41. Технологический процесс пайки. Припои. Флюсы. Формы паяных соединений. Оценка качества соединения.

Пайкой называется процесс образования соединения с меж­атомными связями путем нагрева соединяемых материалов до температуры плавления, их смачивания припоем, затекания при­поя в зазор и последующей его кристаллизации. Пайку применя­ют также для получения электрического контакта с малым пере­ходным сопротивлением.

Соединение, образующееся при пайке, по составу неоднородно. Оно включает в себя паяный шов и зону сплавления. Паяный шов — это часть паяного соединения, закристаллизовавшаяся при пайке; зона сплавления—поверхность между паяным материалом и паяным швом или граница между ними в сечении паяного сое­динения. Зона сплавления состоит из диффузионной зоны и прокристаллизованного слоя, который образуется в результате выде­ления из расплава более тугоплавкой составляющей.

Диффузионная зона представляет собой слой основного мате­риала с измененным химическим составом и микроструктурой, образовавшейся в результате диффузии компонентов припоя и паяемого материала. В зависимости от физико-химических

свойств основного материала и припоя, условий и режимов пайки образующийся спай может иметь различное строение.

Припои. Выбор припоя производят в зависимости от соединяемых металлов или сплавов, от способа пайки, температурных ограничений, размера деталей требуемой механической прочности и коррозионной стой кости и др.

Припой должен хорошо растворять основной металл, легко растекаться по его поверхности, хорошо смачивать всю поверхность пайки, что обеспечивается лишь при полной чистоте смачиваемой поверхности основного металла.

В зависимости от химического состава и температуры плавления припоев различают пайку твердыми и мягкими припоями. К твердым относятся припои с температурой плавления выше 400°С, к легким — припои с температурой плавления до 400°С.

Наиболее широко применяются в любительской практике легкоплавкие припои. Рекомендации по их применению, на основании которых можно выбрать припой приведены в табл. Буквы ПОС в марке припоя означают припой оловянно-свинцовый, цифры — содержание олова в процентах. Для получения специальных свойств в состав оловянно-свинцовых припоев вводя сурьму, кадмий, висмут и другие металлы. Например ПОССу 4—6 — оловянно-свинцовый припой с добавлением сурьмы, ПОСК 50—кадмия, ПОСВ 33—висмута.

Выпускают легкоплавкие припои в виде литых чушек, прутков, проволоки, лент фольги, порошков, трубок диаметром от 1 до 5 мм, заполненных канифолью, а также в виде паст, составленных из порошка припоя и жидкого флюса.

Подготовленные поверхности покрывают флюсом непосред­ственно перед горячим лужением или пайкой.

Механизм действия флюса заключается в том, что оксидные пленки металла и припоя растворяются или разрыхля­ются и всплывают на поверхность флюса. Вокруг очищенного металла образуется защитный слой флюса, препятствующий воз­никновению оксидных пленок. Жидкий припой замещает флюс и взаимодействует с основным металлом. Слой припоя постепенно увеличивается и при прекращении нагрева затвердевает.

Флюсы по действию, которое они оказывают на металл, под­вергающийся пайке, делят на кислотные (активные), бескислот­ные, антикоррозионные и активированные.

Кислотные флюсы (хлористый цинк и флюсы на его основе) интенсивно растворяют оксидные пленки, обеспечивая тем самым хорошее сцепление припоя с основным металлом. Остаток флюса после пайки вызывает интенсивную коррозию соединения и ос­новного металла, поэтому необходимы тщательная промывка и полное удале­ние остатков флюса с поверхности со­единения. При монтажной пайке ак­тивные флюсы не применяют.

Бескислотные флюсы (канифоль и флюсы, приготовляемые на ее основе с добавлением неактивных веществ спирта, глицерина и др.) химически малоактивны и их можно применять при тщательной зачистке деталей. Ос­таток канифоля не гигроскопичен и является хорошим диэлектриком; это важное преимущество канифоли при пайке монтажных соединений. Широ-

ко применяют флюс марки ФКСп представляющий собой раствор сосно­вой канифоли (10...40%) в этиловом спирте. Флюсы на основе канифоли не оказывают коррозионного действия.

Антикоррозионные флюсы (на основе соединений фосфорной кислоты с добавлением различных органических кислот) не вы­зывают коррозии черных металлов, вследствие чего отпадает не­обходимость удаления остатков флюса после пайки.

Активированные флюсы (на основе канифоли с добавкой акти-визаторов — салициловой кислоты и др.) применяют для сплавов, плохо поддающихся пайке. Высокая активность некоторых акти­вированных флюсов позволяет выполнять пайку без предвари­тельного удаления оксидов.

Для пайки твердыми припоями в качестве флюса используют буру или флюсы на ее основе (90% буры и 10% борной кисло­ты).

Форма пайки может быть заливной, когда соединяемые элементы полностью скрыты припоем, и скелетной. В послед­нем случае очертания вывода и контактной площадки просматри­ваются через тонкий слой припоя. Для скелетной пайки требуется меньше припоя, визуальный контроль ее осуществить проще. За­ливная пайка обеспечивает более надежное соединение при зна­чительных механических нагрузках.

Качество паяного соединения оценивают по:

• Внешнему виду – оценивается визуально с увеличением в 10 раз и более. Поверхность должна быть гладкой, без наплывов.

• Структуре – оценивают по ширине диффузионной зоны. Максимальная прочность соединения достигается при ширине диффузионной зоны от 0,9 до 1,0 мкм. Проверяют структуру различными видами анализа (например, металлографический анализ).

• Механической точности – определяют по усилию разрушения на разрыв или срез.

• Интенсивности отказов – качественно выполненное соединение имеет интенсивность отказов в пределах 10^-7-10^-8 1/час

Большое влияние на качество соединения оказывает режим пайки, т.е. совокупность параметров и условий, при которых она осуществляется. Параметры: температура пайки, время выдержки при этой температуре, скорость нагрева и охлаждения.