Состав припой: Припои для пайки. Виды и свойства. Состав и флюсы. Плавление

Припои для пайки. Виды и свойства. Состав и флюсы. Плавление

Для соединения различных металлических деталей между собой часто применяется пайка. Этот вид соединения популярен в различных сферах жизни и производства. Чаще им пользуются радиолюбители и домашние мастера.

Пайка может выручить как при ремонте компьютера, телевизора, радиотехники, так и в промышленности, ремонте холодильников. Пайка хороша в создании герметичности соединения. А некоторые материалы по-другому просто невозможно соединить.

Не все металлы можно соединить сваркой. А чтобы пайка получилась качественной и герметичной, необходимы навыки работы, хорошие инструменты и соответствующие припои для пайки и флюсы.

Составы и виды припоев и флюсов выбирают в соответствии с материалами, из которых изготовлены соединяемые материалы. Например, для алюминия нужен совсем другой флюс, нежели чем для меди. Рассмотрим основные свойства припоев, их применяемость, особенности использования.

Основные свойства

В качестве припоя применяют разные сплавы металлов.

Есть сплавы на одном чистом металле, обычно это олово. Металлы, входящие в состав припоя, отличаются между собой разными параметрами.

Смачиваемость

Любые припои для пайки в обязательном порядке должны обладать свойством смачиваемости, иначе соединяемые детали невозможно будет соединить качественной пайкой.

Смачиваемостью называется явление, при котором надежность связи между молекулами твердого вещества с жидкостью больше, чем у жидкости. При наличии хорошей смачиваемости жидкость расходится по поверхности, при этом заполняет все ее полости. Когда припой недостаточно смачивает металл, его не применяют для этого металла. Для пайки меди чистый свинец не используют, он не смачивает медь.

Температура плавления

Несмотря на вид припоя, у любого вида температура плавления не должна быть больше, чем температура спаиваемых деталей. Однако она должна быть больше рабочих температур материалов, чтобы при работе спаянного устройства припой не расплавился.

В этом вопросе есть два порога температуры. Первый – это температура, во время которой только начинается плавление самых легкоплавких составляющих припоя, а второй – это когда весь припой превратился в жидкость. Интервал между этими двумя значениями называется интервалом кристаллизации припоя.

Если соединенное пайкой место будет находиться при температуре кристаллизации, то место пайки может быстро разрушиться, даже от небольшой нагрузки, так как соединение будет иметь повышенное электрическое сопротивление и хрупкость. Во время пайки нужно знать, что пока припой окончательно не затвердел, нельзя прикладывать к нему какие-либо нагрузки.

Свойства припоев

В любом составе припоя не должны содержаться вещества, обладающие токсичными свойствами для человека, выше нормы. Припои для пайки должны иметь свойства термостабильности и электростабильности. При выборе припоя учитывается теплопроводность припоя и его тепловое расширение. Они должны быть на уровне с паяными деталями.

Виды припоев

Все припои для пайки разделяются на твердые и мягкие. Температура плавления твердых припоев составляет более 450 градусов, а мягких – до этого значения.

Мягкие припои для пайки

Наиболее популярные из них являются сплавы олова и свинца с различным процентным соотношением. Для придания особых свойств припою, в него могут добавить вспомогательные составляющие. Кадмий и висмут используются для уменьшения температуры плавления. Сурьма повышает прочность пайки.

Припой на олове и свинце имеют малую температуру плавления и низкую прочность. Для ответственных деталей такой припой лучше не применять. Если приходится паять мягким припоем детали, подверженные серьезным нагрузкам, то рекомендуется повысить площадь пайки деталей.

Наиболее популярными припоями мягкого типа стали от ПОС – 18 до ПОС – 90. Цифры в маркировке обозначают процентное содержания олова в припое. Эти марки припоев применяют в производстве приборов, а также электронных устройств. ПОС-90 служит для пайки деталей, подвергающихся в дальнейшем гальванике. ПОС-61 применяется для пайки точных устройств, особо ответственных деталей из различных материалов. Им осуществляют пайку латуни, меди, когда нужна прочность соединения и повышенная электропроводность.

ПОС-40 применяется для неответственных деталей, для которых не нужна особая точность. Зону пайки можно нагревать до высокого значения температуры. ПОС-30 хорошо сочетается с латунью и медью, а также стальными сплавами.

Твердые припои для пайки

Среди твердых припоев с большой температурой плавления имеется две группы: сплавы меди и серебра. К медным видам припоев можно отнести припои, созданные на основе цинка и меди, которые хорошо сочетаются для соединений, предназначенных для статической нагрузки. Эти сплавы хрупкие, поэтому их не нужно применять для пайки материалов с ударной или вибрационной нагрузкой.

Другие виды припоя

Имеются и другие виды припоя, которые редко применяются. Они необходимы для пайки редких металлов, либо для особых специальных условий. Есть припои на основе никеля, служащие для деталей, работающих при высоких температурах, либо изготовленных из нержавеющей стали. Золотые припои используют для вакуумных трубок. Имеются также припои магния.

Форма выпуска

Припои выпускают в виде различных форм и упаковок. Чаще припои изготавливают в виде проволоки, фольги, либо порошка или таблеток. Также бывают гранулированные припои, паяльные пасты. Форма припоя выбирается в зависимости от вида зоны пайки.

Пайка алюминия

Алюминиевые детали соединяют с помощью пайки, при этом используют специальные припои. Пайку алюминия используют в промышленности, бытовых условиях.

Вообще, пайку алюминия считают сложной работой. Так получается, когда неправильно выбирают вид припоя. Берут совсем не тот припой, какой нужно, предназначенный для других металлов. Причина трудной пайки заключается в образовании оксидной пленки, которая не позволяет создать хорошую смачиваемость алюминия.

Чтобы запаять алюминиевую деталь, применяется припой, содержащий цинк, серебро, медь, алюминий и кремний. В торговой сети имеется множество припоев с такими составляющими в разных пропорциях. При выборе следует учесть, что наибольшая коррозионная стойкость и прочность соединения достигается припоем с значительным содержанием цинка.

Алюминий можно также спаять и обычным припоем из свинца и олова, но для этого нужна качественная подготовка поверхности, которая включает в себя зачистку металлической щеткой из нержавеющей стали. При пайке нужно использовать активный флюс. Но такой способ редко применяется.

Пайку алюминия производят при высокой температуре. Наиболее применяемые припои для пайки алюминия – это алюминиево-медно-кремниевые составы.

Пайка меди

Медь паять легче всего. С ней сочетаются практически все виды припоев. Применяются как мягкие легкоплавкие припои, так и твердые виды, а также сплавы олова, свинца, серебра, цинка и т. д.

Для ремонта компьютера или телевизора подходят любые мягкие припои. Для пайки труб, водопровода, холодильника применяют твердые припои. Соблюдая эти простые правила можно получить хороший результат.

Пайка нержавейки

Для соединения пайкой деталей, изготовленных из нержавеющей стали, специалисты рекомендуют применять припой, состоящий из свинца и олова. Неплохой результат получается с припоем, содержащим кадмий. Можно использовать мягкие припои на основе цинка.

Их нельзя применять совместно с низколегированными сталями, а также углеродистыми сплавами. Наиболее оптимальный вариант припоя для нержавеющей стали – это припой из чистого олова, тем более, если пайка будет соприкасаться с пищевыми продуктами.

При проведении пайки в сухом месте или в печи, используют марганец с серебром, чистую медь или припои на никеле и хроме. Во время пайки в условиях коррозии, применяют тиноли на основе серебра с частью никеля.

Пайка стали

Эффективным припоем для соединения деталей из стали является ПОС-41. Другие припои для пайки также можно применять, но они не совсем подходят для этих целей. Припой на основе цинка плохо сочетается со сталью, особенно низколегированных и углеродистых сплавов.

Как самому приготовить припой

Для приготовления припоя своими руками составляющие части (обычно это свинец и олово) взвешивают на весах. Эту смесь плавят в тигле на газовой горелке. Расплавленный состав перемешивают металлическим стержнем.

Далее, небольшой пластинкой из стали снимают шлак с поверхности расплавленного припоя, затем аккуратно разливают его в формочки, сделанные из жести, либо гипса.

Плавку осуществляют в проветриваемом помещении, с соблюдением мер безопасности, то есть, надевают очки, фартук, перчатки.

Виды флюсов

Ни одна пайка не обходится без флюса, так же как без припоя. Это химическое вещество, растворяющее и поглощающее окислы. Флюс осуществляет защиту металла от окисления и способствует смачиванию соединяемых деталей.

Для процесса пайки припоем на основе олова и свинца используют флюс на основе соляной кислоты, либо хлористого цинка. Флюсом может служить также хлористый аммоний или бура. Эти флюсы являются активными. Пассивные флюсы состоят из канифоли, масла, вазелина и других подобных веществ.

Например, с мягкими видами припоев можно применять раствор соляной кислоты. Со сталью, медью и латунью используют хлористый цинк. Жирные вещества способен растворять нашатырный спирт. Для пайки алюминиевых сплавов в качестве флюса применяют смесь из тунгового масла, хлористого цинка, канифоли. Имеет свое применение и фосфорная кислота.

Похожие темы:

Бессвинцовый припой в Москве — припой ELSOLD от ГК Остек

Бессвинцовый припой является одним из основных материалов, используемых в процессе пайки.

Он специально разработан для применения при групповых методах пайки, таких как пайка волной или двойной волной, протягиванием или погружением.

Так же припой в виде проволоки без флюса используется для ручной пайки с дополнительным флюсованием.

Отличительные особенности и преимущества:

• Высококачественные пайки без образования сосулек




• Качество соответствует требованиям международных стандартов J-STD-006, DINEN 61190-1-3, DINEN 29453 и DIN 1707




• Низкий уровень примесей увеличивает время жизни припоя в паяльной ванне




• Длительный срок жизни в ванне

Недостатки бессвинцового припоя:

• Обладают меньшей текучестью и меньшей смачиваемостью. Из этого следует, что такие составы обеспечивают менее надежный контакт.




• Бессвинцовый припой обладает матовой поверхностью, то есть кристаллизуется под длительным воздействием высоких температур.




• Вследствие описанных выше свойств высока вероятность отпадания припаянных деталей.




• При длительном воздействии припоя на рабочую поверхность при высокой температуре последняя может быть повреждена.




• Бессвинцовые сплавы стоят дороже.  

Разновидности бессвинцовых припоев

Существует несколько типов. Самыми популярными являются:

• Олово/Серебро (имеет обозначение SnAg). Количество олова в составе — 96,5%, а серебра — 3,5%. Температура плавления составляет +221°С. Особенностью состава является то, что его можно использовать с более новыми припоями, покрытым чистым оловом. Что касается традиционных оловяно-свинцовых материалов, то с ними он несовместим.  




• Олово/Медь (обозначается SnCu). Количество олова в сплаве составляет 99,3%, а меди — 0,7%. Этот состав совместим как с новыми, так и старыми традиционными припоями. Точка плавления составляет +227°С. После затвердения имеет матовую поверхность. Отличительными особенностями является низкая стоимость состава, однако и низкие эксплуатационные характеристики.  




• Олово/Серебро/Медь (имеет обозначение SAC). Количество олова в данном соединении — 96,5%, серебра — 3%, меди — 0,5%. В некоторых случаях количество меди может немного отличаться. Этот состав является одним из наиболее популярных так называемых Pb-free припоев. Он совместим с обычными составами на основе свинца. Точка плавления состава составляет +219°С.  

Перечисленные бессвинцовые припои являются очень распространенными, и используются в электронной промышленности.

Основные характеристики

Параметры	Sn63Pb37 приведен для сравнения	ELSOLD TC07	ELSOLD FLOWTIN® TC07
Точка плавления (диапазон), °C	183	227	227
Плотность, см г 3	8,4	7,3	7,3
Сопротивление на разрыв N/мм 2
В 20 °C	23	23	23
В 100°C	14	16	16
Сопротивление на сдвиг N/мм 2
В 20 °C	3,3	8,6	8,6
В 100°C	1,0	2,1	2,1

Сплавы Олово/Серебро: ELSOLDTS

Марка	Sn %	Ag%	Плотность г/м3	Точка плавления / Диапазон °C
ELSOLD TS35	96,5±0,5	3,5±0,2	7,35	221
ELSOLD TS38	96,2±0,5	3,8±0,2	7,36	221 — 238
ELSOLD TS50	95,0±0,5	5,0±0,2	7,39	221 — 240

Сплавы Олово/Медь: ELSOLDTC

Марка	Sn %	Cu %	Особенности	Плотность г/м3	Точка плавления / Диапазон °C
ELSOLDFLOWTIN® TC07	99,3±0,5	0,7±0,2	Незначительное количество Ni, Co	7,32	227
ELSOLDTC07	99,3±0,5	0,7±0,2		7,32	227
ELSOLDTC30	97,0±0,5	2,8-3,0		7,35	230 — 250

Сплавы Олово/Серебро/Медь: ELSOLDTSC

Марка	Sn %	Ag%	Cu %	Плотность г/м3	Точка плавления / Диапазон °C
ELSOLD TSC3005	96,5±0,5	2,8-3,0	0,5±0,2	7,37	217 — 219
ELSOLD TSC3507	95,8±0,5	3,5±0,2	0,7±0,2	7,40	217 — 219
ELSOLD TSC3807	95,5±0,5	3,8±0,2	0,7±0,2	7,40	217

Совместимые продукты

• Indium TACFlux 018 флюс для ремонта




• Indium TACFlux 025 флюс для ремонта




• Indium TACFlux 020В флюс для ремонта

Условия поставки

Высокочистые ELSOLD в форме прутков для систем групповой пайки поддерживается на складе.

Упаковка

Припои маркиELSOLD поставляются в виде слитков:

Описание	Размеры мм	Вес/ единицыкг
Слитки с ушком для автоматической загрузки	50 (W) x 18 (H) x 600 (L)	~ 3,4
-//-	50 (W) x 20 (H) x 490 (L)	~ 3,2
Треугольные бруски для загрузки систем селективной пайки	8 (W) x 10 (H) x 400 (L)	~ 0,160
Пруток	8 (W) x 10 (H) x 30 (L)	Около килограмма. Вес не регламентируется. Минимальная партия поставки – коробка 20 или 25 кг.

Бессвинцовый припой поставляется на катушках 500 грамм и 1 кг в виде проволоки разных диаметров в диапазоне от 1,0 до 6,0 мм. Так же в виде проволоки используется в системах автоматической подачи для которых он поставляется на специальных катушках весом от 2 до 20 кг.

Хранение и транспортировка

Срок годности материала не менее 24 месяцев от даты производства. Рекомендуется хранить в чистом сухом помещении. Использование после истечения срока годности в большинстве случаев возможно, однако это должно быть подтверждено испытаниями перед использованием.

Особенности пайки бессвинцовым припоем

Переход на использование бессвинцовых припоев обусловлен соображениями повышения экологичности и безопасности человека. Однако это накладывает отпечаток не только на использование данных составов, но и технологии. В каждом конкретном случае они отличаются, однако существует ряд общих нюансов. Среди них:

• Большинство Pb-free составов совместимы с традиционными припоями. Исключения есть, но их немного (уточняйте отдельно в документации).




• Бессвинцовые сплавы, как правило, обладают большей температурой пайки. Поэтому зачастую для них необходимо использовать другое оборудование.




• Из-за высокой температуры пайки компоненты более чувствительны к влажности. Поэтому к готовым изделиям зачастую предъявляются дополнительные требования по хранению.




• Pb-free припои имеют более высокий коэффициент поверхностного натяжения. Это означает увеличения вероятности появления «вздутия» отдельных элементов на плате.




• Смачиваемость выводов обычно хуже. Это приводит к появлению «раковин» на микросхемах.

Другие материалы каталога: материалы Dow Corning.

Бессвинцовые припои. Состав и особенности припоев без свинца.

Состав, свойства и особенности припоев без свинца

Ликвидируем безграмотность в таком вопросе, как бессвинцовые припои.

Припои, в составе которых присутствует свинец, называют свинцовыми или свинцовосодержащими.

Стоит отметить тот факт, что соединения свинца вредны для здоровья. В том числе и по этому, в последнее время всё активнее применяются не содержащие свинец припои.

В Европе и США с недавних времён, а точнее с июля 2006 года директивой RoHS принят запрет на использование свинец-содержащих припоев в производстве электроники. Под раздачу также попали такие химические элементы, как кадмий, ртуть, шестивалентный хром и некоторые другие. Их содержание в электронных компонентах строго нормировано.

Наверняка Вы уже наблюдали вот такой логотип на корпусе своего ноутбука или другого электронного устройства (см. фото). Он обозначает, что устройство собрано с применением бессвинцовой технологии.

Эмблема RoHS на корпусе нетбука

Не считайте, что применение бессвинцовых технологий чем-то улучшает потребительские качества электроники. Возможно это и так. Японцы, например, давно занимаются разработкой и внедрением бессвинцовых технологий в производство и, естественно, добились в этом успехов.

Но для тех производителей, которые впервые столкнулись с ограничениями на применение свинца, возникает вопрос переоснащения производства и, как следствие, это удорожает электронную продукцию.

Стоит отметить тот факт, что бессвинцовая технология пайки требует применения соответствующих радиоэлектронных компонентов, адаптированных для пайки припоями без свинца. По сравнению с обычными свинцовыми припоями, они имеют пониженные характеристики по смачиваемости и текучести, требуют соблюдения дополнительных технологических мер при пайке, так как возникает необходимость в выдержке узкой границы термопрофиля.

Известно, что оптимальной температурой при пайке свинец-содержащими припоями считается температура 180 – 230⁰C. Температура плавления большинства бессвинцовых припоев лежит в интервале 200 – 250⁰C. Есть и такие, температура плавления которых ниже 180⁰С.

Припои, не содержащие свинца, дороже обычного свинцово-оловянного. Также вызывает много споров качество пайки бессвинцовыми припоями.

Итак, перейдём ближе к теории.

Для замены свинца в припое применяются такие металлы, как медь (Cu), серебро (Ag), висмут (Bi), индий (In), цинк (Zn) и даже золото (Au).

В изготовлении электроники хорошо зарекомендовал себя трёхкомпонентный сплав олова, серебра и меди (SnAgCu). Процентное соотношение металлов в сплаве может быть разным – до сих пор нет строгого мнения по этому вопросу. Несмотря на это, большую часть в сплаве занимает олово (95-97%). Температура расплавления данного сплава составляет 217-221⁰C. Чтобы он был пригоден для пайки волной, в него вводят небольшой процент сурьмы (0,5%).

Сплав SnAgCu с добавлением сурьмы (Sb) применяется в изготовлении особо ответственных узлов в оборонной технике и автономных устройствах.

Хорошими качествами обладают припои, в которых роль свинца выполняет серебро (SnAg).

Наличие в сплаве серебра улучшает механические свойства пайки. Тестами доказано, что припои, содержащие серебро, делают пайку более прочной, чем аналогичные свинцовосодержащие. Кроме того, серебро обладает хорошей проводимостью. Нередко такие сплавы применяются в профессиональной промышленной электронике и системах связи, где механическая надёжность и качество соединения очень важно.

В сплаве Sn42Bi58 вместо свинца используется висмут (его содержание — 58%). За счёт висмута улучшается легкоплавкость (температура плавления 133-140⁰C), но ухудшается смачиваемость.

Используется в плавких предохранителях, а также при ступенчатой пайке и монтаже деталей и компонентов, чувствительных к высокой температуре.

Припои с содержанием висмута (Bi), индия (In), цинка (Zn) и серебра (Ag).

Припои с содержанием висмута и индия обладают высокой стоимостью. На поставки этих металлов есть ограничения. Также их не рекомендуют применять в приборах с высокой температурой эксплуатации.

Высокотемпературные припои на основе сурьмы (Sb) и золота (Au).

Припой Sn91Zn9 считается высокотемпературным (91% олова и всего лишь 9% цинка). Температура его плавления составляет 195-200⁰C. Высокую температуру плавления данному сплаву придаёт практически 100% содержание олова, которое также способствует увеличению прочности.

Припои с содержанием цинка заслужили нелучшую славу. Причина в том, что цинк придаёт сплаву повышенную химическую активность и низкую коррозийную стойкость. В связи с этим, припои на основе цинка требуют использования активных флюсов, а это требует обязательной отмывки после пайки. Припойные пасты с содержанием цинка нельзя долго хранить. А пайку ими рекомендуется вести в среде защитного газа.

Наиболее удачным для замены оловянно-свинцового припоя Sn63Pb37 является близкий по свойствам сплав Sn95,5Ag3,8Cu0,7. Он применяется для пайки оплавлением при поверхностном монтаже элементов.

Двухкомпонентный припой Sn99,3Cu0,7 имеет низкую прочность пайки и довольно высокую температуру расплавления в 227⁰C. По сравнению с оловянно-медными припоями лучшими качествами, как по смачиваемости, так и по прочности, обладают серебросодержащие. Так припой Sn96,5Ag3,5 успешно применяется при сборке специальной аппаратуры. Тесты показали, что он имеет более высокие показатели надёжности по сравнению с аналогичными свинцовыми припоями.

Как видим, есть припои, в которых свинец отсутствует вовсе, и его нет даже в небольшом процентном отношении. Но так ли плох свинец на самом деле?

Свинец, как в виде сплава, так и в чистом виде известен человечеству давно. Использовался для изготовления даже водопровода в Древнем Риме! Да, именно так, хотя его химические соединения опасны для здоровья, он имеет свойство накапливаться в организме.

Свинец довольно дёшев и обладает свойствами, которые придают припою необходимые характеристики. В связи с этим, с помощью свинца и заменяют олово в припое. Свинец устойчив к действию серной кислоты, применяется для опрессовки кабеля. Без свинца не могло бы быть такого важного направления как ядерная энергетика.

Чистым оловом также можно производить пайку, но оно довольно дорого, обладает высокой температурой плавления (231,9⁰C) и таким нежелательным, но удивительным свойством, как «оловянная чума».

Самое забавное, что принимаются попытки замены свинца на другие компоненты в таких сферах как производство оружия. Ни для кого не секрет, что пули изготавливают, в том числе, и из свинца.

Так что, возможно, в скором времени можно будет сказать, что для уничтожения себе подобных используются боеприпасы безопасные для экологии и здоровья .

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Виды припоя и флюса

В процессе радиоконструирования и ремонта электроники очень важен элемент аккуратной и качественной пайки изделий и радиодеталей. От этого фактора сильно зависит долговечность изделия и его время наработки на отказ. Решающим моментом качественной пайки является выбор подходящего припоя и флюса, способных оптимальным способом произвести соединение металлических и металлизированных частей с тем условием, чтобы на место пайки внешние факторы оказывали наименьшее влияние, как например: деформация, большие токи, токи высокой частоты, внешние окислители, температура и т.д. В то же время пайка элементов не должна быть излишне перегружена припоем, так как в данном случае могут быть образованы кольцевые трещины, элементы «холодной пайки» (когда визуально припой на месте, но контактирующая область металлов отсутствует), а так же замыкания соседних дорожек или контактов. Чрезмерное применение припоя может не только вывести аппаратуру из строя, но и усугубить процесс настройки и наладки изделия. В этой связи особое внимание необходимо уделить довольно важному аспекту в радиоэлектронике как выбор припоя и флюса, о чем пойдет ниже речь в этой статье.

Из определения известно, что процесс пайки представляет собой соединение двух металлизированных или металлических твердых поверхностей с помощью припоя, температура плавления которого значительно ниже величины разрушения (плавления) соединяемых изделий. Основной функцией припоя является хорошая диффузия с контактируемой металлической поверхностью или, выражаясь простым языком, расплавление припоя на металле (лужение). Кроме того, припой должен иметь оптимальную температурную вязкость, позволяющую ровным слоем распределиться ему по поверхности металлов. Данный фактор качественного лужения возможен только при отсутствии жировых отложений и окислов на спаиваемых поверхностях, удалением которых занимаются флюсы. Флюсы также могут служить катализаторами диффузии припоя для возможности его проникновения в верхний микронный слой металлов в предполагаемом месте пайки. За счет низкой вязкости и ее уменьшения в зависимости от повышения температуры плавление флюсов происходит при гораздо меньших температурных показателях, чем припой.

Припои и их разновидности

Припой состоит большей частью из олова с добавлением различных материалов. В структуру припоя могут входить следующие компоненты:

Олово (Sn) – представляет собой мягкий металл с температурой плавления + 231,9 С градусов. Олово растворяется в соляной и серной кислоте. Большая часть органических кислот на него не действуют. При воздействии комнатных температур олово не подвергается окислению, однако при ее снижении ниже +18 С и особенно ниже -50 С происходит разрушение кристаллической решетки металла, в результате чего олово приобретает серый оттенок.

Свинец (Pb) – очень популярный металл в изготовлении припоя за счет легкоплавкости. В чистом виде металл очень мягкий, легко обрабатываемый. У свинца окисляется только верхняя часть, контактируемая с воздухом. Металл легко растворяется в щелочи и кислотах, содержащих азот и органику.

Кадмий (Cd) – применяется для изготовления легкоплавких припоев в малых дозах совместно с оловом, висмутом или свинцом. В чистом виде – токсичен, температура его плавления + 321 С. Зачастую кадмий применяется в антикоррозийных целях.

Висмут (Bi) – один из самых легкоплавких металлов при использовании его в составе припоя с температурой плавления + 271 С. Висмут хорошо растворим в азотной кислоте, а так же в подогретом растворе серной кислоты.

Сурьма (Sb) – тугоплавкий металл с температурой плавления + 630,5 С. Не подвержен воздействию воздуха. Не окисляется. В припое дает эффект глянца. Металл токсичен.

Цинк (Zn) – хрупкий металл синевато-серого цвета с температурой плавления + 419 С. Быстро окисляется на воздухе. Используется в припоях аппаратуры, работающей во влажных условиях, за счет того, что покрывает под воздействием влаги пленкой окиси, защищающей места пайки. Цинк легко растворим в кислотах. Цинк вместе с медью применяется для твердых припоев, а так же кислотных флюсов.

Медь (Cu) – металл с самой высокой температурой плавления в изготовлении припоя + 1083 С. Не поддается воздействию воздуха, однако верхним слоем окисляется при попадании влаги. Медь применяется в тугоплавких припоях.

Припои разделяют на легкоплавкие и тугоплавкие.

Легкоплавкие припои нашли широкое применение при конструировании радиоаппаратуры и пайке радиоэлектронных компонентов, а так же при лужении дорожек радиомонтажных плат. Температура плавления легкоплавких припоев не выше + 450 С. В основу таких припоев обычно входит олово, свинец, кадмий, висмут или цинк. В радиоэлектронике большое применение получили припои с температурой плавления до + 145 С градусов. В процессе лужения обезжиренных и очищенных плат применяется сплав Розе или сплав Вуда. Температура плавления этих сплавов 70 – 95 градусов, поэтому они равномерно залуживают плату, опущенную в кипящую воду. В отечественной промышленности список легкоплавких материалов большей частью составляют припои оловянно-свинцовые или ПОС. В случае добавления в припой кадмия или висмута к окончанию добавляются буквы К или В. Цифра в окончании маркировки соответствует процентному содержанию олова в припое по отношению к свинцу (большей частью) и сурьме (в мелких количествах). Чем меньше цифра, тем припой более тугоплавкий но и более прочный. Буква Ф означает, что в состав припоя включен флюс. В последнее время из-за европейских экологических стандартов в фирменной аппаратуре применяется в основном бессвинцовый припой с относительно высокой для радиокомпонентов температурой плавления + 220 градусов. Ниже приведен список распространенных отечественных припоев:

ПОС-18 – состоит из олова (17 – 18%), сурьмы (2 – 2,5%) и свинца (79 – 81%). Применяется при низких требованиях прочности пайки, в основном для лужения металлов. Температура плавления +183 +270 градусов (начало плавления / растекаемость).

ПОС-30 – состоит из олова (29 – 30 %), сурьмы (1,5 – 2%), свинца (68 – 70%). Лужения и пайка меди, стали и их сплавов. Температура плавления +183 +250 градусов.

ПОС-50 – олово 49 – 50%, сурьма 0,8%, свинец 49 – 50%. Применяется для качественного спаивания различных металлов, в том числе и в радиоэлектронике. Плавление +183 +230 градуса.

ПОС-90 – олово 89 – 90%, сурьма 0,15%, свинец 10 – 11%. Высокопрочный припой с температурой плавки +18 + 222 градуса, применяемый в лужении деталей с последующим золочением и серебрением. Не применяется в установках с повышенной рабочей температурой.

Припои ПОС-40 и ПОС-60 в радиоэлектронике наиболее популярны. Для спаивания латуни или пластин для экранирования стоит применять ПОС-30. При поверхностном лужении дорожек на платах лучше всего использовать припои с содержанием кадмия или висмута ПОСК-50 или ПОСВ-33. Припои с флюсами и без их содержания для монтажа радиодеталей выпускаются в виде проволоки с толщиной 1 мм для пайки SMD элементов до 3 мм. для радиокомпонентов в обыкновенном корпусе. Для пайки металлов из стали или пайки крупных площадей, припои идут без флюса в трубках диаметром 5 мм. В импортной промышленности так же выпускают свинцово-оловянные шарики диаметром от 0,2 до 0,8 мм., предназначенные для пайки BGA чипов.

Тугоплавкие припои большей частью используются в промышленной пайке твердых металлов. Их температура плавления от + 450 до + 800 С. В состав таких припоев входят медь, серебро, никель или магний. Отличительной особенностью этих припоев является их прочность. Из-за высокой температуры плавления тугоплавкие припои в бытовых условиях для радиомонтажных работ не используются. Большей частью они используются для спаивания латуни, стали, меди, бронзы, чугуна и других металлов с высокой температурой плавления. Припои марки ПМЦ (припой медно-цинковый) применяется для спаивания латуни с содержанием меди (ПМЦ-42), бронзы и меди (ПМЦ-52). Данный припой выпускается в виде слитков определенных форм.

ПМЦ-42 – состоит из меди (40 – 45%), цинка (52 – 57%). Также в его состав входят сурьма, свинец, олово и железо. Его температура плавления + 830 градусов.

ПМЦ-53 – медь 49 – 53%, цинк 44 – 49%. Температура плавления +870 градусов.

В производстве припоев особое место занимают, пожалуй, самые дорогие тугоплавкие припои, основу которых составляет медь с добавлением серебра. Маркируются они как ПСР. Припои с серебром обладают высокой прочностью. Место пайки гибко и легко обрабатываемо. Температура таких припоев от +720 до +830 градусов. Высокотемпературные припои ПСР-10 и 12 используют для спаивания сплавов латуни и меди, ПСР-25 и 45 необходимы для работы с медью, бронзой и латунью. ПСР-70 – припой с максимальным содержанием серебра применяют в пайке высокочастотных элементов: волноводов, защитных контуров и т.д.

Существуют припои, применяемые для пайки алюминия на основе олова, цинка и кадмия. Главная проблема пайки алюминия заключается в его быстром окислении на воздухе, поэтому алюминий паяют в масле с использованием ультразвуковых паяльников.

Флюсы

От правильно выбранного флюса довольно сильно зависит качество пайки, ровность шва и его аккуратность. Флюс при нагреве должен образовывать тонкую растекающуюся пленку на поверхности припоя, которая усиливает сцепление припоя с металлом. Чем меньше температура плавления флюса, тем качество пайки лучше. Так же температура его плавления должна быть ниже температурных режимов плавки припоя. Промышленность сегодня изготовляет флюсы двух типов.

— Химически активные флюсы, в состав которых входит, как правило, кислотосодержащие реагенты (ортофосфорная и соляная кислоты, хлористый цинк, хлористый аммоний). Данные флюсы прекрасно справляются с жирными налетами и окислами, однако, недостаточная промывка места пайки со временем приводит к «выеданию» металла и его коррозии, где остался кислотосодержащий флюс. На практике кислотосодержащие флюсы стараются в быту использовать как можно реже, особенно в радиоэлектронике, поскольку они ведут к разрушению текстолита, к тому же, при попадании на кожу человека такие флюсы вызывают ожоги, а их пары при вдыхании человеком особо токсичны. К наиболее популярным активным флюсам относится паяльная кислота, ортофосфорная кислота, хлористый цинк, бура, нашатырь, представляющий собой хлористый аммоний.

— Химически пассивные флюсы помогают удалить жировые отложения, а так же в меньшей степени удаляют окислы. Примером может быть канифоль, стеарин, воск. Сами по себе это органические вещества, не вызывающие коррозии, которые служат не только важной сост авляющей при пайке радиокомпонентов, но и выполняют защитную функцию от окисления. Новомодной тенденцией стало использование флюсов ЛТИ, для пайки легкоплавкими припоями. С их помощью можно осуществлять пайку оцинкованных контактов, свинец, очищенное железо, нержавеющую сталь и т.д. В их состав входит спирт, канифоль, малая доза кислоты, триэтаноламин. Для подобной пайки применяют ЛТИ флюс совместно с паяльной пастой. Единственный их минус заключается том, что под действием температуры в месте спайки остаются темные пятна. Пары флюса вредны для человека. Исключение только составляет флюс ЛТИ-120, который не содержит нежелательных компонентов: солянокислотного анилина и метафенилениамина.

Наименования флюсов и их применение

Канифоль сосновая – самый простой, дешевый и доступный вид флюса с низким током утечки. Относится к классу химически пассивных флюсов. На рынке она доступна в свободной продаже из-за популярности. Применяется практически широком спектре радиомотажных работ. Умеренно растворяется в спирте с добавлением глицерина, благодаря чему стали популярны среди радиолюбителей спирто-канифольные флюсы.

Ортофосфорная и паяльная кислота – опасные химически активные флюсы. Применяется при паке сильно окисленных металлов, низколегированных сталей, никеля, а так же их сплавов. После пайки обязательным условием является очистка места спаивания 5% раствором соды, чтобы погасить кислотную активность и выедание металла. Паяльная кислота особо эффективна при температуре 270 – 330 градусов.

Паяльная кислота ПЭТ – оптимальная температура процесса пайки с ее применением 150 – 320 градусов. Применяется при спаивании углеродистых сталей, латуни, меди, никеля.

Паяльный жир – существует в двух видах: активный и нейтральный. Применяется для окисленных деталей, состоящих из черного или цветного металла. Активный паяльный жир в радиоконструировании не применяется. Нейтральный паяльный жир не содержит активных компонентов, поэтомуможет использоваться для пайки радиодеталей.

БУРА – необходима при высокотемпературной пайке высокоулеродитсых металлов: чугуна, меди, стали и т.д.

ТАГС – флюс на глицериновой основе для радиомонтажа. Из-за остаточного сопротивления нуждается в отмывке спиртом.

Флюсы ЗИЛ – хорошо подходят спаивания стали, латуни, меди легкоплавкими припоями на основе висмута.

Ф-38Н ПЭТ – сильно химически активный флюс. Применяется для пайки быстро окисляемых на воздухе металлов при температуре выше 300 градусов. Им паяют нихром, манганин, бронзу. Обязательное применение при его использовании средств индивидуальной защиты. Промывка щелочью так же обязательна

Активные флюсы ФИМ — пайка окисленного серебра, платины. Требует отмывки водном раствором с содержанием соды. В составе флюса фосфорная кислота.

ФКДТ и ФКТ ПЭТ – популярный неактивный флюс широкого применения для лужения проводов и медных контактов в РЭА.

ФТС – бесканифольный пассивный флюс без дыма. Предназначен для пайки радиодеталей.

Паяльная паста «Тиноль» — специальный химический флюс для пайки SMD радиодеталей термофеном паяльной станции.

Флюс-гель ТТ – флюс с индикатором химической активности красноватого оттенка для широкого спектра пайки. При воздействии температурой обесцвечивается, указывая на отсутствие активных компонентов. Не требует отмывки.

СТ-61 – паяльная паста пассивная. А – температура плавления +200 градусов, В – для компьютерных и мобильных радио запчастей, С – канифоль.

Импортные флюсы

IF 8001 Interflux – один из лучших флюсов для бессвинцовой пайки SMD компонентов, в том числе и работы с BGA чипами. Довольно дорогой. Не требует смывания.

IF 8300 BGA Interflux (30cc) – для пайки корпусов BGA. Представляет собой гель. Без вредного галогена.

IF 9007 Interflux BGA – паяльная безотмывочная паста для пайки свинцовым припоем. После работы оставляет едва заметный слой флюса с высоким удельным сопротивлением.

FMKANC32-005 – крем слабоактивированный безотмывочный. Показывает хорошие результаты при пайке BGA чипов и работе с инфракрасными паяльными станциями.

Классификация импортных флюсов

Нередко в маркировке импортных флюсов можно встретить маркировочные символы. Рассмотрим ниже их обозначение.

«R» — канифоль, которая идет либо в чистом виде, либо в виде раствора (спирто-канифоль). Химически пассивный флюс, поэтому перед применением требует ручной зачистки поверхности спаиваемых компонентов от окислов. После окончания работ требует отмывки спиртом или ацетоном.

«RMA» — флюс на основе канифоли с небольшим добавлением активаторов (органических кислот и их соединениями). При термической обработке кислотосодержащие активаторы испаряются. Для их применения необходима вытяжка. Оптимальная пайка достигается с использованием горячего воздуха.

«RA» — активированная канифоль. По заверению производителей из-за низкой активности кислот не оказывает коррозийных процессов на место пайки, поэтому не требует отмывки. Мы бы все таки рекомендовали после работы с ним использовать слабый раствор щелочи или спирт для отмывки, если речь не идет о BGA пайке!

«SRA» — кислотные флюсы активного действия для пайки нержавеющей стали, никеля. В электронике практически не используются из-за разрушающего действия кислот. После пайки таким флюсом изделие нуждается в тщательной отмывке спиртом или ацетоном.

Так же нередко к импортным флюсам к названию добавляют надпись «no clean», которая означает, что данный флюс не требует смывки. Такие флюсы нередко применяют при пайке радиокомпонентов, где очистка после пайки деталей затруднена физически. Например, при пайке BGA микросхем.

Виды припоя (ПОС30, ПОС40 и ПОС61) | Баббит | Олово | Припой | Купорос | Никель

Припои принято делить на две группы: мягкие и твёрдые. К мягким относятся припои с температурой плавления до 300 °C, к твёрдым — выше 300 °C. Кроме того, припои существенно различаются по механической прочности. Предел прочности мягких припоев составляет диапазон от 50 до 70 МПа, пайка осуществляется путём погружения материалов в расплавленный металл или паяльником.

Твёрдые сплавы имеют высокий предел прочности свыше 500 МПа, пайка ведётся электроконтактным способом, медными, графитовыми электродами, методом дуговой сварки или автогеном в случае соединения мелких деталей. Основными элементами высокотемпературных припоев являются никель, серебро, цинк, медь. Наиболее универсальными являются сплавы ПСр на основе серебра, используемые для пайки всех металлов, кроме легкосплавных, магния и алюминия. Они отличаются пластичностью, прочностью, коррозионной стойкостью, высокой температурой плавления.

Мягкими припоями являются оловянно-свинцовые сплавы (ПОС) с содержанием олова от 10 (ПОС 10) до 90 % (ПОС 90), остальное свинец. Проводимость этих припоев составляет 9—15 % чистой меди. В этих низкотемпературных сплавах основным элементом являются сурьма, свинец, олово. За счёт большого содержания свинца, вызывающего сильную коррозию, оловянно-свинцовые припои неприемлемы для лёгких сплавов. Плавление этих припоев начинается при температуре 183 °C (температура эвтектики системы олово-свинец) и заканчивается при следующих температурах:

• ПОС 15 — 280 °C.
• ПОС 25 — 260 °C.
• ПОС 33 — 247 °C.
• ПОС 40 — 235 °C.
• ПОС 60 — 191 °C.
• ПОС 90 — 220 °C.

Припои ПОС 61 и ПОС 63 плавятся при постоянной температуре 183 °C, так как их состав практически совпадает с составом эвтектики олово-свинец. Припой ПОС 61 (ГОСТ 21931-76) состит из олова (Sn): 59-61 % и свинца (Pb): 39-41 %. Припой ПОС 40 (ГОСТ 21931-76) — из олова (Sn): 39-41 % и свинца (Pb): 59-61 %.

Припой для пайки должен быть достаточно тонким, чтобы предотвратить случайное применение слишком большого количества припоя при пайке, но и достаточно толстым, чтобы быть собранным в катушку. Кроме того, толщина припоя влияет на на скорость пайки и Ваше удобство. Толщина припоя зависит и от количества флюса, кислоты, которая удаляет оксиды. Ведь важно, чтобы припой мог присоединиться к металлу в процессе пайки. Присадки помогают припою распространиться по поверхности и проникнуть глубоко и прочно в припаиваемые детали. Припой действует не только в качестве соединителя, но и в качестве защитного покрытия, чтобы удержать кислород вне металла.

Эти моменты стоит учитывать потому, что это необходимо: припой не должен морозить жало паяльника на стыке, а должен создавать металлическую связь между контактами путем расплавления припоя. К сожалению, почти все металлы окисляются на воздухе и образуют окисленный слой.  Припой защищает металлы от смачивания и связывания с ними кислорода. Что такое окисление?

Окисление — процесс, когда кислород (или другие окислители, например, сера) сочетается с материалами, образуя оксиды. Наглядно это видно, когда кусочки яблока буреют, железо ржавеет, медь получается черной или зеленой. Когда железо ржавеет, оксиды отслаиваются до тех пор, пока от железа ничего не останется. Напротив, алюминий окисляется очень быстро, при этом оксидная пленка на поверхности  защищает металл от дополнительного окисления. Золото остается блестящим, потому что не окисляется, и его легко паять. Припои, а также никель или хром (никелирование и хромирование) образуют антиоксидную пленку на поверхности металла и защищают от ржавчины.

Окисление происходит гораздо быстрее при более высоких температурах. Припои, содержащие небольшое количество свинца, как правило, требуют наличие флюса. Они разработаны для пайки на более высоких температурах. Недостатком является то, что более агрессивный способ пайки вызывает после пайки коррозию. При агрессивной пайке, когда припой быстро цепляется к поверхности, остатки чистятся алкоголем при помощи безворсовой салфетки. Жидкий флюс может существенно помочь Вам в процессе монтажа. При пайке компонентов флюс способствует распространению тепла по поверхности, а также защищает металл от кислорода.

Оловянно-свинцовые припои имеют более низкую температуру плавления, чем отдельно свинец или олово. Бессвинцовые припои ныне начинают пользоваться большим спросом. По состоянию на 1 июля 2006 года, европейские законы гласят, что новая электроника должна быть почти полностью без свинца. Пока еще нет американских законов (кроме Калифорнии), обязывающих производителей техники удалять свинца, но большинство производителей переходят на новые правила. Причина кроется во вредности свинца. Ведущий фактор — свинец присутствует в дыме от припоя. Бессвинцовый припой, как правило, плавится при более высокой температуре.

Серебряные припои / ГОСТы / Завод припоев Новосибирск, олово, припой, припои, свинец, сплав, сплавы, цинк, баббиты

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.

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.
Только для использования в качестве справочного материала.

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.

Примечания:

1.  В обозначении марок припоев буквы означают:  П — припой, Ср – серебро, Кд – кадмий, Ц – цинк, Су – сурьма, М – медь, Ф – фосфор, О – олово, С – свинец. Цифра после буквы означает содержание серебра в процентах.

2. Содержание цинка в сплавах ПСр 72 и ПСр 50 должно быть не более 0,007%.

Приложение 1

 Рекомендуемое

Приложение 2

 Справочное

Данные по температуре плавления, плотности и удельному электрическому сопротивлению серебряных припоев

Приложение 3

 Справочное

Легкоплавкие, мягкие припои. Виды. Состав.

Мягкие припои нужны для пайки деталей под низкими температурами. С помощью данных припоев возможно соединение твердых металлов с более высокими температурами плавления. Соединение деталей происходит благодаря диффузии (от латинского diffusio – растекание, распространение, рассеивание, взаимодействие. Процесс, с помощью которого молекулы одного вещества проникают в молекулы другого вещества, в итоге происходит выравнивание их концентрации по занимаемому объему). Т.е. молекулы припоя проникают в молекулы спаиваемых деталей, благодаря взаимному растворению и образуется прочное соединение с хорошей электропроводностью. Предел прочности у таких припоев составляет 5 – 7 кг·с/мм².

Максимальные температуры плавления достигают 400 ºС, а иногда и 450 ºС. Также мягкими припоями возможна пайка таких легкоплавких металлов и сплавов как свинец, цинк и даже олово.  Чем больше процент содержания олова в смеси, тем меньше температура плавления припоя. В мягкие сплавы припоев входят не только олово и свинец, также там идет добавление висмута, кадмия, таллия, индия, цинка, калия, галлия и других химических веществ. Эти химические вещества служат заменителями олова в смеси припоя, из-за его дефицитности. В таких смесях процент содержания олова маленький, а в некоторых его и вовсе может и не быть.

Виды припоев.

Индиевые припои служат для пайки деталей, которые чувствительны к повышениям температуры. Обладают высокими антикоррозийными свойствами в щелочных растворах. Отдельные припои с индием используют для пайки стекла, а именно ПОИн 52 (52 % In и 48 % Sn) с температурой плавления — 117 ºС. Способом натирания их наносят на поверхность стекла. Индий имеет хорошую смачиваемость поверхностей металлических и неметаллических деталей. Нашел свое применение в пайке полупроводников (пластмассы, стекла).

Мягкие припои состав.

Таблица 1. Химический состав индиевых припоев.

.

Припои с висмутом относятся к легкоплавким сплавам. Имеют характерные отличия в увеличении объема при переходе из жидкого состояния в твердое, а также при охлаждении. Сам по себе висмут металл малопластичный и его очень редко применяю для пайки. Температурные интервалы припоев с висмутом лежат в пределах от 47 до 145 ºС. Припои с висмутом обладают высоким электросопротивлением и низкими механическими свойствами. Плохо смачивают отдельные металлы как железо. В висмутовые припои входят сплав Вуда и сплав Розе.

Читайте также:

Припои для пайки. Твердые и мягкие припои.;

Свинец, свойство металла. Пункт приема свинца.;

Припой ПОС-40 Технические характеристики.

Сплав Вуда. Температура плавления — 68.5 ºС. Состав такого сплава составляет 50% Bi (висмут), 25% Pb (свинец) 12,5% Sn (олово), 12.5% Cd (кадмий). Сплавы из Вуда используют в операциях изгиба тонкостенных труб, в изготовлении с помощью гальванопластики полых тел, заливают шлифы металлографические, в датчиках пожарных сигнализаций, химических лабораториях в качестве низкотемпературной бани.

Сплав Розе. Эти сплавы отличаются своей низкой токсичностью по сравнению с другими сплавами. Температура плавления данного сплава — 94 ºС. В его состав входит 50% Bi (висмут), 25% Pb (свинец) 25% Sn (олово). Используют в качестве полупроводниковой техники в лабораториях и электрических предохранителей.

Таблица 2. Химический состав припоев с висмутом.

.

Галлиевые припои имеют хорошую смачиваемость поверхности и низкую температуру плавления. Поэтому галлий используют в смеси припоев. Обладает хорошей диффузией с взаимодействием с легкоплавкими металлами как кадмий, олово, свинец, цинк. Галлий при нагреве на воздухе, при температуре выше 400 ºС превращается в темную порошковую массу, это означает, что галлий интенсивно окисляется. Двойные сплавы галлия с золотом, серебром, медью, никелем, титаном, кобальтом, магнием годятся для диффузионной пайки титана, меди, а также и других металлов. В последнее время припои с галлием используют для диффузионной пайки меди. Галлий крайне редко применяется в качестве основы в расплавляемых припоях.

Таблица 3. Химический состав галлиевых припоев.

.

Изготавливают мягкие припои в виде проволоки, прутков и болванок, обычно небольших диаметров от 3 мм.

Легкоплавкие припои должны соответствовать нескольким требованиям:

— хорошая пластичность;

— коррозийной устойчивостью;

— высокой электропроводностью;

— низкой токсичностью;

— высокой текучестью (лужение).

Применение мягких припоев.

Наиболее часто используют мягкие припои для сборки или ремонта радиотехники, из-за малой механической прочности, невысоких
температур плавления и хорошей электропроводности.

Возможно вам будут интересны другие мои статьи:

Состав бессвинцового припоя — Каталог печатных плат

Бессвинцовые припои, как следует из названия, не содержат свинца в своем составе. Первоначально, когда были разработаны припои и паяльная паста, они почти всегда использовали свинец. Однако свинец является вредным / ядовитым материалом, поэтому в 2006 году использование материалов для пайки на основе свинца было запрещено директивой RoHS (2002/95 / EC).

Бессвинцовые припои обычно состоят из бессвинцового припоя и флюса. Бессвинцовый припой может быть изготовлен из металлов различного состава (% по весу), таких как олово (обычно основной элемент), серебро, медь, сурьма, висмут, кобальт, никель, индий, цинк, германий и редкоземельные элементы.Различные составы определяют свойства паяльной пасты. Например, композиция 96,5% Sn / 3% Ag / 0,5% Cu (SAC305) имеет высокую прочность и термическую усталость; аналогично композиция 91% Sn / 9% Zn имеет высокий потенциал образования окалины и коррозии.

Согласно стандарту IPC J-STD 004 доступны три типа флюса; это флюс типа канифоли и заменителя канифоли, флюс водорастворимого типа и флюс типа «без очистки». В паяльной пасте используется любой тип флюса (канифольный, водорастворимый или неочищаемый).

Популярный состав материалов для бессвинцового припоя

33

Припой

Эвтектический припой — это припой, плавящийся и замерзающий при одной температуре.Например, состав припоя 95,5% Sn / 3,8% Ag / 0,7% Cu представляет собой эвтектику, которая плавится и замерзает при температуре 217 ° C. Неэвтектический припой имеет диапазон плавления. Например, 96,5% Sn / 3% Ag / 0,5% Cu (SAC305) — это неэвтектический припой, который начинает плавиться при 217 ° C и становится полностью жидким при 220 ° C.

Припой — обзор | Темы ScienceDirect

Хотя припой является вторым по распространенности применением олова в мире, он обгоняет оловянную пластину в развитых странах, что неудивительно в зависимости от уровня развития электронной промышленности.Хотя транспортная промышленность потребляет большие объемы припоя, более высокое среднее содержание олова в припое, используемом в электронике, делает последнюю более важным потребителем олова.

Проще говоря, припой представляет собой смесь олова и свинца с содержанием олова до 63% почти во всех случаях. Меньшие количества сурьмы, серебра, меди, кадмия, висмута, индия и других элементов могут быть добавлены для специальных целей. Состав эвтектики 62% олова – 38% свинца плавится при самой низкой температуре комбинаций олово – свинец, то есть при 183 ° C.Эта низкая температура для соединения металлов оказалась полезной для соединения термочувствительных электронных компонентов с минимальной вероятностью теплового повреждения.

Помимо возможности соединения при низких температурах, пайка также выигрывает от способности олова смачиваться и сплавиться с различными конструкционными металлами. Часто припой является относительно недорогим по сравнению с другими соединительными материалами, и возможна разумная степень автоматизации. Хорошая коррозионная стойкость олова и свинца в определенных средах может быть успешно использована путем выбора припоя.

IV.B.1 Основы пайки

Выбор припоя — сложная тема. Чтобы дать несколько рекомендаций, скажем, что почти эвтектический состав олова от 60 до 63% является стандартным для пайки электроники. Сплавы с 50% -ным содержанием олова являются традиционными для сантехники и листового металла. В диапазоне от 20 до 40% сплавы используются для общих инженерных целей, а припои с низким содержанием олова, возможно, вплоть до 10% олова, являются стандартными для пайки банок, пайки радиаторов и пайки некоторых электронных устройств, в которых используется двухступенчатая требуется операция пайки.Чистое олово использовалось для пайки боковых швов банок молочных продуктов и детского питания, а также для ступенчатой ​​пайки. Сурьму или серебро обычно добавляют для пайки при более высоких температурах или для дополнительной прочности. Добавление кадмия или висмута снижает температуру плавления легкоплавких сплавов и специальных применений.

Важное конструктивное ограничение припоев с высоким содержанием олова связано с рабочими температурами в криогенном диапазоне. Сплавы с содержанием олова более ~ 20% претерпевают резкий переход от пластичного к хрупкому при температуре около -100 ° C, поэтому для таких рабочих температур требуются припои с низким содержанием олова.

Основными составляющими паяного соединения являются основные металлы, флюс, припой и источник тепла. Основные металлы должны быть чистыми и поддающимися пайке, и если паяемость металла затруднена (алюминий, нержавеющая сталь, корпусное железо), может быть целесообразно или необходимо нанести покрытие из припояемого металла. Даже если металл имеет хорошую паяемость (медь, латунь, низколегированная сталь), если требуется некоторое хранение, паяемое покрытие поможет сохранить паяемость в течение некоторого времени.Для этой цели отлично подходят оловянные или оловянно-свинцовые покрытия или покрытия, нанесенные методом горячего погружения.

Флюс — это химический агент, который удаляет легкие пленки потускнения с основного металла, защищает поверхности от повторного окисления во время нагрева и, как правило, способствует смачиванию расплавленного припоя и его растеканию по паяемым поверхностям. Флюсы часто имеют запатентованный состав. Для электроники они обычно состоят из основы из натуральной древесной смолы (называемой «канифольной основой») с небольшими количествами галогенидсодержащих активаторов для улучшения характеристик.Для более сложных ситуаций пайки и когда возможна последующая очистка для удаления остатков флюса, в качестве флюсов используются смеси органических кислот или неорганических галогенидов. Эти более агрессивные флюсы могут оставлять коррозионные остатки на паяных поверхностях, поэтому очистка после пайки является необходимой.

Состав припоя выбирается, как уже было сказано, и для многих процессов пайки этап нанесения припоя совмещен с источником нагрева. Например, в процессе пайки волной пайки, обычно используемом для электроники, печатная плата, загруженная электронными компонентами, перемещается конвейером через машину, которая сначала распыляет флюс на нижнюю часть платы или перемещает плату через широкую волну накачиваемого флюса. чтобы встретить это.Затем плата проходит через волну расплавленного припоя, который подводит тепло и припой к поверхности. Наконец, после охлаждения плата проходит через секцию очистки. Таким способом можно сделать несколько сотен паяных соединений за несколько секунд. Пайка погружением — довольно похожий процесс.

Большое количество соединений по-прежнему выполняется ручной пайкой, когда припой и нагрев наносятся отдельно. Припой может быть в форме проволоки, стержня, фольги, штампованных преформ (небольшие формы, адаптированные к конкретному применению) или паяльной пасты.Эти формы могут иметь флюс, включенный внутрь в виде сердечника, или могут быть покрыты флюсом, или, в случае паст, могут быть смесями флюса и порошкового припоя. Затем тепло может быть применено с помощью паяльника, горелки, электрического резистивного нагрева, электрической плиты, печи или конденсации нагретого фторуглерода (так называемая пайка в паровой фазе). Есть много вариантов конкретных деталей пайки.

Все большую озабоченность среди пользователей припоя вызывает механическое поведение паяных соединений.Традиционно, паяные соединения фиксировались механически для обеспечения опоры, а припой служил просто присадочным металлом для поддержания электрической целостности и устойчивости к коррозии. Однако в последние годы механический ремонт требует много времени, а в случае хрупких компонентов, возможно, невозможен. Это означает, что паяное соединение должно иметь адекватную механическую прочность. Кроме того, существуют новые методы соединения, такие как поверхностный монтаж, который включает непосредственный монтаж электронных компонентов на печатной плате без проводов на компонентах.В этом методе паяное соединение должно выдерживать усталостные нагрузки, вызванные различиями в тепловом расширении, когда материалы компонентов нагреваются и охлаждаются в процессе эксплуатации. Фактически, почти во всех областях пайки условия эксплуатации становятся все более требовательными, поскольку конструкторы стремятся к большей эффективности и производительности.

В транспортных приложениях более широкое использование алюминиевых радиаторов сократит использование припоев с низким содержанием олова, которые стали стандартом. Припои с высоким содержанием свинца, используемые для заполнения корпуса, частично заменяются припоем с высоким содержанием олова (без свинца).Более широкое использование электроники в автомобилях должно увеличить использование припоев с высоким содержанием олова.

В строительстве припои с высоким содержанием олова (неэтилированные) все чаще используются для водопровода, чтобы еще больше снизить вероятность загрязнения воды свинцом. Некоторые из этих сплавов уже использовались для особых требований к высокой прочности. В целом использование олова при пайке обещает рост в будущем.

Сравнение бессвинцовых сплавов олово-серебро-медь

Аннотация. Поскольку электронная промышленность начинает сосредотачиваться на семействе сплавов олово-серебро-медь в качестве жизнеспособной замены припоев олово-свинец, необходимо провести исследования, чтобы определить, подходит ли какой-либо конкретный сплав для самого широкого диапазона применений. Семейство сплавов олово-серебро-медь получило в последние годы много положительных отзывов со стороны различных промышленных консорциумов и организаций, и большинство производителей планируют использовать один из этих сплавов. Однако, поскольку в семействе олово-серебро-медь существует несколько различных составов сплавов, необходима справочная информация, чтобы определить, какой сплав лучше всего подходит для самого широкого диапазона применений.

Введение. Неизбежно, что свинец будет устранен из большой части сборки электроники. Будет ли это результатом законодательства, маркетингового давления или фактических торговых барьеров, не имеет значения. Единственным важным аспектом этой проблемы является то, что она реальна и что она появится в ближайшие несколько лет. Поэтому производители электроники должны быть осведомлены о доступных им вариантах припоя и о том факте, что не все сплавы, включая сплавы одного и того же семейства, обладают одинаковыми характеристиками.

Основываясь на последних отраслевых разработках, кажется, что выбор бессвинцовых сплавов для замены оловянно-свинцового сплава для сборки электроники сужается. Несмотря на запутанную ситуацию с патентами и продолжающиеся вопросы о надежности, семейство сплавов олово-серебро-медь получило в последние годы множество положительных откликов со стороны различных промышленных консорциумов и организаций, и большинство производителей планируют внедрить один из этих сплавов. ^и В целом это семейство сплавов демонстрирует относительно низкие температуры плавления, хорошие характеристики надежности и, в зависимости от точного состава, разумную стоимость.Однако, поскольку в семействе олово-серебро-медь существует несколько различных составов сплавов, необходима справочная информация, чтобы определить, какой сплав лучше всего подходит для самого широкого диапазона применений.

Также следует отметить, что эти (иногда номинальные) различные составы сплавов сбивают с толку промышленность и создают кошмар для производителей припоев и конечных пользователей. Результат — более высокие затраты для отрасли. Выбор бессвинцового сплава по умолчанию приносит пользу всей цепочке поставок.Это особенно верно в отношении поставщиков EMS, которые могут быть вынуждены хранить несколько сплавов в зависимости от требований своих клиентов.

Сравнение сплава олова, серебра и меди. Испытанные сплавы являются наиболее перспективными и популярными из сплавов олово-серебро-медь: Sn96,5 / Ag3,0 / Cu0,5, Sn95,5 / Ag3,8 / Cu0,7 и Sn95,5 / Ag4,0. /Cu0.5. Кроме того, сплав Sn96,2 / Ag2,5 / Cu0,8 / Sb0,5 в некоторых случаях используется в качестве альтернативы с низким содержанием серебра для сравнительных целей. Этот документ предназначен для предоставления базовой информации по этим сплавам, необходимой для справедливого сравнения друг с другом.Методологии объективных испытаний использовались для представления ключевых критериев перехода к бессвинцовой сборке электроники. В данном исследовании рассматриваются вопросы, которые затронут самый широкий круг пользователей этих сплавов. В сравнение включены доступность, стоимость, печать паяльной пасты, плавление, смачивание, пайка волной припоя, термическая усталость и характеристики надежности паяных соединений. Конечно, отдельным компаниям рекомендуется проводить дальнейшие испытания, чтобы определить жизнеспособность этих сплавов для их конкретных деталей, процессов и приложений.

Допуски элементов из бессвинцового сплава. Следует отметить, что припойные сплавы имеют приемлемый допуск для каждого составляющего элемента. Согласно IPC-J-STD-006, элементы, составляющие до 5% сплава, могут варьироваться до ± 0,2%, в то время как элементы, составляющие более 5% сплава, могут варьироваться до ± 0,5%.

Например, сплав Sn63 / Pb37 может содержать от 62,5% до 63,5% олова и от 36,5% до 37,5% свинца. Сплав Sn62 / Pb36 / Ag2 может содержать от 61,5% до 62,5% олова, 35.От 5% до 36,5% свинца и от 1,8% до 2,2% серебра.

Ниже представлена ​​диаграмма различных составов бессвинцовых припоев и их потенциального элементного диапазона. Это предназначено для демонстрации вероятности потенциального перекрытия сплавов, даже при указании «уникального» сплава. Эта информация относится к отраслевым стандартам допусков сплавов, а не к каким-либо конкретным поставщикам.

Доступность сплава и патентная ситуация. Для промышленности желательно найти широко доступный сплав. Поэтому запатентованные сплавы рассматривались как нежелательные. Однако вопрос не так прост, как кажется.Производители должны иметь в виду, что некоторые запатентованные сплавы были лицензированы у нескольких производителей по всему миру и широко доступны. И наоборот, некоторые припойные сплавы, которые кажутся незапатентованными, могут не быть полностью свободными от патентов.

Вопрос о патентах на сплавы сложен, поскольку в разных частях мира запатентованы различные составы сплавов. Кроме того, многие не осознают, что большинство патентов на сплавы охватывают не только сплав в форме припоя, но и готовые паяные соединения.

Сплавы

, такие как Sn95,5 / Ag4,0 / Cu0,5 и Sn95,5 / Ag3,8 / Cu0,7, были рекомендованы для промышленности США, несмотря на то, что паяные соединения, изготовленные из этих сплавов, могут нарушать патенты. Во-первых, эти сплавы защищены патентом в Японии, поэтому это ограничивает экспорт продукции, изготовленной из этих сплавов. ⁱⁱ Кроме того, возможно, что использование этих сплавов может нарушить патент США №5527628 Университета штата Айова. Хотя эти сплавы не подпадают под действие этого патента, эти же сплавы с 1.Покрытие составляет от 0 до 4,0 процентов меди. В заявке на этот патент указано, что патент защищен даже готовым паяным соединением. Следовательно, если один из этих незапатентованных сплавов используется и во время производства сплав «улавливает» медь (что обычно происходит) и образует интерметаллид, содержащий элементы, на которые распространяется патент Университета штата Айова, производитель нарушил этот патент. . Хотя добиться соблюдения этого будет сложно, производители должны осознавать возможность нарушения патента.

Ниже приводится список основных патентов на сплавы олово-серебро-медь:

.

Сравнение стоимости металлов. Как видно ниже, серебро является элементом затрат в сплавах олово-серебро-медь. Разница в стоимости необработанных металлов, составляющих Sn95,5 / Ag3,0 / Cu0,5 по сравнению с Sn95,5 / Ag3,8 / Cu0,7 и Sn95,5 / Ag4,0 / Cu0,5, составляет 1,43 / 1,30 доллара США. Евро и 1 доллар США.13 / 1,03 евро за килограмм соответственно. Это может привести к резкой разнице в стоимости операций пайки волной припоя и ручной пайки, поскольку стоимость металлов является ключевым фактором в окончательной стоимости пруткового припоя и проволочного припоя, а также может повлиять на цены на паяльные пасты для поверхностного монтажа. Как и в случае с другими исследованиями стоимости ⁱⁱⁱ , для сравнения включен сплав Sn96.2 / Ag2.5 / Cu0.8 / Sb0.5, который является наименее дорогим из сплавов на основе олова, серебра и меди и демонстрирует еще более высокие показатели. снижения стоимости по сравнению со сплавами с высоким содержанием серебра.Также для сравнения включена стоимость металлов для Sn62 / Pb36 / Ag2 и Sn63 / Pb37, каждый из которых значительно дешевле, чем обсуждаемые бессвинцовые сплавы.

Сравнение печати паяльной пастой. Хотя предыдущие испытания показали небольшие различия между печатью бессвинцовой и оловянно-свинцовой паяльной пастой ^и , полезно доказать схожесть процессов печати определенных бессвинцовых паяльных паст, поскольку это ключевой фактор при определении технологические окна и простота использования различных сплавов.Тестирование проводилось для имитации производственных требований, чтобы определить окна процесса печати Sn95.5 / Ag3.0 / Cu0.5, Sn95.5 / Ag3.8 / Cu0.7 и Sn95.5 / Ag4.0 / Сплавы Cu0,5. Каждый сплав был сопряжен с одним и тем же химическим составом пастообразного флюса без очистки с одинаковой загрузкой металла, микронным размером порошка и вязкостью.

Как видно на изображениях справа, очень небольшая разница наблюдается при печати подушек с зазором 12 мил при использовании любого из этих сплавов. Все они имеют хорошее заполнение апертуры, хорошо сформированные оттиски и устойчивы к образованию перемычек.

Для подтверждения приведенных выше результатов были напечатаны квадратные контактные площадки с зазором 10 мил с использованием каждого из трех сплавов на печатной плате, на которую не была нанесена паяльная маска. И снова результаты печати были очень похожи, и все они показывают хорошее заполнение апертуры, хорошо сформированные оттиски и сопротивление перекрытию.

Кроме того, при последующих длительных испытаниях каждая из этих паст показала одинаковые характеристики. ^vi Испытание проводилось в течение нескольких часов, и было определено, что пригодность для печати с мелким шагом, время паузы для печати, стойкость к липкости и влияние времени до смачивания припоя приемлемы для каждой из этих паст.Таким образом, можно предположить, что каждый из сплавов олова / серебра / меди предоставит производителям такое же окно процесса печати, как сплавы олово / свинец.

Следует отметить, что успешные характеристики печати бессвинцовой паяльной пастой зависят от того, решил ли производитель пасты свои проблемы с плотностью припоя. Бессвинцовые сплавы значительно менее плотны, чем олово / свинец; в отдельных случаях до 17%. Если наблюдается значительная разница в характеристиках печати бессвинцовой паяльной пасты по сравнению с эквивалентной пастой из олова / свинца, это может быть связано с металлической загрузкой или химическим составом флюса в используемой пасте.Обычно это проявляется при использовании паяльной пасты, которая кажется очень густой и трудной для печати при стандартных настройках давления ракеля.

Точки плавления. Испытание DSC использовалось для определения температуры плавления исследуемых сплавов. Как показано на диаграммах ДСК ниже, температуры плавления испытанных сплавов находятся в диапазоне 218-220 ° C при испытании со скоростью 2 ° C в секунду, при плавлении Sn96,5 / Ag3,0 / Cu0,5 при 219,77 ° C, Sn95. .5 / Ag3,8 / Cu0,7 при 218,78 ° C и Sn95,5 / Ag4,0 / Cu0,5 при 220.23 ° С. При испытании при 10 ° C в секунду температуры плавления сплавов оставались аналогичными, с разделением сплавов менее 2 ° C.

Смачивание. В общем, бессвинцовые сплавы не смачивают так же хорошо, как припои оловянно-свинцовые припои. Это также верно для семейства олово-серебро-медь. Однако возможно, что разные сплавы олово-серебро-медь будут иметь разные характеристики смачивания друг от друга. Для определения смачивающей способности этих сплавов были проведены испытания баланса смачивания и испытания на растекание.

Проверка баланса смачивания. При испытании баланса смачивания измеряется и графически отображается динамическая сила смачивания сплава в зависимости от времени, необходимого для достижения смачивания. При работе смачивающих весов образец подвешивается на чувствительных весах и погружается ребром с заданной и контролируемой скоростью и на заданную глубину в расплавленный припой, поддерживаемый при контролируемой температуре. В результате взаимодействия между расплавленным сплавом и отделкой плиты смоченный купон подвергается изменяющимся во времени вертикальным силам плавучести и силам поверхностного натяжения, направленным вниз.Силы обнаруживаются датчиком и преобразуются в электрический сигнал, который, в свою очередь, записывается системой сбора данных в компьютере.

Как показано выше, кривые смачивания из предыдущих испытаний демонстрируют превосходство сплавов олово-серебро-медь с низким содержанием серебра по времени и силе смачивания при использовании с различными типами флюсов. Однако следует отметить, что результаты указывают на относительное сходство между всеми этими сплавами.

Чтобы подтвердить вышесказанное, на Sn96 было проведено испытание глобулярного баланса смачивания.5 / Ag3.0 / Cu0.5, Sn95.5 / Ag3.8 / Cu0.7 и Sn95.5 / Ag4.0 / Cu0.5. Как показано на графиках справа, снова время и сила смачивания для каждого из этих сплавов оказались одинаковыми.

Тестирование спреда. Испытание на растекание было проведено как средство измерения смачивающей способности испытанных сплавов. Приведенные ниже рисунки были получены с использованием сплавов Sn95,5 / Ag3,0 / Cu0,5, Sn95,5 / Ag3,8 / Cu0,7 и Sn95,5 / Ag4,0 / Cu0,5, сопряженных с тем же флюсом из пасты из ноклин. химия. Материалом подушки было золото поверх никеля, и сборки нагревали в конвекционной печи оплавления без использования азота.Как видно на следующей странице, каждая паяльная паста полностью распределялась по всем четырем краям каждой контактной площадки.

Кроме того, были проведены тесты на растекание тестовых образцов, нагретых на горячей плите. Хотя это может быть трудно отличить от изображений на следующей странице, разброс для каждого образца был практически идентичным, и каждый из них считался находящимся в приемлемом диапазоне согласно требованиям теста IPC.

Судя по представленным здесь испытаниям на смачивание и растекание, производители могут ожидать аналогичного смачивания для каждого из сплавов олово-серебро-медь, с немного более высоким смачиванием, вероятно, для сплавов с низким содержанием серебра.

Рекомендации по бессвинцовой пайке волной. Хотя при обсуждении бессвинцовой пайки может возникнуть соблазн сосредоточиться исключительно на SMT-приложениях, следует помнить, что пайка волной припоя продолжает оставаться жизнеспособной и популярной технологией. По мере того как бессвинцовая пайка волной припоя становится все более распространенной, возникают вопросы о растворении меди в бессвинцовых сплавах и о возможности дополнительного обслуживания ванны для припоя.

В стандартном волноводном электролизере Sn63 / Pb37 по мере накопления примесей, таких как медь, они образуют интерметаллиды с оловом.Этот интерметаллический налет можно систематически удалять, снижая температуру ванны для припоя до 188 ° C (370 ° F) и позволяя ванне оставаться в покое более 8 часов. Плотность интерметаллида Cu6Sn5 составляет 8,28, а плотность Sn63 / Pb37 составляет 8,80, что позволяет большей части Cu6Sn5 всплывать наверх через несколько часов охлаждения. После этого верх емкости можно снять и добавить новый припой для повышения уровня. Это обычно поддерживает уровень меди ниже 0,3% и может поддерживать уровень меди на уровне 0.15% диапазона. Это простое гравиметрическое разделение Cu6Sn5.

Однако плотность сплавов олово-серебро-медь составляет примерно 7,4. Следовательно, вместо того, чтобы интерметаллид Cu6Sn5 улетучивается и легко удаляется, как в случае Sn63 / Pb37, интерметаллиды тонут и рассеиваются через бессвинцовый сплав в ванне. Конечным результатом этого является скопление меди в кастрюле. Это также верно для сплава Sn99,3 / Cu0,7, который имеет плотность, аналогичную плотности сплавов олово-серебро-медь.

Результат и самая большая проблема вышеизложенного заключается в том, что ванны с припоем, возможно, придется чаще выгружать, что приведет к полной замене волновой ванны. Спецификация выгрузки ванны, скорее всего, будет составлять около 1,55% меди, так как выше этой точки сплав становится вялым и при 1,9–2% начинает происходить осаждение в ванне, что может привести к повреждению волновых насосов и перегородок. На этот вопрос следует обратить внимание при реализации бессвинцовой пайки волной припоя.

Проверка надежности паяных соединений. Не зря вопрос надежности паяных соединений вызывает серьезное беспокойство у потенциальных пользователей бессвинцовых сплавов. Каким образом сборка выживет после пайки сплавом олово-серебро-медь, необходимо определить до внедрения сплава в производство.

Также следует понимать, что надежность паяного соединения зависит от нескольких факторов, помимо сплава припоя, включая геометрию паяного соединения, степень усталости и качество поверхности пайки. Кроме того, было доказано, что сопротивление усталости сплава олово-серебро-медь превосходит сопротивление олова / свинца при определенных условиях испытаний, но хуже при других условиях.До тех пор, пока механизмы отказов систем из сплава олово-серебро-медь не будут лучше поняты, рекомендуется проводить ускоренные испытания, которые имитируют как можно более близкие условия эксплуатации рассматриваемого узла.

При этом базовая сравнительная информация о надежности исследуемых сплавов олово / серебро / медь важна как инструмент для выбора. Уже опубликовано несколько отчетов, демонстрирующих термическую и механическую надежность этих сплавов. ^{vii, viii} Однако с этими сплавами было проведено несколько сравнительных испытаний. Поэтому были проведены следующие испытания, чтобы быстро определить, есть ли какие-либо явные различия между этими сплавами с точки зрения надежности.

Результаты испытаний на термоциклирование. Тестовые платы были изготовлены с использованием припоев Sn96,5 / Ag3,0 / Cu0,5, Sn95,5 / Ag3,8 / Cu0,7 и Sn95,5 / Ag4,0 / Cu0,5 в сочетании с тонкой пленкой 1206. резисторы. Затем платы подвергали термическому шоку от -40 ° до + 125 ° C в течение 300, 400 и 500 15-минутных циклов.Затем паяные соединения были разрезаны и проверены на наличие трещин.

Как показано ниже, ни один из протестированных сплавов не показал трещин во время испытаний до 500 повторов. Однако следует отметить, что сплавы Sn95,5 / Ag3,8 / Cu0,7 и Sn95,5 / Ag4,0 / Cu0,5 действительно показали некоторые изменения в зеренной структуре соединения после испытаний на термический удар, особенно последний. Необходимо провести дополнительные исследования, чтобы определить, может ли это изменение структуры зерна указывать на потенциальную проблему надежности.

Испытания на механическую прочность и изгиб. Тестовые платы были изготовлены с использованием припоев Sn96.5 / Ag3.0 / Cu0.5, Sn95.5 / Ag3.8 / Cu0.7 и Sn95.5 / Ag4.0 / Cu0.5 и подверглись испытаниям на изгиб. . ^ix Паяные соединения были затем разрезаны и проверены на наличие трещин. Опять же, испытанные сплавы прошли все требования испытаний. Следует отметить, что сплав Sn / Cu действительно показал трещины при таком же испытании. ^х

Дополнительное тестирование. Предыдущие испытания показали, что сплавы олово-серебро-медь с высоким содержанием серебра могут иметь проблемы с надежностью из-за больших пластинчатых структур Ag ³ Sn, которые быстро растут во время жидкой фазы профиля оплавления, прежде чем окончательное затвердевание паяных соединений. ^xi Это испытание показало, что когда припои Sn95.5 / Ag3.8 / Cu0.7 и Sn95.5 / Ag4.0 / Cu0.5 подвергаются медленному охлаждению, большие пластины Ag ³ Sn могут покрывают все поперечное сечение паяных соединений и могут значительно влиять на поведение паяных соединений при механической деформации, когда они подвергаются термомеханическим напряжениям.

Изображение справа представляет собой Ag3Sn, образующийся в виде больших пластин, прикрепленных к межфазным интерметаллидам. Это приводит к локализации пластической деформации на границе между пластинами Ag ³ Sn и ограничивающей фазой b-Sn. ^xii Сообщалось о неблагоприятных эффектах на свойства пластической деформации затвердевшего припоя, когда присутствовали большие пластины Ag ³ Sn. ^xiii Также было высказано предположение ^xiv , что серебро отделяется на границе раздела и ослабляет его за счет «отравления».Хрупкое разрушение усугубляется загрязнением золотом. ^xv

Исследования показали, что в сплавах олово-серебро-медь с низким содержанием серебра не наблюдается роста пластинчатых структур Ag3Sn независимо от скорости охлаждения. Это говорит о том, что сплавы олово-серебро-медь с низким содержанием серебра могут представлять меньше проблем с надежностью, чем другие сплавы олово-серебро-медь.

Заключение. Данные из Европы, Северной Америки и Японии показывают, что большая часть электронной промышленности движется к семейству сплавов олово-серебро-медь для бессвинцовой пайки.Однако, как и в любом процессе, необходимо тщательно выбирать сплав, наиболее подходящий для широкого диапазона применений. Кроме того, необходимо учитывать логистику и экономику при выборе конкретного сплава. Как указывалось ранее, серебро является элементом затрат в сплавах олово-серебро-медь. Поскольку испытания, обсуждаемые в этой статье, не показали никаких преимуществ с точки зрения обработки, надежности или доступности для сплавов с высоким содержанием серебра по сравнению со сплавами с низким содержанием серебра, логично использовать менее дорогие из них для всех применений пайки.Фактически, сплавы с низким содержанием серебра могут иметь меньше проблем с патентами, связанных с ними во многих частях мира, а также превосходное смачивание и меньше проблем с надежностью. Как показали предыдущие отчеты, логично как с точки зрения закупок, так и с точки зрения надежности использовать один и тот же сплав для SMT, пайки волной припоя и ручной пайки. ^xvi Поскольку сплав Sn96,5 / Ag3,0 / Cu0,5 предоставляет производителям преимущества семейства сплавов олово-серебро-медь, но является менее дорогостоящим, чем другие протестированные сплавы, отдельные компании поощряются к выполнению дальнейшие испытания для определения жизнеспособности этого сплава с их конкретными частями, процессами и областями применения.

БЛАГОДАРНОСТИ
Мы хотели бы поблагодарить Кевина Пиджеона, менеджера международной службы технической поддержки AIM, за подготовку к печати PCBA и тестированию оплавления.

ССЫЛКИ

ⁱ Nimmo, Kay, SOLDERTEC в Tin Technology Ltd. «Вторая европейская дорожная карта по технологии бессвинцовой пайки (февраль 2003 г.) и концепция международной дорожной карты по бессвинцовой пайке (декабрь 2002 г.)».
ⁱⁱ Патент Senju Corporation № 3027441.
ⁱⁱⁱ Ли, Нин-Ченг, «Бессвинцовая пайка — куда движется мир». Advanced Microelectronics, стр. 29-34, сентябрь / октябрь 1999 г.

⁶ На основе опубликованной стоимости металлов и обменного курса доллара США к евро на 5 июня 2003 г.
^против Whiteman, Lee. «Проблемы и решения по внедрению бессвинцовой пайки». Май 2000 г.
^vi Тестирование проводилось в рамках 24-часового конкурса AIM — 15 Board Challenge. Свяжитесь с автором для получения полного описания процедуры тестирования.
^vii Зон, Джон. «Надежны ли бессвинцовые паяные соединения?» Circuits Assembly, июнь 2002 г., стр. 31.
^viii Кария, Йошихару и Пламбридж, Уильям. «Механические свойства сплава Sn-3.0mass% Ag-0.5mass% Cu». Департамент материаловедения, Открытый университет, Великобритания.
^ix Свяжитесь с автором для процедуры тестирования.
^x Силиг, Карл и Сураски, Дэвид. «Передовые материалы и процессы сборки бессвинцовой электроники». Апрель 2001 г.
^xi Хендерсон, Дональд и др. «Образование пластин Ag ³ Sn при затвердевании почти тройных эвтектических сплавов Sn-Ag-Cu».
^xii D. R. Frear, J. W. Jang, J. K. Lin и C. Zhang. «Бессвинцовые припои для межсоединений Flip-Chip». JOM, том 53, № 6 (июнь 2001 г.).
^xiii К. С. Ким, С. Х. Хух и К. Суганума, «Влияние скорости охлаждения на микроструктуру и свойства при растяжении сплавов Sn-Ag-Cu». Осакский университет, Япония .. август 2002 г.
^xiv D.Р. Фрир и П. Вианко, «Поведение интерметаллического роста припоев при низких и высоких температурах плавления», Металлы. Пер. А, 25А (1994), стр. 1509–1523.
^xv М. Харада и Р. Сато, «Механические характеристики припоя 96,5 Sn / 3,5 Ag при микробондинге», IEEE Trans. на Comp, Hybrids и Manuf. Tech., 13 (4) (1990), стр. 736–742.
^xvi Силиг, Карл и Сураски, Давид. «Ну наконец то! Практические рекомендации по созданию успешной сборки без свинца ». APEX 2003 разбирательства.

Автор

Карл Силиг , вице-президент по технологиям и Дэвид Сураски , исполнительный вице-президент

припоев | Припои | Продукция Indium Corporation

Галлий

Поскольку галлий и сплавы галлия обычно являются жидкими при комнатной температуре, они обычно не используются для пайки, но находят применение в тепловых приложениях. Галлий также является заменой ртути (Hg) в батареях.

висмут

Большинство сплавов висмута считаются низкотемпературными, и многие из них не содержат свинца.Хотя висмут считается довольно хрупким, BiSn и BiSnAg широко используются при ступенчатой ​​пайке и других приложениях, где требуется более низкая температура.

Прокрутите вправо, чтобы просмотреть всю доступную информацию.

Индий

Индий — очень универсальный металл, часто используемый для пайки золота, термических применений, низкотемпературных припоев, соединения с керамикой, герметичного и криогенного уплотнения, а также несоответствия КТР.

Олово

Олово является основой большинства припоев для электроники.Он имеет отличное смачивание, но не рекомендуется для пайки с толстым золотым покрытием, так как олово выщелачивает или удаляет золото. Добавление сурьмы (Sb) в олово даст более высокий предел ползучести при температурах до 100 ^° C.

Свинец

Сплавы, содержащие свинец, не соответствуют требованиям RoHS, поэтому ищутся альтернативы для замены сплавов SnPb прошлого.Некоторые области применения требуют более высоких температур, но при этом можно использовать свинец.

Золото

Золото

считается благородным металлом и может использоваться в средах безфлюсового оплавления. Чистое золото имеет точку плавления 1064 ^° ° C, но может быть легировано оловом (Sn), кремнием (Si) или германием (Ge) для получения более низких температур плавления. 80Au / 20Sn, эвтектический сплав, на сегодняшний день является самым популярным сплавом на основе золота.

Галлий

Поскольку галлий и сплавы галлия обычно являются жидкими при комнатной температуре, они обычно не используются для пайки, но находят применение в тепловых приложениях. Галлий также является заменой ртути (Hg) в батареях.

Прокрутите вправо, чтобы просмотреть всю доступную информацию.

висмут

Большинство сплавов висмута считаются низкотемпературными, и многие из них не содержат свинца. Хотя висмут считается довольно хрупким, BiSn и BiSnAg широко используются при ступенчатой ​​пайке и других приложениях, где требуется более низкая температура.

Прокрутите вправо, чтобы просмотреть всю доступную информацию.

Индий

Индий — очень универсальный металл, часто используемый для пайки золота, термических применений, низкотемпературных припоев, соединения с керамикой, герметичного и криогенного уплотнения, а также несоответствия КТР.

Прокрутите вправо, чтобы просмотреть всю доступную информацию.

Олово

Олово является основой большинства припоев для электроники.Он имеет отличное смачивание, но не рекомендуется для пайки с толстым золотым покрытием, так как олово выщелачивает или удаляет золото. Добавление сурьмы (Sb) в олово даст более высокий предел ползучести при температурах до 100 ^° C.

Прокрутите вправо, чтобы просмотреть всю доступную информацию.

Свинец

Сплавы, содержащие свинец, не соответствуют требованиям RoHS, поэтому ищутся альтернативы для замены сплавов SnPb прошлого.Некоторые области применения требуют более высоких температур, но при этом можно использовать свинец.

Прокрутите вправо, чтобы просмотреть всю доступную информацию.

Золото

Золото

считается благородным металлом и может использоваться в средах безфлюсового оплавления. Чистое золото имеет точку плавления 1064 ^° ° C, но может быть легировано оловом (Sn), кремнием (Si) или германием (Ge) для получения более низких температур плавления.80Au / 20Sn, эвтектический сплав, на сегодняшний день является самым популярным сплавом на основе золота.

Прокрутите вправо, чтобы просмотреть всю доступную информацию.

Медь и окружающая среда: водопроводные системы для питьевой воды

С момента внесения поправок в Закон о безопасной питьевой воде 1986 года использование свинецсодержащих припоев в системах питьевой воды было фактически запрещено по всей стране. Основное влияние закона оказал на припой, содержащий 50% олова и 50% свинца (50-50), до того момента наиболее широко используемый припой для систем питьевой воды.

Припои на основе свинца заменены припоями на основе олово-сурьмы и олово-серебро. Основное отличие этих припоев от 50-50 состоит в том, что они прочнее и требуют несколько более высоких рабочих температур. Многие сантехники в США десятилетиями использовали их в медных водопроводных системах

Причины запрета

Основанием для беспокойства по поводу общественного здравоохранения является максимальный уровень загрязнения (MCL) свинца в питьевой воде, установленный Агентством по охране окружающей среды США (EPA).EPA установило этот предел для питьевой воды на уровне 50 частей на миллиард. Это очень незначительное количество свинца — 0,000005%. Практический результат этого чрезвычайно низкого предела состоит в том, что некоторые питьевые воды, которые являются мягкими, кислыми и имеют низкую щелочность, могут собирать (выщелачивать) такое количество свинца из любого припоя, который подвергается воздействию воды внутри водопроводной системы. Исследования EPA и других компаний показали, что в редких случаях, когда происходит накопление свинца, он обычно быстро снижается до низкого уровня после ввода в эксплуатацию новой водопроводной системы, а также что он почти всегда связан с при длительных периодах застоя мягкой кислой воды внутри водопровода.

Вариант очистки воды

Улавливания свинца можно избежать, обработав мягкую, кислую воду с низкой щелочностью, чтобы сделать ее неагрессивной. MCL подлежат исполнению в водопроводном кране потребителя. Позиция EPA заключается в том, что поставщик воды несет ответственность за содержание свинца в этот момент, даже если свинец забирается из водопроводной системы в доме или другом здании. EPA считает, что поставщик воды должен предоставлять воду, не агрессивную по отношению к водопроводным системам.В некоторых населенных пунктах (например, Сиэтл, Вашингтон) это обязательство было признано, и коммунальные системы водоснабжения обрабатываются известью или кальцинированной содой для контроля pH и щелочности и защиты от накопления свинца в системе.

Выбор припоя

Припой

обычно выбирается по трем основным соображениям: простота использования, условия эксплуатации и стоимость.

В прошлом оловянно-свинцовый припой пятьдесят на пятьдесят широко использовался, потому что он был наиболее привычным для сантехников и самым простым в использовании.Он предоставил установщику возможность паять при низкой температуре и, благодаря широкому диапазону плавления, легко заполнял капиллярные пространства.

Однако альтернативные припои могут применяться с одинаковым успехом, используя то же оборудование, что и для 50-50, и без какой-либо необходимости в переподготовке. Фактически, те установщики, которые уже знакомы с этими материалами, находят их столь же простыми в использовании, как 50-50.

Эти бессвинцовые припои наносятся с использованием тех же флюсов, нагревательного оборудования и технологий соединения, что и для припоев на основе свинца.Благодаря своему составу они более текучие и менее вялые в пределах своего диапазона плавления, чем 50-50. В пределах стандартного диапазона допусков для трубок и фитингов, который обычно обеспечивает пространство для капиллярной пайки от 0,002 до 0,006 дюйма, соединения могут быть выполнены с той же легкостью с помощью альтернативных припоев, что и со знакомым, более пастообразным составом 50-50. Для труб очень большого диаметра, где существует большая вероятность того, что капиллярные пространства будут больше, чем 0,006 дюйма, пайка может быть лучшей альтернативой.

Прочностные характеристики

Одним из основных преимуществ припоев олово-сурьма и олово-серебро является то, что соединения, выполненные с их помощью, значительно прочнее, чем соединения, выполненные с использованием олово-свинца 50-50. Это превосходство является основной причиной того, что припои олово-сурьма и олово-серебро уже давно используются для высотных установок, для работы при высоких температурах, для коммерческих холодильных установок и систем кондиционирования воздуха, а также для спринклерных систем с паяной медью. Поскольку паяные соединения из олова-сурьмы и олова-серебра прочнее, водопроводные системы, установленные с их использованием, могут выдерживать более высокие давления и температуры, чем системы, сделанные с припоем олово-свинец 50-50.

Анализ затрат

Стоимость альтернативных припоев за фунт несколько выше, чем 50-50 фунтов стерлингов. Эта более высокая стоимость материала компенсируется тем фактом, что на один фунт припоев олово-сурьма и олово-серебро может быть выполнено на 20-25% больше соединений, поскольку они легче по весу (более низкая плотность), чем 50-50. Хотя стоимость припоев на основе олова и сурьмы почти вдвое выше, чем у 50-50, а припои на основе серебра и олова примерно в четыре раза дороже, следует понимать, что среднему жилому блоку требуется всего один или два фунта припоя для установки его питьевого устройства. водная система.Таким образом, повышенная стоимость альтернативного припоя совершенно не влияет на стоимость дома — а соединения, выполненные с его помощью, прочнее, безопаснее при повышенной температуре и, безусловно, не содержат свинца.

Припой с более низкой температурой плавления

Припой с более низкой температурой плавления

Резюме исследования

M.T. Маккормак, Ю.Дегани, Х.С. Чен и В.Р. 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 формовочную пластмассу. 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 фаз
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 данном 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 различаются 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; то
Чаще всего рассматривается альтернативный сплав Sn-43Pb-14Bi. Этот припой имеет
несколько атрибутов, которые нежелательны 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.

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.Добавление серебра было наиболее полезным — 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 ~ 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.

Помимо изменения характера плавления сплава, введение
0.5% Ag также, по-видимому, улучшает микроструктуру после литья. При 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 2b 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.

Поскольку собственно полезность Sn-41.Сплав 75Pb-8Bi-0.5Ag будет в больших
Деталь, определяемая ее характеристиками оплавления при низкотемпературном поверхностном монтаже
При сборке 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 подложках из Al ₂ O ₃ . Использование азотно-конвективного оплавления
печи и мониторинг температуры поверхности на верхней стороне 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.

Затем аналогичный эксперимент был проведен с напечатанными тестовыми купонами FR-4.В
контактные площадки на испытательных купонах имеют стандартный эвтектический Sn-37Pb горячего воздуха
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)
не переплавляется вообще.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.

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 перемычек между выводами.

Эксперименты с полностью заполненными платами, имеющими большие локальные тепловые массы.
находятся в процессе определения самых низких пиковых температур оплавления для данной
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.

Ю. Дегани 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.

Для получения дополнительной информации свяжитесь с 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].

Припой

SAC — бессвинцовые сплавы SAC

БЕССВИНЦОВЫЕ СПЛАВЫ SAC

SAC305, SAC387, SAC405, SAC0307

ОПИСАНИЕ

Сплавы

SAC являются ведущими сплавами, заменяющими оловянно-свинцовые припои для электронных сборок.Эти сплавы хорошо зарекомендовали себя при поверхностном монтаже, пайке волной и ручной пайке. Сплавы SAC могут использоваться с существующим оборудованием, процессами, покрытиями и химическими составами флюсов. Сплавы SAC доступны в виде стержней, порошковой проволоки, сплошной проволоки, фольги, преформ, порошка, а также не требующих очистки, водорастворимых и паяльных паст RMA.

ОСОБЕННОСТИ

• Отличное сопротивление
• Превосходная надежность паяных соединений
• Низкая температура плавления для сплава, не содержащего ПБ (217-218 ° C)
• Совместим с большинством типов флюсов

ТИПОВЫЕ УРОВНИ ПРИМЕСЕЙ В ПРОЦЕНТАХ

СОВМЕСТИМОСТЬ С FLUX

Сплавы

SAC совместимы с большинством основных флюсов для электроники, представленных сегодня на рынке, и доступны в виде пасты и проволоки в химическом составе, не требующем очистки, растворимом в воде и канифоли.

ТРЕБОВАНИЯ К ТЕМПЕРАТУРЕ

ХРАНЕНИЕ И СРОК ГОДНОСТИ

При правильном хранении эти сплавы не имеют ограниченного срока годности.