Как выбрать припой для пайки радиодеталей и проводов?
Припой используется для соединения деталей из разных материалов при выполнении пайки. При этом температура плавления сплава ниже, чем температура плавления металла, для которого он применяется. Популярны припои с добавлением олова, свинца, меди, кадмия, серебра, никеля и других элементов. Традиционно для пайки использовались два основных компонента – олово и свинец. Востребованы они и сегодня, однако свинец из-за своей токсичности становится менее популярным. Плюс, сегодня есть составы без свинца, в которых нет и олова (сплав висмута и индия, Bi67In33).
Содержание
- Виды припоев
- Виды припоев по температуре/плавкости
- Виды припои по составу
- Виды припоев по форме
- Виды припоев по технологии подачи флюса
- Другие характеристики припоев
- Как выбрать припой?
Виды припоев
Рассмотрим основные разновидности припоев в зависимости от температуры плавления, основы сплава, вспомогательных элементов, формы и других параметров.
Виды припоев по температуре/плавкости
Все припои обычно разделяют на два класса – мягкие и твердые.
Первые имеют температуру плавления до 300 °С и предназначены для пайки, лужения проводов и электронных компонентов. В основном мягкие припои выполняются на свинцовой или оловянной основе. Предел их прочности составляет 16 – 100 мПа, а наносится состав при помощи паяльника.
Твердые припои имеют температуру плавления более 300 °С и применяются в основном для пайки медных элементов. В качестве основы используется медь или серебро, а предел прочности составляет 100 – 500 мПа. Для нанесения используется газовая горелка.
Важно: это немного устаревшая классификация. Сейчас также существуют припои на основе цинка и алюминия, которые являются мягкими по температуре плавления, но имеют высокий предел прочности. Поэтому сегодня чаще используется классификация, в которой есть легкоплавкие (до 450 °С) и тугоплавкие (более 450 °С) припои.
Припои по составу
Различают два основных вида припоев: свинцовые и бессвинцовые. Рассмотрим их особенности.
Припои свинцовые
Состоят из свинца и олова и подходят для выполнения большинства задач. Например, с их помощью можно собирать печатные платы и устанавливать SMT-компоненты. Особенность припоев из свинца в том, что они мягкие (имеют низкую точку плавления). Поэтому они не подходят для высокотемпературного применения.
Плюсы использования таких сплавов:
- Создание прочных соединений с алюминием, медью и другими металлами (то есть, припой обеспечивает высокую электропроводность между металлами);
- Легкость использования. Перед нанесением не нужно применять флюс или чистящие средства;
- Хорошая смачиваемость. Сплав из свинца легко обтекает узкие места и проникает в мелкие отверстия, благодаря чему создается быстрое соединение деталей;
- Возможность ремонта и переделки. Свинцовый припой подходит, если вы повторно используете плату после пайки.
Минусы:
- При нагревании образуются вредные пары. Поэтому важно, чтобы в помещении была хорошая вентиляция;
- Низкие теплоотводящие способности. При неаккуратном использовании может возникнуть перегрев других компонентов, расположенных на плате;
- Воспламеняемость. При контакте с воздухом и при нагреве материал может воспламениться. Поэтому работать с ним нужно осторожно;
- Высокая цена. Сегодня существуют более доступные по цене сплавы.
Бессвинцовые/оловянные припои
Такие сплавы появились из-за необходимости создания менее токсичного материала для пайки. Сегодня составы без свинца востребованы в областях, где раньше было сложно использовать припой: в пищевой промышленности, в лабораториях, в трубах для подачи бытовой воды и т. д.
Основным компонентом в составе бессвинцовых припоев является олово. Но дополнительно используются и другие вещества: медь, серебро, висмут, цинк и другие. Помимо экологической чистоты, такие сплавы обладают и другими преимуществами:
- Более низкая цена, чем у свинцовых припоев;
- Возможность использования для высокотемпературной пайки;
- Хорошие теплоотводящие свойства;
- Пожаробезопасность.
Вспомогательные элементы в составе
Дополнительные элементы в составе припоев необходимы для придания сплавам определенных свойств, что позволяет более эффективно использовать их в различных областях. Рассмотрим основные варианты вспомогательных компонентов для пайки.
- Припои с серебром. Отличаются универсальностью (подходят для разных металлов), высокой прочностью и электропроводностью (лучшей среди металлов). Применяются для низкотемпературной пайки.
- Припои с медью. В качестве рабочего вещества может использоваться чистая медь или медь с фосфором, цинком, марганцем. Материал тугоплавкий, поэтому используется для высокотемпературной пайки. При качественном нагреве отличается высокой текучестью. Для работы с медными изделиями чаще всего применяется именно такой припой.
- Припои с цинком. В основном цинковые составы используются для работы с алюминием и его сплавами. Отличаются высокой коррозионной стойкостью, но из-за не самой лучшей текучести и создания недостаточно прочного соединения не подходят для пайки сталей.
- Припои с висмутом. Применяются там, где важна низкая температура плавления, например, в автоматическом противопожарном оборудовании, плавких предохранителях. Для пайки используются флюсы, или выполняется лужение, так как сам материал плохо смачивает металлические поверхности.
- Припои с сурьмой. Вещество используется в составе вместо олова, что снижает стоимость припоя, улучшает растекаемость и повышает прочность соединения. Однако смачиваемость материала при использовании сурьмы снижается, поэтому она подходит не для всех сфер применения.
- Припои с фосфором. Добавление вещества позволяет использовать припои без дополнительного флюса. Обычно применяются медно-фосфорные припои. Они востребованы в холодильной промышленности при ремонте и монтаже оборудования, а также при работе с конструкциями, на которые при эксплуатации воздействуют вибрации и другие механические нагрузки.
- Припои с индием. Сплав с использованием этого вещества отличается высокой коррозионной стойкостью в щелочных растворах. Применяется при создании вакуумных соединений, при пайке изделий из кварца и стекла, элементов криогенного оборудования.
- Припои с кадмием. Отличаются высокой прочностью, хорошей растекаемостью и повышенной температурой плавления, поэтому элементы с таким припоем могут эксплуатироваться при нагреве до 250 °С (например, в электромашинах). Состав используется для пайки меди, ее сплавов, омедненной стали и алюминия.
- Припои с никелем. Вещество позволяет создавать прочные, коррозионностойкие соединения при обычной и повышенной температуре. Состав широко используется для нержавеющей, жаропрочной стали и сплавов. Никель отличается высокой температурой плавления, поэтому в чистом виде применяется для молибдена и вольфрама.
Особые сплавы
Есть также специальные сплавы, которые имеют в составе несколько компонентов и являются весьма востребованными при пайке радиодеталей и других элементов.
- Сплав Розе (ПОСВ-50). Состоит из олова (25%), свинца (25%) и висмута (50%). Плавится при температуре +94 °C. Применяется для пайки компонентов, чувствительных к сильному нагреву, и для плавких электрических предохранителей.
- Сплав Вуда. Состоит из висмута (50%), свинца (25%), кадмия (12,5%) и олова (12,5%). Плавится при температуре +68 °C. Сплав предназначен для пайки тонких деталей, где важна плавкость при низких температурах. Применяе6тся для изготовления предохранителей. Минус состава – в нем содержится вредный кадмий. Поэтому обычно вместо него используется сплав Розе.
- Сплав Филдса. Один из самых легкоплавких сплавов. Температура размягчения – 62 °C. Состоит из висмута (58%), индия (17%) и олова (25%). Отличается повышенной растекаемостью и коррозионной стойкостью.
- Сплав Липовица. Состоит из висмута (50%), свинца (26,7%), олова (13,3%) и кадмия (10%), а плавится при температуре +80 °С. Из-за содержания кадмия, как и сплав Вуда, используется не во всех сферах.
Марки припоев
| Марка припоя | Состав, % | Температура плавления, ˚С | Область применения |
| ПОСВ-33 | Олово — 33,4 Свинец — 33,3 Висмут — 33,3 | 130 | Пайка элементов из меди, латуни, константана |
| ПОС-61 | Олово — 61 Свинец — 39 | 190 | Обработка токопроводящих элементов (медных, бронзовых, из латуни) |
| ПОС-61М | Олово — 61 Свинец — 37 Медь — 2 | 192 | Работа с тонкими проводами из меди, печатными проводниками |
| ПОС-90 | Олово — 90 Свинец — 10 | 220 | Изготовление посуды, медицинского инструмента |
| ПОС-50 | Олово — 50 Свинец — 50 | 222 | Обработка токоведущих компонентов из меди, латуни, бронзы. Применяется, когда возможен более сильный нагрев, чем при использовании ПОС-61. |
| ПОС-40 | Свинец — 60 Олово — 40 | 238 | Соединение контактных поверхностей в радиоэлектронике и компонентов из оцинкованной стали |
| ПОС-30 | Свинец — 70 Олово — 30 | 266 | Пайка медных элементов, из сплавов меди, и из стали |
| ПОС-18 | Свинец — 82 Олово — 18 | 277 | Пайка элементов, для которых не важна высокая прочность. Применяется для медных изделий, сплавов меди, оцинкованного железа |
| ПОС-10 | Свинец — 90 Олово — 10 | 299 | Для контактных поверхностей в радиоаппаратуре |
| ПОССу 4 — 6 | Свинец — 90 Олово — 4 Сурьма — 6 | 270 | Для белой жести, элементов с закатанными и клепанными швами (из меди, латуни), обработки автомобильных кузовов. Из-за содержания сурьмы характеризуется отличной смачиваемостью |
| ПОСК 47-17 | Олово — 47 Свинец — 36 Кадмий — 17 | 180 | Соединение проводов и выводов со слоем серебра на керамической поверхности, который нанесен способом вжигания |
| ПОСК-50 | Олово — 50 Свинец — 32 Кадмий — 18 | 150 | Обработка элементов, чувствительных к сильному нагреву. Подходит для работы с конденсаторами, металлизированной керамикой, алюминием, медью, бронзой |
| Авиа — 1 | Олово — 55 Цинк — 25 Кадмий — 20 | 200 | Для изделий с тонкими стенками, изготовленными из алюминия и его сплавов. Состав токсичен |
| Авиа — 2 | Олово — 40 Цинк — 25 Кадмий — 20 Алюминий — 15 | 250 | Для деталей с тонкими стенками, выполненными из алюминия и его сплавов. Состав токсичен |
В некоторых странах с 2006 года запретили применять припои с содержанием свинца для электроники. Также были запрещены сплавы с большим содержанием кадмия, ртути и других вредных веществ. Их концентрация в электронике строго нормировано. Ниже в таблице представлены марки бессвинцовых припоев.
| Марка припоя | Состав % | Температура плавления ˚С | Область применения |
| Sn | Олово — 100 | 232 | Не слишком востребован из-за тугоплавкости |
| Sn99,3Cu0,7 | Олово — 99,3 Медь — 0,7 | 227 | Не очень прочный и тугоплавкий, поэтому тоже не самый востребованный для пайки |
| Sn96,5Ag3,5 | Олово — 96,5 Серебро — 3,5 | 221 | Прочнее первых двух составов. Имеет хорошую смачиваемость |
| Sn96,5Ag3Cu0,5 | Олово — 96,5 Серебро — 3 Медь — 0,5 | 221 | Востребованный припой. Отличается низкой ценой и высоким качеством |
| Sn95,5Ag3,8Cu0,7 | Олово — 95,5 Серебро — 3,8 Медь — 0,7 | 217 | Хороший вариант вместо оловянно-свинцового состава. Используется для оплавления при поверхностном монтаже |
| Sn96,7Ag2Cu0,8Sb0,5 | Олово — 96,7 Серебро — 2 Медь — 0,8 Сурьма — 0,5 | 222 | Используется в производстве важных узлов в промышленности. Сурьма в составе обеспечивает высокую смачиваемость |
| Sn42Bi58 | Олово — 42 Висмут — 58 | 140 | Применяется в плавких предохранителях и других элементах, чувствительных к нагреву |
| Sn93,5Ag3,5Bi3 | Олово — 93,5 Серебро — 3,5 Висмут — 3 | 213 | Сплав с использованием висмута |
| Sn90,5Ag2Bi7,5 | Олово — 90,5 Серебро — 2 Висмут — 7,5 | 212 | Сплав с использованием висмута |
| Sn89Bi3Zn8 | Олово — 89 Висмут — 3 Цинк — 8 | 199 | Не очень востребованный припой, так как цинк придаёт сплаву повышенную химическую активность |
| Sn70Bi20In10 | Олово — 70 Висмут — 20 Индий — 10 | 193 | Из-за применения висмута сплав характеризуется высокой ценой. Также он не очень подходит для приборов с сильным нагревом при эксплуатации |
| Bi67In33 | Висмут — 67 Индий — 33 | 112 | Состав без олова. Дорогой, отличается низкой температурой плавления |
| Sn95Sb5 | Олово — 95 Сурьма — 5 | 240 | Высокотемпературный сплав с применением сурьмы (Sb) |
| Sn20Au80 (Золотой припой) | Олово — 20 Золото — 80 | 280 | Применяется в военной, авиационной, космической промышленности, медицине |
Виды припоев по форме
Различают такие варианты:
- Проволочные припои. Самая популярная форма. Обычно применяется проволока толщиной 0,3 – 3 мм. Используется для пайки электронных деталей, электрической проводки. Материал предлагается в катушках или в виде отрезков;
- Прутковые припои. Поставляются элементами с сечением 5-10 мм. Тоже востребованный вариант припоя;
- Трубчатые припои. Содержат флюс внутри, поэтому его не нужно добавлять отдельно. Весьма удобные и тоже довольно популярные (но припои в виде проволоки и прутка более востребованы);
- Порошковые припои. Данный материал обычно используется в производственных отраслях;
- Гранулированные припои. В быту почти не применяются, а используются в промышленности;
- Фольговые припои. Актуальны при пайке тонкопленочных элементов.
- Паяльная паста. Она используется для работы с мелкими элементами из легкосплавких материалов, например, при пайке радиодеталей или других изделий, которые могут повредиться при сильном нагреве. Паста включает тертый припой (пудру) в растворе гелеобразного флюса (канифоли).
Припой или паяльная паста?
В пасте все компоненты смешаны, нужно только намазать поверхность и нагреть металл. Можно даже не использовать паяльник, а просто взять специальный фен. Это идеальное средство для пайки мелких деталей. Не требуется погружать паяльник во флюс, расплавлять припой и наносить его так, чтобы он не сильно капал.
Преимущества пасты:
- Нет растекания;
- Отсутствие разбрызгивания при разогреве;
- Стойкость к окислению (у большинства паст).
Минус паяльной пасты – она не универсальная. Например, для пайки плат больше подходит стандартный метод с использованием припоя и флюса. Но если использовать пасту можно, работать с ней будет гораздо проще, чем с обычным припоем. Нюанс еще в том, что многим просто привычнее традиционный подход к пайке, поэтому они не используют пасту.
При выборе варианта припоя по форме важны особенности работы, удобство применения в определенной области и объем вещества, который нужен для соединения. Более комфортные в использовании припои в виде проволоки или прутка, так как можно выбрать изделие нужного диаметра.
Припои по технологии подачи флюса
Кроме стандартного метода, когда при пайке используется припой и флюс, есть и такие варианты припоев:
- Бесфлюсовые. Флюс для пайки не используется, а для удаления оксидной пленки пайка выполняется в инертной газовой среде, вакууме или с помощью ультразвука.
- Самофлюсующиеся. Для них не требуется нанесение флюса, так как он содержится в составе припоя. При нанесении и нагреве вещество (обычно применяется бор или кремний) защищает материал от окисления.
Другие характеристики припоев
При выборе припоя, также важно обращать внимание на такие параметры:
- Смачиваемость. Отражает способность припоя соединяться с металлами. То есть, это примерно то же самое, что адгезивная способность у различных материалов. Чем лучше состав обволакивает поверхность и чем надежнее на ней фиксируется, тем лучше его смачиваемость.
- Прочность. Отражает стойкость припоя к механическим нагрузкам. Для повышения прочности состав может дополняться железом, бором, никелем, кобальтом.
- Электропроводность. Любой металл проводит ток, и припой тоже (ведь состоит он из металлов). Но иногда требуется повышенная электропроводность. Тогда состав дополняется серебром, литием или другими щелочными металлами.
- Пластичность. Показывает, насколько устойчив материал к деформациям. Для повышения пластичности используется висмут, литий, марганец и другие вещества.
- Устойчивость к высоким температурам. Параметр важен при использовании твердых сплавов, предназначенных для применения в котельных, трубопроводах, печах. Термостойкость обеспечивается цирконием, вольфрамом, ниобием и другими добавками.
- Стойкость к коррозионным процессам. Выполняется легирование медью, никелем, цинком и другими элементами.
Как выбрать припой для пайки?
При покупке необходимо учитывать такие моменты:
- Материал, для которого нужен припой. Важно знать технические характеристики металла, особенно температуру его плавления. Радиолюбителям подходят легкоплавкие сплавы.
- Состав припоя. Выбирается в зависимости от толщины изделия, его назначения. Если нужно соединять провода и другие крупные элементы, могут использоваться тугоплавкие смеси.
- Токопроводность. Олово проводит ток лучше. Если выполняется пайка высокочастотных плат, применяются более дорогие варианты сплавов.
Припой – необходимая вещь для пайки. Выбрать подходящий припой новичку может быть достаточно сложно. Однако если вы точно знаете, для каких целей он вам нужен, специалист легко сможет подсказать подходящий по цене и характеристикам вариант. Зная ключевые особенности выбора припоев, вам будет проще понять профессионала.