5. Припои и припойные пасты

5.1. Общая характеристика припоев

В зависимости от условий эксплуатации РЭС, технологии их производства и специфичности конструкций деталей и сборочных единиц припои должны удовлетворять целому ряду требовании. Основные из них следующие:

• температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления соединяемых материалов и не должна быть выше температуры доступного перегрева выводов ЗРЭ;

• припои должны сохранять заданные механические свойства в рабочем интервале температур;

• припои, используемые для монтажной пайки, должны обладать как можно меньшим электрическим сопротивлением;

• интервал температур кристаллизации припоя должен быть не-большим; его значение в случае монтажной пайки не должно превышать 50 °С с тем, чтобы можно было получать качественные паяные соединения;

• припой должен обладать хорошей жидкотекучестью, смачивать поверхности соединяемых материалов, растекаться по ним и проникать в узкие зазоры;

• коррозионная стойкость припоя, паяных швов и паяемого материала должна быть примерно одинакова для предотвращения образования микрогальванических пар (электрокоррозии);

• ТКЛР припоя и соединяемых материалов должны быть близки во избежание образования внутренних напряжений и связанного с ними разрушения спая при температурных нагружениях;

• припой не должен снижать прочность и пластичность соединяемых материалов, а также способствовать их хрупкому разрушению;

• припои должны характеризоваться высокой теплопроводностью и особенно в тех случаях, когда соединяемые детали испытывает резкие температурные перегрузки;

• припои должны быть технологичными.

К технологичным припоям относятся такие припои, которые хорошо сочетают в себе физико-механические и технологические свойства. Например, технологичным является припой с более низкой температурой плавления, если его физико-механические свойства идентичны свойствам припоя с более высокой температурой плавления. Неизменность во времени состава жидкого припоя также является важным показателем технологичности. Более технологичными следует считать самофлюсующие припои, удобные для использования припои в виде трубок, заполненных флюсом, а также припои, содержащие активизирующие компоненты (титан, цирконий и др.). Последние обладают повышенной смачиваемостью окисленных поверхностей паяемых материалов.

По температуре плавления припои разделяет на высокотемпературные и низкотемпературные.

5.2. Низкотемпературные припои

Низкотемпературные припои представляют собой сплавы на основе олова, свинца, цинка, серебра, висмута, кадмия и других металлов.

Наиболее широкое применение в производстве РЭС нашли оловянно-свинцовые припои. Они обладают хорошими технологическими свойствами, пластичны и позволяют выполнять паяные соединения всеми известными способами. Высокой технологичностью обладает сплав с содержанием 61,9 % олова, который является типичным представителем эвтектических припоев. Практически используют припой ПОС61, содержание олова в котором может изменяться от 59 до 61 %. При этом интервал температур кристаллизации составляет около 7 °С.

Применение припоя П0С61, как и других припоев эвтектического типа, позволяет получать качественные паяние соединения по следующим причинам. Во-первых, эвтектические сплавы обеспечивают однородность структуры паяного соединения. Во-вторых, вследствие малого различия температур солидуса и ликвидуса время кристаллизации припоя достаточно мало, что предотвращает дефекты структуры паяного соединения из-за неизбежного перемещения относительно друг друга паяемых элементов. Кроме того, припой ПОС61 весьма пластичен, и поэтому в паяном шве, по существу, не возникают внутренние напряжения термического происхождения. Благодаря невысокой вязкости припой ПОС61 используется при групповой пайке ЭРЭ на печатных платах.

В случае пайки электропаяльником целесообразно использование припоя ПОC6IM, обогащенного медью. Введение меди в состав этого припоя замедляет эрозии жала паяльного стержня, выполненного из меди или медных сплавов.

В состав оловянно-свинцовых припоев вводят сурьму в количестве до 5 % для повышения предела ползучести, снижения склонности к старению и предотвращения разрушения спая при отрицательных температурах.

Механические свойства оловянно-свинцовых припоев весьма чувствительны к температуре. Так при отрицательных температурах оловянно-свинцовые припои теряют пластичность и охрупчиваются.

Паяные соединения, выполненные оловянно-свинцовыми припоями, имеют низкую коррозионную стойкость в условиях тропического климата. С повышением содержания олова в сплаве наблюдается снижение коррозионной стойкости во всех агрессивных средах. Существенное влияние на коррозионную стойкость оказывают примеси. Наиболее вредными являются примеси алюминия, цинка, и кадмия, В случае одновременного присутствия примесей нескольких металлов, в том числе золота, серебра, палладия, коррозия паяного соединения развивается значительно быстрее, приводя к разрушению паек при длительном хранении изделий даже в отсутствие агрессивных сред.

При пайке серебряных пленочных покрытий на керамических деталях возможно разрушение металлической пленки вследствие растворения серебра в оловянно-свинцовых припоях. Для исключения этого явления в состав оловянно-свинцовых припоев вводят серебро в количестве до 3 %. Припои на основе олова, свинца и серебра "обладают высокой пластичностью и хорошими технологическими свойствами.

Оловянно-свинцово-кадмиевые и оловянно-свинцово-висмутовые припои характерны более низкими температурами плавления, чем оловянно-свинцовые припои. В связи с этим их применяют для пайки термочувствительных элементов. Однако для групповой пайки оловянно-свинцово-кадмиевые и оловянно-свинцово-висмутовые припои не рекомендуются.

Оловянно-цинковые припои с содержанием цинка от 10 до 40 % применяют для пайки алюминия, его сплавов.

Особенностью индиевых припоев является возможность получения вакуумно-плотных соединений. Относительно низкая температура плавления припоев позволяет их использовать дня пайки стеклянных и кварцевых изделий, узлов криогенной техники. Индиевые припои отличаются высокой коррозионной стойкостью в щелочных растворах, пластичностью и хорошей смачивающей способностью. Их целесообразно применять для пайки материалов с различными ТКЛР.

Галлиевые припои представляют собой амальгамы с температурой плавления, близкой к комнатной. Столь низкие температуры плавления припои сохраняют в исходном состоянии. Однако в процессе изотермической выдержки деталей с нанесенным на их поверхность припоем образуется паяное соединение, обладающее достаточно высокой прочностью и имеющее намного большую температуру плавления, чем температура плавления припоя. Эта особенность галлиевых припоев позволяет их использовать для пайки элементов с очень высокой температурной чувствительностью.

Амальгамма –сплав, один из компонентов которого ртуть. В зависимости от соотношения ртути и других металлов амальгамма иожет быть при комнатной температуре полужидкой и твердой.

Из новых материалов применяются высокочистые припои для машинной пайки Мультипью, Экструзол, предназначены для применения при групповых методах пайки таких, как пайка волной/двойной волной припоя или погружением. Экструзол изготавливается по уникальной технологии что позволяет получить припой, свободный от растворенных окислов, способствующих образованию шлаков и уменьшению смачиваемости, и имеющий чистую поверхность, без загрязнений и окисной пленки, неизбежных для припоев, полученных литьем.

Многоканальный трубчатый припой с флюсом, не требующим отмывки Х39В, разработан для пайки печатных плат радиоэлектронной аппаратуры без отмывки от остатков флюса после пайки. Он оставляет минимальное количество остатков на плате и не разбрызгивается. Следовательно, отмывка остатков флюса не требуется для большинства применений. Поэтому припой может использоваться при ручной пайке без отмывки от остатков флюса и является прекрасным дополнением к процессам групповой пайки волной и оплавлением без отмывки или позволяет ремонтировать отмытые печатные узлы без повторной отмывки.

Трубчатые припои Х39В в стандартном исполнении производятся на основе сплавов Sn60 (60 % олова, 40 % свинца) и Sn62 (62% олова, 36% свинца, 2 % серебра).

Припой Sn62 с добавлением 2 % серебра выпускается специально для технологии поверхностного монтажа. Это обусловлено требованиями надежности аппаратуры и позволяет предотвратить при пайке миграцию серебра, используемого при производстве безвыводных компонентов, в припой.