Выпуск #1/2016
Д.Поцелуев
Трубчатые припои – современный взгляд на технологию ручной пайки
Трубчатые припои – современный взгляд на технологию ручной пайки
Просмотры: 965
В статье на основе опыта компании ELSOLD и ее эксклюзивного дистрибьютора, ООО "Остек-Интегра", описываются основные типы и характеристики трубчатых припоев, особенности производства и рекомендации по выбору.
С
овременные тенденции в производстве электроники оказывают определяющее влияние на выбор и использование материалов, в том числе при ручной пайке. Основным материалом, применяемым в процессах ручного монтажа, по-прежнему является трубчатый припой. Вспомним определение: трубчатый припой – это припой в виде проволоки с флюсом внутри, который позволяет выполнять операцию ручной пайки в соответствии с современными требованиями. Использование трубчатых припоев способствует повышению производительности ручной пайки и, в определяющей степени, повторяемости результата.
Многообразие требований и задач привело к тому, что были разработаны и выпускаются сотни видов трубчатого припоя с различными сплавами, диаметрами, составом флюса и его количеством. Введение в 2006 году директивы RoHS об ограничении использования свинца в производстве электроники увеличило число типов трубчатого припоя более чем в два раза.
Современные припои можно разделить по типу сплава на две большие группы: бессвинцовые и свинецсодержащие. Среди бессвинцовых припоев чаще всего используются два типа сплава: олово-серебро-медь (SAC305, SAC105) и олово-медь (SC07). Помимо законодательных ограничений, бессвинцовый сплав выбирается в зависимости от задач и требований к изделию. Основными являются вопросы совместимости сплавов и необходимая температура плавления. Большинство свинцовых сплавов совместимы с бессвинцовой технологией и пригодны для пайки бессвинцовых покрытий. А вот при ремонте бессвинцовых изделий при выборе припоя нужно ориентироваться на тот сплав, которым была произведена изначальная пайка. Свинецсодержащие сплавы – это исторически зарекомендовавшие себя в производстве электроники сплавы олова и свинца, широко применяемые на российских производствах (Sn60Pb40; Sn63Pb37; Sn62Pb36Ag2).
Наряду с общепринятыми рекомендациями по выбору трубчатых припоев (сплав, диаметр припоя, тип и количество флюса) следует учитывать и практические аспекты, влияющие на технологию, качество, экономичность. Кроме того, на выбор оказывают влияние современные тенденции к усилению контроля качества изделий и процессов производства, а также новый этап индустриализации, известный как "Индустрия 4.0". В совокупности можно составить примерный перечень критериев и требований, предъявляемых к современным трубчатым припоям:
• устойчивость к образованию коррозии;
• высокая скорость пайки и смачиваемость;
• сохранение свойств при повышенных температурах пайки;
• прозрачные остатки флюса;
• малое количество остатков на поверхности печатного узла;
• малая разбрызгиваемость;
• низкое содержание вредных веществ, приятный запах;
• малое количество остатков на жале паяльника.
Наконец, известное затруднение при выборе может составить многообразие предлагаемых рынком припоев в части их конструктивных параметров, основными из которых являются тип сплава, диаметр припоя, тип и количество флюса. Со сплавом и диаметром припоя определиться достаточно просто. Сплав следует выбирать аналогичный или максимально близкий сплаву, которым производилась основная пайка. Диаметр трубчатого припоя подбирается в соответствии с размерами паяемого вывода и жала паяльника.
Главная задача флюса в трубчатом припое – улучшать смачиваемость, формировать качественные паяные соединения и обеспечивать отсутствие коррозии в конечном изделии. Также флюсы должны удалять с поверхности спаиваемых материалов загрязнения, прежде всего оксиды, и снижать поверхностное натяжение. Флюс должен способствовать передаче тепла к месту пайки и оставлять минимальное количество неактивных остатков. Выбор флюса более сложен, так как здесь имеет значение как химический состав, так и относительное количество его в трубчатом припое. Химический состав влияет на качество паяемости, а также на безопасность остатков. От количества флюса в припое (указывается в процентах по весу от общего веса припоя) зависят смачиваемость, глубина протекаемости, количество остатков.
Флюсы для трубчатых припоев, применяемых в электронной промышленности, – это преимущественно органические и синтетические смолы с добавлением реактивных соединений – активаторов. Активаторы в большинстве своем представляют собой органические карбоновые кислоты (например, адипиновая кислота) и/или галоидные соединения алюминия (например, диэтилхлорид алюминия). Смолы могут присутствовать во флюсе в концентрации до 100%, играя существенную роль в формировании его свойств. Так, канифоль, натуральный продукт, добываемый из смолы итальянской сосны (Pinus pinea L.), сама действует как активатор и присутствует во флюсах класса ROL0 в чистом виде или в виде спиртового раствора. Наряду с канифолью используются также ее производные, такие как гидрированная, диметризированная и этерифицированная канифоль с улучшенной температурной стабильностью. Под общее понятие канифоли подпадают также различные натуральные виды смол, например, талловая и экстракционная канифоль.
Важно иметь в виду, что тип смолы в составе флюса – органическая либо синтетическая – влияет на его свойства: продукты на основе искусственных или модифицированных смол обладают меньшей активностью в процессе пайки. Вместе с тем для них характерны определенные преимущества, в первую очередь, широкий спектр свойств и большиґе возможности оптимизации в части количества остатков флюса, их цвета, разбрызгиваемости и паяемости (см. таблицу). Все виды смол, помимо содействия процессу пайки, дают еще один полезный эффект – они герметизируют остатки флюса и, таким образом, препятствуют возникновению последующих реакций (например, коррозии).
При выборе типа флюса необходимо учитывать назначение и класс производимой продукции, а также наличие или отсутствие в технологической линейке процесса отмывки. При производстве печатных узлов, не требующих в дальнейшем отмывки, предпочтительно использовать флюсы с низкой или умеренной активностью (класс L или M). Сильно активные флюсы (класс H) не рекомендованы к применению. Стандартно при ручной пайке используются флюсы типа RO и OR классов L0, L, M0; ограниченно используются RO/RE класса M1. Другие классы флюсов могут применяться по рекомендации специалистов и после проведения испытаний. Выбирая трубчатый припой, нужно учитывать его совместимость с другими используемыми при сборке печатных узлов флюсами, чтобы не вызвать химическую несовместимость, которая может привести к непредсказуемым последствиям.
Органические соединения обладают высокой чувствительностью к термическим нагрузкам и способны проявлять различные реакции. Например, при высоких температурах пайки наблюдается потемнение остатков флюса и его активное разбрызгивание (рис.1, 2). Другими типичными реакциями могут быть полимеризация смолы, разложение карбоновых кислот с выделением окиси углерода и других соединений, в том числе нелетучих. Галоидные соединения уже при относительно низких температурах могут выделять галогенводородную кислоту. Хотя это способствует уменьшению количества остатков галогенидов на месте пайки, но из-за стремительности реакции может приводить к разбрызгиванию флюса. Чувствительность к температуре хорошо иллюстрируется тем фактом, что при повышении последней на 10°С скорость химических реакций может вырасти почти вдвое. Понятно, насколько значительно повлияет на поведение флюса увеличение температуры на 20–30°С.
Чтобы избежать темных остатков и разбрызгивания, при производстве трубчатых припоев компанией ELSOLD используются адаптированные композиции флюса. Синтетические смолы и активаторы подбираются с учетом температуры процесса пайки. Им свойственны светлые остатки, вплоть до бесцветных, а также стабильность при высоких температурах (рис.3, 4). Ориентиром для выбора флюса может служить информация о температурах разложения его основы, которая во многих случаях соответствует температуре плавления. Если эти данные неизвестны, подобрать флюс можно только опытным путем.
Еще одним важным фактором, влияющим в конечном итоге на качество пайки трубчатым припоем, является технологическое совершенство процесса его изготовления. После экструзии из цилиндрической заготовки припой представляет собой трубку диаметром 14 мм с каналом для флюса диаметром 2–3 мм (рис.5), в который далее при температуре 120–140°С в жидком состоянии заливается флюс. Если на следующем этапе, в процессе волочения проволоки, не удалить мельчайшие пузырьки газа, содержащиеся во флюсе, то это может привести к пропуску флюса (рис.6). В тонких трубчатых припоях такие пустоты могут распространяться на несколько метров. Микропузырьки газа могут также способствовать разбрызгиванию флюса, так как при повышении температуры газы расширяются значительно больше, чем твердые вещества или жидкости.
* * *
Резюмируя сказанное, надо отметить, что трубчатые припои являются на сегодняшний день самым технологичным решением для ручной пайки, ремонта и доработки печатных узлов и приобретают все бульшую популярность. Многообразие задач и широкая номенклатура трубчатых припоев зачастую затрудняют выбор подходящего продукта. Среди многочисленных аспектов, которые следует учитывать при выборе подходящего под задачи продукта, в качестве основных можно выделить следующие:
• сплав припоя;
• тип флюса и его содержание в припое;
• требования к остаткам флюса;
• качество изготовления припоя;
• диаметр припоя.
Решение в пользу выбора трубчатого припоя среди нескольких вариантов может основываться и на других факторах, например, таких как запах, скорость пайки, отзывы персонала. В каждом случае рекомендуется проводить испытания и анализировать применимость трубчатого припоя для решения конкретной задачи.
овременные тенденции в производстве электроники оказывают определяющее влияние на выбор и использование материалов, в том числе при ручной пайке. Основным материалом, применяемым в процессах ручного монтажа, по-прежнему является трубчатый припой. Вспомним определение: трубчатый припой – это припой в виде проволоки с флюсом внутри, который позволяет выполнять операцию ручной пайки в соответствии с современными требованиями. Использование трубчатых припоев способствует повышению производительности ручной пайки и, в определяющей степени, повторяемости результата.
Многообразие требований и задач привело к тому, что были разработаны и выпускаются сотни видов трубчатого припоя с различными сплавами, диаметрами, составом флюса и его количеством. Введение в 2006 году директивы RoHS об ограничении использования свинца в производстве электроники увеличило число типов трубчатого припоя более чем в два раза.
Современные припои можно разделить по типу сплава на две большие группы: бессвинцовые и свинецсодержащие. Среди бессвинцовых припоев чаще всего используются два типа сплава: олово-серебро-медь (SAC305, SAC105) и олово-медь (SC07). Помимо законодательных ограничений, бессвинцовый сплав выбирается в зависимости от задач и требований к изделию. Основными являются вопросы совместимости сплавов и необходимая температура плавления. Большинство свинцовых сплавов совместимы с бессвинцовой технологией и пригодны для пайки бессвинцовых покрытий. А вот при ремонте бессвинцовых изделий при выборе припоя нужно ориентироваться на тот сплав, которым была произведена изначальная пайка. Свинецсодержащие сплавы – это исторически зарекомендовавшие себя в производстве электроники сплавы олова и свинца, широко применяемые на российских производствах (Sn60Pb40; Sn63Pb37; Sn62Pb36Ag2).
Наряду с общепринятыми рекомендациями по выбору трубчатых припоев (сплав, диаметр припоя, тип и количество флюса) следует учитывать и практические аспекты, влияющие на технологию, качество, экономичность. Кроме того, на выбор оказывают влияние современные тенденции к усилению контроля качества изделий и процессов производства, а также новый этап индустриализации, известный как "Индустрия 4.0". В совокупности можно составить примерный перечень критериев и требований, предъявляемых к современным трубчатым припоям:
• устойчивость к образованию коррозии;
• высокая скорость пайки и смачиваемость;
• сохранение свойств при повышенных температурах пайки;
• прозрачные остатки флюса;
• малое количество остатков на поверхности печатного узла;
• малая разбрызгиваемость;
• низкое содержание вредных веществ, приятный запах;
• малое количество остатков на жале паяльника.
Наконец, известное затруднение при выборе может составить многообразие предлагаемых рынком припоев в части их конструктивных параметров, основными из которых являются тип сплава, диаметр припоя, тип и количество флюса. Со сплавом и диаметром припоя определиться достаточно просто. Сплав следует выбирать аналогичный или максимально близкий сплаву, которым производилась основная пайка. Диаметр трубчатого припоя подбирается в соответствии с размерами паяемого вывода и жала паяльника.
Главная задача флюса в трубчатом припое – улучшать смачиваемость, формировать качественные паяные соединения и обеспечивать отсутствие коррозии в конечном изделии. Также флюсы должны удалять с поверхности спаиваемых материалов загрязнения, прежде всего оксиды, и снижать поверхностное натяжение. Флюс должен способствовать передаче тепла к месту пайки и оставлять минимальное количество неактивных остатков. Выбор флюса более сложен, так как здесь имеет значение как химический состав, так и относительное количество его в трубчатом припое. Химический состав влияет на качество паяемости, а также на безопасность остатков. От количества флюса в припое (указывается в процентах по весу от общего веса припоя) зависят смачиваемость, глубина протекаемости, количество остатков.
Флюсы для трубчатых припоев, применяемых в электронной промышленности, – это преимущественно органические и синтетические смолы с добавлением реактивных соединений – активаторов. Активаторы в большинстве своем представляют собой органические карбоновые кислоты (например, адипиновая кислота) и/или галоидные соединения алюминия (например, диэтилхлорид алюминия). Смолы могут присутствовать во флюсе в концентрации до 100%, играя существенную роль в формировании его свойств. Так, канифоль, натуральный продукт, добываемый из смолы итальянской сосны (Pinus pinea L.), сама действует как активатор и присутствует во флюсах класса ROL0 в чистом виде или в виде спиртового раствора. Наряду с канифолью используются также ее производные, такие как гидрированная, диметризированная и этерифицированная канифоль с улучшенной температурной стабильностью. Под общее понятие канифоли подпадают также различные натуральные виды смол, например, талловая и экстракционная канифоль.
Важно иметь в виду, что тип смолы в составе флюса – органическая либо синтетическая – влияет на его свойства: продукты на основе искусственных или модифицированных смол обладают меньшей активностью в процессе пайки. Вместе с тем для них характерны определенные преимущества, в первую очередь, широкий спектр свойств и большиґе возможности оптимизации в части количества остатков флюса, их цвета, разбрызгиваемости и паяемости (см. таблицу). Все виды смол, помимо содействия процессу пайки, дают еще один полезный эффект – они герметизируют остатки флюса и, таким образом, препятствуют возникновению последующих реакций (например, коррозии).
При выборе типа флюса необходимо учитывать назначение и класс производимой продукции, а также наличие или отсутствие в технологической линейке процесса отмывки. При производстве печатных узлов, не требующих в дальнейшем отмывки, предпочтительно использовать флюсы с низкой или умеренной активностью (класс L или M). Сильно активные флюсы (класс H) не рекомендованы к применению. Стандартно при ручной пайке используются флюсы типа RO и OR классов L0, L, M0; ограниченно используются RO/RE класса M1. Другие классы флюсов могут применяться по рекомендации специалистов и после проведения испытаний. Выбирая трубчатый припой, нужно учитывать его совместимость с другими используемыми при сборке печатных узлов флюсами, чтобы не вызвать химическую несовместимость, которая может привести к непредсказуемым последствиям.
Органические соединения обладают высокой чувствительностью к термическим нагрузкам и способны проявлять различные реакции. Например, при высоких температурах пайки наблюдается потемнение остатков флюса и его активное разбрызгивание (рис.1, 2). Другими типичными реакциями могут быть полимеризация смолы, разложение карбоновых кислот с выделением окиси углерода и других соединений, в том числе нелетучих. Галоидные соединения уже при относительно низких температурах могут выделять галогенводородную кислоту. Хотя это способствует уменьшению количества остатков галогенидов на месте пайки, но из-за стремительности реакции может приводить к разбрызгиванию флюса. Чувствительность к температуре хорошо иллюстрируется тем фактом, что при повышении последней на 10°С скорость химических реакций может вырасти почти вдвое. Понятно, насколько значительно повлияет на поведение флюса увеличение температуры на 20–30°С.
Чтобы избежать темных остатков и разбрызгивания, при производстве трубчатых припоев компанией ELSOLD используются адаптированные композиции флюса. Синтетические смолы и активаторы подбираются с учетом температуры процесса пайки. Им свойственны светлые остатки, вплоть до бесцветных, а также стабильность при высоких температурах (рис.3, 4). Ориентиром для выбора флюса может служить информация о температурах разложения его основы, которая во многих случаях соответствует температуре плавления. Если эти данные неизвестны, подобрать флюс можно только опытным путем.
Еще одним важным фактором, влияющим в конечном итоге на качество пайки трубчатым припоем, является технологическое совершенство процесса его изготовления. После экструзии из цилиндрической заготовки припой представляет собой трубку диаметром 14 мм с каналом для флюса диаметром 2–3 мм (рис.5), в который далее при температуре 120–140°С в жидком состоянии заливается флюс. Если на следующем этапе, в процессе волочения проволоки, не удалить мельчайшие пузырьки газа, содержащиеся во флюсе, то это может привести к пропуску флюса (рис.6). В тонких трубчатых припоях такие пустоты могут распространяться на несколько метров. Микропузырьки газа могут также способствовать разбрызгиванию флюса, так как при повышении температуры газы расширяются значительно больше, чем твердые вещества или жидкости.
* * *
Резюмируя сказанное, надо отметить, что трубчатые припои являются на сегодняшний день самым технологичным решением для ручной пайки, ремонта и доработки печатных узлов и приобретают все бульшую популярность. Многообразие задач и широкая номенклатура трубчатых припоев зачастую затрудняют выбор подходящего продукта. Среди многочисленных аспектов, которые следует учитывать при выборе подходящего под задачи продукта, в качестве основных можно выделить следующие:
• сплав припоя;
• тип флюса и его содержание в припое;
• требования к остаткам флюса;
• качество изготовления припоя;
• диаметр припоя.
Решение в пользу выбора трубчатого припоя среди нескольких вариантов может основываться и на других факторах, например, таких как запах, скорость пайки, отзывы персонала. В каждом случае рекомендуется проводить испытания и анализировать применимость трубчатого припоя для решения конкретной задачи.
Отзывы читателей
