Содержание олова в припое

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.

Читайте также:  Удельный вес затрат формула
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.

Припои на основе серебра – оптимальное решение для создания прочного, надежного и обладающего хорошей электропроводностью шва. В чистом виде благородный металл использовать для пайки невозможно. Он слишком пластичен и имеет очень высокую температуру плавления. Поэтому в припои добавляют другие металлы, чаще всего медь или цинк. Благодаря добавкам температура плавления понижается, а, следовательно, уменьшается расход энергии и времени на пайку.

Среди достоинств серебряных припоев следует выделить отличные прочностные качества получаемых швов, устойчивость к окислению, механическим и вибрационным воздействиям.

Количество марок серебряных припоев настолько велико, что подобрать состав можно практически для любых задач по пайке различных металлов.

Содержание серебра в припое

Количество серебра в припое регламентируется требованиями ГОСТ. В маркировке продукции присутствует цифровое обозначение, указывающее на процент благородного металла в сплаве. Припои с большим содержанием серебра (50-70%) применяют для создания швов с большой электропроводностью, сплавы с меньшим количеством серебра рекомендуются для соединения деталей, которые не подвергаются значительному нагреву при эксплуатации. Сплавы с низким содержанием Ag наиболее востребованы в машиностроении для создания швов высокой твердости. Радиолюбители в основном пользуются славами с пониженным содержанием серебра (всего около 2%).

Бюджетные марки серебряных припоев

Припой ПСр-10 содержит всего 10% серебра. Такой припой применяют для создания твердых швов, выдерживающих температуру до 800 градусов. В качестве спаиваемых материалов могут выступать сталь и сплавы цветных металлов, в том числе латунь с высоким содержанием меди.

Припои с содержанием серебра 12% применяют для спайки латуни (с содержанием меди до 58%) и меди.

Продукция с содержанием серебра 25% позволяет получить чистый шов, однако, с не самыми высокими прочностными качествами.

Припои со средним количеством серебра

Серебряный припой, содержащий 40% серебра, позволяет получить прочный и пластичный шов. Чаще всего такой состав применяют для соединения подвижных деталей, поскольку шов может подвергаться деформации после застывания, не теряя целостности.

Припой ПСр-45 рекомендован для спайки стыков значительной толщины (до 3 мм). Швы получаются прочными, устойчивыми к ударным и вибрационным нагрузкам, не трескаются и не окисляются

Припои с большим процентным содержанием серебра

Припой, содержащий 65% благородного металла, используют для соединения пильных полотен. Сплав с содержанием серебра 70% часто используют для пайки узлов в электронике. Благодаря высокой электропроводности металла такой припой не нарушает проводимость проводов при пайке.

Читайте также:  Материалы с высокой теплопроводностью

В ювелирном деле нашли применение припои с содержанием серебра 70-80%.

Выбор флюса для пайки

Чтобы шов получился максимально чистым и прочным, перед пайкой поверхность обрабатывают флюсами. Назначение флюса:

  • очистка поверхности;
  • уменьшение окисления состава;
  • снижение поверхностного напряжения металла;
  • увеличение прочности соединения.

Чаще всего для этих целей используют раствор буры, который готовят из порошка и воды путем нагревания. Также в продаже представлены готовые к употреблению флюсы на основе фторида калия. Если работа по пайке требует особенно тщательно заполнить все микродефекты поверхности, на помощь придет флюс на основе тетрафторбората калия.

ГОСТ 19738-74

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 26.04.74 №1015 дата введения установлена 01.01.75

Ограничение срока действия снято Постановлением Госстандарта от 31.01.85 №241

1. Настоящий стандарт распространяется на серебряные припои общего назначения и устанавливает марки припоев.

Коды ОКП марок серебряных припоев приведены в приложении 3. (Измененная редакция, Изм. №1).

2. Марки и химический состав серебряных припоев должны соответствовать указанным в таблице.

3. Примерное назначение серебряных припоев указано в приложении 1

4. Данные по температурам плавления, плотности и удельном электрическому сопротивлению серебряных припоев приведены в приложении 2.

Основные требования, предъявляемые к припоям

К припоям предъявляются конструктивные и технологические требования.

К конструктивным относятся:

достаточная механическая прочность при нормальных, высо­ких и низких температурах;

хорошие электро- и теплопроводность;

стойкость против коррозии.

К технологическим относятся:

жидкотекучесть при температуре пайки;

хорошее смачивание основного металла;

определенные для данного припоя температура плавления и температурный интервал кристаллизации.

Припои, имеющие температуру плавления до 350 °С, называ­ются мягкими, а припои, имеющие температуру плавления свыше 350 °С, — твердыми.

В качестве мягких припоев применяют различные сплавы на ос­нове свинца и олова, содержание которых определяет свойства при­поев. Некоторые мягкие припои содержат присадки сурьмы, сереб­ра, висмута и кадмия, придающие припою специальные свойства. Серебро и сурьма повышают температуры плавления и затвердева­ния, а висмут и кадмий понижают их. Серебро препятствует сниже­нию прочности припоя, но делает его хрупким и ухудшает растека­ние его на меди. При пайке цинка или цинковых сплавов сурьма, входящая в состав припоя (до 2,5%), способствует образованию хрупких сурьмяно-цинковых соединений, поэтому в таких случаях содержание сурьмы в припое не должно превышать 0,25%.

При сборке радиоаппаратуры применяют следующие мягкие припои:

Оловянно-свинцовые припои (ПОС) представляют собой сплавы олова и свинца с присадкой 0,15. 2,5% сурьмы. Механическая прочность припоев повышается с увеличением содержания олова. Прочность паяного соединения не всегда соответствует прочнос­ти применяемого припоя, так как при малых зазорах шов запол­няется не припоем, а сплавом припоя с основным металлом, ко­торый, естественно, обладает иными механическими свойствами. При нормальной температуре механическая прочность паяных соединений, выполненных встык, выше, чем паяных соедине­ний, выполненных внахлест.

Механические свойства оловянно-свинцовыхприпоев с повышением или понижением температуры ухудшаются. При низких температурах (от -30 до -60 °С) наблюдается резкое умень­шение ударной вязкости этих припоев, особенно при большом содержании олова. В указанном интервале температур в олове про­исходят различные превращения, приводящие к увеличению хруп­кости. При повышении температуры до 100 °С уменьшение удар­ной вязкости происходит медленно, а после 100 °С — быстро.

Электропроводность оловянно-свинцовых припоев за­висит от содержания олова и составляет 8. 14% от электропро­водности чистой меди. Электропроводность таких припоев обрат­но пропорциональна содержанию олова.

Коррозионная стойкость припоев в различных агрес­сивных средах зависит от содержания олова. С увеличением его содержания коррозионная стойкость в кислотах повышается, а в щелочах — понижается.

Герметичность паяных соединений зависит от температур­ного интервала кристаллизации, который в свою очередь зависит от состава припоя. Припои с широким интервалом температуры крис­таллизации способствуют получению пористых, негерметичных со­единений, что связано с медленным затвердеванием припоя. Приме­нение припоя с небольшим температурным интервалом кристаллиза­ции (например, около 7 °С у ПОС-61) приводит к уменьшению про­должительности пайки, а применение припоя, у которого точки плав­ления и затвердевания совпадают, затрудняет получение гладких швов.

В табл. 1.1 приводятся области применения оловянно-свинцо­вых припоев.

Области применения оловянно-свинцовых припоев

Для пайки стали, оцинкованного железа, меди, латуни, свинца, а также для лужения перед пайкой

Для пайки стали, меди, латуни, белой жести, медных проводов, деталей приборов и радиоаппаратуры, а также для предвари­тельной пайки соединений перед повторной пайкой более легкоплавким припоем

Для пайки ответственных деталей из стали, латуни, а также для пайки монтажных соединений проводов с лепестками

Для пайки деталей из стали, меди, латуни, бронзы, не допускающих высокого нагрева. Для пайки монтажных и обмоточных про­водов диаметром 0,05. 0,08 мм, резисторов, конденсаторов, монтажных проводов с хлорвиниловой изоляцией. Для вторич­ных ступенчатых паек, производимых рядом с пайками, выполненными тугоплавкими припоями. Для пайки герметичных швов (например, изоляторов), а также для пайки специального назначения, когда требуется обеспечение повышенных электропровод­ности и механической прочности

Для пайки деталей и узлов, подвергаю­щихся в дальнейшем гальваническому покрытию (серебрению, золочению)

Для пайки монтажных соединений в электро- и радиоприборах наиболее широко применяются припои ПОС-30 и ПОС-40. Для пайки тонких монтажных и обмоточных проводов, деталей и уз­лов, не допускающих нагрева свыше 200 °С, вакуумной пайки стек­лянных и керамических проходных изоляторов, а также для сту­пенчатой пайки близко расположенных деталей используется при­пой ПОС-61. Он обладает более низкой температурой плавления, небольшим температурным интервалом кристаллизации и более высокой коррозионной стойкостью.

Читайте также:  Переходник с тюльпана на hdmi для телевизора

Малооловянистые и безоловянистые припои применяют с целью уменьшения расхода олова. Малооловянистые припои, содержа­щие свинец, олово и сурьму, лишь немногим уступают высоко-оловянистым припоям по прочности, но являются более хрупки­ми. Безоловянистые припои очень вязкие, но имеют более высо­кую температуру плавления, что усложняет процесс пайки.

Основным недостатком малооловянистых и безоловянистых припоев является широкий температурный интервал кристалли­зации, достигающий иногда 100 °С и резко увеличивающий вре­мя, необходимое для охлаждения соединения, в течение которо­го спаиваемые детали должны быть неподвижны.

Вместо припоев, содержащих 40. 50% олова и применяемых для пайки монтажных соединений, рекомендуется использовать припой с присадкой серебра следующего состава, %:

Висмут. не более 0,75

Этот припой обладает большей прочностью при растяжении по сравнению с припоями, содержащими 40. 50 % олова, но имеет более высокую (на 30. 35 °С) температуру плавления, что требу­ ет увеличения мощности паяльников почти вдвое. Он позволяет производить пайку нелуженой и луженой меди с использованием канифолевого флюса, а остальных деталей — кислотных флюсов. Этот припой может применяться для выполнения большинства монтажных соединений, однако он не пригоден для пайки кожу­хов конденсаторов, трансформаторов и других герметичных дета­лей, так как способствует образованию пористости шва. Следует отметить, что уменьшение содержания олова в припоях не всегда экономически целесообразно, так как в ряде случаев это приво­дит к усложнению пайки и повышению расхода припоев.

Легкоплавкие припои (сплавы олова, свинца, висмута и кад­мия) применяются в тех случаях, когда пайка выполняется при пониженной температуре из-за опасности перегрева деталей, а также при ступенчатой (вторичной) пайке. При затвердевании эти припои дают незначительную усадку, а некоторые (например, сплав Вуда) даже несколько расширяются. Механическая проч­ность легкоплавких припоев незначительна (например, висмуто­вые припои очень хрупкие). Предварительное лужение оловянно-свинцовым или висмутовым легкоплавким припоем способствует некоторому повышению прочности соединения.

Состав и температура плавления легкоплавких припоев приве­дены в табл. 1.2.

Состав и температура плавления легкоплавких припоев

Температура плавления, °С

Трубчатые припои. Для пайки соединений при монтаже радио­аппаратуры широко применяется так называемый трубчатый при­пой, представляющий собой пустотелую трубку небольшого диа­метра, изготовленную из оловянно-свинцового сплава и запол­ненную канифолевым флюсом.

Основными преимуществами трубчатых припоев являются:

возможность наложения припоя и флюса на место пайки за один прием;

улучшение качества пайки;

резкое увеличение производительности труда на монтажных опе­рациях, а также облегчение пайки в труднодоступных местах;

существенное уменьшение потерь припоя и флюса, которые при работе кусковым или проволочным припоем и отдельно флю­сом весьма значительны (около 20 % припоя и 50 % флюса);

обеспечение подачи к месту пайки надлежащего количества флюса, дозировка которого определяется конструкцией и типом припоя;

возможность плавления припоя в момент, когда флюс уже по­догрет и находится в более активном состоянии;

исключение возможности случайного загрязнения флюса.

Простейшая конструкция трубчатого припоя представляет со­бой трубку с круглой сердцевиной из флюса, расположенной в центре (рис. 1.1, а). Недостатками такой конструкции являются перерывы в подаче флюса при наличии пустот в припое, а также преждевременное вытекание ;и испарение флюса во время рас­плавления довольно толстых стенок трубки, что приводит к умень­шению подачи флюса к месту пайки и, следовательно, к пониже­нию ее качества.

Вероятность перерывов в подаче флюса уменьшается при бо­лее сложной форме сердцевины. На рис. 1.1, б показаны трубча­тые припои с фасонными сердцевинами, а на рис. 1.1, в — с пятью каналами, заполненными флюсом. Эти припои имеют более тонкие стенки, в результате чего обеспечивается быстрое плавление припоя и, следовательно, быстрое освобождение флюса и подача его к месту пайки в наиболее активном состоя­нии.

Большое значение имеет дозировка флюса (независимо от фор­мы сердцевины). При изготовлении трубчатого припоя соотноше­ние количества флюса и припоя тщательно контролируется. Для электромонтажных паек применяют трубчатые припои, в кото­рых сердцевина из флюса составляет 2. 3 % общей массы припоя. Правильно спроектированный трубчатый припой и тщательная подготовка деталей к пайке являются надежной гарантией высо­кого качества пайки монтажных соединений.

Диаметр трубчатого припоя определяется характером соедине­ний. Применение меньших диаметров во многих случаях способствует экономии припоя. Размеры наружных диа­метров трубчатых припо­ев составляют: 1; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5 мм, а внутрен­них соответственно вдвое меньше. По наружному ди­аметру допускается откло­нение ±3 %.

Для успешного осуществления пайки и получения качествен­ного соединения применяются активные вещества — флюсы. По своему состоянию флюсы могут быть твердыми (канифоль чис­тая), мягкими (различные пасты на основе канифоли) и жидки­ми (составы кислот или спиртовые флюсы на основе разведенной канифоли).

Флюсы должны обеспечивать своевременное и полное раство­рение оксидов основного металла, равномерное покрытие поверх­ности металла у места пайки и предохранение его от окисления в продолжение всего процесса пайки.

При электромонтажной пайке РЭА в основном применяют флюс ФКСп (30. 40%-й раствор канифоли в этиловом спирте).

Материал для ознакомления взят из учебника «Радиоэлектронная аппаратура и приборы. Монтаж и регулировка». Автор: Ярочкина Г.В.