Пайка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Пайка ручным электрическим паяльником

Пайка — технологическая операция, применяемая для получения неразъёмного соединения деталей из различных материалов путём введения между этими деталями расплавленного материала (припоя), имеющего более низкую температуру плавления, чем материал (материалы) соединяемых деталей.

Спаиваемые элементы деталей, а также припой и флюс вводятся в соприкосновение и подвергаются нагреву с температурой выше температуры плавления припоя, но ниже температуры плавления спаиваемых деталей. В результате припой переходит в жидкое состояние и смачивает поверхности деталей. После этого нагрев прекращается, и припой переходит в твёрдую фазу, образуя соединение.

Прочность соединения во многом зависит от зазора между соединяемыми деталями (от 0,03 до 2 мм), чистоты поверхности и равномерности нагрева элементов. Для удаления оксидной плёнки и защиты от влияния атмосферы, а также для понижения поверхностного натяжения и улучшения растекания припоя применяют флюсы.

Разновидности[править | править вики-текст]

Пайка бывает

  • низкотемпературная (нагрев припоя до 450 °C);
  • высокотемпературная (нагрев припоя свыше 450 °C).

Соответственно — припои бывают

  • легкоплавкие;
  • тугоплавкие.

Для низкотемпературной пайки используют, в основном, электрический нагрев, для высокотемпературной — в основном, нагрев горелкой. В качестве припоя используют сплавы

Пайка является высокопроизводительным процессом, обеспечивает надёжное электрическое соединение, позволяет соединять разнородные материалы (в различной комбинации металлы и неметаллы), отсутствие значительных температурных короблений (по сравнению со сваркой). Паяные соединения допускают многократное разъединение и соединение соединяемых деталей (в отличие от сварки). К недостаткам можно отнести относительно невысокую механическую прочность.

Исходя из физико-химической природы процесса, пайку можно определить следующим образом. Процесс соединения металлов в твёрдом состоянии путём введения в зазор припоя, взаимодействующего с основным металлом и образующего жидкую металлическую прослойку, кристаллизация которой приводит к образованию паяного шва. На границе между припоем и основным металлом образуются переходные слои, состоящие из продуктов их взаимодействия -- твёрдых растворов и интерметаллидов. Они обеспечивают адгезию между припоем и основным металлом, однако слишком толстые слои интерметаллидов проявляют хрупкость и приводят к разрушению пайки.

Виды пайки:

  • капиллярная (смачивание деталей и затекание припоя в зазор между ними происходит за счёт капиллярных сил):
    • горизонтальная;
    • вертикальная;
  • диффузионная (пайка происходит при температуре выше точки плавления припоя за счёт взаимной диффузии припоя и основного металла):
    • атомно-диффузионная;
    • реакционно-диффузионная;
  • контактно-реакционная или контактно-реактивная:
    • с образованием эвтектики;
    • с образованием твёрдого раствора;
  • реакционно-флюсовая или реактивно-флюсовая (во время нагрева припой образуется за счёт реакции металла и флюса):
    • без припоя;
    • с припоем;
  • пайка-сварка:
    • без оплавления;
    • с оплавлением.

Анализируя сущность физико-химических процессов, протекающих на границе основной металл — расплав припоя (при формировании соединения в существующих видах пайки), можно видеть, что различия между капиллярной пайкой, диффузионной пайкой и пайкой-сваркой не носят принципиального характера. Капиллярность является общим признаком пайки. Отличительным признаком диффузионной пайки является длительная выдержка при температуре пайки и изотермическая кристаллизация металла шва в процессе пайки. Других характерных признаков этот метод не имеет, основное назначение его — повысить температуру распая шва и прочность паяного соединения. Диффузионная пайка может быть развитием любого вида пайки, в том числе капиллярной, реакционно-флюсовой или контактно-реакционной. В последнем случае диффузионная пайка возможна, если второй металл взаимодействующей пары вводится в виде прослойки между соединяемыми металлами. При реакционно-флюсовой пайке происходит совмещение процессов вытеснения из флюса металла, служащего припоем, и его взаимодействия с основным металлом. Наконец, пайка-сварка отличается от других методов пайки количеством вводимого припоя и характером формирования шва, делающим этот метод пайки похожим на сварку плавлением. При соединении разнородных металлов при пайке-сварке возможно оплавление кромки одной из деталей, изготовленной из более легкоплавкого металла.

Бессвинцовые технологии[править | править вики-текст]

27 января 2003 года введена в действие директива 2002/96/ЕС Европейского парламента и Совета по отходам электрического и электронного оборудования (WEEE). Современная радиоэлектронная промышленность встала перед фактом организации сбора и удаления отходов, имеющих в своем составе тяжелые металлы и огнезащитные составы. Для успешного решения этой проблемы одним из необходимых условий является переход на бессвинцовые технологии изготовления электронного оборудования — технологии с применением материалов, не содержащих свинца. Так же эффективным способом защиты является использование дымоуловителя.

Стандарты[править | править вики-текст]

  • ГОСТ 17325-79 — Пайка и лужение. Основные термины и определения.

Технологии пайки[править | править вики-текст]

  • Низкотемпературная пайка:
    • пайка с применением электрического паяльника:
      • ручная;
      • полуавтоматическая;
    • пайка волной жидкого припоя;
    • пайка погружением в ванную с расплавленым припоем;
    • и другие.
  • Высокотемпературная пайка:
    • пайка нагревом с помощью газовых гарелок;
    • пайка нагревом токами высокой частоты;
    • экзотермическая пайка;
    • и другие.

Технология пайки оловянно-свинцовым припоем[править | править вики-текст]

Для соединения металлических деталей пайкой их необходимо облудить, соединить и нагреть, возможно, вводя в место пайки ещё припоя. Следующие простые рекомендации помогут достичь высокого качества пайки.

  • Хорошо поддаются пайке оловянно-свинцовыми припоями следующие металлы (в порядке ухудшения):
  • Плохо поддаются пайке оловянно-свинцовыми припоями следующие металлы (в порядке ухудшения):
  • Детали, подлежащие пайке, следует зачистить до металла (удалить защитные покрытия, грязь, окислы). Драгоценные металлы не покрываются окислами (кроме серебра, которое может со временем чернеть).
  • Для пайки электронных компонентов следует использовать выпускаемый промышленностью оловянно-свинцовый припой с содержанием олова около 61 %, если не указано иное в технологической карте. Припой с таким содержанием олова обладает наименьшей температурой плавления(190°), наименьшей прочностью.
  • Для пайки электронных компонентов следует использовать флюсы, не вызывающие коррозию и не обладающие электропроводностью. Такие флюсы имеют надпись коррозионно-пассивен и/или не требует отмывки. Хорошо себя зарекомендовали флюсы в виде геля на канифольной основе.
  • Активные флюсы (с содержанием кислот и других вызывающих коррозию веществ), например, хлористый цинк, не используются для пайки электронных компонентов и проводов, поскольку флюс остается в порах припоя, проникает в материал платы, под изоляцию провода и его невозможно полностью удалить при отмывке.
  • Лужение. На зачищенное место пайки наносится тонкий слой флюса. Затем место пайки приводится в соприкосновение с расплавленным припоем (например, касанием облуженного горячего паяльника или погружением в расплавленный припой). Если все сделано правильно, то деталь в месте контакта с припоем смачивается им. После охлаждения слой застывшего припоя должен быть блестящим, сплошным и ровным.
  • Залуженные детали фиксируются в необходимом положении и прогреваются паяльником. При необходимости в место нагрева вводится дополнительное количество припоя. Припой вводится в виде капли на жале паяльника или припойной проволокой, желательно, с каналом, заполненным флюсом. В изделиях высокой надёжности, как правило, залуженные провода перед пайкой ещё и скручиваются («должно держаться без припоя»).
  • Качественная пайка получается только в том случае, когда место пайки прогрето до температуры, превышающей температуру плавления припоя. Если спаиваемые поверхности холодные, припой в контакте с ними затвердевает и смачивания им не происходит, или происходит в нескольких точках, обеспечивая прилипание капли припоя. Такая"ложная" или "холодная" пайка непрочна и ненадежна, нередко приводит к труднодиагностируемым "плавающим" отказам аппартуры.
  • Спаиваемые поверхности должны быть неподвижны до полного отвердения припоя. Даже небольшое движение деталей друг относительно друга в момент кристаллизации припоя может очень существенно снизить прочность соединения.
  • При необходимости флюс удаляется растворителем.

Технология пайки без припоя[править | править вики-текст]

Пример. При пайке меди и титана припой не применяется, а используется явление контактного плавления. Суть явления в том, что температура плавления сплава Cu-Ti ниже температуры плавления каждого металла в отдельности. Температура плавления меди - 1083 °C, а титана - 1725 °C. Если образцы из Cu и Ti плотно соединить и нагревать, то при температуре около 900 °C зазор между ними заполнится за счёт плавления места контакта (диффузионная пайка).

См. также[править | править вики-текст]

Литература[править | править вики-текст]

  • Петрунин И. Е. Физико-химические процессы при пайке. М., «Высшая школа», 1972;
  • Максимихин М. А. Пайка металлов в приборостроении. Л.: Центральное бюро технической информации, 1959

Ссылки[править | править вики-текст]

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «пайка»