3. Припои и флюсы, применяемые при пайке

Припои являются важнейшими компонентами формирования паяных соединений. При выборе припоя для паяных соединений необходимо, чтобы температура плавления припоя была ниже температуры плавле­ния паяемых материалов; припой должен обладать хорошей жидкотеку­честью, смачивать поверхности паяемых материалов, растекаться по ним, проникать в узкие зазоры. При этом сплав, образуемый в месте спая, должен обеспечивать прочную связь.

Припои для пайки классифицируют по температуре плавления: ниже 723 К - низкотемпературные; выше 723 К - высокотемператур­ные. Низкотемпературные припои содержат Sn, Bi, Cd, Pb, Ga; высо­котемпературные Cu, Ag, Ni, Co, Fe, Al и др.

Среди низкотемпературных припоев наиболее широкое применение получили применение сплавы на основе олова и свинца (ПОС). Воз­можные концентрации и фазовый состав припоев показаны на диаграмме состояния Sn-Pb (рис.1.8). В системе Sn-Pb образуется два вида твердых растворов: богатые свинцом () и оловом (). При эвтектической температуре (183 ^оС) и составе сплава 61,9%Sn и 38,1%Pb из сплава одновременно выделяются a- и b- твердые растворы, образуя мелкодисперсную смесь. Отклонения от этого состава приводят к тому, что еще до затвердевания припоя происходит спон­танная кристаллизации одного из компонентов. Внешне это проявля­ется в медленном затвердевании загустевающего сплава. Если в этот момент паяный шов потревожить незначительным механическим воз­действием, то мгновенно наступает общая кристаллизация припоя с выделением крупных кристаллов, плохо связанных между собой. Такой паяный шов нельзя считать надежным.

Рис.1.8. Диаграмма состояния системы свинец – олово:  - кристаллы твердого раствора Sn в Pb;  - кристаллы твердого раствора Pb в Sn; ж – жидкая фаза

Процесс расслоения сплава в твердом состоянии, который может быть длительным при комнатной температуре, типичен для системы Pb-Sn. При этом непрерывно снижается растворимость Pb в Sn: от 19% при 183 ^оС до 1,9 при 20 ^оС. Преимущественно перенасыщается оловом -раствор, чему способствует его ускоренное охлаждение. Через год наблюдается выпадение частиц -раствора из -раствора, что сопровождается изменением его твердости и прочности. У спла­вов с 6% содержанием Sn обнаружен эффект дисперсионного затверде­вания при выделении из сплава -частиц крупных размеров, вследствие чего возникают деформации кристаллической решетки. Такое вы­деление со временем увеличивается настолько, что наступает разуп­рочнение сплава и его твердость постепенно падает. Таким образом, структура сплава Pb-Sn после затвердевания не стабильна. Она из­меняется с течением времени. Чтобы ликвидировать эти вредные эф­фекты, сплавы Pb-Sn легируют различными металлами (добавками). Для пайки контактируемых металлов, которые подвергаются незначи­тельным нагрузкам, применяют припои на основе сплавов Sn-Pb-Sb.

Таблица 1.1

Состав припоев с низкими температурами плавления

Марка припоя	Sn,%	Pb,%	Sb,%	Tc	Tл
ПОС 90	89 – 91	9-11	-	183	220
ПОС 61	60 - 62	38-40	-	183	190
ПОС 40	39 - 41	59-61	-	183	238
ПОС СУ 61-0,5	60 - 62	37-39,5	0,2 – 0,5	183	189
ПОС СУ 40-0,5	39 - 41	61-69	0,2-0,5	183	216
ПОС СУ 95-5	94 - 96	-	4-6	183	277

Тс, Тл - температуры солидуса и ликвидуса, соответственно, ^оС.

Флюсы применяют для удаления окисной пленки с поверхности припоя и паяемого материала и предотвращения ее образования в процессе получения паяного соединения. Флюсы уменьшают поверх­ностное натяжение расплавленных припоев, способствуют улучшению смачивания и растекания, а также передаче тепла на всю зону пок­рытия припоем.

К флюсам, используемым при пайке, предъявляются следующие требования: температура плавления флюса должна быть ниже темпера­туры начала плавления припоя; к началу плавления припоя флюс дол­жен смачивать поверхность основного материала; при температуре пайки расплавленный флюс должен обеспечивать полное удаление окислов и защиту от окисления основного материала и припоя; флюс не должен терять активности и защитных свойств при длительном нагреве; продукты флюсования не должны способствовать активному развитию коррозии паяных соединений; при нагреве флюс не должен

выделять токсичных веществ.

Применяемые в настоящее время флюсы можно разделить на следующие группы: смолы, смолосодержащие растворы, смолосодержащие активированные растворы, смолонесодержащие растворы, смолонесодержащие органические растворы, коллоидные растворы, неорганические растворы и составы.

Смолы и смолосодержащие растворы. Часто ис­пользуют флюсы на основе канифоли (ФКСп, ФКЭт, ФКТС, ЛТИ-120 и др.) и бесканифольные флюсы (ФПЭт, ФТС) (табл.1.2). канифоль представляет собой желтовато-красную или темно-коричневую хрупкую массу, получаемую из смолы хвойных деревьев. Флюсующее действие канифоли объясняется наличием в ее составе абиетиновой кислоты и других органических кислот, растворяющих окислы меди и некоторых других металлов. При температуре 125 ⁰С канифоль переходит в жидкое состояние, а при нагреве до 300 ⁰С разлагается. Нагрев канифоли выше 300 ⁰С приводит к обугливанию и потере флюсующих свойств.

Таблица 1.2