Температура плавления припоев свинец и без свинца
Состав, свойства и особенности припоев без свинца
Ликвидируем безграмотность в таком вопросе, как бессвинцовые припои.
Припои, в составе которых присутствует свинец, называют свинцовыми или свинцовосодержащими.
Стоит отметить тот факт, что соединения свинца вредны для здоровья. В том числе и по этому, в последнее время всё активнее применяются не содержащие свинец припои.
В Европе и США с недавних времён, а точнее с июля 2006 года директивой RoHS принят запрет на использование свинец-содержащих припоев в производстве электроники. Под раздачу также попали такие химические элементы, как кадмий, ртуть, шестивалентный хром и некоторые другие. Их содержание в электронных компонентах строго нормировано.
Наверняка Вы уже наблюдали вот такой логотип на корпусе своего ноутбука или другого электронного устройства (см. фото). Он обозначает, что устройство собрано с применением бессвинцовой технологии.
Эмблема RoHS на корпусе нетбука
Не считайте, что применение бессвинцовых технологий чем-то улучшает потребительские качества электроники. Возможно это и так. Японцы, например, давно занимаются разработкой и внедрением бессвинцовых технологий в производство и, естественно, добились в этом успехов.
Но для тех производителей, которые впервые столкнулись с ограничениями на применение свинца, возникает вопрос переоснащения производства и, как следствие, это удорожает электронную продукцию.
Стоит отметить тот факт, что бессвинцовая технология пайки требует применения соответствующих радиоэлектронных компонентов, адаптированных для пайки припоями без свинца. По сравнению с обычными свинцовыми припоями, они имеют пониженные характеристики по смачиваемости и текучести, требуют соблюдения дополнительных технологических мер при пайке, так как возникает необходимость в выдержке узкой границы термопрофиля.
Известно, что оптимальной температурой при пайке свинец-содержащими припоями считается температура 180 – 2300C. Температура плавления большинства бессвинцовых припоев лежит в интервале 200 – 2500C. Есть и такие, температура плавления которых ниже 1800С.
Припои, не содержащие свинца, дороже обычного свинцово-оловянного. Также вызывает много споров качество пайки бессвинцовыми припоями.
Итак, перейдём ближе к теории.
Для замены свинца в припое применяются такие металлы, как медь (Cu), серебро (Ag), висмут (Bi), индий (In), цинк (Zn) и даже золото (Au).
В изготовлении электроники хорошо зарекомендовал себя трёхкомпонентный сплав олова, серебра и меди (SnAgCu). Процентное соотношение металлов в сплаве может быть разным – до сих пор нет строгого мнения по этому вопросу. Несмотря на это, большую часть в сплаве занимает олово (95-97%). Температура расплавления данного сплава составляет 217-2210C. Чтобы он был пригоден для пайки волной, в него вводят небольшой процент сурьмы (0,5%).
Сплав SnAgCu с добавлением сурьмы (Sb) применяется в изготовлении особо ответственных узлов в оборонной технике и автономных устройствах.
| Сплав | Температура плавления, 0C |
| Sn96,5/Ag3/Cu0,5 | 221 |
| Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7 | 217 |
| Sn96,7/Ag2/Cu0,8/Sb0,5 | 216 – 222 |
Хорошими качествами обладают припои, в которых роль свинца выполняет серебро (SnAg).
| Сплав | Температура плавления, 0C |
| Sn96,5/Ag3,5 | 221 |
| Sn98/Ag2 | 221 – 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 133-1400C), но ухудшается смачиваемость.
Используется в плавких предохранителях, а также при ступенчатой пайке и монтаже деталей и компонентов, чувствительных к высокой температуре.
Припои с содержанием висмута (Bi), индия (In), цинка (Zn) и серебра (Ag).
| Сплав | Температура плавления, 0C |
| Sn93,5/Ag3,5/Bi3 | 206 – 213 |
| Sn90,5/Ag2/Bi7,5 | 207 – 212 |
| Sn89/Bi3/Zn8 | 189 – 199 |
| Sn70/Bi20/In10 | 143 – 193 |
| Bi67/In33 | 107 – 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).
| Сплав | Температура плавления, 0C |
| Sn95/Sb5 | 232 – 240 |
| Sn20/Au80 (Золотой припой) | 280 |
Припой Sn91Zn9 считается высокотемпературным (91% олова и всего лишь 9% цинка). Температура его плавления составляет 195-2000C. Высокую температуру плавления данному сплаву придаёт практически 100% содержание олова, которое также способствует увеличению прочности.
Припои с содержанием цинка заслужили нелучшую славу. Причина в том, что цинк придаёт сплаву повышенную химическую активность и низкую коррозийную стойкость. В связи с этим, припои на основе цинка требуют использования активных флюсов, а это требует обязательной отмывки после пайки. Припойные пасты с содержанием цинка нельзя долго хранить. А пайку ими рекомендуется вести в среде защитного газа.
Наиболее удачным для замены оловянно-свинцового припоя Sn63Pb37 является близкий по свойствам сплав Sn95,5Ag3,8Cu0,7. Он применяется для пайки оплавлением при поверхностном монтаже элементов.
Двухкомпонентный припой Sn99,3Cu0,7 имеет низкую прочность пайки и довольно высокую температуру расплавления в 2270C. По сравнению с оловянно-медными припоями лучшими качествами, как по смачиваемости, так и по прочности, обладают серебросодержащие. Так припой Sn96,5Ag3,5 успешно применяется при сборке специальной аппаратуры. Тесты показали, что он имеет более высокие показатели надёжности по сравнению с аналогичными свинцовыми припоями.
Как видим, есть припои, в которых свинец отсутствует вовсе, и его нет даже в небольшом процентном отношении. Но так ли плох свинец на самом деле?
Свинец, как в виде сплава, так и в чистом виде известен человечеству давно. Использовался для изготовления даже водопровода в Древнем Риме! Да, именно так, хотя его химические соединения опасны для здоровья, он имеет свойство накапливаться в организме.
Свинец довольно дёшев и обладает свойствами, которые придают припою необходимые характеристики. В связи с этим, с помощью свинца и заменяют олово в припое. Свинец устойчив к действию серной кислоты, применяется для опрессовки кабеля. Без свинца не могло бы быть такого важного направления как ядерная энергетика.
Чистым оловом также можно производить пайку, но оно довольно дорого, обладает высокой температурой плавления (231,90C) и таким нежелательным, но удивительным свойством, как “оловянная чума”.
Самое забавное, что принимаются попытки замены свинца на другие компоненты в таких сферах как производство оружия. Ни для кого не секрет, что пули изготавливают, в том числе, и из свинца.
Так что, возможно, в скором времени можно будет сказать, что для уничтожения себе подобных используются боеприпасы безопасные для экологии и здоровья .
Главная » Радиоэлектроника для начинающих » Текущая страница
Также Вам будет интересно узнать:
Какой монтажный инструмент необходим начинающему радиолюбителю?
SMD монтаж. Технология поверхностного монтажа.
“Мультирозетка”. Собираем многофункциональную розетку.
Источник
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.
Источник
Если вы только начали свой нелегкий путь в освоении радиоэлектроники, то наврятли задавались вопросом, какие виды припоя существуют и чем они отличаются. Как говорится, главное, чтобы было чем паять.
Зачастую используется самый распространенный вид ПОС – 61 либо же ПОС – 60. В самых критических случаях можно даже собрать припой с завалявшихся устаревших печатных плат отслужившего свое прибора.
Но все-таки между разными марками припоя есть существенная разница и вы просто обязаны понимать в каких случаях предпочтительнее применять тот или иной вид.
Что такое припой
Припой – это сплав металлов с добавлением всевозможных примесей, благодаря которым достигаются требуемые: температура плавления, твердость, текучесть и т. д.
Существующие виды припоя
Виды припоя можно разделить на два больших подвида:
1. Легкоплавкие (мягкие).
2. Тугоплавкие (твердые).
Мягкие припои применяются в большинстве случаев для выполнения ремонта всевозможных электронных плат радиоаппаратуры. И максимальная температура плавления такого припоя равна максимум 450 градусам.
Наиболее распространенный вид припоя – это ПОС – Припой Оловянно – Свинцовый. Затем следующими цифрами в марке изделия указывается процентное содержание такого металла как олово. То есть если перед вами ПОС – 40, то значит в этом припое содержится 40% олова и 60% свинца. Если же марка ПОС – 61, то перед вами припой где 61% олова и 39% свинца.
Это хорошо когда марка изделия указана, но зачастую перед нами просто кусок припоя неопределенной марки. В этом случае выполнить примерную оценку его состава вполне возможно по внешним признакам и виду, а именно:
– ПОС обычно имеет температуру плавления, лежащую в интервале от 183 до 265 градусов.
– Посмотрите на припой. Если он обладает выраженным металлическим блеском, то, вероятнее всего, перед вами как минимум ПОС – 60 с высоким содержанием Олова. И соответственно обратная ситуация, если цвет припоя матовый, то в нем высокое содержание свинца.
– Погните припой. Ведь если в припое много свинца, то прут толщиной 8 мм будет легко гнуться (вероятно, перед вами ПОС – 30).
В свою очередь олово достаточно прочный металл и при его высоком содержании пруток будет достаточно жестким.
Где используется припой марки ПОС
Теперь давайте рассмотрим основные марки и их область применения:
1. ПОС – 90 (Олово 90%, Свинец 10%). Такой припой используется во время ремонта посуды для приема пищи и различного медицинского оборудования.
2. ПОС – 40 (SN 40%, PB 60%). Широко используется при ремонте электроаппаратуры и для разнообразных деталей из оцинкованного железа. Так же используется для восстановления рабочего состояния радиаторов и медных (латунных) трубопроводов.
3. ПОС – 30 (Олово 30%, Свинец 70%). Применим в кабельной промышленности и для осуществления пайки и лужения листового цинка.
4. ПОС – 60 (содержит 60% SN и 40% PB) . Применяется для пайки печатных плат радиоэлектроники. Это основной припой для любого радиолюбителя, так сказать рабочая лошадка любителей поделок. Такой припой начинает плавиться при температуре в 183 градуса по Цельсию, а температура его полного расплавления равна 190 градусам.
А вот у ПОС – 30, ПОС – 40 и ПОС – 90 температура плавления лежит в диапазоне от 220 до 265 градусов по Цельсию. Важно понимать, что такая температура для многих радиоэлементов является предельно допустимой, поэтому ПОС -60 наше все.
Примечание. ПОС-61 и ПОС -60 практически не имеет отличия, поэтому будет рассматриваться как один тип припоя.
Отличным забугорным аналогом ПОС -61 является Sn63Pb37(SN 63% а свинца 37%).
Внешний вид
Зачастую припой реализуется в катушках или же тюбиках.
При этом проволока обладает различным диаметром. И сейчас все более популярна комбинация, когда флюс входит в состав припоя (флюсом заполняется центральная полость в трубке из припоя).
Данный форм фактор доказал свою эффективность и удобство в использовании.
Отдельно хочу выделить припой марки ПОССу, (да, не смейтесь есть такой) и расшифровывается он как припой оловянно-свинцовый с сурьмой. Такой припой отлично подходит для пайки оцинкованных изделий, активно применяется для пайки автомобильных цепей и ремонта холодильного оборудования.
Как вы, наверное, уже поняли из таблицы такой припой отлично заменяет ПОС – 61. Кроме этого так же есть ПОСу 95-5 припой, где нет свинца в принципе Олово – 95% Сурьма – 5%. Температура плавления такого припоя лежит в диапазоне 234-240 градусов по Цельсию.
Припои с низкотемпературными параметрами
Если у вас есть плата, где используются компоненты максимально чувствительные к перегреву, то вышеперечисленными видами припоя вы скорее испортите полностью изделие, которое хотели починить. Именно для таких случаев созданы низкотемпературные припои. И наиболее тугоплавкий из таких:
ПОСК-50-18 (SN -50%, Кадмия – 18%, 32% – PB ). Кадмий добавляет износостойкость к коррозии, но делает припой токсичным.
Но наибольшей популярностью среди большинства электронщиков пользуется специальный сплав РОЗЕ (ПОСВ-50). Он состоит из SN 25%, PB 25% и висмута 50%. Основное предназначение – пайка медных и латунных компонентов. А еще это отличный сплав для лужения только что созданной печатной платы.
Так же активно используются в плавких предохранителях.
В заключении моего опуса хочу сказать пару слов о паяльных пастах, которые применяются для пайки CMD элементов и безвыводных микросхем в DGA корпусах.
Данная субстанция состоит из мельчайших шариков сплава Sn62Pb36Ag2 (SN 62%, PB 36% и AG 2%) и безотмывочного флюса. Такая субстанция на воздухе быстро пересыхает и поэтому хранится в тюбиках.
Такая паста используется при сложном ремонте, например телефонов и стоит просто неприлично дорого из-за содержания серебра.
Припой на катушке я покупаю здесь.
Это все, что я хотел рассказать о припое и его видах. Если вы осилили стену текста, и она вам понравилась, то ставим палец вверх, делимся статьей в соц. сетях и подписываемся!
Источник