Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2002 №2

Химия для электроники – III. Химические продукты для обслуживания, эксплуатации и производства электронного оборудования

Переятенец Александр


Все статьи цикла:

Продолжаем знакомство с химическими средствами, применяемыми в электронике. В этой статье речь пойдет о материалах, используемых при пайке. Процесс пайки заключается в том, что соединяемые материалы прикладывают друг к другу и промежуток между ними заполняют расплавленным металлом, который после застывания образует крепко держащую спаиваемые элементы прослойку. Эта прослойка представляет собой эвтектический (объемно-затвердевающий) сплав металлов, процентное весовое соотношение которых определяется стоящими задачами и условиями применения.

Припой

Выбор припоя для пайки зависит:

  • от типа соединяемых металлов;
  • от способа пайки;
  • от температурных ограничений на собственно процесс пайки и последующую эксплуатацию;
  • от массогабаритных параметров элементов пайки;
  • от требуемой коррозионной стойкости и др.

Качественный припой должен соответствовать следующим требованиям:

  • хорошая текучесть в расплавленном состоянии;
  • хорошая смачиваемость поверхности соединяемых материалов;
  • прогнозируемые параметры в твердом состоянии (механическая прочность, стойкость к воздействию агрессивных факторов окружающей среды, электропроводимость, усадочные напряжения, коэффициент теплового расширения, твердость, относительное удлинение и т. п.)

Отечественные производители выпускают припои под наименованиями ГОСТа, а импортные, как правило, классифицируются фирмами-производителями припоев, что усложняет их идентификацию. На мировом рынке наиболее известны припои под торговыми марками производителей: Alpha Metals, ASAHI, Cobar, Ersa, HARRIS, Heraeus, InterFlux, Multicore, Philips, Ctannol. В марках отечественных припоев заложено наименование входящих в их состав химических элементов и их процентное весовое содержание. В области производства и ремонта электрического и электронного оборудования наибольшее применение нашли оловянно-свинцовые припои:

  • безсурьмянистые (ПОС);
  • малосурьмянистые (ПОССу), где содержание сурьмы составляет менее 0,5 %;
  • сурьмянистые (ПОССу), где содержание сурьмы более 0,5 %.

Химический состав припоя определяет его температуру плавления. Внесение различных добавок приводит к изменению его эксплуатационных свойств. Как правило, припои под торговыми марками известных производителей имеют гарантию задекларированной степени чистоты припоя, и, следовательно, соответствие заявленным параметрам. Следует иметь в виду, что длительное нарушение условий хранения не способствует сохранению заявленных свойств и параметров паяльных материалов. Сохранению свойств припоя, способствует использование антиоксидантов и специальных восстановителей припоя.

Форма поставляемого припоя зависит от способа пайки:

  • ручной (индивидуальной): контактной, инфракракрасной, ультразвуковой, лазерной;
  • механизированной (групповой): инфракрасной, волной припоя, двойной волной припоя, в парогазовой фазе, лазерной.

Потребителям припои поставляются в форме литых брусков и чушек, прутков, проволоки, трубок, лент, фольги, порошков, а также в виде паяльных паст.

При производстве и ремонте электрического и электронного оборудования применяются припои, работающие в температурном диапазоне до 450 °С. В зависимости от температуры плавления припои можно разделить на легкоплавкие и мягкие, с границей раздела в районе 100 °С.

Область применения легкоплавких припоев:

  • пайка и лужение в условиях, когда требуется особо низкая температура плавления припоя;
  • спаивание металлов с собственной низкой температурой плавления;
  • при соединении компонентов, чувствительных к перегреву;
  • для использования на первом этапе при многоступенчатой пайке.

Параметры наиболее употребительных легкоплавких припоев приведены в таблице 1.

Таблица 1

Применение мягких припоев в области производства и ремонта электрического и электронного оборудования более разнообразно. Предназначение того или иного припоя определяется в зависимости от вида поставки, технологии применения и используемого флюса. Классификация мягких припоев по области применения в зависимости от их состава и температур плавления приведена в табл. 2.

Таблица 2

Флюсы

Важную роль при пайке играет флюс, предохраняющий металл от окисления, создает условия для улучшения смачивания металла припоем. Паяльные флюсы применяются:

  • непосредственно перед пайкой — для удаления окисной пленки с паяемого материала и с поверхности припоя;
  • во время пайки — для предотвращения образования окисных пленок на поверхности паяемого материала и на расплавленном припое.

В процессе пайки, при сборочно-монтажных работах с электрическим и электронным оборудованием применяют два вида флюсов, отличающихся механизмом действия:

  • неактивные — образуют покрытие на поверхности металла, защищая его от окисления (например, минеральные масла);
  • активные — выполняют роль химических растворителей и поглотителей окислов.

Необходимость удаления остатков флюса после пайки зависит от того, что входит в состав флюса: кислоты или комбинации спиртов.

При ручной пайке наибольшее распространение получили флюсы, приготавливаемые на основе канифоли с добавлением неактивных веществ: спирта, скипидара, глицерина. Остаток канифоли негигроскопичен и является хорошим диэлектриком.

Машинная (групповая) пайка более ориентирована на использование однокомпонентных, бесканифольных флюсов.

Флюсы могут быть нанесены на поверхность, подготавливаемую для пайки, отдельно от припоя: печатью, распылением в виде пены или аэрозоля, волной, погружением — или одновременно с припоем: во внутренних полостях проволочного припоя или в составе паяльных паст, что позволяет в ряде случаев сократить, а при точечной пайке чистых поверхностей и полностью избежать предварительной обработки паяемых материалов флюсом.

Паяльные пасты

Припойные пасты, как правило, представляют собой смесь мелкодисперсного порошка материала припоя со связующей жидкой основой. Содержание порошка припоя составляет от 80до 92 %. Припойная паста уже содержит в себе припой и флюс, а их пропорция является одной из важных характеристик пасты. Чаще всего состав паяльных паст выражают через соотношение компонентов материала припоя, размер частиц и активность флюса. Параметры частиц материала припоя в паяльной пасте оказывают существенное влияние на качество паяного соединения. Наиболее важным параметром является размер частиц припоя, который определяет как способ нанесения (дозатор, трафарет), так и собственно характеристики технологического цикла пайки. Как и при любой комбинации «в одном флаконе», имеются негативные моменты предварительного соединения припоя с флюсом в паяльной пасте. В основном это проявляется в сокращении срока хранения, жестких условиях содержания и ограничениях, накладываемых на период транспортировки собранной платы в зону пайки. Флюс в составе паяльных паст служит не только для активации контактируемых металлических поверхностей, удаления с них окислов и предотвращения окисления припоя в процессе пайки (что необходимо для создания паяного соединения), но и обеспечивает требуемую растекаемость (реологию), а также изменение вязкости со временем (тиксотропность) при нанесении паяльной пасты на печатную плату.

Безопасность применения

Как правило, применяемые припои и флюсы в процессе использования не образуют токсичных или обладающих резким запахом веществ. Требования гигиены труда в радиомонтажном производстве накладывают ограничения на используемые при пайке материалы:

  • исключается применение свинцово-кадмиевых припоев с содержанием кадмия более 20 %;
  • вводятся альтернативные технологии с применением бессвинцовых припоев;
  • осуществляется переход на флюсы, не требующие последующей отмывки.

Однако в процессе пайки происходит выделение дыма, содержащего органические кислоты и пары металлов, которые могут вызвать аллергические реакции, а при длительном воздействии — и заболевания дыхательных путей. Кроме того, вещества, содержащиеся в этих дымах и в продуктах разложения, загрязняют места соединений и являются очагами коррозии. Поэтому рабочее место и зона пайки должны быть снабжены хорошей принудительной вентиляцией или очистными дымоулавливающими системами, ориентированными на очистку от дымов, образующихся в процессе пайки.

Условия и варианты использования химических продуктов, которые находят применение в процессе пайки при сервисном обслуживании, эксплуатации и производстве электрического и электронного оборудования, будут рассмотрены в следующей статье.

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке