книги из ГПНТБ / Бабаянц, С. С. Микропроволочные элементы радиоустройств учебное пособие для подготовки рабочих на производстве

контролироваться простыми и надежными средствами; ж) желатель­ но, а иногда обязательно обеспечивать ремонтоспособность контакт­ ного узла.

Применяемые в производстве методы микроконтактирования в различной степени удовлетворяют вышеперечисленным требова­ ниям. Классификация основных методов микроконтактирования

Пайка производится за счет нагревания соединяемых поверх­ ностей и расплавления припоев — специальных сплавов и металлов.

Сваркой называется процесс соединения металлических деталей с применением местного нагрева до плавления или пластического состояния. Методы сварки давлением обеспечивают соединение при совместном действии нагрева и давления. Методы сварки плавлением применяются для мнкроконтактирования элементов при их монтаже в радиоэлектронном устройстве. При сварке давлением общий нагрев или местный (локальный) не доводит соединяемые металлы до расплавления, а лишь увеличивает их пластичность, т. е. увеличи­ вает их способность к деформациям. В зависимости от режима сварки (давления, температуры и времени выдержки), электрическая кон­ тактная сварка может быть отнесена как к сварке давлением, так и к сварке плавлением. Давление является необходимым фактором.

Характерным для перечисленных методов микроконтактирования сваркой является то, что места соединения обладают более высоким электрическим сопротивлением, чем сами соединяемые металли­ ческие проводники. Такое сопротивление называют переходным контактным сопротивлением. Пайка в отличие от сварки создает небольшое переходное сопротивление.

Микроконтактирование токопроводящими пастами и амальгамами не изменяет величины переходного контактного сопротивления. Выбор метода мнкроконтактирования определяется требованиями

.90

к контактным узлам и технологическими особенностями их выпол­ нения, а также конструкцией контактного узла и применяемыми материалами.

6-2. Мягкая пайка легкоплавкими припоями

Технологический процесс пайки представляет собой соединение металлических деталей в нагретом состоянии расплавленным при­ поем, который затем затвердевает. В процессе пайки происходит взаимное растворение и диффузия припоя и основного металла в весьма тонком поверхностном слое соединяемых металлов. Паяные соединения широко распространены.

Получение надежных паяных соединений требует обязательного выполнения следующих основных условий: а) чистоты поверхностей паяемых элементов, которые должны быть сразу же после зачистки покрыты металлом или залужены; б) оптимальных зазоров между соединяемыми поверхностями, гарантирующих проникновение в них дозированного жидкого припоя; в) способа нагрева, обеспечиваю­ щего равномерный прогрев соединяемых деталей на 30—100° С выше точки полного расплавления припоя.

Прочность контактного соединения и его надежность определяют­ ся степенью чистоты спаиваемых поверхностей соединяемых деталей. Поверхности должны быть тщательно очищены от пленок, лаков, эмалей, окислов и загрязнений. Большое значение имеет правильный выбор припоев и флюсов. В качестве припоя используются различ­ ные цветные металлы и их сплавы. В зависимости от величины тем­ пературы плавления припоев они разделяются на мягкие и твердые. Мягкие припои имеют температуру плавления менее 450° С и харак­ теризуются невысокой механической прочностью, ор от 2 до 8 кгс!ммг. У твердых припоев температура плавления свыше 450° С. Механичес­ кая прочность твердых припоев выше, ар от 10 до 40 кгс1мм2. В ка­ честве легкоплавких припоев применяют мягкие припои: оловянно­ свинцовые, висмутовые, кадмиевые и другие сплавы. Наиболее низкотемпературные припои содержат индий, висмут и кадмий с тем­ пературами плавления 80—150° С. Для растворения и удаления окислов и загрязнений со спаиваемых поверхностей и для защиты металла от окисления в процессе пайки, для улучшения смачивания металла припоем и растекания припоя служат флюсы. Флюсы обра­ зуют жидкую и газообразную защитную зону, предохраняющую поверхность металла и расплавленного припоя от окисления. Флюсы по действию, оказываемому на металл, подвергающийся пайке, разделяются на кислотные (активные), бескислотные, антикор­ розийные и активированные.

Кислотные флюсы (хлористый цинк и флюсы на его основе) интен­ сивно растворяют окисные пленки и обеспечивают хорошее сцеп­ ление (адгезию) припоя с основным металлом. Однако остатки флюса после пайки вызывают интенсивную коррозию (разрушение) соеди­ нения и основного металла. В связи с этим необходимы тщательная

91

промывка и полное удаление остатков флюса с поверхности сое­ динения. Кислотные флюсы не применяются для пайки элементов, их используют иногда для пайки стальных и латунных корпусов, кожухов, экранов, футляров и прочих деталей.

Для мягкой пайки легкоплавкими припоями применяют специ­ альные бескислотные флюсы, удовлетворяющие следующим усло­ виям: флюс должен обладать активностью, обеспечивающей хоро­ шую растворяемость окислов, соединяемых элементов и припоя, диапазон температур раскисления флюса, т. е. его активность должна быть в пределах от 90 до 150° С. Температура плавления припоя должна быть выше рабочей температуры флюса на 20—40° С, остатки флюса не должны вызывать коррозии, т. е. должны быть инертными и негигроскопичными, а также не должны изменять электрического сопротивления изоляции. Флюсы ФПП (ПлП) и КЗ в наибольшей степени удовлетворяют специфическим особен­ ностям пайки элементов легкоплавкими припоями. Характеристики этих флюсов указаны в табл. 6-2. Их активность с металлами и при­ поем ПОС-61 выражена в относительных единицах.

Таблица 6-2

Флюсы КЭ и ФПП даже в тех случаях, когда места паек не промываются, не коррозируют, и их остатки не влияют на величину сопротивления изоляции. К недостаткам флюсов КЭ и ФПП следует отнести их слабую активность, которая наступает при температуре выше 200° С. Это приводит к необходимости применения припоев с температурой плавления свыше 140° С. К бескислотным флюсам относятся также флюсы ЛТИ-120, ТС-1 и № 29. Эти флюсы требуют тщательной промывки мест паек, так как их остатки приводят к снижению сопротивления изоляции между токопроводящими элементами и могут вызвать коррозию медных проводов. Флюсы ЛТИ-120, ТС-1 и № 29 применяются для облуживания деталей их стали, латуни, их активность выше, чем активность флюсов ФПП и КЭ. Состав флюсов приведен в табл. 6-3.

Антикоррозийные флюсы на основе фосфорной кислоты с добав­ лением различных органических кислот применяются для пайки черных металлов. Активированные флюсы на основе канифоли с добавлением активизаторов (солянокислого или фосфорнокислого аналина, салициловой кислоты и др.) применяются для сплавов,

92

иконтактов, так как в этом случае произошло бы нарушение элек­ трического и механического соединения; в) припой должен обеспе­ чить достаточную механическую прочность контактного соединения

икоррозионную стойкость. Состав и основные характеристики некоторых мягких припоев приведены в табл. 6-4.

Технологический процесс пайки состоит из следующих опера­ ций: а) подготовка проводов, выводов и контактов к пайке; б) луже­ ние проводов, выводов и контактов; в) пайка; г) удаление остатков флюса; г) контроль. Поверхности спаиваемых деталей и проводни­ ков зачищают для удаления пленки окислов, изоляционного лака

игрязи. После зачистки обезжиривают, окуная в сосуд с раствори­ телем или протирая тампоном из замши или другого материала, намотанного на губки пинцета и смоченного в воде, а затем в раство­ рителе. Зачистку изоляции проводов производят одним из способов, описанных выше. Целесообразно использовать провода ПЭВТЛ-1 и ПЭВТЛ-2, имеющие полиуретановую изоляцию, обладающую флю­ сующими свойствами при температурах 320—350° С. Эти провода

лудятся припоем ПК-70 при температуре 380—400° С окунанием или паяльником.

Очищенная поверхность большинства материалов на воздухе окисляется, покрывается очень тонкой и незаметной для глаза окисной пленкой. Особенно быстро появляется эта пленка при повы­ шении температуры, что всегда имеет место при пайке. Возникнове­ ние окисной пленки может препятствовать прочному и надежному соединению спаиваемых поверхностей между собой и с припоем. Поэтому для надежного соединения контакты, лепестки, концы монтажных и намоточных проводов лудят мягкими припоями горя­ чим способом с помощью паяльника или окунанием в расплавленный припой. Менее качественное лужение производится гальваническим способом. При лужении паяльником (рис. 6-1, а) на поверхность, покрытую флюсом, переносят небольшое количество припоя и,

93

прогревая паяльником поверхность, выравнивают наносимый слой полуды. Лужение контактных поверхностей алюминиевых деталей и проводов производят с помощью ультразвукового паяльника или путем погружения на 3—5 сек в ванну с расплавленным припоем, в которой возбуждаются ультразвуковые колебания (рис. 6-1, б). Лужение обычным способом алюминиевых деталей требует трудо­ емкой механической и химической очистки поверхностей от окисной пленки.

Для пайки выводы элемента механически закрепляются. Метод крепления определяется конструкцией 'элемента. Спаиваемые по-

6

Рис. 6-1. Лужение контактных поверхностей: а — с помощью микроиаядьника; б — ультразвуковое лужение

1 — окисная пленка; 2 — припой; 3 — жало паяльника; 4 — пары

флюса; 5 — флюс; 6 — магнитострикционный преобразователь; 7 — обмотка возбуждения электрических колебаний; 8 — нагреватель­ ная обмотка; 9 — стержень ультразвуковой ванны; 10 — ванна с припоем; П — расплавленный припой; 12 — алюминиевая деталь

верхности нагреваются, температура жала паяльника на 15—30° С должна быть выше температуры плавления припоя. Эта температура должна быть постоянной в процессе пайки. Время пайки ограни­ чивается. Иногда для предохранения от перегрева корпус элемента обдувается воздухом с помощью специального приспособления или применяются теплоотводящие экраны. Для того чтобы на паяльнике держался припой, рабочий конец его должен быть всегда чистым и хорошо залуженным. Поэтому через определенные про­ межутки времени рабочий конец должен очищаться от окалины, после чего зачищенный конец опускается в канифоль, а затем облу­ щивается припоем. Для пайки хорошо облуженныш паяльник с при­ ставшим припоем переносят к месту пайки, покрытому флюсом, и прикасаются к спаиваемым поверхностям. При этом припой на облуженных местах плавится, и по ним растекается припой с паяль­ ника. После того как припой с паяльника рассечется по месту пайки ровным слоем, паяльник отнимают, и пайка, застывая, образует

95

прочное, соединение. Прочность пайки обеспечивается хорошим прогревом, для чего паяльник должен прижиматься к месту сое­ динения всей рабочей поверхностью (рис. 6-2). Если паяльник недо­ статочно нагрет, припой на спаиваемых поверхностях будет быстро остывать, а следовательно, не произойдет растекание припоя ровным слоем по месту пайки.

Припой «прилипнет» к месту пайки, сое­ динение будет ненадежным. Качество пайки ухудшается также и при пере­ гретом паяльнике. Перегретый паяльник быстро окисляется, плохо набирает при­ пой. При этом флюс кипит, выделяется дым.

После пайки остатки флюса удаляют­ ся. Качество пайки проверяют внешним осмотром. Поверхность пайки должна быть блестящей. Не должно быть взду­

тий, пузырей, раковин, наплывов припоя или флюса, перемычек припоя и непропаянных мест.

Механическую прочность пайки допускается проверять выбо­ рочно, но не более одного раза. В зависимости от сечения провода рекомендуется прикладывать вдоль оси проводника следующие усилия:

В соответствии с требованиями технических условий на элементы механическая прочность паяных соединений проверяется также посредством испытаний на удары, тряску и вибрации.

6-3. Твердая пайка тугоплавкими припоями

Пайка твердыми припоями применяется в тех случаях, когда необходимо создать контактное соединение высокой механической прочности, а также когда соединение должно работать при высокой температуре, при использовании изоляции проводов классов Н и С с рабочей температурой 180° С и выше 400—500° С. Например, для пайки микропроводов в стеклянной изоляции мягкие припои не могут быть применены вследствие их низкой температуры плав­ ления и низкой механической прочности.

Для твердой пайки контактных соединений деталей и проводов из меди, ее сплавов и стали применяются в основном три вида твер­ дых припоев:

1. Медноцинковые припои ПМЦ и латунь Л-62, обладающие высокой температурой плавления. Недостаточная жидкотекучесть ограничивает их применение.

96

2. Серебряные припои ПСР обладают высокой электропровод­ ностью, механической прочностью и жидкотекучестью. Из припоев, содержащих серебра от 72 до 10% марок от ПСр-72 до ПСр-10, ши­ роко применяются ПСр-70 и ПСр-45, обладающие пределом проч­ ности на растяжение ар = 30 кгс1мм2, или 30-107 н/ж2. Припои с меньшим количеством серебра дают недостаточную электропро­ водность спаянного места. Применяются также припои ПСр-71,

ПСр-2,5 используется для лужения и пайки токоведущих деталей и

пайки проводов в сплошной литой стеклянной изоляции применяются припои ПСр-40, ПСр-25ф и ПСр-70.

3. Меднофосфористые припои ПМФ дешевле серебряных, обла­ дают хорошей жидкотекучестью и обеспечивают высокое качество пайки. Могут применяться без флюса. По сравнению с серебряными припоями обладают меньшей электропроводностью. В табл. 6-5

флюса, г) контроль. Перед пайкой необходимо обезжирить никелевые выводы. Обезжиривание производится волосяной кисточкой, смо­ ченной в спирте.

В зависимости от величины диаметра проводов различают два

способа пайки: с зачисткой стеклянной изоляции и без зачистки. Пайку проводов диаметрами от 0,005 до 0,05 м м ведут без зачистки изоляции. Перед намоткой изделия конец провода накладывается на никелевый вывод. Нажатием педали включают паяльник (рис. 6-3)

всеть и нагревают его рабочую петлю 1 до температуры 650—675* С (до темно-красного цвета). Паяльник не следует перегревать, так как при перегреве происходит выбрасывание припоя с петли. Температура нагрева паяльника регулируется соответствующим поворотом рукоятки на автотрансформаторе ЛАТР-1. Нагретую петлю паяльника помещают во флюс, затем в припой до получения

ввершине ее небольшой кап­

собой и в соединениях с выводами ведется с предварительной

требуемой теплостойкости выбор припоев необходимо производить согласно рекомендациям табл. 6-8.

При пайке припоем ПСр-25ф применение флюсов не требуется. При пайке припоями ПСр-40 и ПСр-70 необходимо применять флюс № 209.