слишком низкой. Сплавы олово / висмут обычно используются в сочетании с другими бессвинцовыми сплавами на основе олова.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *