Бессвинцовый припой температура плавления: Температура плавления бессвинцового припоя: технология пайки

Температура плавления бессвинцового припоя: технология пайки

Температура плавления бессвинцового припоя — это обязан знать каждый, кто постоянно занимается пайкой определенных металлов, будь то профессионал или радиолюбитель. Процесс пайки оплавлением для бессвинцовых компонентов аналогичен традиционному процессу эвтектической пайки оплавлением припоя.

Схожее оборудование и технологические этапы часто используются для обоих. Однако есть некоторые важные отличия, которые необходимо учитывать при бессвинцовой пайке. Это связано с тем, что при таком методе пайки используется другой набор материалов, и требуются более высокая температура плавления бессвинцового припоя. При выполнении этого процесса пайки, необходимо учитывать несколько важных факторов:

• Поверхность печатной платы должна выдерживать температуру оплавления без деформации или других повреждений поверхности.
• Существует широкий ассортимент бессвинцовых сплавов и паяльных паст. Выбранный материал должен быть безопасным, механически надежным, устойчивым к термической усталости, хорошо смачиваться, иметь относительно низкую температуру плавления и быть совместим с различными покрытиями поверхностей, содержащих свинец и не содержащих его.
• Срок годности бессвинцовой паяльной пасты отличается от срока хранения традиционной эвтектической паяльной пасты. Во избежание проблем следует тщательно соблюдать рекомендации производителя пасты.
• При разработке трафаретов важно помнить, что бессвинцовые пайки имеют более высокое поверхностное натяжение и не смачиваются и не растекаются по поверхности контактных площадок так же легко, как эвтектические паяльные пасты.
• Окно процесса оплавления для традиционной пайки относительно широкое. Температура плавления эвтектического припоя составляет 183°C. Нижний предел температуры для пайки оплавлением обычно составляет 200ºC, а верхний — около 235ºC. Бессвинцовый сплав, используемый для изготовления шариков припоя BGA, имеет температуру плавления 217ºC и требует минимальной температуры оплавления 235ºC для обеспечения хорошего смачивания. Максимальная температура пайки находится в диапазоне от 245ºC до 260ºC, в зависимости от сложности и плотности компонентов на плате.
• Профиль оплавления следует выполнять путем присоединения калиброванных термопар, встроенных в сферы более крупных деталей BGA и других критических мест на печатной плате, чтобы гарантировать, что все компоненты нагреваются до температур выше минимальных температур оплавления, и чтобы на мелких компонентах температура не превышала максимальные пределы.

OEM-производители, стремящийся к бессвинцовому проектированию, изготовлению и сборке, должны внимательно следить за системой, которую поставщик EMS имеет для разделения эвтектических и бессвинцовых компонентов и обеспечения своевременного и эффективного проектирования и изготовления бессвинцовых плат. Поэтому, тем кто участвует в этом процессе, обязаны знать, что такое температура плавления бессвинцового припоя.

Меньше всего OEM-производитель хочет, чтобы его платы, предположительно заполненные эвтектическими компонентами, прошли через печь бессвинцового оплавления и вышли из строя. Подобный травматический инцидент связан с тем, как проводился входящий контроль качества компонентов.

А, также, насколько хорошо аудиторы были обучены для работы с повышенным уровнем сложности, используемой системой управления запасами надежности. Когда это происходит, поставщик EMS несет ответственность за свои ошибки, и платы OEM при этом могут быть значительно задержаны.

Но самая важная предосторожность для OEM-производителей — это избегать выбора отдельных конструкторских схем и контрактных производителей по разработке и изготовлению единичного проекта бессвинцовой печатной платы. Например, OEM-производитель, обратившейся в конструкторское бюро, которое плохо разбирается в бессвинцовых технологиях.

Затем, по неосторожности может заказать изготовление с использованием HASL-покрытия поверхности не способствующей бессвинцовой сборке. Или же конструкторы могут по незнанию использовать SMT-компонент на нижней стороне печатной платы, температура которого может достигать только 230ºC.

Поставщику EMS жизненно важно быть в курсе последних событий и хорошо разбираться во всех областях проектирования и производства, связанных с бессвинцовой техникой монтажа. Это включает в себя отслеживание и внедрение промышленных разработок, не содержащих свинца, понимание того, как меняется состав паяльной пасты.

Кроме этого, нужно четко представлять как поставщики компонентов внедряют схемы нумерации деталей, какая обработка поверхности лучше всего подходит для конкретных приложений, и другие связанные детали. Благодаря этой обширной базе знаний поставщик EMS может спроектировать и изготовить высоконадежные бессвинцовые платы, соответствующие требованиям рынка OEM.

Вот здесь представлены таблицы, на которых отображена температура плавления бессвинцового припоя.

Чтобы избежать применения свинца в припое, его заменяют другими металлами, например такими как медь, серебро, висмут, индий, цинк, золото.

В производстве электронного оборудования хорошие показатели дал сплав металлов из олова, серебра и меди. При этом количество каждого металла, в процентном соотношении, может быть разнообразным, так как нет единого стандарта по этому направлению. Тем не менее, подавляющий процент в сплаве отдается олову — до 97%. Такой сплав начинает плавится при температуре 217°С.

Неплохими показателями обладают припои, с содержанием в них определенного процента серебра (SnAg).

Присутствие в припое серебра повышает надежность пайки. Помимо этого, добавки серебра улучшает проводимость. Такие сплавы широко используются в промышленном производстве электронной техники и оборудовании связи.

Чтобы пайка компонентов была правильной и надежной, нужно точно знать какая должна быть температура плавления бессвинцового припоя при монтаже и пайки определенных элементов.

Бессвинцовые припои. Состав 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°C. Температура плавления большинства бессвинцовых припоев лежит в интервале 200 – 250°C. Есть и такие, температура плавления которых ниже 180°C.

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°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.

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

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°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).

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).

Припой Sn91Zn9 считается высокотемпературным (91% олова и всего лишь 9% цинка). Температура его плавления составляет 195-200°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°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°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 .

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Какой монтажный инструмент необходим начинающему радиолюбителю?

• SMD монтаж. Технология поверхностного монтажа.

• «Мультирозетка». Собираем многофункциональную розетку.

– Есть ли недостатки у «низкотемпературной» бессвинцовой паяльной пасты?

42/58 Олово/висмут известен как низкотемпературный припой, но с ним есть проблемы.

Несмотря на то, что он широко используется для некоторых очень серьезных приложений (см. ниже), он не является основным отраслевым претендентом на широкое использование. Непонятно, почему не используется, например, IBM.

Идентичен припою Bi58Sn42, который вы цитируете:

• Indalloy 281, Indalloy 138, Cerrothru.

  Приемлемая прочность на сдвиг и усталостные свойства.

  Сочетание со свинцово-оловянным припоем может значительно снизить температуру плавления и привести к выходу соединения из строя.

  Высокопрочный низкотемпературный эвтектический припой.

  Особо прочный, очень хрупкий.

  Широко используется в сборках со сквозными отверстиями в мейнфреймах IBM, где требуется низкая температура пайки.

  Может использоваться в качестве покрытия частиц меди для облегчения их соединения под давлением/нагревом и создания токопроводящего металлургического соединения.

  Чувствителен к скорости сдвига .

  Подходит для электроники. Используется в термоэлектрических приложениях.

  Хорошие характеристики термической усталости.

  Установленная история использования.

  слегка расширяется при литье, затем подвергается очень незначительной дальнейшей усадке или расширению, в отличие от многих других низкотемпературных сплавов, которые продолжают изменять размеры в течение нескольких часов после затвердевания.

Вышеуказанные атрибуты из сказочной Википедии – ссылка внизу.

Согласно другим ссылкам, он имеет низкую теплопроводность, низкую электропроводность, проблемы с термическим охрупчиванием и возможность механического охрупчивания.

ИТАК – это МОЖЕТ сработать для вас, но я бы очень-очень осторожно полагался на него без серьезного тестирования в широком диапазоне приложений.

Он достаточно хорошо известен, имеет очевидные низкотемпературные преимущества, широко используется в некоторых нишевых приложениях (например, мейнфреймы IBM) и, тем не менее, в промышленности в целом не приветствуется с распростертыми объятиями, что позволяет предположить, что его недостатки перевешивают преимущества, за исключением, возможно, области, где низкотемпературный аспект чрезвычайно ценен.

Обратите внимание, что в приведенной ниже таблице показано, что версии с флюсовой сердцевиной явно недоступны ни в виде проволоки, ни в виде заготовок.

Сравнительная таблица:

Приведенная выше диаграмма взята из этого превосходного отчета, который, однако, не содержит подробных комментариев по вышеуказанным вопросам.

Заметки из Википедии

• Висмут значительно снижает температуру плавления и улучшает смачиваемость. В присутствии достаточного количества свинца и олова висмут образует кристаллы Sn16Pb32Bi52 с температурой плавления всего 95 °C, который распространяется по границам зерен и может вызвать разрушение соединения при относительно низких температурах. Таким образом, высокомощная деталь, предварительно залуженная сплавом свинца, может отпаиваться под нагрузкой при пайке висмутсодержащим припоем. Такие соединения также склонны к растрескиванию. Сплавы с более чем 47% Bi расширяются при охлаждении, что может быть использовано для компенсации несоответствия напряжений теплового расширения. Замедляет рост оловянных усов. Относительно дорого, ограниченная доступность.

Запатентованный компанией Motorola сплав Indalloy 282 представляет собой Bi57Sn42Ag1. Википедия говорит

• Indalloy 282. Добавление серебра повышает механическую прочность. Установленная история использования. Хорошие показатели термической усталости. Запатентовано Моторола.

Полезный отчет о бессвинцовом припое – 1995 г. – нечего добавить к вышеизложенному.

Сборка печатных плат – Какой тип бессвинцового припоя удобен для ручной пайки?

спросил 8 лет, 4 месяца назад

Изменено 1 год, 11 месяцев назад

Просмотрено 7к раз

\$\начало группы\$

Я читал на форуме обсуждения бессвинцовых припоев, но так и не увидел, какой тип припоя удобнее использовать для ручной пайки (среди бессвинцовых)?

В качестве примера я вижу только два варианта припоя, соответствующего требованиям RoHS (например, на Mouser по этой ссылке).

• SAC305
• Sn96.5/Ag3/Cu0.5

Доступные типы:

• активированная канифоль
• водорастворимый
• нет чистой проволоки
• припой для катушек
• Светящаяся сердцевина, не требующая очистки

Какие свойства вы бы порекомендовали для той, которая будет плавиться при более низкой температуре и будет удобной в использовании?

У меня есть этот бессвинцовый припой, который не приятен в использовании из-за температуры плавления.

• пайка
• сборка печатных плат
• передовой опыт
• бессвинцовый
• rohs

\$\конечная группа\$

4

\$\начало группы\$

Свинец — волшебный элемент, который заставляет припой плавиться при более низкой температуре и защищает наконечник вашего утюга от окисления. Жаль, что это мощный нейротоксин.

Большинство бессвинцовых припоев имеют высокие температуры плавления. (Висмутовая паяльная паста не содержит свинца и имеет более низкую температуру плавления, чем припой со свинцом, но поскольку это паста, использовать ее с утюгом не очень удобно.)

Без свинца и при более высоких температурах окисление наконечника — ваша проблема №1. Это означает немедленное отключение утюга, когда вы им не пользуетесь. Не позволяйте ему запекаться. Некоторые модные бессвинцовые утюги имеют функцию автоматического отключения, которая снижает температуру жала, когда его помещают в подставку.

И держитесь подальше от “ЧИСТОГО” припоя! Водорастворимый флюс очень агрессивен, но вызывает коррозию! Он съест переходные отверстия и дорожки, если его сразу не счистить (должен называться “НЕОБХОДИМО ЧИСТИТЬ”). Он используется только в промышленных процессах, которые включают ультразвуковую ванну после пайки.

Припой “БЕЗ ОЧИСТКИ” – это то, что вам нужно, и это означает, что флюс не вызывает коррозии и его не нужно очищать. Да, терминология сбивает с толку.

FWIW Мне нравится Kester Sn96.5/Ag3/Cu0.5. Испаряется не хуже свинцового припоя.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

«SAC305» и Sn96.5/Ag3/Cu0.5 — это одно и то же, SAC — это просто аббревиатура от Sn/Ag/Cu или Tin/Silver/Copper. “305” относится к процентному содержанию Ag и Cu (т.е. 3% и 0,5%). Это действительно единственный легкодоступный бессвинцовый припой, который широко используется. SAC105 также доступен, но не дает реальных преимуществ.

Все бессвинцовые припои имеют более высокую температуру пайки, SAC305 плавится при 217°C по сравнению со свинцовым припоем SnPb (37% Pb) при 183°C. проволока припаяна, но можно и пастой. Паста имеет срок годности, через год она может стать слишком густой, чтобы выдавливать ее из шприца.

Для деталей SMT с мелким шагом вам понадобится припой самого тонкого калибра.

Ключом к хорошему бессвинцовому соединению является большое количество флюса. В тонком припое так мало флюса, что я всегда добавляю флюс, либо жидкость из пипетки или «флюсовой ручки», либо липкую пасту, которая помогает удерживать детали на месте во время пайки.

Флюс бывает трех основных типов:

• Без очистки: не требует очистки или растворителей, так как осадок инертен. Обратите внимание, что по моему опыту это неизменно наименее эффективный вид потока. Также очень трудно чистить, если вы хотите.

• Растворимый в воде: Очень прочный и при пайке выделяет очень раздражающие пары. Его необходимо промыть водой, чтобы удалить, чтобы избежать коррозии узла. А затем сборку необходимо высушить чем-то вроде фена. Я избегаю этого типа для ручной пайки.

• RMA или флюс “канифоль, слабоактивированный”. Это тот тип, который я предпочитаю, и он дает хорошие паяные соединения без вредных паров. Его следует очистить изопропиловым спиртом, а затем щеткой.

Я бы порекомендовал вентилятор для создания мягкого потока воздуха, который в любом случае отталкивает пары. Слишком много воздуха затруднит пайку из-за охлаждения.

И, наконец, вам нужен паяльник, рассчитанный на более высокие температуры бессвинцовой пайки. Я всегда рекомендую Metcal со сменными наконечниками. Новые они дорогие, но построены как танки, а более старые вполне функциональные устройства обычно можно купить менее чем за 200 долларов США на ebay.

\$\конечная группа\$

\$\начало группы\$

Немного старый вопрос, но:

Стоит изучить SN100C. Это эвтектический сплав, состоящий из 99 % Sn, 0,7 % Cu, 0,05 % Ni и менее 0,01 % Ge, с температурой плавления немного выше, чем у SAC305, равной 227 °C (по сравнению с 63/37 при 183 °C и SAC305 при 217~220°C (неэвтектический)).

У него есть некоторые из тех же проблем, что и у других бессвинцовых припоев, но он не содержит серебра (что делает его дешевле, чем серебряные припои), и я обнаружил, что с ним легче работать, чем с SAC305 или чистым оловом. Он лучше растекается и образует хорошие, блестящие соединения там, где серебряный припой этого не делает. Кажется, что он также хорошо предотвращает окисление наконечника, но все же хорошо иметь под рукой немного олова для наконечника.

Основным недостатком является то, что его немного сложнее найти по состоянию на 2020 год, поскольку срок действия патента на него истек только в прошлом году, а производители, кроме Nihon Superior (владелец патента), только начинают его производить. Я смог найти его у Chip Quik, который называет его CQ100GE, но вы можете найти и другие источники.