1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Свинцовая и бессвинцовая пайка

Немного о бессвинцовой пайке

В 2003 году Европейским парламентом и Советом по отходам электрического и электрон­ного оборудования (WEEE) введена директива, регламентирующая применение и утилизацию продукции радиоэлектронной промышленности, имеющей в своем составе тяжелые металлы и огнезащитные составы. Это было обусловлено влиянием тяжелых металлов и составов, приме­няемых при производстве радиоэлектронной про­дукции на жизнь людей, пользующихся электрон­ными устройствами.

В настоящее время радиоэлектронные приборы часто меняют не потому что они выработали свой рабочий и ремонтный ресурс, а в связи с непре­стижностью той или иной «старой» модели этого устройства. Сейчас проблема утилизации продук­ции радиоэлектронной промышленности, содержа­щей свинец и его соединения, стоит особенно ос­тро. По ряду опубликованным данным основными потребителями свинца являются автомобильная и военная техника. В электронной промышленности, по данным различных источников, доля свинца со­ставляет от 0,5 до 7%.

Свинец (Рb) — это легкоплавкий металл сере­бристо-белого цвета с синеватым отливом и тем­пературой плавления 327,46°С. Он имеет плот­ность 11,34 г/см 3 (при 20°С). Свинец и его соединения токсичны. Свинец накапливается в ко­стях и может вызывать их разрушение, осаждать­ся в печени и почках. Свинец негативно воздей­ствует на кровеносную систему и центральную нервную систему, а также негативно сказывается на репродуктивной функции человека. Особенно опасно воздействие свинца на детей: при длитель­ном воздействии может вызывать умственную отсталость и хронические заболевания мозга.

В изделиях электронного производства свинец, в основном, применяется в припоях, при пайке изделий и в покрытиях выводов компонентов и печатных платах. Для монтажа радиоэлектронной аппаратуры ранее наиболее широко применяли легкоплавкие припои ПОС (припой оловянно-свин­цовый), цифры, стоящие после этой аббревиатуры, обозначают процент содержания олова в припое. Хорошо паяются оловянно-свинцовыми припоями такие металлы, как золото, серебро, палладий и их сплавы, а также медь, никель, латунь, бронза. Пло­хо поддаются пайке оловянно-свинцовыми припо­ями железо, сталь, чугун, алюминий (металлы приведены в порядке ухудшения качества пайки).

При описании свойств припоев очень часто пользуются термином эвтектический припой. Эв­тектический припой — это сплав металлов в такой пропорции, при которой существует только одна точка плавления.

Все припои можно разделить на несколько групп:

  • с температурой плавления ниже 180°С (низ­котемпературные);
  • с температурой плавления 180…220°С;
  • с температурой плавления 200…230°С;
  • с температурой плавления 230…350°С (высо­котемпературные).

Бессвинцовые припои, в свою очередь, можно разделить на пять основных групп, каждая из ко­торых имеет свои характерные особенности и свойства:

  1. SnCu — медьсодержащие эвтектические при­пои применяются для пайки печатных плат волной припоя. Имеют высокую температуру плавления.
  2. SnAg — эвтектические припои, содержащие серебро. Обладают хорошими механическими свойствами и хорошо паяются. Температура плав­ления 221°С.
  3. SnAgCu — к преимуществам этого припоя можно отнести низкую температуру плавления (217°С). Введение в его состав всего 0,5% сурьмы (Sb) дает возможность использовать этот припой для пайки волной.
  4. SnAgBi (Cu) (Ge) — при пайке создает на­дежные соединения. Температура плавления 200…210°С. Добавление меди (Cu) и/или германия (Ge) улучшает прочность паяного соединения, а также смачиваемость спаиваемых поверхностей припоем.
  5. SnZnBi — присутствие цинка (Zn) в этом при­пое приводит к малому времени хранения припойной пасты, необходимости использования активных флюсов, чрезмерному ошлакованию и оксидирова­нию, а также проблемам коррозии при сборке.

Для сборки устройств оборонной промышлен­ности, а также устройств, работающих без обслуживания, применяют припои SnAgCu, иногда с добавкой сурьмы (Sb). В изделиях для систем связи применяют SnAgCu или SnAg припои. Для устройств общего применения, таких как телеви­зоры, аудио-, видеотехника, офисное оборудова­ние, используют припои SnAgCu(Sb) и SnAg. Редко используют припои SnCu и SnAgBi.

В таблице приведены свойства и область при­менения некоторых припоев, которые можно приобрести на рынках СНГ и ЕС.

Ни один из среднетемпературных припоев, не содержащих свинец, не может заменить припой Sn63Pb37, у них температура плавления выше. Для поверхностного монтажа, при пайке оплавлением, чаще всего применяют припой Sn95,5Ag3,8Cu0,7.

ПрипойТемпература плавления припояОбласть применения припоя
Sn62Pb36Ag2179°CПайка SMD элементов методом оплавления.
Sn63Pb37183°CТрадиционный припой, используемый при производстве изделий электронной техники.
Sn60Pb40183…190°CПрипой, используемый при производстве электротехнических и электронных изделий.
Sn60Pb38Cu2183…190°CДля пайки соединений, обладающих повышенной надежностью при низких температурах.
Pb93Sn5Ag2296…300°CПрипой для ручной пайки, применяемый при производстве электротехнических изделий и изделий электронной техники, обладает хорошей растекаемостью и высокой температурой плавления.
Sn96,5Ag3,5220°CПрипой для соединений с высокой прочностью, используемый при производстве электронных изделий, в пищевой промышленности и медицине.
Sn96,5Ag3Cu0,5217°CБессвинцовый припой, с низкой температурой плавления, применяемый при производстве изделий электронной техники.
Sn99,3Cu0,7227°CПрипой, наиболее часто применяемый для замены оловянно-свинцовых припоев.
Sn99,3Cu0,7NiGe227°CПрипой, не содержащий свинца, для надежных соединений.
Sn96Ag3,5221°CПорошковый состав с активным флюсом для облуживания жал паяльников и удаления с них окислов.

При пайке предпочтение отдают эвтектическим припоям, у которых кристаллизация происходит в сравнительно небольшом диапазоне температур. Применение эвтектических припоев обеспечива­ет более высокую надежность паяных соединений, меньшее смещение элементов, в результате чего будет меньше процент «холодных» паек.

Припой на основе олова и серебра (SnAg) обладает лучшей смачиваемостью. Он обеспечи­вает лучшие прочностные характеристики паяных соединений. Этот припой, в основном, применя­ется при производстве специальной аппаратуры.

Припой на основе олова, серебра и висмута (SnAgBi (Cu) (Ge)) обладает наиболее низкой тем­пературой плавления и высокими прочностными характеристиками соединения.

Исследования, которые проведены производи­телями радиоэлектронной аппаратуры, свиде­тельствуют о том, что наиболее подходящей заме­ной припоев, содержащих свинец, являются припои группы SnAgCu (олово-серебро-медь), хотя некоторые производители склонны к приме­нению припоев группы SnAgBi (Cu) (Ge).

К недостаткам припоев группы SnCu (олово-медь) можно отнести высокую температуру плав­ления и низкую прочность паяного соединения.

При пайке припоями, не содержащими свинец, требуется более высокая температура, что может привести к повреждению интегральных схем, осо­бенно больших размеров, деформации и другим повреждениям печатных.

Наиболее удобным материалом для изготовле­ния печатных плат по бессвинцовым технологиям является FR-4, он имеет высокую температуру сте­клования. Этот параметр указывает на то, при ка­кой температуре материал становится мягким и печатная плата начинает деформироваться. FR-4 применяют при пайке в печах и волной, при тем­пературах 255…265°С. При автоматической уста­новке элементов на платы при бессвинцовой тех­нологии может нарушаться точность установки микросхем, особенно тех, которые имеют значи­тельные геометрические размеры. При этом необходимо учитывать, что некоторые типы инте­гральных схем, конденсаторов, элементов для со­единения не выдерживают температур, превы­шающих 230°С. Что касается технологии пайки методом оплавления, то необходимо выбрать бо­лее тщательно материалы печатных плат и компо­ненты, которые на нее устанавливаются.

В припоях, содержащих более двух компонен­тов, но не содержащих свинца, могут образовы­ваться интерметаллические соединения в зави­симости от скорости охлаждения, влияющие на прочностные характеристики паяного соедине­ния. Промышленностью выпускаются компонен­ты, на выводах которых применяют бессвинцовые покрытия и покрытия, содержащие свинец. При взаимодействии паяльных паст, выполненных из бессвинцовых припоев, и электрических компо­нентов, у которых на выводах присутствуют по­крытия на основе олово-свинец, возможно сме­шивание сплавов, которое может привести к образованию шариков из припоя, приводящих к образованию перемычек между выводами эле­ментов. Использование компонентов с большими геометрическими размерами потребует увели­чить либо температуру в зоне пайки, либо время пайки, что потребует выбирать более стойкие к воздействию температуры материалы для изгото­вления печатных плат.

Кое-что о ремонте устройств, выполненных по бессвинцовой технологии

При ремонте электронных устройств, выполнен­ных по бессвинцовой технологии, при выпаивании расположенных на них элементов, вследствие более высоких температур пайки, усиливается воздействие на печатную плату, что может привести к отслаива­нию дорожек печатных плат и контактных площадок, элементов, особенно в местах подхода проводящих дорожек к переходным отверстиям, короблению по­верхности печатных плат и расслоению плат.

При ручном монтаже и ремонте устройств с использованием бессвинцовых припоев, специа­листы рекомендуют не увеличивать температуру жала паяльника, а увеличивать время пайки.

При ремонте аппаратуры, выполненной по бес­свинцовой технологии, выпаивание компонентов устройств возможно с помощью фена паяльной станции, с контролем температуры воздуха, пода­ваемого в область пайки, а также с помощью нас­адок на фен для конкретного типа компонентов. При этом нагретый воздух подается только в зону выво­дов микросхемы. В домашних условиях при выпа­ивании компонентов в корпусах SO и SOP возмож­но продевание нити между корпусом микросхемы и выводами, с последующим нагревом выводов и отсоединении вывода компонента от печатной пла­ты, либо с помощью безопасного лезвия, вводимо­го между выводом компонента и печатной платой с прогревом паяльником или монтажным феном. При ремонте устройств с компонентами в корпусах типа DIP, в домашних условиях, и использовании пе­чатных плат с односторонним монтажом, возмож­но применение медицинских игл со сточенным кон­цом. Внутренний диаметр иглы должен немного превышать диаметр выводов компонента. Двухвы­водные SMD компоненты (резисторы, конденсато­ры и диоды) обычно выпаивают с помощью термопинцетов или специально изготовленных насадок на жала паяльника. В домашних условиях удобно использовать два паяльника.

Не следует пытаться «подковырнуть» элемент с помощью жала паяльника паяльных станций, так как можно повредить его покрытие. При этом долговеч­ность жала значительно снизится. В том случае, если необходимо сохранить только компонент устройства, а печатную плату сохранять не нужно, для выпайки можно применять нагреватели плат. Для удаления припоя с места пайки можно исполь­зовать вакуумные отсосы, паяльники с отсосом или впитывающую припой медную оплетку с флюсом, не требующим отмывки, ширина которой 1,5…2,7 мм.

Для обеспечения щадящего для печатной платы режима при ремонте, монтаже и демонтаже эле­ментов применяют нагреватели плат. С их помощью керамические подложки или многослойные печат­ные платы могут подогреваться до температуры 50…450°С. Размеры подогреваемых поверхностей в зависимости от модели подогревателя могут со­ставлять от 50×80 мм до 190×245 мм. Они имеют встроенные узлы контроля температуры и обеспе­чивают электростатическую защиту.

При ручной пайке с использованием бессвинцо­вых припоев очень важно состояние жала паяльни­ка и время нагрева места пайки. При бессвинцовой технологии пайки припои содержат олово в больших количествах, что приводит к более интенсивному разрушению покрытия жала, к частым его заменам. На покрытие жала паяльника или паяльной станции влияют более активные флюсы и повышенная тем­пература пайки, которая может достигать 343°С.

Для пайки элементов выпускаются флюсы на основе неактивированной или активированной канифоли, остатки которой, при необходимости, можно удалять уайтспиритом. Существует также индикаторный флюс-гель, в состав которого вхо­дит индикатор активности. После монтажа флюс обесцвечивается, что показывает, что активные со­ставляющие флюса в месте пайки отсутствуют.

Для лужения жал при пайке бессвинцовыми припоями существуют специальные составы на основе SnAg, называемые активаторами жал. В ак­тиватор погружают нагретое жало с последующей обтиркой и покрытием припоем, который исполь­зуется.

Для пайки припоями, не содержащими свинец, применяют специально разработанные жала, кото­рые имеют до 5-7 слоев различных металлов. Те­ло жала выполнено из электролитической меди, внешний слой — хром, затем следует слой никеля, слой железа. Рабочая поверхность жала в заводских условиях покрывается оловом. Медное жало полое. Внутри оно покрыто слоем никеля. В паяльниках паяльных станций датчик температуры располага­ется на конце нагревательного элемента, вводимо­го в полость жала как можно ближе к месту пайки.

В домашних условиях для залуживания жала необходимо очистить его от припоя, не используя напильники, надфиля и методы, которые могут повредить покрытие медного жала другими метал­лами. До полного нагрева жала его частично по­крывают канифолью. В кристаллическую канифоль помещают небольшое количество припоя. Под слоем канифоли залуживают расплавленным при­поем жало паяльника.

При определении «на глаз», по какой технологии выполнен монтаж того или иного устройства, нужно помнить, что при монтаже бессвинцовыми припоями паяное соединение имеет матовую поверхность и более выраженную кристаллическую структуру.

Автор: Александр Артюшенко, г. Киев

Raxus › Блог › Чем плох бессвинцовый припой (эксперимент)

Всем привет!
Нынче в моде бессвинцовый припой, наверное многие слышали о нем и как экологи кричат во все горло, что он безвредный, не содержит свинца, а по свойствам не отличается от обычного, а порой превосходит его (имеется ввиду более высокая температура плавления).
Сегодня я опровергну все эти утверждения. Многие из вас уже сами сталкивались с этими минусами, но не каждый обращал внимания и вдавался в подробности.

Первым делом опровергну утверждение что он безвредный: основной причиной негодований экологов стало наличие свинца в привычном нам припое и в электронике которая стала частью нашей жизни — это стало опасным для нашего здоровья.
Известны следующие составы бессвинцового припоя, применяемого в электронике:
Олово 52 % Индий 48 %
Олово 91 % Цинк 9 %
Олово 97 % Серебро 2,3 % Медь 0,7 %
А подвох в том что, как видите везде содержится олово — который тоже тяжелый металл и известно множество случаев отравления им. Не считаете похожим эти усилия зеленых обманом? Очень похоже, а зачем распишу в конце писанины.

Теперь о свойствах. Тут тоже много вопросов, потому что свойства разные. Бессвинцовый менее текучий и имеет меньшую смачиваемость, т.е. обеспечивает менее надежный контакт с деталями в электронике. Вот так выглядят детали паяные свинцовым (слева) и бессвинцовым (справа) припоями.

Как видно по фото у бессвинцового матовая поверхность, это говорит о его ярко выраженной кристаллической структуре, что и не обеспечивает настолько плотного контакта с деталью.
Занимаясь ремонтом ноутбуков, я задался вопросом почему старые ноутбуки (очень старые) были надежней нынешних и многие живы по сей день, но ими конечно уже никто не пользуется?
Ответ напрашивался сам собой — дело чаще всего в припое и я решил провести экперимент.
Зачистил жало самого обычного паяльника

Набрал бессвинцовый припой с площадок дохлого видеочипа,

И оставил включенным паяльник на 3-4 дня…
По истечению этого времени припой кристаллизовался и затвердел.
Это видно на видео, плохо конечно видно, но снимал тем что было под рукой. Отдираю припой на горячем паяльнике

То же происходит и в чипах, которые работают на повышенных температурах, чаще всего видеопроцессоры, но там отваливается пайка кристалла от подложки,

это уже неремонтопригодно.
Кроме того разъело жало паяльника

Вывод из всего этого один. Все эти эконормы — прикрытие для получения прибыли. Ведь зачем покупать новую технику, если старая полноценно работает.
Вывод: используйте люди старый добрый свинцовый припой в своих поделках и не гонитесь за модой.
Всем удачи и творческих успехов)

Комментарии 38

Не секрет, 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 🙂
Это в том смысле, что в целом я согласен с автором статьи, а грамматические и синтаксические ошибки не чужды даже академикам.

Помнили бы школу- и объяснять ничего не нужно было бы.
Скорость химических реакций увеличивается вдвое при повышении температуры на каждые 10 град.
паяльник для бессвинцовых припоев горячее на 50 градусов, следовательно медное жало растворяется в припое в 2 в пятой степени =32 раза быстрее.
А мутный припой от несовпадения точек ликвидуса и солидуса, кристаллизация составляющих происходит в разное время, при разных температурах,
у ПОС 63 они точно равны друг другу- поэтому он блестящий.

Эта статья написана безграмотно. Уже с самого заголовка! Неумело пытаясь описать недостатки бессвинцового припоя, автор не дал себе труда выяснить как пишется это слово. Правильно «БеСсвинцовый». Это раз.
В ходе своего эксперимента автор нагрел паяльник с бессвинцовым припоем на жале… Сравнивая бессвинцовый припой со «свинцовым», надо бы быть последовательным и провести этот же эксперимент с припоем, содержащим свинец. Не пробовали?
Вот ещё несколько нелепостей:
— «у бессвинцового матовая поверхность, это говорит о его ярко выраженной кристаллической структуре…» Уважаемый автор, Вы не знали о том, что все металлы являются кристаллами? Признак, по которому этот класс электротехнических материалов относят к кристаллам, есть наличие кристаллической решётки (трёхмерная закономерность в расположении атомов). Не слышали об этом? Матовая поверхность тут совершенно не при чём!
— «По истечению этого времени припой кристаллизовался.» А это как? См. предыдущий пункт! Да, материал затвердел, т.к. часть состава этого сплава испарилась! Это, знаете ли, закономерно с точки зрения физики. Или что, по-вашему, должно произойти с припоем, оставленным на 3-4 дня на жале паяльника?Этот сплав в качестве припоя не должен и не может быть подвержен нагреву до такой температуры в течение такого времени. Существует термопрофиль пайки. Не слышали о таком? Кстати, в случае со свинцовым припоем он гораздо более низкий! Рекомендую Вам почитать по этому поводу что-нибудь в интернете, заняться самообразованием! А статью лучше удалите. Стыдно!

Уважаемый, Дмитрий!
Я рад что вы заметили грамматическую ошибку в заголовке, исправлю.
Судя по всему статью, вы прочли, но сути не поняли. Я понимаю что вам чешется поумничать, но в статье рассказывается не технологии пайки и не о физическом строении металлов.
А объясняется причина выхода из строя BGA микросхем из строя, и причина эта использование бессвинцового для пайки кристалла к подложке. На все ваши вопросы отвечает видео, на котором наглядно видно в ускоренном режиме, что происходить с бессвинцовыми припойными шариками чипа при длительном превышении температуры. Со свинцовыми, это тоже произойдет, но через гораздо длительное время. Боюсь что для вас у меня не хватит времени и желания повторить эксперимент с обоими видами припоя. Никто не мешает сделать это вам.

Уважаемый Raxus! Боюсь, что это Вы меня не поняли! При этом Вы ни к месту употребили словосочетание «в статье объясняется» — там ничего не объясняется, то, что Вы написали, не достоверно! Это для Вас у меня нет времени и продолжать эту дискуссию я более не намерен!

Ну нельзя же так 🙂 человек старался, писал пост. Критика в меру. А ты уважаемый nunemaker облил грязью. Не делают так. Каждый имеет разные понятия о всём.

Уважаемый, Дмитрий!
Я рад что вы заметили грамматическую ошибку в заголовке, исправлю.
Судя по всему статью, вы прочли, но сути не поняли. Я понимаю что вам чешется поумничать, но в статье рассказывается не технологии пайки и не о физическом строении металлов.
А объясняется причина выхода из строя BGA микросхем из строя, и причина эта использование бессвинцового для пайки кристалла к подложке. На все ваши вопросы отвечает видео, на котором наглядно видно в ускоренном режиме, что происходить с бессвинцовыми припойными шариками чипа при длительном превышении температуры. Со свинцовыми, это тоже произойдет, но через гораздо длительное время. Боюсь что для вас у меня не хватит времени и желания повторить эксперимент с обоими видами припоя. Никто не мешает сделать это вам.

Все правильно вам возразили. Конечно бессвинцовый припой хуже чем с содержанием свинца, но не настолько насколько вы это подали.

Эксперимент поставлен безграмотно с легко читающейся целью очернить то что ВАМ лично не нравится. То есть субъективный фактор на лицо.

Во вторых вы не потрудились узнать почему это произошло. Проблема не в экологах, а в том что рабочие на фабрике по производству электроники травились свинцовыми парами и в основном для их защиты свинцовый припой был заменен на бессвинцовый. Может для вас лично это и не важно и вы готовы травить себя, но для рабочих которые проводят в этой атмосфере по 8 часов ежедневно это таки важно.

По поводу олова как тяжелого метала и по вашему мнению аналогичному по вредности свинцу выдержка из статьи:

Само олово в чистом виде, без примесей, является низко токсичным элементом. Случаи отравления оловом очень редки, потому что маленькое количество олова, попавшее в организм, не способно вызвать острого отравления.

Свинец, наоборот, считают высокотоксичным металлом. Он способен вызывать ряд заболеваний и накапливаться в организме, тем самым образуя хронические болезни.

Вот с этим в основном боролись введя в индустрию бессвинцовые припои.

Эта статья написана безграмотно. Уже с самого заголовка! Неумело пытаясь описать недостатки бессвинцового припоя, автор не дал себе труда выяснить как пишется это слово. Правильно «БеСсвинцовый». Это раз.
В ходе своего эксперимента автор нагрел паяльник с бессвинцовым припоем на жале… Сравнивая бессвинцовый припой со «свинцовым», надо бы быть последовательным и провести этот же эксперимент с припоем, содержащим свинец. Не пробовали?
Вот ещё несколько нелепостей:
— «у бессвинцового матовая поверхность, это говорит о его ярко выраженной кристаллической структуре…» Уважаемый автор, Вы не знали о том, что все металлы являются кристаллами? Признак, по которому этот класс электротехнических материалов относят к кристаллам, есть наличие кристаллической решётки (трёхмерная закономерность в расположении атомов). Не слышали об этом? Матовая поверхность тут совершенно не при чём!
— «По истечению этого времени припой кристаллизовался.» А это как? См. предыдущий пункт! Да, материал затвердел, т.к. часть состава этого сплава испарилась! Это, знаете ли, закономерно с точки зрения физики. Или что, по-вашему, должно произойти с припоем, оставленным на 3-4 дня на жале паяльника?Этот сплав в качестве припоя не должен и не может быть подвержен нагреву до такой температуры в течение такого времени. Существует термопрофиль пайки. Не слышали о таком? Кстати, в случае со свинцовым припоем он гораздо более низкий! Рекомендую Вам почитать по этому поводу что-нибудь в интернете, заняться самообразованием! А статью лучше удалите. Стыдно!

Читать еще:  Пайка мягкая и твердая

1. «совершенно не при чём» после этого комментария всё абсолютно сказанное автором-разоблачителем всерьёз восприниматься не может.
автору сего, срочно в школу учить «НЕ» и «НИ».

когда ответить нечего особо одаренные индивидуумы пытаются выделиться за счет своего главного достижения в жизни — зубрения школьной программы. пока тебя совсем не подорвало рас уж такой умный знаки препинания сам расставишь. а теперь можешь бомбить ^_^

насколько я помню — у безсвинцовых припоев довольно узкий диапазон рабочей температуры по сравнению с нормальным, отсюда и холодные пайки и перегрев при работе на поток и ширпотреб

Понимаю, что запись старая, но все же добавлю пару строк.
Запрет на использование свинец содержащих припоев не распространяется на изделия военной и космической техники. Какие там требования по надежности можете сами догадаться и сделать соответствующие выводы.
Попадались на глаза технологические требования по припоям со свинцом и без. Диапазон температур при которых получается качественная пайка у свинец содержащих припоев шире в несколько раз. Соответственно паять со свинцом, особенно в любительских условиях, намного проще.

Ну то что растворилось жало — это нормально. Расплавленные металлы всегда растворяют другие металлы. Вы таки будете смеяться, но, например, ртуть это делает при комнатной температуре! Даже греть не надо. А вот насчет качества пайки и трещин более чем согласен.

Так ртуть при комнатной температуре уже сама по себе является расплавом, т.к. кристаллизуется при температуре ниже -39°C.

медное жало точно так же растворяется от обычного ПОС 60

Свинцовые и бессвинцовые припои

Свинцовые припои
Sn63/Pb37 — 183°C
Sn10/Pb90 – 302°C, для пайки использовать спецфлюс, иначе жало покрывает окалина
Sn12,5/Pb25/Bi50/Cd12,5 — 65,5°C (сплав Вуда)
Sn25/Pb25/Bi50 — 94°C (сплав Розе)

Бессвинцовые припои
Sn98.5/Ag1.0/Cu0.5 — 227°C
Sn97/Ag3.0/Cu0.5/Ge0.018 — 219°C
Sn97/Ag3.0/Cu0.5 — 219°C
Sn97/Ag4.0/Cu0.5 — 219°C
Sn97/Ag0.05/Cu0.7/0.025Ni/Ge0.01 — 228°C
Sn96.5/Ag3.5 — 221°C

Температура оплавления от температуры пайки у бессвинцовых припоев отличается на 10-20°C.
Однако, не у всех припоев температура пайки в районе 220-230 градусов. Встречаются припои с температурой пайки около 300°C

Сравнение припоев

Припой Hi-Fi 1мм с каналом флюса vs ASAHI ПОС-61 1мм с каналом флюса CF-10.

Состав припоя Hi-Fi 1мм: серебро 3.5%, олово 96.5%.
Внешний вид:

Производитель неизвестен, тип флюса неизвестен. Скорее всего RMA безотмывочный.
Проволока намного тверже не только ПОС-61, но и всех других, которые я видел. Пайка проходит хорошо и предсказуемо. Однако, сплав более хрупкий. После пайки остатков флюса почти нет. Цвет спаиваемого соединения после остывания всегда матовый.

Пайка проходит хорошо и предсказуемо, после пайки есть остатки флюса. Спаиваемые соединения глянцевые после остывания.

Во время пайки рассмотренными припоями резкого запаха нет, допустимо паять долгое время. При использовании вентиляции запаха нет вообще. Припой не расплескивается. Поверхностное натяжение почти одинаково. У Hi-Fi припоя чуть-чуть выше, чем у ASAHI ПОС-61 с CF-10.

Результат пайки. Дорожки пролужены припоем ASAHI, выводы деталей припаяны Hi-Fi припоем. Масштаб (линейное увеличение) — x30.

ASAHI ПОС-61 1мм с каналом флюса CF-10 vs Amtech NC-61
Amtech имеет смысл сравнивать только с Asahi, так как они очень близки по характеристиками. Так что расскажу только о различиях.
Состав Amtech NC-61. Как следует из характеристик, в припое применен слабоактивный флюс (REL0). Слабее, чем в Asahi. После пайки остается меньшее количество флюса и цвет более прозрачен по сравнению с Asahi. Однако, он имеет более резкий запах и поверхностное натяжение заметно меньше. То есть жалом труднее снять припой, если переборщили с его количеством.

Пара слов о китайских паяльных станциях
Бессвинцовая пайка на Lukey — занятие не их простых.
Во-первых, нагревательный элемент, если он китайский, выдает максимум 50Вт, а надо как минимум 80Вт для стабилизации температуры жала.
Если использовать 50-ти ваттный нагревательный элемент, то нужно толстое жало и температуру не более 350°C по термометру станции. Чуть выше температура — жало моментально начинает покрываться окалиной. Чуть меньше — температура моментально падает до той, когда нормально паять невозможно.

Бессвинцовые припои

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 – 230 0 C. Температура плавления большинства бессвинцовых припоев лежит в интервале 200 – 250 0 C. Есть и такие, температура плавления которых ниже 180 0 С.

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 217-221 0 C. 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.

СплавТемпература плавления, 0 C
Sn96,5/Ag3/Cu0,5221
Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7217
Sn96,7/Ag2/Cu0,8/Sb0,5216 — 222

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

СплавТемпература плавления, 0 C
Sn96,5/Ag3,5221
Sn98/Ag2221 — 226

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 133-140 0 C), 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).

СплавТемпература плавления, 0 C
Sn93,5/Ag3,5/Bi3206 — 213
Sn90,5/Ag2/Bi7,5207 — 212
Sn89/Bi3/Zn8189 — 199
Sn70/Bi20/In10143 — 193
Bi67/In33107 — 112

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).

СплавТемпература плавления, 0 C
Sn95/Sb5232 — 240
Sn20/Au80 (Золотой припой)280

Припой Sn91Zn9 считается высокотемпературным (91% олова и всего лишь 9% цинка). Температура его плавления составляет 195-200 0 C. 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 227 0 C. 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 (231,9 0 C) 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 .

Все о бессвинцовых припоях

  1. Общая информация
  2. Обзор видов
  3. Популярные марки
  4. Правила выбора
  5. Особенности использования

Бессвинцовый припой — безопасная для экологии альтернатива материалам и сплавам, содержащим тяжелые металлы. Их введение обусловлено необходимостью снизить использование таких веществ в промышленности и бытовом потреблении, а также тем, что многие высокоточные электронные компоненты нельзя подвергать интенсивному нагреву. О том, какой может быть температура плавления припоя без свинца, о его марках, особенностях выбора и использования стоит поговорить более подробно.

Общая информация

Бессвинцовый припой — разновидность составов для пайки – считается наиболее экологичным вариантом при соединении металлов. В его составе отсутствуют опасные соединения и тяжелые металлы. С 2006 года припои без свинца являются обязательным требованием к производству электроники в странах ЕС и США. Бессвинцовыми не считаются составы с содержанием кадмия, ртути, 6-валентного хрома.

Температура плавления — одно из основных отличий таких составов. В случае со свинецсодержащими припоями температурный диапазон, оптимальный для их нагрева, составляет от +180 до +230 градусов по Цельсию. Это позволяет использовать паяльники без строгого контроля за термическими характеристиками прибора. Составы бессвинцовой группы не столь однородны. Некоторые припои имеют температуру плавления ниже +180 градусов, но основная масса требует нагрева до +200… 250 градусов Цельсия.

В качестве веществ, замещающих свинец, используют редкоземельные и благородные металлы. В ход идет золото, серебро, медь, реже висмут и индий. Бессвинцовыми являются и медно-цинковые составы, но они имеют более высокую температуру плавления — свыше +300 градусов, в бытовом применении неактуальны.

Из-за более слабой смачиваемости не содержащие свинец припои требуют более тщательного нанесения и подбора флюса. Созданный с их помощью шов также выдерживает меньшие механические нагрузки, чем при пайке оловянно-свинцовыми составами.

Обзор видов

Базовыми считаются всего 4 группы бессвинцовых припоев.

  • Оловянные (обозначаются Sn). Они имеют светлый цвет, хорошую электропроводность. Температура плавления составляет +232 градуса по Цельсию.

  • Оловянно-медные. Они на 99% состоят из олова, примесь меди не превышает 0,7%. Этот припой применяется для пайки волной в случае сквозного крепления компонентов на печатных платах. В России этой маркировке соответствует ПОМ-07 от «Завода припоев», за рубежом продукт производит японская Asahi, американская компания Tamington. Состав с 3% содержанием меди используется при пайке труб, в том числе в системах питьевого водоснабжения.

  • Оловянно-серебряные. Эта группа бессвинцовых припоев обладает повышенными адгезионными свойствами, лучшей текучестью, имеет температуру плавления +221 градус. Процентное соотношение материалов варьируется от 97/3 до 95/5%. Прочность оловянно-серебряных припоев выше, чем у свинцовой группы.

  • Мультикомпонентные. Припои, в составе которых присутствует более 2-х металлов, относятся к этой категории. Чаще всего это сплав из олова, серебра и меди с температурой плавления +217 градусов. Оптимальной считается пропорция составляющих 95,5/3,8/0,7%. Такие припои классифицируются как электротехнические, наиболее широко они представлены в радиоэлектронной отрасли. Иногда в состав добавляется сурьма для повышения надежности соединения.

В микроэлектронике также могут применяться сплавы из 52% олова и 48% индия, оловянно-цинковые с пропорцией 91/9%.

Встречаются припои с добавлением серебра и висмута. Они имеют низкую температуру плавления, что несколько ограничивает сферу применения такой продукции. При этом по показателям спаиваемости данный сплав один из лучших.

Популярные марки

Сегодня на рынке представлены десятки марок припоев, не имеющих в своем составе свинца или компонентов на его основе. Среди лидеров индустрии можно выделить нескольких производителей.

  • ELSOLD. Европейская компания, успешно работающая более 50 лет. Продукция поставляется потребителям с сопроводительным химическим анализом партии, ориентирована на производство электроники и другой высокоточной техники. Бессвинцовые припои марки сертифицированы для РФ и стран ЕС, используются в космической отрасли, имеют специальную маркировку.

  • Asahi. Японский бренд, один из крупнейших на рынке. Предлагает довольно ограниченный выбор продукции. Доверием покупателей пользуется состав SCS7, а также Sn-Cu0.7, легированный медью. Именно продукция Asahi считается эталонной, высоко ценится профессионалами и любителями.

  • Alpha Metals. Фирма выпускает популярный бессвинцовый припой Alloy H с температурой плавления +212 градусов. В его составе олово, висмут, медь и серебро. Не подходит припой для пайки сплавов с индием и свинцом. При соблюдении определенных условий может применяться для нанесения методом волны.

  • AT&T. Производитель, выпускающий припой Tin-Zinc Indium с 81% олова и 19% цинка в составе. Его отличает низкая температура плавления — всего +178 градусов. Не подходит для спаивания проводов и других компонентов со свинцом в составе.

  • ЗАО «Завод припоев». Новосибирское предприятие располагает собственной научно-исследовательской базой, уделяет большое внимание совершенствованию производственных процессов. Среди продукции компании можно выделить припои ПОВи 0,5, ПОМ 0,7, ПОСу 95-5, ПСрО 3-97. Все представленные составы соответствуют актуальным требованиям ГОСТ.

Это основные марки, завоевавшие популярность. Большую часть составов в бюджетных ценовых категориях представляют оловянно-медные сплавы — недорогие и вполне эффективные при правильном применении.

Правила выбора

Подобрать подходящий бессвинцовый припой можно, если учитывать свойства, тип и назначение соединяемых материалов. Некоторые из составов категорически исключают любой контакт со свинцом. Другие допускают соединение с ним. Для нанесения методом наплыва чаще других применяются оловянно-медные составы. Они довольно текучие, имеют подходящую температуру плавления.

Важно понимать, что замена свинцово-оловянного припоя не всегда целесообразна. К примеру, если речь идет об электронных компонентах, имеющих определенные ограничения по термическому воздействию, придется подбирать припой, который будет это учитывать. При этом большинство припоев на основе серебра требует значительного нагрева свыше +220 градусов по Цельсию.

Особенности использования

Процесс пайки с применением бессвинцовых припоев не слишком отличается от работы с составами, в которых этот тяжелый металл присутствует. Сначала поверхность соединяемых деталей освобождается от окислов и загрязнений. Подготовленные таким образом провода или другие объекты пайки покрываются расплавленным припоем, соединяются до полного остывания. Температура плавления большинства бессвинцовых составов ниже, чем у оловянно-свинцовых — при работе важное значение имеет контроль за этими показателями.

Именно поэтому рекомендуется использовать паяльники и станции с терморегуляторами.

А также при выборе жала лучше отдать предпочтение не медному, а никелевому или нихромовому варианту. Выбор флюса тоже имеет значение. Чаще всего в этом качестве выступают жидкие химикаты, а также гели и пасты, не требующие удаления с поверхности детали.

Фактически чем меньше окислов будет скапливаться на жале, тем легче будет идти работа. Соответственно, при использовании бессвинцовых припоев нужно регулярно очищать наконечник инструмента от нагара, следить, чтобы он всегда был покрыт слоем полуды, не подвергался окислению. Нелишним будет приобрести специальные расходные материалы. Обычные жала не рассчитаны на постоянное высокотемпературное воздействие. Специальные – легко переносят его без сокращения сроков службы.

Более детальную информацию о бессвинцовых припоях смотрите в следующем видео.

Попытка побороть бессвинцовый припой

Все, надоели эти бесконечные непропаи и недопаи, как и главный вопрос — как же, собственно, греть. Поделюсь в этой ветке своими размышлениями на эту тему и в конце концов попытаюсь выработать технологию пайки BGA-чипов с различными типами припоев.

Началась история с того, что мне понадобилось устранить артефакты на карте XFX 7950 GX2 (картина там странная — реально артефакты указывают на глюки памяти, но при снижении квадратики исчезают, а остаются этакие пятна, как «гало-артефакты», но это предмет для другой темы). Первичный прогрев не помог. Тогда я решил потренироваться на том что попроще и увидеть воочию, что чип по-настоящему «всплыл».

— видеокарта Sapphire Radeon X1800XL с убитым видеочипом, RoHS compliant

— ИК-станция нижнего подогрева Aoyue 853A

— паяльный фен CT-Tools CT-3D

— обыкновенная спиртоканифоль Connector

Попытка номер раз. Нижний подогрев на 330 градусов, сверху термофен, скорость низкая, температура 350 (все температуры по показаниям датчиков на инструментах). Грею минуты четыре (при оценке очень хорошо помогает играющая музыка, т.к. самого по себе времени не замечаешь). Никаких признаков движения. Попробовал расплавить припой на памяти. Также стоит как влитая. До этого по той же методике на других платах отлично расплавлялся свинцовый припой. Еще один плюс нижнего подогрева — ASUSы, славящиеся своими коробящимися платами, здесь после пайки ровнехонькие, как с завода.

Попытка номер два. Опишу с фотографиями.

Для начала, как где-то я читал, положил фольгу на чип для защиты от перегрева.

(Все картинки кликаются)

Затем кладу на подогрев.

Наливаю под чип спиртоканифоль и включаю нагреватель, устанавливаю температуру 340 градусов.

Вскоре флюс начинает закипать.

По достижении заданной температуры включаю фен. Теперь ставлю: скорость — большая, температура — 390. И грею чуть подальше.

Тут прогресс уже какой-то есть, если недолго подержать фен над SMD-мелочью, то припой под ней через короткое время плавится. Чип же сидит как влитой. Т.е. такой метод условно годен для выпайки мелких микросхем с ножками. А чип — никуда. Держал минут пять, температура в конце подскочила до 420(!) градусов. Все равно толку ноль.

Разозлившись, снимаю видеокарту с подогрева, ставлю на подставку, заливаю опять спиртоканифоль и начинаю греть по-старинке снизу, постепенно увеличивая температуру и снизив поток до малого, иначе есть риск посдувать всю мелочь с пуза карты. И мне не хватило диапазона регулировки фена! При 470(. ) градусах ни чип, ни даже мелочевка рядом с ним не захотели двигаться! Это финиш.

Если есть сомнения, как был расположен фен, то вот фотографии. От сопла до платы было сантиметра три, не больше. Мосты со свинцовым припоем в этом случае уже при 330 градусах спокойно снимались.

Мои размышления по этому поводу.

1. При прогреве сверху температура рассеивается по всей плате, чип прогревается недостаточно, даже с учетом подогрева и увеличенного потока. Увеличивать температуру уже некуда, я уже не говорю про пайку памяти в таком режиме. Решение — использовать насадку на фен в виде куба, т.е. создав закрытое пространство, весь воздух направить только к чипу. Как тогда оперативно дергать этот чип, если требуется его демонтаж?

2. Поменять используемый флюс. На высококачественный. По цене 600 рублей за 40мл. Итого ремонт выльется в цену потраченного на него флюса. Не годится.

Читать еще:  Как правильно спаять провода между собой — медные провода и скрутка

3. Погрешности оборудования, конечно, есть. Температура на плате от показаний подогревателя отличается градусов на 100. В какую сторону, думаю понятно. Для фена погрешность по паспорту 10%. Для 400 это 40 градусов. При 300 по показаниям фена плавится свинцовый припой.

4. Если вы заметили, флюс изначально оставался на плате с прошлых экспериментов. Может заливать его тогда иголкой под центр чипа, чтобы уж гарантированно смочить всю поверхность?

5. Пайка только феном снизу изначально не годится. Во-первых, коробится плата, имеем термальный шок компонентов, плата темнеет снизу. Во-вторых слабый поток действительно слишком слаб (sorry), чтобы расплавить весь припой под большим чипом. Единственный плюс — температурой около 350-400 градусов мы воздействуем все-таки на текстолит, а не на компонент, соответственно меньше риск его убить.

6. И хотелось бы выслушать обладателей аналогичного комплекта оборудования, на какой температуре, с какими насадками и приспособлениями они снимают чип или хотя бы доводят его до состояния всплытия на шарах.

7. Буду экспериментировать дальше — с методом №2 для снятия видеопамяти (хотя 390 для памяти это жестоко), с насадками ну и с тем, что посоветуете. Спасибо.

  • 57356 просмотров
  • 1
  • 2
  • 3
  • next page

Позавчера впервые паял BGA. Ооборудование: китайский нижний подогрев и китайская термовоздушка (все из серии 85X). Флюс — коннекторовская спиртоканифоль. До этого тут на форуме прчитал что 6800GT безсвинцовка. Был сильно удивлен что GPU начал кататься на шарах при 330 и верх и низ. Не сразу, подогрев поднимал температуру довольно медлнно. Т.Е. когда на подогреве показания достигли 330 я стал греть сверху воздушкой тоже на 330. GPU сидел в таком режиме минуты три, после этого поехал. Заметил что когда он поехал спиртоканифоль понемнела. Это значит что MSI 6800GT не безсвинцовка?

Ищите на плате маркировку RoHS.

Rom.by, что в имени тебе моем.

маркировки RoHS нет. Проверил по маркировке на volterra, буквы F там нет, значит со свинцом.

Что касается ИК станции( фото №2), снял металичиские направляющии и сетку с низу, плату кладу прямо на корпус подкладывая под нее шайбы или рядом на книги, кому как нравится, с видеокартами посложнееразмер меньше). Проводил эсперементы с помощью термопары — однозначно снимать, тогда температура прогрева выше( растояние меньше).

Ну что я хочу заметить.
Чуть-чуть не дотянули:
Олово — Температура Плавления: 505,1
Согласно ru.wikipedia.org/wiki/Олово

Конкретные значения для исследованных припоев: 179 °C для SnBi; 224 °C для SnPbAg; 266 °C для SnAgCu; 270 °C для SnAg и 277 °C для SnCu.

Однако, поверхностно ознакомившись с содержимым, явных ошибок автора я не вижу.
Мало держал?

В кривых руках и коврик глючит.

последнее время пропаиваю GPU только на электроплитке с открытой спиралью

зазор около 4-5 см

температуру не контролирую, просто делаю 3х ступенчатый прогрев:

1 испарение жидкой фракции флюса

2 прогрев около 1 минуты

3 нагрев до состояния «чип всплыл» на шариках

сверху на плату кладу лист бумаги для уменьшения конвекции

Либо нечему гореть, либо нечем поджечь!

1 См. ниже.
2 Не надо. Дедушкина спиртоканифоль — лучший флюс ).
3 Немногим больше ста, вен же рассеивает вообще очень много.
4 Я заливаю иголкой сверху — слева направо, несколько раз, держу горизонтально, слежу чтобы жикость снизу выступила с нижних углов одновременно. Когда спирт закипает, он и так смачивает всё то, что не смачилось сразу.
5 Всё так.
6 .

Очень хорошо расписали — немного не додержали, действительно.
Делал аналогичным способом (2) точно такую же карту, добивался плавления чипа (к сожалению — безрезультатно, но грешу на кривизну рук — кажется, слишком сильно качнул).
Только вместо ИК подогревал обычной плиткой, выдерживая такую же температуру.
Сверху — фен 868 Lukey, вашим пистолетом должно быть ещё удобнее (сопло шире).

Сначала — все так же, только лучше подогрев выдержать на небольшой температуре, пока спирт аккуратно выкипит, не забрызгивая всю плату.
Дальше — 5 минут это мало. У меня было где-то 10-15, хотя с вашим оборудованием должно быть меньше. Воздух ставил на максимум, температуру — тоже (480 по шкале). Т.к. сопло у люкея намного уже, то тепература на станциях со встроенным в основной блок компрессором (и большим диаметром сопла) будет градусов на 20-50 меньше, на пистолете тем более, то есть где-то 420-440 нам и нужно, с запасом. Но вообще, сильно зависит от расстояния, угла наклона, характера движения и давления, которое выдаёт фен.
Расстояние — минимально возможное. То есть сантиметров 1.5-3, при максимальном давлении мелочёвка у меня ещё ни разу не слетала (без насадок, разумеется)), хотя компрессор в ручке нагнетает здорово. Какое давление создаёт ваш фен — сказать не берусь, поэтому расстояние придётся уменьшать экспериментально. Но скажу точно — при попытке приподняться чуть выше чип остывал мгновенно.
Двигать — по периметру чипа, идеально — так, чтобы центр сопла его огибал, с такой скоростью, чтобы противоположная сторона не успевала остывать, но и не слишком быстро. Можно — немного за пределами чипа, особенно если пистолетом. Сопло держать по возможности перпендикулярно, это важно! Советую пару нюансов — пробовать мелочёвку с разных сторон (бывает выясняется неравномерность), и —
С обычным припоем, двигаясь по кругу и плавно разогрев чип до такого состояния, когда канифоль начинает немного дымить, полезно снизить скорость и более тщательно прогреть углы, а уже после этого двигать по периметру ещё быстрее — завершая, так сказать. В безсвинцовых же (и вообще в чипах большой площади) ориентироваться приходится лишь по опыту — канифоль дымит ещё задолго до плавления всего припоя, так что смотрим либо на температуру, либо на время, прошедшее после этого, ну или на всё сразу).
Главная помеха — неравномерный прогрев, так что приходится ждать и набивать руку. Пробовал на 850D с квадратными насадками, но почему-то температура падает слишком сильно.
В общем говоря, в вашем случае минут 7-10 с температурой 420-440 должны дать результат).
Забыл добавить — я грею очень плавно, начиная с 160-170 после испарения спирта, добавляя по 20-40 градусов на станции, и охлаждаю так же, вместе с ней.

Бессвинцовые тучи SMT

Мнимые и реальные проблемы поверхностного монтажа электронных модулей для жестких условий эксплуатации

Своими исследованиями в области технологий поверхностного монтажа радиокомпонентов в бессвинцовом исполнении с применением оловянно-свинцовых припойных паст с нами делится начальник отдела радиоэлектронных технологий ОАО «Авангард» Владимир Ивин.


Владимир Ивин

Для того чтобы читатель мог сразу оценить для себя практическую ценность данной статьи, обозначу основные ее темы. Мною ставились следующие задачи:

  • обосновать возможность монтажа электрорадиоизделий иностранного производства (ЭРИ ИП) с бессвинцовыми покрытиями выводов оловянно-свинцовыми припоями по традиционной технологии поверхностного монтажа;
  • обозначить существующую проблему обеспечения заданной надежности РЭА в процессе проектирования, при котором игнорируются особенности обеспечения заданной долговечности паяных соединений (ПС) электронных модулей в целом, смонтированных по технологии поверхностного монтажа;
  • представить вновь разработанную технологию «преобразования» матрично расположенных шариковых выводов микросхем в корпусах BGA и CSP из бессвинцовых в оловянно-свинцовые околоэвтектического состава как альтернативы технологии реболлинга.

С введением в 2006 году Директивы ЕС RoHS, ограничивающей применение свинца в производстве изделий электроники, на российский рынок стала поступать ЭРИ иностранного производства с бессвинцовыми покрытиями выводов. В результате появился ряд проблем, влияющих на надежность РЭА. Это, прежде всего, необходимость учитывать особенности специфического конструктивного исполнения поверхностно-монтируемых компонентов при проектировании электронного модуля, оптимизации режимов процесса дозированного нанесения припойной пасты и самого процесса пайки ЭРИ ИП, в том числе компонентов в корпусах типа BGA, CSP с шариковыми выводами, состоящими из бессвинцового припоя, а также сложная процедура согласования применения импортных компонентов с представителем Заказчика.
При отработке режимов выполнения технологических операций автоматизированной сборки и монтажа опытных образцов типовых электронных модулей установлено, что бессвинцовые покрытия выводов ЭРИ ИП полностью совместимы с оловянно-свинцовым припоем, то есть в процессе пайки они хорошо смачиваются и образуют высококачественные паяные соединения при условии полной оптимизации параметров дозированного нанесения припойной пасты и температурно-временных режимов пайки. Качество ПС, выполненных с применением оловянно-свинцовых припоев, оказалось выше качества бессвинцовых паяных ПС, то есть монтаж ЭРИ ИП с бессвинцовым покрытием выводов при условии их удовлетворительной паяемости оловянно-свинцовыми припоями по традиционной технологии предпочтителен по сравнению с бессвинцовой технологией.

Металлографические исследования шлифов ПС, образованных оловянно-свинцовым припоем между облуженными припоем ПОС-61 контактными площадками печатной платы (ПП) и выводами поверхностно-монтируемых ЭРИ (микросхем в корпусах типа SOIC, TSSOP, TSOP, QFP и др.) с покрытиями Sn100 (бессвинцовое) и Sn85Pb15 (свинецсодержащее) показали практически идентичные микроструктуры ПС. В ПС формируются тонкие слои однотипных интерметаллидов (SnCu3, Sn5Cu6) на границах с медной контактной площадкой ПП и с основным металлом вывода компонента, между которыми располагается мелкозернистая структура твердого раствора околоэвтектического оловянно-свинцового припоя толщиной 60–100 мкм без посторонних включений. Незначительное отличие микроструктур ПС заключается в соотношении олова и свинца в твердом растворе околоэвтектического оловянно-свинцового припоя, вызванного полным растворением в расплавленном припое тонкого покрытия вывода в процессе пайки и диффузии металла покрытия в припой паяного соединения. В ПС ЭРИ, чьи выводы покрывались Sn100, содержится олова больше, а свинца меньше всего на 1–3%, чем в ПС ЭРИ, на выводах которых было покрытие Sn85Pb15 (рис. 1, табл. 1).



Учитывая идентичность микроструктур вышеописанных ПС можно утверждать, что при условии корректного проектирования электронных модулей долговечность ПС ЭРИ, на выводах которых было «бессвинцовое» покрытие (Sn100, Sn97Bi3, Sn98Cu2 и др.), должна быть на уровне долговечности традиционного оловянно-свинцового ПС, что и подтвердили проведенные ускоренные сравнительные испытания ПС различных конструкций, в том числе испытания на термоциклические воздействия в диапазоне температур от –65 до +125 °С, 6000 циклов [1–3].
Корректное проектирование электронных модулей предполагает, что состав припоя, структура зернистости и форма ПС являются параметрами, имеющими вторичное значение для надежности ПС [4]. Первичными параметрами ПС поверхностного монтажа, которые в первую очередь влияют на надежность ПС, являются конструктивные параметры, выбираемые при проектировании. К ним относятся: физический размер компонента, тип соединения (выводное или безвыводное), высота и площадь ПС, жесткость вывода, несовпадение коэффициентов температурного расширения (КТР) компонента и подложки, циклический диапазон температуры и циклическое несовпадение КТР. Именно эти конструктивные параметры определяют максимальный уровень напряжения, возникающего в припое ПС в процессе термоциклирования, и величину деформации, испытываемую ПС в процессе температурного расширения и взаимодействия компонента и подложки, на которую он припаян. Таким образом, потенциальная надежность ПС и электронного модуля в целом закладывается в процессе проектирования, а реализуется в процессе производства после отработки и полной оптимизации параметров технологии сборки и монтажа, в том числе дозированного нанесения припойной пасты и температурно-временных режимов пайки.
Вместе с тем ПС, полученные при пайке оловянно-свинцовым припоем шариковых выводов корпуса BGA из бессвинцового припоя Sn96,5Ag3,0Cu0,5, имеют микроструктуры, существенно отличающиеся от структуры традиционного оловянно-свинцового ПС BGA. В зависимости от количества нанесенной оловянно-свинцовой припойной пасты на контактные площадки ПП в процессе пайки образуются ПС, имеющие структуру четырехкомпонентного неэвтектического сплава SnPbAgCu с содержанием свинца от 5 до 20%. Неэвтектические сплавы с различным химическим составом имеют разные температуры плавления и различные микроструктуры и, вероятно, отличные механические и эксплуатационные свойства, которые еще полностью не изучены.
При замене бессвинцовых шариковых выводов микросхем в корпусах BGA на оловянно-свинцовые по технологии «реболлинг» появляется возможность при последующем монтаже «доработанной» BGA сформировать традиционные оловянно-свинцовые ПС. Однако некоторые производители компонентов не рекомендуют проводить процесс замены шариковых выводов из-за возможного повреждения контактных площадок и маски корпуса BGA в процессе механического воздействия при зачистке подложки после удаления бессвинцовых шариков и двух циклов теплового воздействия, которым подвергается компонент в процессе реболлинга [5]. Применение технологии реболлинга исключает возможность предъявления рекламаций на ЭРИ в связи с дополнительными циклами пайки, поскольку для большинства элементов предусмотрено не более трех перепаек. Кроме того, реболлинг — это достаточно дорогой и трудоемкий процесс, требующий высокой квалификации персонала, то есть в спецтехнике процесс замены шариковых выводов процесс нежелательный [6].
Для решения данной проблемы была разработана подготовительная операция «преобразование» как альтернатива реболлингу. На способ преобразования и состав преобразующей припойной пасты подана заявка на патент, и получен положительный ответ.
Процесс преобразования включает следующие простые групповые операции, выполняемые механизированным или автоматизированным способом (рис. 2):

  1. Нанесение через металлический трафарет преобразующей припойной пасты расчетного состава на несмачиваемый материал типа стекла, керамики и др. (рис. 2а).
  2. Установка микросхемы с матрично-расположенными шариковыми выводами из бессвинцового припоя на подложку из несмачиваемого припоем материала с предварительно нанесенной преобразующей припойной пастой (рис. 2б, в).
  3. Нагрев микросхемы в соответствии с температурно-временным профилем (рис. 3).




При температуре +183 °С плавится имеющийся в нанесенной припойной пасте эвтектический оловянно-свинцовый припой Sn63Pb37, что инициирует процесс контактного плавления шариковых выводов и металлической составляющей нанесенной припойной пасты в зоне их контакта за счет диффузии олова и свинца в расплавленный припой, ускоряемый в процессе дальнейшего роста температуры (рис. 2г).
В результате бессвинцовый припой шариковых выводов и преобразующая оловянно-свинцовая паста с большим содержанием свинца, переходят из твердого в жидкое состояние при стандартном температурно-временном профиле и перемешиваются между собой в процессе взаимной диффузии олова и свинца в расплавленный припой (рис. 4–6, табл. 2–4).

Таким образом, подготовительная операция преобразования матрично расположенных шариковых выводов микросхемы из бессвинцового припоя в оловянно-свинцовые околоэвтектического состава производится за один цикл теплового воздействия, исключает механические воздействия на микросхему и ее контактные площадки и сохраняет полную работоспособность микросхемы после преобразования. Операция «преобразование» позволяет в процессе последующего поверхностного монтажа микросхем с преобразованными шариковыми выводами на печатную плату формировать надежные и качественные паяные соединения, предназначенные для работы в жестких условиях эксплуатации.
Высокая усталостная долговечность паяных соединений, обеспечиваемая оловянно-свинцовым припоем и увеличенной высотой матрично расположенных шариковых (компланарных) выводов микросхемы, необходима в приборах для медицины, транспортной техники (автомобильной, железнодорожной, авиационной и морской), а также в военной и космической технике.
Для обеспечения внедрения в производство предприятием ОАО «Авангард» разработан ряд преобразующих припойных паст, которые в настоящее время проходят апробацию на предприятиях отрасли, применяющих в производстве РЭА микросхемы в корпусах BGA и СSP. В 2014 году планируется освоить серийный выпуск преобразующих припойных паст. С 2012 года нашим предприятием осуществляется серийный выпуск восьми марок некоррозионных оловянно-свинцовых припойных паст, предназначенных для групповой механизированной пайки узлов РЭА, трех марок слабоактивированных флюсов, применяемых при селективной и волновой пайке, и двух марок отмывочных жидкостей, предназначенных для водной и полуводной отмывки печатных узлов от остатков флюса после пайки [8].

Таким образом, можно констатировать, что:

  • отсутствуют технические проблемы использования в аппаратуре ответственного применения бессвинцовых ЭРИ ИП, но имеют место организационные проблемы по получению разрешения на применение бессвинцовых ЭРИ ИП в военной технике;
  • существует серьезная проблема обеспечения заданной надежности РЭА в процессе проектирования, при котором игнорируются особенности обеспечения заданной долговечности паяных соединений и электронных модулей в целом, смонтированных по технологии поверхностного монтажа, из-за отсутствия в отечественной НТД актуальных методик расчета и прогнозирования усталостной долговечности ПС.

В заключение можно сделать следующие выводы:

  • возможность монтажа в аппаратуре ответственного применения сертифицированных ЭРИ ИП индустриального исполнения с бессвинцовым покрытиями по традиционной технологии поверхностного монтажа оловянно-свинцовым припоем технически обоснована;
  • бессвинцовые покрытия выводов поверхностно-монтируемых ЭРИ ИП при условии их хорошей паяемости оловянно-свинцовыми припоями не влияют на надежность паяных соединений;
  • первичными параметрами ПС поверхностного монтажа, влияющими на надежность паяных соединений, являются конструктивные параметры, выбираемые при проектировании, в том числе физический размер компонента, тип соединения (выводное или безвыводное), высота и площадь ПС, жесткость вывода, несовпадение коэффициентов температурного расширения (КТР) компонента и подложки, циклический диапазон температуры и циклическое несовпадение КТР;
  • конструкторам-разработчикам целесообразно при проектировании новых изделий с использованием поверхностно-монтируемых компонентов освоить процесс расчета и прогнозирования надежности паяных соединений, руководствуясь рекомендациями международного стандарта IPC-D-279 «Руководство по проектированию надежных модулей на печатных платах, собираемых по технологии поверхностного монтажа».

Литература

Секреты бессвинцовой пайки

Как избежать дефектов при ручной пайке компонентов, выполненных по бессвинцовой технологии

1. Евросоюз принял директиву 2002/95/ЕС RoHS (Restriction of Hazardous Substances – запрет вредных веществ). Согласно этому документу, с 1 июля 2006 года начинают действовать ограничения на использование в промышленной электронной продукции и в новой электронной технике некоторых химических материалов, опасных для здоровья и окружающей среды. Среди прочих, действие директивы распространяется и на соединения свинца. Таким образом, запрещается использование свинцовосодержащих припоев.

Даже несмотря на то, что в электронной промышленности используется менее 1% объема всего используемого в промышленности свинца, более того – многие Pb-free припои гораздо токсичнее оловянно-свинцовых, а так же официальный стандарт Green на данный момент отсутствует, ведущие производители выработали общие критерии и собираются их придерживаться в ближайшем будущем. Аналогичные RoHS директивы приняли Китай, Япония и некоторые штаты США.

2. Прежде всего, эта директива коснется практически всех разработчиков и производителей электронной техники и в первую очередь тех, кто экспортирует продукцию в вышеперечисленные страны. Остается очень мало времени, чтобы полностью перейти на выпуск компонентов, не содержащих свинца. В самое ближайшее время крупные фирмы-производители интегральных микросхем — Texas Instruments, AMD, Fairchild Semiconductor, Philips и прочие планируют полностью перейти на бессвинцовые технологии. Так же поступят и производители дискретных полупроводников и пассивных компонентов (ON Semiconductors, Vishay, Samsung Electro-Mechanic). Компоненты, выполненные по традиционной технологии, будут доступны только под заказ. В связи с этим, использование компонентов, не содержащих свинца во всей выпускаемой продукции – это вопрос ближайшего времени для всех производителей электроники. В обозримом будущем данная проблема рано или поздно коснется и всех остальных.

3. Но в сложившейся ситуации, необходимо понимать следующее — мнение о том, что компоненты, не содержащие свинца, требуют особых технологий ручной пайки, не категорично! Такая точка зрения распространена среди разработчиков, производителей электронной техники и специалистов, занимающихся ремонтом. В данном вопросе все ведущие производители единодушны – большинство Pb-free компонентов полностью совместимы со стандартными технологиями ручной пайки оловянно-свинцовыми припоями. И, как раз, очередное противоречие заключается в том, что совместимость с требованиями RoHS, так же как и знак «Pb-free» не означают, что элемент необходимо паять обязательно бессвинцовым припоем. Ведь в процессе пайки необходимо предотвратить термодиструкцию электронных компонентов. И эта неприятность может возникнуть потому, что большинство из «Pb-free» припоев имеют повышенную температуру плавления, которая несовместима с максимальной температурой пайки выбранных компонентов.

4. Таким образом, если выполнять ряд рекомендаций для ручной пайки, приведенных ниже, качество пайки не пострадает:

  • Когда речь идет о ручной пайке, выбираются паяльные станции, обладающие достаточным запасом мощности, термостабильностью и возможностью поддержания постоянной температуры при работе на более высоких уровнях, необходимых для бессвинцовых материалов.
  • Так как температура плавления бессвинцового припоя выше, чем у свинцовосодержащего, температура жала повышается до 343°C (по сравнению с 315°C). В таком режиме долговечность традиционных паяльных жал резко снижается. Поэтому, в процессе пайки, необходимо использовать насадки, разработанные специально под «Pb-free» пайку.
  • Современные паяльные станции обеспечивают приведенные выше требования, но при работе с бессвинцовыми припоями, для соблюдения необходимых температурных профилей некоторых компонентов, имеет смысл быстрее убирать жало пальника с места пайки.
  • Смачиваемось у бессвинцовых материалов хуже, чем у свинцовосодержащих (и многое другое у них хуже, например: окисляемость во время пайки, образование кристаллических нитей и пр.). Чем меньше окислов, тем легче идет пайка. Здесь два варианта:
    1. Пайка в среде азота. Азот, будучи инертным газом, предохраняет от окисляемости нагреваемые при пайке металлические поверхности. В этом случае требования к флюсу не категоричны, смачиваемость повышается, с припоями легче работать, качество соединений повышается.
    2. Задачу снятия окислов и обеспечения растекаемости припоя, при ручной пайке в условиях несерийного производства в не меньшей степени выполняет флюс. Это серьезная альтернатива пайке в азотной среде.
  • В процессе пайки необходимо следить за состоянием жала паяльной станции во избежание его окисления. Если применяется «Pb-free» припой, следует более тщательно очищать его и, постоянно держать его полностью покрытым припоем.
  • При работе с «Pb-free» компонентами, их монтаже-демонтаже, на плате смешанного типа необходимо тщательно очищать посадочные места компонентов, во избежание смешивания припоев «Pb-free» и традиционных, так как несоблюдение этой рекомендации, в случае смешивания припоев образуется «холодная» пайка. Становится более актуальным использование оловоотсосов, оплетки для удаления припоев и пр.
  • Так же, следуя вышеприведенному пункту, следует использовать разные жала для пайки «Pb-free» и свинцовосодержащими припоями.

5. Не стоит забывать и о микросхемах в корпусах BGA, с ними сложнее, но эта ситуация «на руку» ассортименту компании «ERSA», а именно модернизированным инфракрасным паяльным центрам IR550plus. С точки зрения работы с «Pb-free» микросхем BGA, аргументы неоспоримы:

  • Непревзойденная равномерность локального инфракрасного нагрева.
  • Точная и безопасная для чувствительных компонентов отработка термопрофиля.
  • Возможность визуального мониторинга процесса пайки (опция – видеосистема PL550A).
  • Универсальность и самодостаточность системы.
  • Возможность работы со сложнопрофильными компонентами.
Читать еще:  Изготовление вольфрамовых мормышек в домашних условиях

Какие бывают бессвинцовые припои

Во многих государствах все большее внимание уделяется вопросам экологической безопасности материалов. Накопилась научно подтвержденная информация о вреде свинца и его соединений.

В связи с этим популярность набирает бессвинцовый припой, имеющий хорошие эксплуатационные свойства. Он менее вреден для организма человека.

Общие требования

Количество композиций металлов, не включающих свинец, постоянно увеличивается. Благодаря многолетнему применению на практике, известность получили несколько основных составов. Для многих из них характерно явление эвтектики.

Оно заключается в том, что температура плавления сплава с тщательно подобранным соотношением металлических компонентов ниже, чем у любой другой смеси выбранных металлов. Эвтектические качества бессвинцового припоя позволяют снижать температуру нагрева рабочей зоны, экономить количество потребляемой электроэнергии.

Существуют общее требования к припоям без свинца – отсутствие лишних примесей. Посторонние металлы негативно влияют на качества шва:

  • если в сплавах в небольших количествах находится никель, то шов может иметь полости;
  • примеси алюминия приведут к получению тусклого и зернистого соединения;
  • железо значительно увеличивает вероятность образования окалины;
  • медь в избыточном количестве склонна увеличивать смачиваемость;
  • сурьма может вызвать образование шва, хрупкого при невысоких показателях температуры.

Важно применять припои, сделанные авторитетными производителями. На предприятиях, профессионально занимающихся получением бессвинцовых припойных сплавов, много внимания уделяется контролю чистоты всех компонентов. Качеству такой продукции можно доверять.

Олово, серебро, медь

Припои из олова и меди применяют давно. Смесь относится к эвтектическим, при этом имеет температуру плавления большую, чем другие припои, не содержащие свинца.

Припойная композиция из олова и серебра имеет отличные эксплуатационные качества. Пайка с ней проводится легко, шов получается прочным и долговечным.

Температура плавления эвтектического композита с серебром равна строго 221 °С. Узкий температурный диапазон плавления – характерная особенность всех бессвинцовых эвтектических смесей.

Припой их трех компонентов: олова, серебра и меди стал применяться гораздо раньше, чем олово-серебряный материал. Он имеет меньший показатель температуры плавления, равный 217 °С.

Некоторые зарубежные производственные компании выпускают бессвинцовый трехкомпонентный композит с соотношением металлов, несколько отличающимся от привычного.

Вследствие этого, температура плавления таких эвтектических смесей может быть иной. Подробная информация о составе обязательно указывается производителем в сопроводительных документах.

Сплавы с висмутом

Лучшей спаиваемостью обладает припой из олова, серебра и небольших количеств висмута. Иногда вместо висмута добавляют германий. Бессвинцовый сплав имеет низкую температуру плавления, которая укладывается в интервал от 200 до 210 ℃.

Значение может изменяться в зависимости от соотношения металлов. Добавки улучшают смачивание деталей расплавом, способствуют образованию качественных швов.

Очень близка температура плавления смеси олова, цинка и висмута к аналогичному показателю свинцовых припоев. Достоинством бессвинцового сплава является отсутствие токсичного компонента.

Однако цинк, как активный металл провоцирует появление многих проблем. Припойная паста подлежит быстрому использованию, при хранении она изменяется.

Паять таким бессвинцовым средством нужно с применением флюсов, в атмосфере инертных газов. Иначе велика вероятность окисления, излишнего зашлаковывания шва.

Какие применять флюсы

В качестве флюсов при проведении бессвинцовой пайки преимущественно применяют композиции в водном растворе, не содержащие летучих органических веществ (VOC).

Они не склонны к воспламенению, обладают активностью в большом диапазоне температур. Составы и пасты на их основе можно хранить в замороженном состоянии сколь угодно долго.

Флюс для бессвинцовой пайки долго не теряет необходимых свойств, обладает хорошим поверхностным натяжением, улучшает текучесть расплавленной массы.

Направления использования

Возможности пайки бессвинцовыми припоями велики. Они включают проведение спаивания волной или в специальных печах.

Можно использовать обычный паяльник. Выбор технологии определяется объектом, условиями эксплуатации спаянного изделия, спецификой производства.

При работе на предприятиях оборонного назначения рекомендуются высококачественные смеси из олова, серебра, меди, к которым при необходимости добавляют сурьму.

Присутствие сурьмы ухудшает экологическую безопасность сплава. Это очень токсичный элемент, смеси с которым применяются только в случае острой необходимости.

Для работы с профессиональной техникой в промышленности, системах связи также пригодны припои из олова, серебра, меди или только оловянно-серебряные составы эвтектического характера.

Для офисного оборудования, аудио- и видеотехники рекомендованы также составы на основе олова, серебра с добавками меди или сурьмы или без таковых. Припои, содержащие висмут, из соображений экономии денежных средств применяются значительно реже.

Влияние на здоровье

Ограниченные возможности применения бессвинцовых припоев в радиоэлектронике, их не очень хорошая смачиваемость и необычная температура плавления вызывают недовольство у многих паяльщиков.

Безопасность оловянных сплавов они ставят под сомнение. Мнение некоторых практиков сводится к тому, что неудобств много, а вред для человека все равно имеет место быть.

Олово, входящее в бессвинцовые припои, обладает токсичностью в случае, если частички попадают в легкие. Олово кипит при температуре 2600°. Это очень высокий показатель, который в процессе пайки, конечно, не достигается. Следовательно, выделение паров олова при спаивании деталей не происходит.

Свинец и все его соединения проявляют сильно выраженное токсическое действие на организм, накапливается в тканях, повреждает почки, кровеносную систему. Особенно он опасен для детей, нарушая развитие нервной системы.

Сам по себе металл не представляет опасности. Олово разрешено к применению в пищевой промышленности. Следовательно, мнение о токсичности бессвинцовых припоев не оправдано.

Пайка с бессвинцовым припоем обычно проводится по известной схеме. Поверхность деталей следует хорошо почистить, расплавить выбранный припой, распределить его на спаиваемой зоне.

Особое внимание нужно обратить на температуру нагрева. Припои без свинца плавятся при меньшей температуре. После охлаждения нужно проверить качество полученного соединения.

Бессвинцовый припой

Автор: Игорь

Дата: 06.11.2016

  • Статья
  • Фото
  • Видео

К разряду бессвинцовых припоев относятся те материалы, которые не имеют в своем составе свинца. Изначально использование подобной технологии было предпринято в экологических целях, так как этот металл относится к вредным для окружающей среды и здоровья человека. Стоит отметить, что марки, в которых нет только свинца, но при этом содержится ртуть и кадмий, не относятся к бессвинцовым. Самым простым примером является оловянный припой без свинца, в котором содержится только чистое олово. Благодаря этому он получает повышенную смачиваемость и у него повышается электропроводность. Чтобы бороться с некоторыми недостатками, которыми обладает бессвинцовый припой из чистого олова, к нему добавляют такие элементы, как золото, серебро, медь и прочее. Это помогает сделать состав более твердым, не используя при этом свинец. При этом возрастает температура плавления, что ограничивает спектр применения подобных материалов.

Этот относительно новая разновидность, разработки которой ведутся. Ведь пока не удалось найти альтернативу, которая бы полностью заменила стандартные виды припоев и превзошла их по всем параметрам. Пока количество недостатков, в практическом плане, превышает количество преимуществ, но главной целью здесь является безвредность. К примеру, для пищевой промышленности, где идет непосредственный контакт с человеком. Здесь уровень безопасности стоит выше качества соединения. Припой без свинца производится по ГОСТ 21931-76. Одними из самых популярных разновидностей являются те, в которых дополнительно содержится серебро.

Преимущества

  • Безопасность использования, а также отсутствие токсических элементов;
  • Высокая электропроводность;
  • В чисто оловянных сплавах наблюдается хорошее смачивание;
  • Широкий выбор вариантов марок;
  • Сплавы с медью имеют высокую температурную стойкость.

Недостатки

  • У сплавов олова с другими металлами понижается смачиваемость, в сравнение со свинцовыми;
  • Нет возможности использовать в электронике, несмотря на высокую электропроводность, так как во время термоциклирования здесь образуется рост «усов» и появляется интерметаллическая поверхность, на которой потом возникают трещины;
  • Температура плавления бессвинцового припоя является относительно высокой, как для пайки, что не позволяет использовать его для тонких металлов и чувствительных к термообработке.

Разновидности

С содержанием меди. Эта разновидность была создана для того, чтобы спаивать печатные платы. Это осуществляется волной припоя. Но он имеет более низкие механические качества в наплавленном состоянии, если сравнивать с другими разновидностями. Также не всегда требуется столь высокая температура плавления.

Бессвинцовый припой с содержанием меди

С содержанием серебра. Припой оловянный бессвинцовый является одной из самых популярных разновидностей. Они обладают высокими качествами спаивания, а также хорошими механическими характеристиками в наплавленном состоянии. Температура плавления их достигает более 220 градусов Цельсия. Это один из немногих вариантов, надежность которого может конкурировать со свинцовыми припоями.

Бессвинцовый припой с содержанием серебра

Многосоставный сплав меди, серебра и олова. Трехкомпонентный состав применяется долгое время, так как он был изобретен еще до появления серебряных припоев. У него более низкая температура плавления. Большую часто состава занимает олово, которое достигает более 90%. Здесь наблюдается хорошее свойство спаивания, а также повышенная крепость соединения. Исходя из экономических соображений, он является наиболее выгодным.

Висмут, серебро и олово. В нем наиболее низкая температура плавления, что улучшает способности к спаиванию, но понижает температурный предел эксплуатации. Спаивание у него наиболее высокое среди бессвинцовых разновидностей, тогда как смачиваетесь не всегда себя хорошо проявляет.

Химический состав

Выделяется несколько примеров содержание элементов в сплаве относительно металла, который используется как добавка, хотя в каждой марке оно может быть свое.

Основной элемент (олово), %

Технические характеристики популярных марок

Максимальная температура плавления, градусы Цельсия

Arconium Specialty Alloy

Для бессвинцовых покрытий и печатных плат.

AIM Products U.S. Deptartament of Energy

AIM Products U.S. Deptartament of Energy

Особенности выбора

Выбор подходящей марки зависит от состава бессвинцового припоя.

Если нет подходящего варианта, то иногда применяют в качестве заменителя отечественную марку ПСР 45, которая содержит всего 0,5% свинца.»

В большинстве случаев олово занимают основное место в составе, так что его характеристики больше всего влияют на общие свойства. Чем его больше, тем мягче будет проходить спаивание, но будет ниже крепость соединения. Также у него ниже температура плавления. Материал в итоге получается очень мягким.

Повышение количества меди в составе увеличивает температуру плавления и твердость. Ее зачастую немного, но даже нескольких процентов вполне достаточно, чтобы изменить характеристики состава. Серебро также повышает температуру плавления и крепость, но делает это более мягко. Его наличие в составе позволяет повысить качество шва без особых негативных моментов, но он же влияет и на стоимость марки. Следует обратить внимание, что существуют также добавочные материалы, как висмут, сурьма и прочие. Они предназначаются для особых случаев спаивания, которые требуются в производстве и не всегда нужны в частной сфере. Как правило, они имеют более высокую стоимость.

Особенности пайки

У многих может возникнуть вопрос, как паять бессвинцовым припоем. Здесь нет больших отличий от стандартной процедуры. Требуется подготовить поверхность металла, расплавить припой и нанести его на спаиваемую часть. Затем нужно дать остыть и проверить качество соединения. Особенностью является температура пайки бессвинцовым припоем, так как она ниже и соответственно, подогрев должен производиться в другом режиме.

Популярные фирмы производители

Данная продукция производится следующими компаниями:

  • Castolin;
  • Chemet;
  • Asahi;
  • KingBo;
  • MasterTool.

Предотвращение дефектов при пайке бессвинцовыми припоями

Сплав Sn/Ag/Cu (олово/серебро/медь, или иначе SAC-сплав) наиболее часто используют в качестве бессвинцового припоя, хотя возможно применение и других сплавов, содержащих, например, висмут, индий и другие элементы. При переходе к припоям на основе SAC-сплавов наблюдается увеличение числа дефектов пайки. Это результат неправильного выбора параметров процесса пайки. При правильно выбранных параметрах и надлежащем контроле процесса пайки число дефектов практически соизмеримо.

Оловянно-свинцовые и бессвинцовые припои имеют следующие основные отличия:
• различны температуры плавления припоев, поверхностное натяжение, способность к окислению и выщелачиванию
• в бессвинцовых припоях выше температурный профиль пайки
• для бессвинцовых припоев необходимо бессвинцовое покрытие выводов компонента и площадок платы
• различны скорости смачивания и растекания припоя
• при использовании бессвинцовых припоев снижена способность к выравниванию положения компонентов.
Температура плавления SAC-сплавов составляет 217-220 °С, что более чем на 30 °С выше, чем оловянно-свинцовых сплавов. Поэтому при пайке следует обеспечить их нагрев до 235-245 °С. При пайке печатных плат с компонентами, имеющими примерно одинаковую теплоемкость, температура пайки может быть снижена до 229 °С.
Для пайки бессвинцовыми припоями необходимо применять флюсы, специально разработанные для использования при более высоких температурах.
Флюс занимает примерно половину объема паяльной пасты и определяет ее реологические свойства, осадку, клейкость и др.
Основным назначением флюса является предохранение спаиваемых поверхностей от окисления при действии высокой температуры пайки. Флюс улучшает смачивание их припоем, способствуя растеканию его по площадкам платы и выводам компонентов. После пайки остатки флюса удаляют, смывая их, либо оставляют на плате, если использовалась паста, не требующая очистки.

Основные составляющие флюса:
• канифоль
• активаторы, органические кислоты и/или гидрогалоиды
• растворители
• гелеобразующие вещества
• поверхностно-активные вещества
• хелатные добавки.

Оптимизация состава флюса, пригодного для применения при более высоких температурах пайки, необходимых для бессвинцовых припоев, является основной задачей производителей паяльных паст. Основные составляющие флюса представляют собой органические соединения, которые должны сохранять стабильность при температуре около 245 °С, чтобы предотвратить появление проблем при пайке.

Наиболее часто встречающиеся дефекты пайки:
• образование мостиков припоя между площадками
• образование шариков припоя между площадками
• недостаточная смачиваемость спаиваемых поверхностей
• образование пустот в паяном соединении
• отрыв вывода компонента от площадки (эффект «надгробия»)
• отсутствие смачивания.

Образование мостиков и шариков припоя
Эти дефекты возникают при неправильном выборе параметров пайки. При повышенной температуре в зоне предварительного нагрева следует выбирать пасту с малой осадкой. Особенно важно учитывать это при пайке компонентов с малым шагом выводов. Обычные пасты на основе оловянно-свинцовых сплавов при высокой температуре (около 185 °С) начинают плавиться и растекаться из-за разложения их гелеобразующих компонентов. На рис. 1 показано «поведение» паст, имеющих различную осадку. Как видно из рисунка, паста «В» имеет меньшую осадку, чем паста «А», а, следовательно, меньшую вероятность образования мостиков и шариков припоя.

Рис. 1. Два образца паяльных паст, оплавленных при температуре 180 °С

Недостаточная смачиваемость выводов компонентов и площадок платы
При испытании на паяемость было замечено, что смачивающая способность SAC-припоев улучшается с использованием водосмываемых флюсов. Флюсы, не требующие отмывки, содержат меньше активаторов и не содержат галоидов, вследствие чего способность смачивания снижается.
После воздействия нескольких температурных циклов пайки на площадки печатных плат, защищенные лишь органическими покрытиями (т. наз., OSP-плат), число случаев неполного их смачивания припоем возрастает. Покрытие площадок оловом или иммерсионным серебром способствует лучшему растеканию припоя. Хорошо паяется также покрытие Ni/Au при отсутствии в нем окислов. На рис. 2 показаны примеры пайки SAC-припоями выводов микросхем на площадки из чистой меди и площадки, покрытые иммерсионным серебром.

Рис. 2. Пайка выводов корпусов QFP с применением SAC-сплавов на площадки из чистой меди (а) и площадки, покрытые иммерсионным серебром (б)

Плохая паяемость, недостаточная смачиваемость, плохая растекаемость припоя и большие углы контакта между площадками и выводами могут также явиться следствием неправильно выбранного профиля пайки. Очень важно достичь равномерного распределения температуры по всей площади платы, так как допустимый интервал пиковых температур бессвинцовых припоев более узок, чем оловянно-свинцовых. Корпуса BGA во время пайки ведут себя как теплоотводы, из-за чего паста под ними может не расплавиться полностью, в то время как более мелкие компоненты могут быть припаяны достаточно хорошо. Поэтому необходимо правильно определить профиль пайки, а после ее выполнения проконтролировать качество соединений с использованием рентгеновских или оптических методов.
На рис. 3 показаны выводы корпуса BGA, не припаянные к плате из-за недостаточного нагрева. Для определения причины этого дефекта необходимо измерить температуру непосредственно в местах контакта этих выводов с площадкой, как показано на рис. 4.
На рис. 5 показан результат пайки выводов при слишком высокой температуре (более 265 °С), а на рис. 6 – при параметрах пайки, близких к оптимальным.

Рис. 3. Дефект пайки, вызванный недостаточным нагревом

Рис. 4. Измерение температуры выводов корпуса BGA на контрольной печатной плате для определения требуемого профиля пайки

Рис. 5. Результат чрезмерного нагрева вывода

Рис. 6. Пайка с профилем, близким к оптимальному

Основные причины ухудшения смачивающих свойств бессвинцовых припоев:
• малая активность флюса паяльной пасты
• слишком высокая температура в зоне прогрева или большая продолжительность ее воздействия
• малая длительность нагрева места пайки выше температуры плавления припоя
• наличие окислов на спаиваемых поверхностях.

Активность бессвинцовых паст должна сохраняться вплоть до температуры плавления SAC-сплавов (217 °С). Содержащийся в пасте флюс должен эффективно предохранять плату и компоненты от окисления. Способность SAC-сплавов смачивать металлические поверхности относительно невелика, поэтому для лучшего растекания припоя во время пайки необходимо, чтобы время воздействия температур, превышающих температуру плавления, было достаточным. Обычно это время составляет 60-90 с при температуре пайки 235-245 °С.
Наличие окислов на плате можно обнаружить, проведя один из тестов на паяемость, например, выполнение баланса смачивания.

Пустоты в бессвинцовых соединениях и выводах BGA
При наличии большого числа пустот в паяном соединении снижается его надежность, что наиболее часто проявляется при эксплуатации изделий в условиях большого перепада температур, вибраций либо воздействия изгибающих усилий. Пустоты являются также причиной ухудшения тепло- и электропроводности соединений (рис. 7).
Если суммарный объем пустот не превышает 25% объема соединения, их влияние на надежность незначительно. Они могут даже играть роль амортизаторов механических нагрузок.

Рис. 7. Пустоты, возникшие при пайке выводов корпусов QFP (a) и BGA (б)

Появление пустот могут вызывать следующие факторы:
• состав паяльной пасты
• поверхностное натяжение припоя
• профиль пайки
• наличие окислов на спаиваемых поверхностях
• форма выводов компонентов и паяного соединения
• состав покрытия площадок платы и выводов компонентов
• выделение газа из корпуса компонента во время пайки.

Поверхностное натяжение бессвинцовых припоев выше, чем оловянно-свинцовых. Поэтому необходимо выбирать пасту такого состава, чтобы содержащийся в ней флюс не терял активности при высоких температурах пайки. Для уменьшения числа пустот в первую очередь следует выбирать пасту, не содержащую канифоли, а также активаторов, разлагающихся при воздействии повышенных температур.
Удалению пузырьков газа из припоя способствует также оптимизация профиля пайки, заключающаяся в увеличении продолжительности пребывания паяного соединения в зоне прогрева, а также в зоне температур, превышающих температуру плавления припоя. Необходимо также следить за тем, чтобы плата и компоненты были свободны от влаги и загрязнений. Замечено, что на OSP-платах образуется несколько больше пустот, чем на платах, покрытых сплавом Ni/Au или иммерсионным серебром.
В некоторых случаях на количество пустот влияет и форма паяного соединения. Если размеры и форма компонентов препятствуют выходу пузырьков газа, число пустот увеличивается.

Подъем одного из выводов компонента над платой (эффект «надгробия»)
При пайке малогабаритных компонентов бессвинцовыми припоями возрастает число случаев подъема над платой одного из выводов компонента (эффект «надгробия»). Это объясняется, в частности, меньшей смачивающей способностью этих припоев. Поэтому необходимо позиционировать компоненты на плате с достаточно высокой точностью, так как выравнивающий эффект в бессвинцовых пастах выражен слабее. Припой SAC305 обеспечивает меньшую вероятность образования «надгробия». Его состав: 96.5% олова, 3% серебра и 0.5% меди, температура плавления 217-220 °С. Во время начальной фазы плавления этот припой удерживает компоненты, как бы приклеивая их к плате, в результате чего число «надгробий» уменьшается.
Применение паяльной пасты с повышенным газовыделением в начальной фазе плавления припоя также может быть причиной образования «надгробий».

Отсутствие смачивания
Основная причина отсутствия смачивания – малая активность флюса. В начальной стадии пайки расплавленный припой покрывает всю площадку. Однако, если из-за малой активности флюса образование интерметаллического соединения невозможно, силы сцепления между припоем и площадкой малы, в результате чего из-за поверхностного натяжения припой собирается в каплю.
С использованием водосмываемых паст отсутствие смачивания проявляется достаточно редко благодаря тому, что активность их флюса весьма высока. В менее активных пастах серии ROLO, а также в не требующих отмывки пастах, не содержащих галогенидов, отсутствие смачивания проявляется при пайке площадок, покрытых органическими соединениями или сплавом Ni/Au при наличии на нем окислов никеля или загрязнений. На рис. 8 приведены фотографии площадок с оплавленной пастой; на рис. 8, а явно видно отсутствие смачивания.

Рис. 8. Примеры различного смачивания площадок бессвинцовым припоем: отсутствие смачивания (а) и удовлетворительное смачивание (б)

Для обеспечения смачивания необходимо:
• предохранять спаиваемые поверхности от окисления
• выбирать флюс, соответствующий спаиваемым металлам
• уменьшать температуру и продолжительность прогрева для сохранения активности флюса.

Внешний вид бессвинцовых соединений
Поверхность бессвинцовых соединений более матовая, чем оловянно-свинцовых, а галтель из-за меньшей текучести бессвинцовых сплавов имеет другую форму (рис. 9). Это не должно рассматриваться как дефект пайки.

Рис. 9. Вид соединений после пайки в воздушной среде оловянно-свинцовым (а) и бессвинцовым (б) припоем

После оплавления в воздушной среде SAC-припои имеют более темный вид. На их поверхности образуется сеть мелких трещин, возникающих вследствие образования интерметаллических соединений, а также окисления. В азотной среде образуется более блестящее соединение с хорошим растеканием по спаиваемым поверхностям.
Уменьшение продолжительности воздействия температур, превышающих температуру плавления припоя, замедляет рост интерметаллических соединений, в результате соединение приобретает более светлый вид.
В заключение можно отметить, что переход к применению бессвинцовых припоев требует определенного времени, необходимого для получения навыков обращения с ними как при пайке, так и оценке качества паяных соединений.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector