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).

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

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.

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:

1. Материал, для которого нужен припой. Важно знать технические характеристики металла, особенно температуру его плавления. Радиолюбителям подходят легкоплавкие сплавы.
2. Состав припоя. Выбирается в зависимости от толщины изделия, его назначения. Если нужно соединять провода и другие крупные элементы, могут использоваться тугоплавкие смеси.
3. 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.