Пайка соединений

Электроника, электрика / Не разобранное - электрика
Alexsandrs
1 791
19-11-2017, 19:08
0

В радиоэлектронной аппаратуре первостепенное значение имеет высокое качество и надежность электрических контактов.
В ранний период развития радиотехники для получения хороших контактов пытались применять массивные зажимы, допускающие сильное сжатие. В результате этого при большом давлении разрушались пленки оксидов на поверхности проводников, а сами проводники частично деформировались и образовывали прочный контакт. Впоследствии стало ясно, что хорошие контакты могут быть получены только с помощью пайки.
Пайка является одним из основных технологических процессов при производстве РЕА, при которой получается механически прочная диффузионная связь металлов, имеющая постоянное переходное сопротивление контакта. Кроме того, при пайке возможны замена, перестановка и повторная пайка проводников и других компонентов электрической схемы

. Схема процесса пайки показана на рис. 1

Рис 1. Схема процесса пайки: 1 - паяльник, 2 - замещение флюса припоем, 3 — расплавленный припой, 4 — контактный лепесток, 5 — провод

При нагреве материала основного контакта и монтажного проводника, например, паяльником, припой расплавляется. Жидкий припой смачиваст контактный лепесток и проводник, заполняет все пустоты между ними и частично проникает (диффундирует) в них. После остывания затвердевший припой образует сплошной массивный контакт, который сохраняет свою прочность и электрическое сопротивление в широком диапазоне изменений температуры, влажности и других внешних воздействий.
Высокое и стабильное качество паяных контактных соединений достигается выполнением следующих условий:
выбором припоя, способного к диффузионному проникновению в паяемые металлы и образованию оптимальной структуры паяного соединения;
выбором оптимального состава флюса, обеспечивающего активное растворение оксидной пленки или исключающего ее образование на поверхности соединяемых деталей и припоя;
подготовкой поверхностей соединяемых элементов, состоящей из удаления загрязнений, оксидов, остатков лакокрасочных, консервирующих и пассивирующих покрытий, а также предварительного лужепия поверхностей;
выбором способа нагрева, при котором обеспечивается более равномерный прогрев соединяемых деталей.

Припои

При монтаже РЭА чистым оловом не пользуются, eго применяют только для лужения медной посуды олово, как и серебро, не подвержено коррозии, но в отличие oт серебра, оно гoраздo, дешевле и доступнее. Поэтому уже в древние времена олово часто использовали для изготовления кубков и другой посуды, а также украшений одежды и других предметов быта. Оловом пользовались и фальшивомонетчики.
Для контактных паек применяют сплавы олова со свинцом и другими металлами. Одна из причин отказа от чистого олова при монтаже РЕА — это боязнь «оловянной чумы». Впервые с этим явлением столкнулись в конце XVIII в., когда в Петербурге неожиданно стали рассыпаться оловянные пуговицы на солдатcких мундирах. Долго не могли понять причину такого явления, но теперь мы знаем, что при низких температурах чистое олово кристаллизуется и переходит в очень хрупкую модификацию, которая рассыпается при первом прикосновении.
Температура плавления чистого олова 232* С, свинца 327' С, а сплава олова со свинцом ниже температуры свинца и даже олова. Оптимальным соотношением является 64% олова (Sn) и 36% свинца (Pb), при котором температуры плавления и затвердевания совпадают и имеют самое низкое значение (183' С).
Для большей текучести и хорошей смачивающей способности припоя температура пайки должна быть выше точки его плавления. В этом случае необходимо учитывать, что при слишком высокой температуре может возникнуть коробление или расслоение диэлектриков.
Поэтому при монтаже РЭА предпочтение отдают припою ПОС-61, содержащему 61% Sn и 39% РЬ: в некоторых случаях добавляют небольшое количество сурьмы (0,8%). Температура плавления такого припоя 190' С. Для менее ответственных паек применяют более дешевый припой ПОС-40, содержащий 40% Sn; температура плавления припоя 235' С.

Флюсы

Химически активные вещества флюса должны вступать в реакцию с оксидами металлов и удалять их с паяемых поверхностей. Температура начала активного действия флюса должна быть на 50 — 100' С ниже температуры плавления припоя, а максимальная активность должна соответствовать температуре пайки. Флюс должен защищать паяемые поверхности от окисления кислородом воздуха.
Для того чтобы флюс легко удалялся с поверхности припоя, его удельная масса должна быть меньше удельной массы расплавленного припоя. Кроме того, флюс не должен обладать последующим коррозионным действием и снижать сопротивления изоляции монтажных соединений.
При монтаже РЭА применяют флюсы, не содержащие кислот (например, канифоль или раствор канифоли в этиловом спирте). Канифоль состоит из нескольких компонентов, основную часть которых составляет сосновая смола.
Для улучшения очищающей способности канифольного флюса в него вводят активаторы (органические и неорганические вещества). Такой флюс называют активированным; им можно производить пайку без предварительного удаления оксидов после их обезжиривания. В качеств активаторов спирто-канифольных флюсов применяют, например, этилацетат и метилэтилкетон.
Наилучшие рецепты флюсов составлены таким образом, что большая часть их активаторов при температуре пайки разлагается или испаряется. Этого условня достигают в трубчатых припоях с сердцевиной, выполненной из флюса, в результате чего весь флюс в процессе пайки нагревается до температуры плавления припоя. Поскольку флюс выплавляется раньше, чем начинает плавиться окружающий его припой, происходит дополнительная активация.
Кроме канифольных флюсов применяют кислотные флюсы (на основе соляной кислоты, хлористых и фтористых металлов), которые активно растворяют оксидные пленки на поверхности металла. Они оказывают сильное коррозионное воздействие на контакты и проводники, поэтому при монтаже РЭА их не применяют.

Детали

Для обеспечения пайки хорошего качества кроме правильного выбора припоя и флюса необходима тщательная подготовка поверхностей деталей под пайку, которая производится как в процессе изготовления деталей, так и непосредственно перед монтажом различными способами:
механической зачисткой поверхностей;
горячим лужением, т. с. покрытием поверхностей, подлежащих пайке, тонким слоем олова;
гальваническим лужением с последующим управлением осажденного слоя олова или оловянно-свинцового сплава;
обезжириванием поверхностей органическим растворителем (чаще всего бензином) непосредственно перед пайкой.
Поверхности, подлежащие пайке, не следует зачищать шлифовальной бумагой или иным наждачным инструментом, так как зерна абразива, ocтавшиеся на очищаемой поверхности, плохо воспринимают пайку. Кроме того, зерна абразива обладают полупроводниковыми свойствами, поэтому после зачистки поверхностей шлифовальной бумагой готовые контакты могут иметь неодинаковую проводимость.
Поверхности монтажных элементов не должны подвергаться пассивированию, анодированию, фосфатированию, воронению, так как после этого они утрачивают способность к пайке. Если необходимо гальваническое защитное покрытие поверхности, применяют никелирование, цинкование, серебрение и др. Наиболее широко используемым способом защиты поверхностей, подлежащих пайке, является гальваническое лужение.

Нагрев

Необходимым условием, обеспечивающим хорошее качество паяных соединений, является равномерный нагрев всех элементов до температуры, превышающей температуру плавления припоя на 30 - 100' С. В противном случае снижается смачиваемость паяемых поверхностей и ухудшается затекание расплавленного припоя в зазоры.
Поэтому способ нагрева выбирают в зависимости от конструкции деталей, входящих в узел, его габаритных размеров, применяемых припоя и флюса, а также материала основных деталей и их покрытия.
Пайке наиболее хорошо поддаются медь и ее сплавы, несколько хуже — железо, плохо — некоторые сорта высоколегированных сталей. Практически совсем не паяется алюминий.
При монтаже РЭА для нагрева деталей используют паяльник, размер и мощность которого выбирают в соответствии с объемом и массой паяемых деталей.
В массовом производстве применяют также нагрев пламенем газовой горелки, индукционный нагрев токами высокой частоты, электроконтактный нагрев, нагрев в жидких средах, в частности волной припоя и т. п.
К недостаткам пайки относится сложность технологического процесса, появление коррозии в местах пайки, особенно при несовершенстве или нарушении технологии удаления остатков флюса, а также невозможность объективного контроля качества соединений.

Качество

Качество монтажных соединений проверяют внешним осмотром, используя лупу с 2 - 10-кратным увеличением, специальную переносную лампу и зеркала. Примеры визуального контроля качества пайки при хорошей и плохой смачиваемости соединяемых деталей припоем приведены на рис. 2, а, б.

Рис 2. Примеры пайки соединяемых деталей при хорошей (а) и плохой (б) смачиваемocти припоем

При пайке монтажных соединений паяная поверхность должна быть глянцевой, без видимых пор, наплывов, острых выпуклостей излишнего припоя и инородных вкраплений. Припой должен заливать места соединений со всех сторон, заполняя щели и зазоры между проводами и контактами. Для обеспечения хорошего качества пайки большое значение имеет поддержание оптимальной температуры нагрева паяльника. У правильно нагретого паяльника припой должен быстро растекаться по поверхности стержня, не скатываясь с нее, а флюс — непрерывно кипеть, не образуя нагара. Примеры правильной и неправильной пайки приведены на рис. 3, а, 6.

Рис 3. Визуальный контроль качества паяных соединении: а - правильная пайка, б — неправильная пайка

Для удаления остатков флюса места пайки протирают хлопчатобумажной тканью или кисточкой, смоченными спиртом или спирто-бензиновой смесью в пропорции 1: 1. После каждой пайки контактные поверхности следует протирать спирто-бензиновой смесью при условии обеспечения целостности лакокрасочных покрытий и изоляции. Кроме того, необходимо принимать меры, исключающие возможность воспламенения паров бензина.

О.Вершинин И.Мироненко

Обсудить на форуме