Особенности и способы пайки. Флюсы для пайки

Флюсы служат для устранения пленки оксидов с поверхностей металлов и припоя при пайке, защиты поверхности металлов и припоя от окисления в процессе пайки и уменьшения сил поверхно­стного натяжения расплавленного припоя на границе металл - припой - флюс. Правильный выбор флюса обеспечивает качествен­ное соединение и существенно влияет на скорость и степень завер­шенности процесса пайки.

Выбранный флюс должен быть химически активен и растворять оксиды паяемых металлов, термически стабилен и выдерживать температуру пайки без испарения или разложения, проявляя хими­ческую активность в заданном интервале температур. Флюс, хоро­шо смачивающий поверхности металлов, облегчает растекание при­поя и легко вытесняется припоем. Правильно выбранный флюс ускоряет процесс пайки при минимально возможных температурах (следует помнить, что для некоторых элементов ЭВА ограничены температура воздействия и время нагрева). Он должен быть безо­пасен в работе, иметь длительное время хранения, не вызывать кор­розию паяемых металлов и припоев и, наконец, быть экономичным.

В зависимости от температурного интервала активности флю­сы подразделяют на: 1) флюсы для пайки низкотемпературными припоями при температуре плавления ниже 450° С, применяемые для получения контактных соединений ЭВА; 2) флюсы для пайки высокотемпературными припоями при температуре плавления вы­ше 450° С, применяемые для получения конструкционных соедине­ний. Далее рассматривается в основном низкотемпературная пайка.

Смолосодержащие флюсы бывают канифольные и кислотные. Применение того или иного флюса зависит от вида или покрытия паяемого металла, используемого припоя, температуры пайки (точка плавления припоя не является температурой пайки) и назначения паяемых изделий (табл.3).

В случае применения флюсовой пайки, когда облуживание контактных площадок невозможно, нецелесообразно использование реакционно-способных флюсов; даже такие соединения, как канифоль и спиртовой раствор на ее основе, часто нежелательны для применения. В такой же степени приемлемы глицерино – кислотные флюсы (муравьиная и уксусная кислоты). Канифоль удаляет окислы таких металлов, как медь, серебро, олово. Для дальнейшего расширения свойств материала необходимы дополнительные добавки. Температура плавления канифольного флюса 150 – 300^о С.

Таблица 3

Марки флюсов, их состав и назначение

Марка флюса	Составляющие флюса, и их содержание, %	Паяемый металл или металлическое покрытие	Применяемые припои	Область применения
Канифоль марок А, Б		Медь, серебро, олово, цинк, олово – свинец, золото, олово - висмут	Оловянно – свинцовые, оловянно – свинцово - кадмиевые, серебряные	Пайка и лужение деталей и проводников в изделиях специального назначения.
ФКСп ФКЭт	Сосновая канифоль, 10-60 Этиловый спирт, 90-40			Консервация в условиях складского хранения.
ФКТ	Сосновая канифоль, 10-40 Тетрабромиддипситена, 0,05-0,1 Этиловый спирт, 89,95-59,9	Медь, серебро, олово, кадмий, цинк, олово – свинец, золото, олово - висмут	Оловянно – свинцовые, оловянно – свинцово – висмутовые	Пайка и лужение контактных соединений и поверхностей в изделиях специального нахначения
ФКТС	Сосновая канифоль, 15-30 Салициловая кислота, 3-3,5 Триэтаноламин, 1-1,5 Этиловый спирт, 81-65	То же, кроме золота	То же, и серебряные	То же, но при условиях полного удаления остатков флюса после пайки
ЛТИ - 120	Сосновая канифоль,20-25 Солянокислый диэтиламин, 3-5 Триэтаноламин, 1-2 Этиловый спирт, 76-68	Сталь, медь, никель и е го сплавы, олово, серебро, кадмий, цинк, олово – свинец, олово - висмут	Оловянно – свинцовые, серебряные	Пайка и лужение деталей и проводников в изделиях широкого потребления

 

Продолжение табл.3

ФГСп	Солянокислый гидрозин, 2-4 Этиленгликоль, 25-50 Этиловый спирт, 73-46	Медь и его сплавы, никель и его сплавы, олово, серебро, кадмий, цинк, олово – свинец, олово - висмут	Оловянно – свинцовые, оловянно – свинцово – висмутовые, оловянно – свинцово - кадмиевые	Пайка и лужение деталей в изделиях широкого потребления. Предварительное лужение выводов в изделиях специального назначения
ФТС	Салициловая кислота, 4-4,5 Триэтаноламин, 1-1,5 Этиловый спирт, 95-94	Медь, серебро, олово, цинк, кадмий, олово – свинец, олово - висмут	Оловянно – свинцовые, оловянно – свинцово – висмутовые	Пайка и лужение контактных соединений и поверхностей в изделиях широкого потребления
ФДГл	Солянокислый диэтиламин, 4-6 Глицерин, 96-94	То же	Оловянно – свинцовые	Пайка и лужение контактных соединений и поверхностей в изделиях широкого потребления
ФЦА	Хлористый цинк, 45,5 Хлористый аммоний, 9,0 Вода, 45,5	Сталь, медь, и их сплавы, никель и его сплавы	Оловянно – свинцовые, серебряные	Предварительное лужение поверхностей при условии полного удаления остатков флюса
ЖЗ – 1 – АП	Цилиндровое масло 52, 79-81 Кремнийорганическое связующее ПФМС-6, 16-17 Олеиновая кислота, 4,9-1,8 Антиоксидант, НГ-2246, 0,1-0,2	___	Оловянно – свинцовые	Защита зеркала расплавленного припоя от окисления в механизированных установках для пайки

Припои

Выбор припойной пасты является сложной за­дачей, поскольку она должна быть липкой, чтобы удерживать компонен­ты в требуемой позиции без смещения, иметь хорошие характеристики текучести (так называемые реологические характеристики). С одной стороны, обеспечивать удобное ее нанесение через трафарет, а с другой - не растекаться до полного перекрытия контактных площадок, сохранять форму, положение и толщину отпечатка до окончания сборки и начала оплавления пасты. Кроме того, припойная паста должна обеспечивать необходимые электрические харак­теристики, иметь срок хранения не менее трех недель и требуемую мор­фологию.

Припойная паста - как правило, многокомпонентная система, включающая материал припоя (обычно мягкий, с температу­рой плавления менее 450 °С), флюс, связующее вещество, органический растворитель и специальные наполнители (добавки), придающие пасте определенные свойства, например тиксотропность. Основными ингредиентами широко используемых в производстве РЭА и ЭВС припоев яв­ляются олово и свинец, вводимые в состав пасты в виде порошков.

Порошковые припои изготавливают, например, путем пульвериза­ции расплава материала припоя через специальные сопла, позволяющие получать частицы сферической формы, которая обеспечивает наилуч­шую техноло-гичность пасты при ее нанесении, а также оптимальное поверхностное натяжение припоя при хорошей адгезионной прочности паяемых материалов и наименьшей его растекаемости. Разме­ры частиц припоя определяются размером ячейки сита и обычно составляют 0,075 мм для крупнодисперсной фракции и 0,044 мм для мелкодисперсной в зависимости от конструкторско-технологимеских особен­ностей изделия, изготавлива-емого с применением конкретной припойной пасты и способа ее нанесения.

Классифицируются припои абривиатурой. К примеру припои оловянно-свинцовые имеют обозначение ПОС – 40, где первая цифра обозначает количество олова в процентах, соответственно свинца в припое 60%. Если в смеси присутствуют добавки > 2%, то припои называются именем этих добавок: ПОСК – 50 – 18 означает, что припой содержит 50% олова, 32% свинца, 18% кадмия. Как правило добавки приводят к уменьшению температуры плавления.

Технология пайки

Для образования качественного спая процесс пайки должен включать в себя:

а) фик­сацию соединяемых элементов с предварительно подготовленными поверхностями пайки;

б) нагрев поверхностей пайки до заданной температуры в течение ограниченного времени;

в) введение в зону пайки флюса и припоя в необходимых и достаточных для пайки до­зах;

г) расплавление припоя с максимальным смачиванием им поверхностей пайки;

д) обеспечение условий для кристаллизации, исключающих взаимное перемещение спаиваемых поверхностей. 

Фиксация при пайке контактных соединений должна обеспечить их правильное взаимное расположение, необходимые зазоры меж­ду деталями для проникновения в них флюса и припоя и исключить смещение деталей в процессе пайки и кристаллизации припоя. Наи­более простой способ фиксации, применяемый в макетном и единичном производстве, — прижатие деталей друг к другу с помощью пинцета или подобного инструмента. Более надежные и производи­тельные способы фиксаций определяются конструкцией паяного со­единения и осуществляются, например, скручиванием проводников, намоткой провода на элемент типа штифта, размещением и закреплением проводов или выводов навесных элементов в отверстиях. При использовании автоматизированных, механизированных или групповых способов пайки применяют способы фиксации дета­лей с помощью вспомогательных элементов, таких, как специальные гнезда для деталей, технологические рамки и т. д. В этом случае вспомогательные элементы не должны закрывать зону пайки и соз­давать слишком большой теплоотвод, препятствующий нагреву спа­иваемых поверхностей до заданной температуры.