Технология выполнения пайки

Сущность и применение пайки металлов

Процесс соединения заготовок, в результате которого их материал не расплавляется, называется пайкой. То есть, материал не изменяет своих технических характеристик и качеств.

Пайка металлов происходит за счет смачивания поверхностей заготовок жидким припоем, которым заполняется зазор между двумя металлическими изделиями. При этом припой – это металл или сплав нескольких металлов, обычно олова и свинца.

Соединение с помощью пайки, без расплавления, дает возможность в будущем разъединить детали (распаять или перепаять заново), не нарушая их свойств. Качество пайки зависит от типов соединяемых металлов, от припоя и флюса, нагрева и вида соединения.

В чём суть пайки

В паяльном деле используется способность одних металлов в расплавленном состоянии эффективно растекаться по поверхности других под действием гравитации и умеренного поверхностного натяжения. Соединение пайкой неразъёмное: две соединяемые детали как бы обволакиваются слоем припоя и остаются неподвижными после его застывания.

Поскольку мы будем рассматривать пайку именно в контексте пайки металлов, то наиболее важными параметрами будут прочность механического и проводимость электрического соединения. В большинстве случаев это прямо пропорциональные величины и если две детали плотно схвачены, то и проводимость между ними тоже будет высокой. Однако припой имеет удельное сопротивление выше, чем даже у алюминия, поэтому его слой должен быть как можно более тонким, а укрывистость — максимально высокой.

Для того чтобы пайка была возможна в принципе, существует два условия. Первое и важнейшее — чистота деталей в месте спайки. Припой присоединяется к поверхности металла на атомном уровне и наличие даже малейшей оксидной плёнки или загрязнений сделает надёжное прилипание невозможным.

Второе условие — температура плавления припоя должна быть значительно ниже температуры спаиваемых деталей. Это кажется очевидным, но существуют припои с температурой плавления выше, чем у алюминия, к примеру. Кроме того, если реальная разница в температурах плавления недостаточно высока, при застывании припоя температурная усадка деталей может помешать нормальному формированию кристаллической решётки припоя.

Какие используются инструменты и аксессуары при пайке?

Основой для производства паяльных работ выступает относительно небольшое число инструментов и компонентов:

1. Электрический (или другой) паяльник.
2. Подставка для паяльника.
3. Припой.
4. Флюс (самый простой и популярный – канифоль).

Таким выглядит упрощённый вариант «железа» и аксессуаров для производства ручной пайки. Однако с повышением навыков электромонтажника и увеличением потребностей в паяльной работе, не исключается расширение ассортимента, когда дополнительно потребуется:

1. Паяльная станция.
2. Приспособление «Третья рука».
3. Набор припоя, флюсов, паяльных паст.

Какой он — электрический паяльник?

Ручной инструмент — паяльник, питается от стандартной розетки переменного тока (220В). Есть инструмент прямого питания и питания через адаптер. Существуют паяльники ручного применения под разную мощность (10 – 100 Вт). Однако для большинства случаев пайки обычно достаточно прибора мощностью 25-40 Вт.

Ручные конструкции паяльных инструментов производятся разных форм и конфигураций. Есть инструменты, дополненные разными формами наконечников и вспомогательными аксессуарами

Главный инструмент паяльного процесса выпускается разными вариантами исполнения. Например, простой с рукояткой или в виде пистолета.

Конструкция большей части паяльников поддерживает взаимозаменяемость паяльных наконечников. Благодаря взаимной замене наконечников, реализуются разные способы пайки.

Работа с ручным паяльником требует осторожности и соблюдения правил эксплуатации, поскольку используется высокая температура нагрева 450-500ºC и высокое напряжение питания 220 В.

Какая лучше подставка под электропаяльник?

Этот аксессуар носит опционный характер, но рекомендуется в любом случае. В принципе, пайку допустимо проводить и без наличия подставки под паяльник, но такой вариант сопровождается массой неудобств. Тем более, не рекомендуется работать без подставки начинающим электро-монтажникам.

Подставка под парковку паяльного инструмента – аксессуар, которым обеспечивается не просто удобство пользования и пайки, но также безопасность для электромеханика

Удобная работа с подставкой видятся не только в парковке паяльника при производстве работ. Обычно подставка оснащается ванночками для припоя и флюса, что также дополняет комфорта при производстве пайки.

Поэтому, намереваясь заняться паяльными работами, следует обзавестись не только паяльником, но также удобной практичной подставкой.

Какие применяются припои и флюсы?

Существует масса разновидностей припоя применительно к условиям пайки. Этот аксессуар для пайки поставляется:

• свинцовым сплавом,
• бессвинцовым сплавом,
• с добавлением флюса,
• без добавления флюса.

Традиционно припой выпускается проволочной формой диаметром 0,8-15 мм, а также прутками. Проволочный вариант считается наиболее распространенным.

Для пайки электроники чаще всего используют бессвинцовый припой с добавлением канифоли или без добавления таковой. Бессвинцовый тип припоя основан на сплаве олова и меди.

Практикуется (значительно реже) свинцовый припой (60% олова, 40% свинца), но этот вариант считается вредным для здоровья и не рекомендуется к применению.

Применяя свинцовый припой для пайки паяльником, необходимо обеспечить более активную вентиляцию. После завершения паяльных работ обязательно мыть руки хозяйственным мылом.

Неотъемлемые аксессуары пайки с помощью ручного паяльника – паяльная канифоль и припой в проволочном исполнении. Также существуют паяльные пасты и припои прутковой формы

Работа с припоем сопровождается разными видами флюса. Среди применяемых вариантов есть вариант пайки, где в качестве флюса выступает кислота (пайка стали, нержавейки).

В этом случае рекомендуется отдельный «кислотный» сердечник паяльника, так как кислота быстро «съедает» цветной металл. «Кислотный» сердечник можно найти в специализированных магазинах.

Как паять ручным паяльником и чистить жало?

Производство пайки требует периодической очистки жала сердечника паяльника. На практике часто используется стандартная влажная губка, благодаря которой жало сердечника паяльника удаётся сохранять очищенным, оптимальным для работы.

Также губка достаточно эффективно снимает окисление, которое неизбежно образуется. Наличием плёнки окисления на жале сердечника паяльника закрывается рабочий слой припоя. Образуется плёнка чёрного цвета, блокирующая активное прилипание припоя и равномерное распределение по жалу.

Использование обычной влажной губки видится эффективным, но такой способ приводит к сокращению срока службы наконечника по причине расширения и сжатия меди. Кроме того, мокрая губка на время снижает температуру наконечника. Поэтому лучшей альтернативой для очистки видится применение латунной «губки».

Удобное средств для выполнения чистки жала паяльника от окислов и остатков расплавленного припоя – латунная сетка. Более совершенная альтернатива традиционной мокрой губки

Такой аксессуар, как латунная «губка», представляет собой металлическую мелкую сетку из латуни, подобную той, что применяется для мойки посуды. Разница только в том, что моечная сетка делается из стали или нержавейки.

Зачем нужны паяльная станция и «третья рука»?

Более продвинутым инструментом в технологическом плане является паяльная станция. Инструмент такого вида практично использовать, когда существует необходимость постоянной работы, связанной с пайкой.

Паяльная станция обеспечивают большую гибкость в работе, плюс контроль работы (автоматическая регулировка температуры нагрева).

Преимущественной стороной паяльной станции является способность устройства держать заданную температуру паяльника. Такой подход способствует высокому качеству исполнения паяльных работ по целому ряду проектов.

Паяльные станции способствуют созданию безопасного рабочего места, поскольку включают в конструкцию температурные датчики, настройки предупреждений и даже защиту паролем.

Паяльная станция и «третья рука» — инструменты для профессионального использования, когда дело касается объёмного выполнения работ, а также проведения пайки мелких электронных деталей

Дополнительно к паяльной станции, профессиональными электромонтажниками используется ещё один инструмент – так называемая «третья рука».

Речь идёт о специальном держателе, оснащённом увеличительным стеклом. При помощи такого держателя удобно паять миниатюрные детали и работать с электронными платами мелкой разводки.

Популярные вопросы

Чем нужно зачищать концы проводов?

Использовать грубые абразивы для зачистки не рекомендуется. Их частицы застревают в поверхности, удалить полностью не представляется возможным. А при эксплуатации абразивы провоцируют развитие процесса окисления. Качественную зачистку обеспечат: скребок, нож, напильник, надфиль. При работе с токопроводящими проводами рекомендуется предварительно покрыть их активированным флюсом, остатки которого следует удалить по окончании пайки.

Какой мощности выбрать паяльник для бытовых нужд?

Мощность определяет функции инструмента. Если основная часть работ планируется с профилями и толстыми проводниками, то подойдёт устройство до 65 Вт. Пайку проводов диаметром до 0,6 мм осуществляют паяльником до 25 Вт.

Играет ли роль способ скрутки на прочность и функционал соединения?

Каждый способ имеет своё предназначение:

• простые скрутки подходят для одножильных и многожильных проводов, но их предварительно следует очистить от изоляционного слоя;

• бандажные соединения используются при работе с толстыми токоведущими проводами;

• желобковые выполняются с проводниками, имеющими легкоплавкую изоляцию;

• простая, но последовательно выполненная скрутка (британская) применяется для соединения токоведущих кабелей, имеющих сечение до 1,4 мм2.

Сколько времени нужно греть припой?

Некоторые при пайке берут припой на паяльник. Делать этого не нужно. Достаточно установить припой над скруткой проводников и прогреть его, едва касаясь жалом. Достаточно 3-4 секунды для плавления вещества.

По каким признакам можно понять, что пайка выполнена удачно?

На успешно выполненную работу указывают следующие признаки:

• слой припоя должен покрывать все концы проводников;

• цвет пайки должен быть блестящим, а не матовым;

• при механическом воздействии (лёгком!) соединение сохраняет целостность.

Требуется ли какая-либо подготовка нового паяльника к работе?

Да, жало нового инструмента необходимо очистить от окиси и покрыть оловом. Наконечник после нагрева трут о нашатырный камень, после чего расплавляют на нём каплю припоя. Завершается подготовка паяльника обычной чисткой жала.

Как верно использовать припой

Припой представляет собой сплав олова и свинца с возможной добавкой других металлов. Форма выпуска — трубка или проволока. Внутри припоя находится канифоль.

К сведению. Соединение деталей припоем очень удобно.

Именно с помощью припоя с флюсом в составе удобно спаивать между собой различные детали.

Перед процессом необходимо залудить соединяемые поверхности

Рекомендуется использовать следующие модификации:

• ПОС-61;
• ПОС-50;
• ПОС-40.

К сведению. Наиболее удобными металлами для соединения являются латунь и медь.

Остальные металлы поддаются соединению несколько хуже и могут потребовать использование флюса. Это то вещество, которое препятствует процессу окисления металлов во время нагрева. В качестве такого компонента рекомендуется использовать сосновую канифоль.

В процессе нагрева необходимо сначала пройтись кислотой

При использовании припоя нужно следовать ряду советов:

• Стряхнуть излишек припоя с конца жала или быстро вытереть его при помощи тряпки. Чистая поверхность является более притягательной для расплавленного металла.
• Нельзя брать на конец жала слишком маленькое количество припоя. Будет отсутствовать тот необходимый объем, за счет которого можно производить соединение деталей качественно.
• Слишком большое количество прибоя может вызвать замыкание соседних контактов.
• Недостаточность флюса ведет к рыхлости полученной точки соединения. Его избыток приводит к выплеску припоя на соседние контакты.
• Если количество смеси с флюсом подобрано верно, то состав без проблем втягивается в зазоры между элементами пайки.

Виды и особенности данного способа

Процесс подразделяют на следующие категории:

– метод разогрева и заполнения расплавленного припоя шва в месте соединения;

– характеристика затвердения и кристаллической решетки шва или покрытия поверхностей при лужении;

– способ удаления оксидной пленки с поверхности;

– метод с улучшенными временными характеристиками для разогрева места соединения;

– вид нагрузок на соединяемые детали.

Главное значение при выборе способа сварки – температурных характеристик расплавления разных видов припоев. Расплавляется припой при температуре до 460 0 – процесс называется низкотемпературным. Свыше этого значения нагрева – высокотемпературным.

Самым простым является низкотемпературный с использованием флюса. Энергозатраты для него небольшие, возможность соединять тонкие детали из стали и сплавов, повышенный уровень теплопроводности и паяние разных по составу металлов – это основные преимущества данного вида.

Некоторые плюсы имеет высокотемпературная пайка:

• Под флюсом, соединение получается герметичным, с плотной основой шва.
• Для работы в домашних условиях используются маленькие газовые горелки.
• Соединение получается только на материалах с температурой плавления свыше 460 градусов.

Еще один вид – это композиционный способ.

Используется при монтаже металлических конструкций с большим углом изгибов. Применяя композиционный припой с наполнителями из легкоплавящихся добавок – добиваются прочного и надежного соединения узлов конструкции. Края заготовок при этом только разогреваются, а расплавленный припой заполняет все пустоты и соединяет детали.

Подразделяют по способам производства припоя. Здесь принято считать припой может быть уже готовым (олово) и получаемый при химической реакции при разогреве материалов спайки. Наиболее часто применяемый – готовый припой. Его разогревают до жидкого состояния, он заполняет места соединения деталей и, остывая, делает соединение неразъемным и надежным. Он удерживается на поверхности деталей с помощью капиллярности, это гарантирует достаточный уровень прочности в месте стыковки.

При использовании химической реакции взаимодействия, происходит выделение из материалов спайки припоя и флюса. При этом происходит образование жидкости припоя. Она заполняет шов между деталями, остывая, делает свою работу.

Для получения хорошего качества присоединения, большое значение имеет применяемый источник тепла для расплава припоя и проведения реакции пайки. Самый известный и доступный для каждого – это паяльник. Часто требуется применение газовых горелок, промышленных фенов.

Для низкотемпературного способа, наиболее часто используют различные паяльники. При этом способе, при помощи нагрева поверхности места пайки, жалом инструмента снимаем часть припоя и в расплавленном состоянии заполняем отверстие или края соединяемых поверхностей. Для получения более надежного, герметичного соединения, обязательно разогревать места спайки.

Для высокотемпературного способа, можно использовать электрические паяльники большой мощности. Но лучше для этого вида использовать газовые и другие виды горелок. Паяльная лампа на бензине, керосине, а также горелки на метане или пропан – бутане – эти инструменты позволят исполнить качественную пайку даже в полевых условиях.

Проведя небольшой урок по теории, переходим к практическому занятию. Пайка микросхем, изготовление плат для радиотехники, позволят всегда иметь хорошо оплачиваемую работу, да и для домашнего хозяйства умение паять пригодится. Поэтому рассмотрим этот вид пайки более подробно.

Самодельный молотковый паяльник

В домашних условиях можно изготовить мощный паяльник для спаивания массивных металлических элементов. Такой паяльник имеет высокую теплоёмкость, которая обеспечивает достаточную температуру для выполнения необходимых работ.

Нужно расклепать массивный медный брусок или толстый прут, чтобы изготовить жало. Его необходимо будет выточить при помощи напильника, чтобы получить отчётливые рёбра и грани. Угол должен составлять от 30 до 45 градусов. В качестве держателя можно использовать стальной пруток либо пластину, которая будет присоединена к паяльному жалу. Можно также изготовить ручку и прикрепить её к паяльнику.

Выбор инструмента

Что нужно для пайки паяльником? Инструменты бывают разные. Они отличаются по мощности, скорости нагрева, потребляемому напряжению. В зависимости от этих характеристик они используются для выполнения конкретных задач. Флюсы, обеспечивающие более равномерный разогрев спаиваемых деталей и лучшее прилипание к ним припоя, тоже отличаются в зависимости от задачи. Канифолью не запаять BGA-микросхему на плату. А ортофосфорная кислота — это немного перебор для того чтобы припаять или залудить два медных провода. Сам припой тоже бывает очень разным по составу, что обуславливает как температуру его плавления, так и области применения в приборах.

Технологии пайки печатных плат

Пайка элементов на печатные платы, пластинки из диэлектрического материала с токопроводящими дорожками на поверхности, осуществляется вручную, на полуавтоматическом или автоматическом оборудовании.

Существует два способа создания электронных микросхем:

• TNT (DIP) – штыревые контакты элементов выводятся на наружную часть платы через отверстия;
• SMD – контакты электронных компонентов фиксируются на металлизированных дорожках на поверхности платы.

При создании сложных микросхем выполняют смешанный монтаж. На плату с металлизированными отверстиями и дорожками на первом этапе монтируют SMD-элементы, на втором – DIP-элементы.

Виды паек печатных плат

По количеству синхронно устанавливаемых элементов, пайка плат бывает:

• групповой (одновременной), с термическим воздействием на всю поверхность пластины из диэлектрика;
• индивидуальной (селективной), с воздействием на конкретный участок поверхности.

В зависимости от технологии, различают следующие виды пайки:

• волной припоя;
• в паровой фазе;
• ИК-нагревом;
• конвекционным методом;
• лазером.

Указанные технологии позволяют существенно ускорить монтаж за счет групповой пайки элементов на печатные платы на автоматизированном оборудовании.

Пайка волной припоя

Технология разработана в 50-х годах прошлого века и используется при серийном производстве электронных приборов.

На первом этапе на печатную плату устанавливаются электронные компоненты, после чего она попадает на конвейер. Там мест пайки покрывают флюсом, затем предварительно прогревают плату и перемещают над ванной с расплавленным припоем. Специальные сопла создают волну с гребнем специально рассчитанной высоты и формы, которая смачивает припоем контактные площадки и выводы установленных деталей.

В основном данная технология используется при DIP–монтаже, когда электронные компоненты размещаются с одной стороны платы, а контактные площадки и выводы – с другой. Пайка волной припоя может задействоваться и для крепления SMD-элементов. В этом случае компоненты требуется предварительно приклеить к плате специальным составом. Так как плата должна размещаться над ванной SMD-элементами вниз, расплавленный припой омывает не только плату, но и корпуса электронных компонентов. Так как не все элементы способны выдерживать высокий нагрев, это ограничивает применение технологии пайки волной припоя.

Конденсационная пайка (в паровой фазе)

Данная технология подходит для мелкосерийного производства печатных плат и позволяет монтировать SMD-элементы любого типа, не боясь перегрева.

Нагрев платы с электронными компонентами, предварительно установленными на паяльную пасту, осуществляется за счет конденсации пара в камере автоматизированной установки. Источник пара – химически инертная жидкость, не провоцирующая возникновения коррозии. Выбор жидкости с подходящей температурой кипения (от 160°С до 260°С) зависит от индивидуальных требований к условиям пайки и типа припоя (свинцовосодержащий или бессвинцовый).

Пар кипящей жидкости вытесняет воздух из камеры, поэтому пайка осуществляется в бескислородной среде. Так как температура пара стабильна, исключен перегрев компонентов и обеспечивается безупречная повторяемость процесса. Данный вид пайки печатных плат позволяет создавать изделия любой сложности, включая гибкие платы, многослойные, на алюминиевом основании.

Пайка инфракрасным излучением

Технология инфракрасной пайки заключается в воздействии сфокусированным потоком ИК-лучей на участки объекта пайки. Для изготовления плат используется полуавтоматическое и автоматическое оборудование. По типу источника излучения различаются три вида установок:

• ламповые;
• панельные;
• комбинированные, с лампами и панелями.

Конструкция усовершенствованных ИК-печей позволила избавить технологию от ряда недостатков – предусмотрен отвод испарений флюсов, обеспечивается максимально равномерный нагрев изделий, без появления горячих точек, за счет предварительного прогрева плат.

Инфракрасная пайка:

• подходит для серийного и массового изготовления печатных плат;
• не требует предварительно приклеивать компоненты при одностороннем монтаже;
• позволяет изготавливать платы с высокой плотностью расположения компонентов;
• дает возможность фиксировать электронные компоненты всех типов, включая элементы с контактными площадками, скрытыми под корпусом;
• позволяет осуществлять дифференцированный подвод тепла – обеспечивать разный режим нагрева для разных зон платы.

При этом важно учитывать, что для каждого типа печатного узла требуется правильно подобрать режим пайки. Кроме того, есть ряд ограничений, касающихся материала изготовления печатных плат, выбора элементной базы.

Конвекционный метод

Конвекционная пайка – широко распространенная технология, при которой нагрев паяльной пасты осуществляется за счет принудительной конвекции горячего воздуха. Чтобы минимизировать процесс окисления, пайка может производиться в инертной среде.

Процесс проходит в четыре этапа:

• предварительный нагрев платы с установленными компонентами;
• стабилизация (выравнивание температуры);
• оплавление;
• охлаждение.

Для конвекционной пайки используются специальные камеры с регулировкой температуры либо конвейерные печи, где плата перемещается из одной температурной зоны в другую.

Температурный профиль пайки элементов на печатные платы формируется с учетом вида оборудования, состава паяльной пасты, материала изготовления печатной платы, характеристик электронных компонентов.

Лазерное излучение – мощный источник тепловой энергии, воздействующий локально. При пайке электронных компонентов нагреву подвергается отдельный вывод или ряд выводов. При этом современные установки для сборки электронных модулей позволяют осуществлять монтаж со скоростью около 10 выводов в секунду, что приближает производительность такой селективной пайки к классическим видам групповой.

Пайка лазером незаменима при создании сложных микроэлектронных устройств. К достоинствам технологии относят:

• минимальное температурное воздействие на корпус электронных компонентов, что позволяет припаивать термочувствительные элементы без риска перегрева;
• низкую степень окисления припоя;
• возможность изготовления модулей с высокой плотностью монтажа и минимальным шагом выводов без возникновения шариков припоя и перемычек.

Весь технологический цикл может быть автоматизирован и включать в себя лазерный контроль качества паяных соединений.

От других видов паек печатных плат лазерная отличается более высокой стоимостью оборудования.

Виды флюсов

При термическом воздействии на поверхности металлической заготовки образуется оксидное покрытие, препятствующее образованию качественного соединения с припоем. Для устранения таких препятствий используют разные виды флюсов для пайки, некоторые из которых также ликвидируют следы ржавчины и окалины.

Флюсы можно классифицировать как раз по совместимости с припоями (твердыми и мягкими) или по температурной стойкости. Например, для мягкой пайки тяжелых металлов используют средства с маркировками F-SW11 и F-SW32. Для твердого соединения тяжелых сплавов задействуют флюсы для пайки видов F-SH1 и F-SH4. Легкие же металлы наподобие алюминия рекомендуется предварительно обрабатывать составами групп F-LH1 и F-LH2.

Ручная пайка доработка, ремонт и прототипирование

Доработка с использованием ручного труда и ремонт печатных узлов востребованы практически каждым производителем радиоэлектронной аппаратуры и используется в задачах, где применение автоматизированного способа сборки ограничено в силу ряда причин.

Минимизация стоимости и времени доработки (ремонта) печатных узлов, а также обеспечение при этом высокой надежности устройства являются первостепенными задачами для данного этапа.

Ручные сборочные операции при полной сборке изделия оправданы только для производства пилотных и тестовых изделий, когда вопрос о цене и повторяемости не стоит. К тому же ручная пайка это очень затратный по времени технологический процесс, сопряженный с большой вероятностью ошибки оператора (человеческий фактор). Так же этот процесс не является полностью безвредным для оператора, поскольку приходится взаимодействовать сотней химических соединений, некоторые из которых могут негативно воздействовать организм человека.

Применение современных эффективных решений позволяет минимизировать расход технологических материалов, уменьшить трудоемкость пайки, и в то же самое время обеспечить высокое качество сборки и высокую надежность радиоэлектронного устройства.

Практические рекомендации

Выбор трубчатого припоя

Трубчатые припои изготавливаются методом экструзии – это известная и отработанная технология, которая при наличии современного оборудования полностью исключает пробелы во флюсе в трубчатом припое, а также способна гарантировать точное количество флюса по всей длине припоя.

Сплавы для трубчатых припоев используются такие же как для паяльных паст. Мировые лидеры в производстве технологических маетариалов изготавливают сплав для производства трубчатых припоев очень высокого качества с малым количеством примесей и указывают сплав и количество примесей в сертификатах на конкретную партию припоя.

Табл. 1. Сплавы, используемые для производства трубчатых припоев

В таблице приведены наиболее популярные сплавы, используемые в трубчатых припоях как свинцовые, так и бессвинцовые.

При выборе сплава при доработке и ремонте главное придерживаться правила – паять припоем наиболее близким, желательно тем же, которым была произведена изначальная пайка. Если это трудно выяснить лучше, используя оплетки для выпайки полностью удалить остатки старого припоя и провести пайку новым.

Выбор флюса

Флюсы, используемые в трубчатых припоях по своей основе аналогичны жидким флюсам. Перед началом серийного применения нового типа флюса рекомендуется провести испытания на растекаемость флюса, коррозионное воздействие остатков флюса и изменение поверхностного сопротивления изоляции после пайки. Методы испытаний приведены в стандарте IPC-TM-650. При выборе типа флюса следует руководствоваться требованиями стандарта IPC/ANSI-J-STD-004 («Требования к флюсам для пайки»), а также учитывать:

• Конструктивные особенности и назначение электронной техники;
• Требования заказчика к внешнему виду изделий – отмывать или не отмывать остатки флюса после пайки;
• Необходимость влагозащиты и возможность применения влагозащитных материалов без удаления остатков флюса;
• Активность флюса, достаточную для обеспечения хорошей очистки и смачивания паяемых поверхностей припоем. Чем выше пригодность к пайке компонентов и печатных плат, тем менее активный флюс можно использовать.

В процессе пайки флюсы обеспечивают растворение оксидов и сульфидов, защиту паяемых поверхностей от повторного окисления, снижение поверхностного натяжения припоя. Более подробно типы флюсов описаны в части «Пака волной Выбор флюса»

Меры безопасности

Табл. 2. Вредные составляющие в трубчатых припоях:

Модифицированная канифоль или синтетическая канифоль

Изредка может стать причиной раздражения при контакте с кожей и вдыхании паров, личная непереносимость.

При очень продолжительном и постоянном контакте с парами вызывает астму.

Свинец в припое

Высокая концентрация паров свинца (при температурах пайки свыше 500°С) может вызывать слабость, тошноту, судороги

При работе с трубчатыми припоями рекомендуется:

• Содержать рабочее место в чистоте.
• Применять вытяжную вентиляцию для удаления паров флюса из зоны пайки.
• Использовать защитные очки или маски для защиты глаз от воздействия паров флюса при пайке
• Избегать перегрева выше 500°С (происходит образование паров свинца).

Упаковка и хранение

Трубчатые припои поставляются намотанными на пластиковые катушки стандартного размера весом 500 грамм. Основные популярные диаметры припоев 0,5мм, 0,8мм, 1мм и 1,5мм. Другие диаметры поставляются на заказ.

При транспортировке и хранении рекомендуется избегать сильных локальных нагревов катушек припоя, что может привести к разжижению флюса и его стеканию – появления областей с плохой паяемостью из-за обеденного количества флюса.

Основные рекомендации по выбору трубчатого припоя для ремонта и доработки

1. Выбирайте сплав припоя аналогичный сплаву, которым производилась основная пайка или максимально близкий;
2. Выбирайте флюс с технологически совместимой основой с флюсом, которым производилась основная пайка;
3. Желательно использовать трубчатый припой того же производителя, что флюс которым производилась основная пайка – максимальная совместимость основ флюса зачастую встречается именно у одного производителя;
4. Если вам неизвестно какой использовался флюс при основной пайки изделия перед ремонтом или доработкой рекомендуется максимально удалить остатки старого флюса;
5. Выбирайте трубчатый припой в соответствии с размерами паяемого вывода и жала паяльника.

Рекомендации по ручной пайке, доработки и ремонту

Подготовка к работе:

Температура жала паяльника.

Оптимальная температура жала и требуемая мощность при ручной пайке зависят от конструкции паяльника и выполняемой задачи. При работе с бессвинцовыми трубчатыми припоями, имеющими температуру плавления в пределах 217 – 227°С, минимальная температура жала паяльника должна составлять 300°С. В процессе пайки необходимо избегать избыточно высокой температуры жала и чрезмерного времени пайки. Для большинства задач при работе с традиционными и бессвинцовыми припоями оптимальная температура жала паяльника составляет 315 – 370°С. В некоторых случаях хорошие результаты могут быть получены при кратковременном (до 0,5 секунд) нагреве с повышенной температурой жала 340-420°С

Рекомендуемая последовательность работы

При работе с многоканальными трубчатыми припоями пайка осуществляется с двух рук. Для того чтобы при пайке получить наилучшие результаты, рекомендуется использовать следующий процесс(см. Рис. 1.):

1) Поднесите жало паяльника к рабочей поверхности. Жало паяльника должно соприкосаться одновременно с контактной площадкой платы и выводом компонента, для того чтобы прогреть обе паяемые поверхности. Избыток припоя на жале, нанесенного во время лужения, будет помогать процессу теплопередачи путем увеличения площади контакта между контактной площадкой и выводом. Необходимо не более секунды, чтобы прогреть соответствующим образом обе поверхности.

2) Поднесенный в это время к месту соединения с противоположной от жала паяльника стороны пруток трубчатого припоя позволит образовать галтель припоя. Для этого необходимо около 0,5 секунды.

ВНИМАНИЕ. Если припой подавать непосредственно на жало паяльника, активные компоненты флюса будут преждевременно выгорать, и его эффективность резко уменьшается. Не подавайте избыточное количество припоя на паяное соединение. Это может привести к увеличению количества остатков флюса и ухудшению внешнего вида изделия. Рекомендуется выбирать диаметр прутка припоя равным половине диаметра жала паяльника.

3) Удалите припой от паяемого соединения и затем удалите жало паяльника.

Весь процесс пайки должен занимать от 0,5 до 2,0 секунд на одно паяное соединение в зависимости от массы, температуры и конфигурации жала паяльника, а также паяемости поверхностей. Избыточное время или температура могут, во-первых, истощать флюс до смачивания припоя, что может привести к увеличению количества остатков, во-вторых, увеличивают хрупкость паяного соединения.

Возможные проблемы и методы решения

Разбрызгивание. Высокая скорость нагрева. Подавайте пруток припоя на разогретые контактные поверхности (вывод компонента и КП), не подавайте трубчатый припой на жало паяльника.

Матовые паяные соединения. Длительный контакт жала паяльника с паяным соединением после отвода прутка припоя из зоны пайки.

Остатки после пайки в виде нагара.

Произвести очистку жала паяльника и губки или заменить жало паяльника.

Избыточные остатки флюса вокруг паяного соединения.

1. Большой диаметр трубчатого припоя. Используйте припой меньшего диаметра.
2. Избыточная подача трубчатого припоя в место пайки.
3. Низкая температура пайки. Используйте паяльник большей мощности или увеличите температуру пайки.

Печатные платы и компоненты.

Чистота поверхности печатных плат и компонентов является одним из важнейших факторов, влияющих на процесс пайки. Оксиды и другие поверхностные загрязнения существенно ухудшают смачиваемость припоем и передачу тепла от жала паяльника к паяемым поверхностям, увеличивая время пайки. Печатные платы с длительным сроком хранения для улучшения паяемости могут быть подвергнуты предварительной очистке с помощью специальных растворителей.

Рекомендации по очистке оборудования

Жало паяльника может быть разной формы и размера для наилучшего контакта и передачи тепла к паяемым поверхностям. Жало паяльника должно быть облужено, для этого может быть использован трубчатый припой. Однако, процесс лужения зависит в значительной степени от состояния жала. Если жало в плохом состоянии, его необходимо предварительно очистить с помощью смоченной водой специальной губки, входящей в состав паяльной станции. Для очистки сильно окисленных жал паяльников можно использовать пасту для очистки и лужения наконечников: Tip Activator.

Паста для очистки и лужения жал пальников Tip Activator

Облуживатель жал, предназначен для быстрой и эффективной очистки и восстановления окисленных рабочих жал паяльников, которые не могут быть очищены с помощью губок, салфеток и перелужены с применением трубчатых припоев.

• Некоррозионный материал
• Не содержит свинец
• Применим как для бессвинцовых, так и для стандартных процессов пайки
• Малое количество остатков на жале паяльника после облуживания
• Неабразивный материал, но прекрасно удаляет нагар
• Произведен из высоко чистых материалов

Аккуратно погрузите жало паяльника в облуживатель или покатайте по поверхности пасты. Пары, выделяющиеся при данной операции, химически нейтральны и некоррозионны.

Минимальная температура жала 220°С.

Максимальная температура жала 450°С.

После обработки жала паяльника облуживателем, его следует очистить от остатков флюса с помощью влажной губки и заново облудить трубчатым припоем.

Завершение работы

Для обеспечения длительного срока службы жала паяльника после окончания работы необходимо его облудить. Для этой цели удобно использовать трубчатый припой: оберните несколько витков припоя вокруг кончика жала и нагрейте его.

Рекомендации по удалению остатков флюса

Так как при ручной пайке используют трубчатые припои, а иногда еще и добавляют жидкие флюсы, остатки на печатном узле достаточно велики и неэстетичные. Отмывка печатных узлов нужна для удаления остатков флюсов после пайки, которые в процессе эксплуатации электронной аппаратуры могут оказать негативное воздействие на надежность печатных узлов. Так же отмывка может, вызвана требованиями к внешнему виду печатных узлов после пайки и необходимость, впоследствии, нанести влагозащитное покрытие.

При ремонте используется больше флюса из-за необходимости сначала демонтировать компоненты – поэтому отмывка становится более актуальна.

В основном при данной технологии используют ручные методы отмывки, часто применяя спирто-бензиновую смесь. Она обладает крайне низкой эффективностью – плохо удаляются остатки флюсов с низким содержанием твердых веществ, не удаляются ионные водорастворимые компоненты (остатки активаторов, минеральные соли, остатки травильных растворов и электролитов).

Эффективную отмывку печатных узлов после пайки от всех типов загрязнений могут обеспечить только промывочные жидкости, специально разработанные для этих целей.

Достаточно часто для отмывки после ручной пайки используют автоматизированное оборудование отмывки, которое рассчитано на использование специальных промывочных жидкостей.

Для ручной отмывки используйте промывочную жидкость Vigon EFM – она себя эффективно показала со всеми указанными трубчатыми припоями производства компании Indium.

Таб. 3. Рекомендации Zestron по удалению остатков флюсов Indium после оплавления