Почему новый припой плохо паяется. Секреты проф пайки.
Необходимость уметь пользоваться паяльником играет решающее значение, когда скрутка - не обеспечивает достаточной надежности, а сварка - уже слишком убийственно для соединения тонких проводников, особенно когда важно сохранить целостность соединений и избежать перегрева изоляции ... Можно понять трудности начинающих паяльщиков / лудильщиков ... Но когда профессионалы начинают спотыкаться о современные методы и технологии пайки - приходит время задуматься, а что здесь не так, почему процесс тормозится ? ))) ... Это обзорное исследование современных проблем соединений пайкой - станет интересным информативным и кратким справочником : не только для новичков, но и для специалистов, которые уверенно держат паяльник в руках ...
После 2020 года в нашу жизнь стали активно внедряться новые технологии ... Я не знаю, с чем это связано ... Что послужило катализатором ... Пандемия коронавируса COVID-19 ... Ускорение цифровизации и переход на новые цифровые платформы ... Развитие 5G и новые возможности для использования интернета вещей (IoT), виртуальной реальности (VR) и дополненной реальности (AR) ... Увеличение числа пользователей онлайн-сервисов, общение, обмен опытом и образовательные ресурсы, стимулирующие появление новых технологических решений ... Инвестиции в инновации, меняющие привычные способы ведения бизнеса и жизни ... Появление и развитие искусственного интеллекта ...
Действительно, современные методы технологии пайки - требуют использования современных материалов и оборудования, облегчающие применение припоя для соединения токоведущих частей - во многих областях современной жизни ... Микроэлектроника и компьютерные изделия ... Транспорт и машиностроение ... Радиотехника, навигация и связь ... Антенное оборудование ... Источники питания и зарядки ... Это лишь немногие отрасли производства, где владение паяльником облегчает решение профессиональных задач ...
На замену паяльных станций, имеющих узко / ограниченную специализацию пришли не только паяльники с блоком регулировки температуры, но и новые электрические нагреватели жала с цифровым терморегулятором контроля температуры нагрева и жидкокристаллическим индикатором режимов работы ... Эти новые разработки, не только имеют быстрый разогрев жала, не только умеют поддерживать его температуру на заданном уровне, но и обладают встроенными функциями калибровки, что позволяет более точно настраивать их производительность ...
Среди вышеупомянутого оборудования, специалисту паяльного участка, в работе - могут потребоваться ... Антистатический браслет ... Микроскоп ... Лупа ... Термопинцет ... Наборы инструментов для аккуратных и высокоточных работ ... Защитный крем или паста для рук ... Источник света для ультра / фиолетового отверждения паяльной маски в диапазоне длин волн от 350 до 420 нм [ нанометров ; ближний ультрафиолетовый спектр (UVA) ] , как правило - современная светодиодная УФ лампа или разработка прошлого поколения ...
Также, есть ряд широко известных, в узких кругах - материалов, которые также влияют на качество процесса пайки ... Паяльная паста ... Флюс-Гель ... Медная лента / оплетка для удаления припоя ... Паяльная маска с УФ-отвердением ... Сплав Вуда / Розе ... Теплопроводящая паста ... Припой сплавы олово-свинец или бессвинцовые варианты ... Очиститель / растворитель для очистки плат от флюса ... Рассмотрим некоторые из них - подробнее ...
Подготовка и завершение.
Флюс-гель.
Флюс-гель содержит активные вещества, предназначенные для удаления окислов и улучшения сцепления припоя с поверхностью металла ... В отличие от паяльной пасты, он не содержит частиц припоя ... Используется при ручной пайке для подготовки поверхности к нанесению припоя ... Гель наносят на места соединения перед пайкой, чтобы улучшить сцепление припоя с металлом и предотвратить образование окислов ... Улучшает текучесть припоя, проникает в труднодоступные места и отличается универсальностью : может использоваться с различными видами припоев ...
Паяльная маска с УФ-отверждением.
Применяется после нанесения флюса и припоя (облуживание / залуживание), для защиты участков платы, которые не должны подвергаться воздействию припоя во время пайки. Маска отвердевает под воздействием ультрафиолетового света ...
Очиститель / растворитель.
В зависимости от типа и вида загрязнения, до и после пайки - могут применяться очистители и растворители, для удаления остатков флюса и других загрязнений с поверхности платы ... Важные замечания : ...
- * - Химические вещества : соблюдать меры предосторожности ...
- * - Совместимость : убедиться, что очиститель не агрессивен к материалу платы и компонентам ...
- * - Тестирование нового очистителя на небольшом участке : тест на отсутствие повреждений ...
- * - Правильный выбор очистителя или растворителя обеспечит качественную подготовку платы к дальнейшим операциям и продлит срок ее службы ...
Множество советов по применению средств очистки связаны с изучением материалов и документации (инструкций к эксплуатации и по применению) ... И, хотя - нет идеальных рецептов, для новичков - лучше придерживаться главных общих рекомендаций ...
- Изучать технические характеристики материалов и компонентов, документацию и инструкции ...
- Тест на совместимость - на небольшом участке, с целью выявить возможность повреждений ...
- При отсутствии информации : начинать с универсальных и безопасных растворителей, таких как изопропиловый спирт (IPA) или де-ионизированная вода ...
- Стараться минимизировать воздействие очистителя на материалы, сокращая количество и время ...
- Могут помочь консультации и обмен опытом с коллегами и специалистами ...
- В конце концов : действовать осторожно и внимательно следить за реакцией материалов на применяемые очистители ...
Наиболее распространенные очистители ...
Изопропиловый спирт (IPA) ...
- Легкие органические загрязнения, остатки флюса, пыль, масла ...
- Очищение плат после пайки, удаление легких следов флюса ...
Ацетон ...
- Лакокрасочные покрытия, эпоксидные смолы, сильные органические загрязнения ...
- Удаление старых покрытий, очистка сильно загрязненных плат ...
Метилэтилкетон (MEK) ...
- Эпоксидные смолы, клеи, краски, стойкие органические загрязнения ...
- Чистка плат с сильными загрязнениями, где IPA неэффективен ...
Трихлорэтилен ...
- Масляные пятна, жировые отложения, тяжелые органические загрязнения ...
- Глубокая чистка плат, удаление сложных маслянистых загрязнений ...
Специальные очистительные жидкости для электроники ...
- Остатки флюса, оксидные пленки, легкие и средние загрязнения ...
- Общая чистка плат после пайки, подготовка к монтажу ...
- Специальные растворы, такие как Flux Off или Techspray ...
Водорастворимые очистители ...
- Водорастворимые остатки флюса, соли, водяные пятна ...
- Очистка плат после использования водорастворимых флюсов ...
Механическая ультразвуковая ванна ...
- Сможет помочь, если загрязнения не убираются химически ...
- Сложные загрязнения, глубокие слои грязи, остатки флюса ...
- Глубокая очистка плат, требующая максимального эффекта ...
! Осторожно : Опасность повреждений ! ... Ультразвук разрушает : ...
- керамика и пьезоэлектрические элементы ...
- влияние на диэлектрики, изоляторы и конденсаторные пленки ...
- микротрещины в припое ...
- интенсивная коррозия проводников в агрессивной среде растворов ...
- нарушение герметичности корпусов ...
- Хотя, ультразвуковые ванны - и являются эффективным средством для очистки электронных компонентов, необходимо учитывать возможные риски и принимать соответствующие меры безопасности ...
Медная лента / оплетка для удаления припоя.
По мере необходимости, чаще всего после пайки или для исправления ошибок - используется медная оплетка для удаления лишнего припоя с контактов или дорожек платы ...
Сплавы Вуда и Розе.
Сплавы Вуда и Розе - это легкоплавкие сплавы на основе висмута, свинца, олова и кадмия ... Благодаря своей низкой температуре плавления они применяются для разбавления и улучшения текучести высокотемпературных припоев при демонтаже с плат чипов и микроконтроллеров, чтобы не допустить их перегрева ...
- Также используются для пайки, при изготовление форм и как элементы безопасности в противопожарной защите ...
...
- Довольно токсичны из-за содержания свинца и, особенно - кадмия, поэтому требуют осторожного обращения ...
Сплав Розе ... Более тугоплавкий, но менее токсичен ... Состав :
Висмут (Bi) – 50% ...
Свинец (Pb) – 27% ...
Олово (Sn) – 23% ...
Температура плавления : около 96 градусов Цельсия ...
Сплав Вуда ... Более токсичный, но менее тугоплавкий ... Состав :
Висмут (Bi) – 50% ...
Свинец (Pb) – 25% ...
Олово (Sn) – 12,5% ...
Кадмий (Cd) – 12,5% ...
Температура плавления : около 70 градусов Цельсия ...
Пайка.
Припой.
Оловянный припой (Sn100) ... t.C = 232 ... из чистого олова ... менее пластичен, подвержен хрупкости при низких температурах ...
Олово-свинец (Sn60Pb40) ... t.C = 185 ... классический сплав, содержащий 60% олова и 40% свинца ... использование свинцовых припоев ограничено из-за экологических соображений ...
Обычный русский припой с канифолью ... Популярный выбор среди любителей и профессионалов, благодаря своей доступности, простоте использования и надежности пайки ...
- Канифоль, это натуральный флюс, получаемый из смолы хвойных деревьев, добавляемый для улучшения смачивания и удаления оксидов с поверхности металла ; натуральный продукт, что делает припои - более экологичными, по сравнению с синтетическими флюсами ...
- Особенности, ограничения и замечания к применению ... Токсичность свинца обязывает соблюдение мер предосторожности ... Требуется очистка после пайки для предотвращения коррозии ... Несовместимость с некоторыми материалами, требующее иных специальных флюсов или типов припоя ...
- Sn60 / Pb40 + канифоль ... t.C = 185 ... универсальный припой, подходящий для большинства задач пайки ...
- Sn50 / Pb50 + канифоль ... t.C = 173 ... более мягкий припой, используемый для работы с тонкими проводниками и чувствительными компонентами ...
- Sn63 / Pb37 + канифоль ... t.C = 185 ... популярный припой, хорошее смачивание и прочное соединение ...
Бессвинцовый припой ... Эти припои стали популярными после введения директивы RoHS (Restriction of Hazardous Substances), которая ограничивает использование свинца в электронике ... Соответствие стандартам делает его предпочтительным выбором для большинства современных производств ... Похоже, это его главное и единственное достоинство с точки зрения бытового применения ... Пайка с его использованием требует особого внимания, так как такие процессы отличаются от традиционной пайки с применением свинцовосодержащих припоев ...
- SAC305 ... t.C = 220 - 240 ... олово 96.5% , серебро 3% , медь 0.5% ... популярный, хорошая текучесть и прочность ...
- SnCu ... t.C = 227 - 250 ... олово 99.3% , медь 0.7% ... широкое применение, низкая цена и хорошие механические свойства ...
- SnAg ... t.C = 221 - 226 ... олово 95.5% , серебро 4% ... отличная прочность и надежность соединений ...
- SAC387 ... t.C = 217 - 225 ... олово 95,5% , серебро 3,8% , медь 0,7% ... улучшенные механические свойства, но стоит дороже ...
Бессвинцовый припой, особенности : ...
- Может иметь меньшую текучесть, особенно при температуре ниже оптимальной ...
- Часто имеет большую жесткость и склонность к образованию трещин, особенно при механических нагрузках ; требуется особая осторожность при монтаже и эксплуатации ...
- Более подвержен коррозии, особенно если не используется соответствующий флюс или защитное покрытие ...
- Может создавать больший остаточный стресс, что требует более аккуратного обращения с компонентами после пайки ...
- Может требовать специальных средств для очистки, так как некоторые типы флюсов сложнее удалять без повреждения компонентов ...
- Более высокая стоимость за счет добавок драгоценных металлов ...
- Несмотря на все сложности, переход на бессвинцовые технологии необходим для соответствия современным экологическим нормам и требованиям безопасности ...
Паяльная паста.
Паяльная паста состоит из мелких частиц припоя (обычно сплав свинца и олова), смешанных со связующим веществом и флюсом. Эта консистенция представляет собой густую массу, которая наносится на поверхность перед пайкой ... Применяется для монтажа компонентов на печатную плату ... Паста наносится на контактные площадки платы, затем компоненты устанавливаются поверх пасты, после чего плата нагревается до температуры плавления припоя ... Благодаря равномерному распределению при расплавлении, припой образует прочное соединение ...
Сравнение температуры пайки от состава пасты ...
- Sn63 / Pb37 ... t.C = 183 ... олово 63% , свинец 37% ... низко температурная и хорошо текучая ... ограничена в использовании из-за токсичности свинца ...
- Sn96.5 / Ag3 / Cu0.5 ... t.C = 220 ... олово 96.5% , серебро 3% , медь 0.5% ... широко используется в современной электронике ...
- Sn52 / In48 ... t.C = 119 ... олово 52% , индий 48% ... низко температурная, с наименьшей прочностью ...
- Sn42 / Bi58 ... t.C = 138 ... олово 42% , висмут 58% ... низко температурная для термочувствительных элементов, во избежание перегрева, но менее прочная ...
- Au70 / Ag10 / Sn20 ... t.C = 272 ... золото 70% , серебро 10% , олово 20% ... высокая прочность и устойчивость к коррозии ... авиационная и космическая техника, военная электроника и другие критически важные области применения ...
- Au80 / Sn20 ... t.C = 280 ... золото 80% , олово 20% ... высоко прочная, устойчивость к воздействию высоких температур ... аэрокосмическая техника и военная электроника ... высокая стоимость из-за содержания драгоценных металлов ...
Пример замены чипа с выводами.
Пример замены чипа с выводами ... Поверхностный монтаж ... Порядок операций ...
DIP (Dual In-line Package) - выводы с двух сторон чипа ...
SOIC (Small Outline Integrated Circuit) - гнутые выводы S типа с двух сторон, плоский малогабаритный чип ... Гнутые выводы S типа нижним концом направлены наружу от чипа ...
QFP (Quad Flat Package) - гнутые выводы S типа с черырех сторон, плоский малогабаритный чип ...
PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) - выводы J типа с четырех сторон, плоский квадратный малогабаритный чип ... поверхностный монтаж или установка в специально разработанный сокет ... Стандарт J-lead, где J выводы нижним хвостиком направлены внутрь корпуса, к центру нижней стороны микросхемы и часто используется для поверхностного монтажа SMD ...
Поверхностный монтаж ...
- SMT (Surface Mount Technology) : технология монтажа, при которой электронные компоненты устанавливаются прямо на поверхность печатной платы без использования сквозных отверстий ... Технология SMT широко распространена благодаря высокой плотности монтажа, меньшему размеру SMD компонентов и автоматизации процесса сборки ...
- SMD (Surface-Mount Device) : собственно сами SMD компоненты, которые разработаны специально для технологии SMT поверхностного монтажа, и выпускаются в корпусах, предназначенных для установки на поверхность платы ...
Демонтаж PLCC.
Материалы и инструменты : ...
- Паяльная станция с регулируемым температурным режимом.
- Термопинцет или фен для демонтажа компонентов.
- Пинцет для работы с мелкими компонентами.
- Подставка под плату (желательно антистатическая).
- Флюс для пайки.
- Очиститель паяльной маски (если требуется).
Операции по шагам ...
- подготовка рабочего места ...
- надеть антистатический браслет ...
- разогреть паяльную станцию 300 - 400 гр. Ц ...
- нанести флюс на выводы чипа для снятия поверхностного натяжения припоя и легкого расплавления ...
- термопинцет : равномерно прогреть все выводы ... термофен : на расстоянии 10 мм медленно перемещая равномерно прогреть все выводы ...
- аккуратно извлечь микросхему пинцетом ...
- очистить площадку от остатков припоя, с помощью медной оплетки или оловоотсоса ...
- проверить контакты на повреждение, облудить / залудить ...
Монтаж PLCC.
Материалы и инструменты : ...
- Паяльная станция с регулируемым температурным режимом.
- Тонкий паяльный жгут.
- Флюс для пайки.
- Пинцет для работы с мелкими компонентами.
- Антистатические перчатки (по желанию).
Операции по шагам ...
- аккуратно разместить и соориентировать чип на плате ...
- нанести небольшое количество флюса на выводы микросхемы и контактные площадки платы ...
- установить температуру 250 - 300 гр. Ц ...
- начинать с угла, крест накрест, чтобы зафиксировать чип на месте ...
- постепенно распределить припой по всем выводам ...
- осмотреть результат под микроскопом или увеличительным стеклом - на предмет дефектов и КЗ ...
- перед включением устройства еще раз проверить правильность установки микросхемы ...
Монтаж чипа по методу Рефлоу-Солдеринг.
Почему сначала наносят паяльную пасту, а затем ложат микросхему и греют феном ... чип сам прилипает к нужным контактам ...
- Этот процесс называется рефлоу-солдеринг ; метод широко применяется в производстве электроники, особенно при монтаже SMD-компонентов (поверхностного монтажа), таких как микроконтроллеры, память и другие интегральные схемы ...
- Паяльная паста содержит мелкие шарики припоя, смешанные со связующим веществом и флюсом ... Паста наносится на контактные площадки печатной платы, обеспечивая равномерное распределение припоя и помогая удерживать компоненты на своих местах до момента окончательного закрепления ...
- Микросхема позиционируется автоматически или вручную ... Связующее вещество в пасте также немного удерживает компонент на месте, предотвращая его смещение ...
- Во время нагрева феном происходит расплавление припоя ... Шарики в пасте начинают плавиться и превращаются в жидкую массу ... Флюс активируется, очищая поверхность контактов и улучшая сцепление припоя с металлом ... Расплавленный припой затвердевает, образуя прочные электрические и механические связи между контактами микросхемы и контактными площадками на плате ... Благодаря капиллярному эффекту припой втягивается в зазоры между выводами и контактными площадками, обеспечивая надежное соединение ...
- Таким образом, процесс рефлоу-солдеринга позволяет автоматизировать производство и обеспечить высокое качество соединений, минимизируя вероятность ошибок при ручной пайке ...
Пример замены чипа с шариками.
Пример замены чипа с шариками ... Поверхностный монтаж ... Порядок операций ...
BGA – Ball Grid Array ... шаровой массив контактов или матрица шаровых выводов ... Чип с шариками появился точно так же, как трансформация выводов укорочением, до контактных SMD площадок - у обычных микросхем, лишь с той разницей, что контакты расположены не по боковым сторонам, а снизу чипа ...
Процесс демонтажа и монтажа BGA-компонентов требует высокой точности и аккуратности ... Если вы не уверены в своих навыках, лучше обратиться к профессионалам, так как неправильное выполнение может привести к повреждению платы и компонентов ... Демонтаж и монтаж чипа с шариковыми выводами на печатную плату требует особой осторожности и применения специализированного оборудования ... BGA-компоненты используются, когда требуется высокая плотность контактов, особенно в таких устройствах, как микроконтроллеры и микросхемы памяти ...
Материалы и оборудование : ...
- Термофен или инфракрасный нагреватель.
- Паяльный фен с регулировкой температуры.
- Флюс для очистки и улучшения сцепления припоя.
- Паяльная паста с мелкими частицами припоя.
- Трафарет для нанесения паяльной пасты (если требуется).
- Медная оплетка или специальный инструмент для удаления остатков припоя.
- Антистатические перчатки и браслет.
- Микроскоп или рентгеновский аппарат для проверки качества пайки.
Демонтаж BGA.
- Подготовить рабочее место ... Обеспечить минимальный риск электростатического разряда ...
- Важно : контроль температуры, чтобы избежать перегрева компонентов и платы ...
- Равномерно разогреть плату 200 - 250 гр. Ц , используя термофен и / или инфракрасный нагреватель, чтобы расплавить припой под шариками ...
- Важно : избегать резких движений ...
- Демонтировать чип пинцетом или специальным инструментом для демонтажа BGA ...
- Очистить контактные площадки, используя флюс, паяльную пасту, медную оплетку и специальные насадки для паяльника ...
Монтаж BGA.
- Нанести флюс на контактные площадки платы для улучшения сцепления припоя и предотвращения окисления ...
- Методология предлагает наносить паяльную пасту через трафарет - прямо на контактные площадки платы ... Однако, при профессиональном монтаже или ремонте, этот метод подходит - далеко не всегда ... В большинстве случаев используют метод накатывания шариков припоя на сам чип, перед его установкой ...
- Нанесение шариков припоя на чип ... Паяльной станцией с насадками для BGA ... Или, через трафарет, паяльной пастой, с последующим прогревом феном до образования шариков ... Или, ручное нанесение кусочков припоя пинцетом на площадки (а такое, вообще - возможно?!) ...
- Установка чипа на плату : важно убедиться, что чип установлен ровно и без перекосов ...
- Используя термофен или инфракрасный нагреватель - разогреть плату и чип до температуры, достаточной для плавления припоя ...
- После охлаждения платы проверить качество соединения с помощью микроскопа или рентгеновского аппарата ... Убедиться, что все контакты хорошо пропаяны и нет коротких замыканий ...
Пайка алюминия и других нестандартных материалов.
Алюминий.
- припой Al-Si (алюминий-кремниевые сплавы) : обладают хорошей текучестью и прочностью.
- припой Zn-Al (цинк-алюминиевые сплавы) : обеспечивают высокую прочность соединения, но требуют применения активных флюсов.
- Флюс играет ключевую роль в процессе пайки алюминия : помогает разрушить оксидную пленку и улучшить сцепление припоя с поверхностью металла.
- Активные флюсы : содержат кислоты или щелочи, которые активно удаляют оксидную пленку. Однако они могут вызывать коррозию, поэтому после пайки их нужно тщательно удалять.
- Безактивные флюсы : менее агрессивны, но требуют более высоких температур для эффективного действия.
Нержавеющая сталь.
- Обычно используется серебряный припой (например, Ag-Cu-Zn), так как он обеспечивает хорошую адгезию и прочность.
- Активные флюсы на основе кислот или щелочей помогают разрушить пассивирующий слой на поверхности нержавеющей стали.
Латунь.
- Для латуни обычно используют те же составы, что и для меди ...
Пластмасса.
- Специальные полимерные припои, которые плавятся при относительно низких температурах и совместимы с пластиком.
- Флюс не требуется, так как пластик не образует оксидной пленки.
Возможно стоит подробнее раскрыть суть полимерного припоя для начинающих специалистов в радиотехнике ...
Полимерные припои могут содержать компоненты ...
- электропроводящие и прочные металлические частицы : серебро, медь, золото и другие частицы ...
- полимеры и полимерные матрицы для адгезии, формы структуры и связующих веществ : эпоксидные смолы, акрилаты или полиуретаны ...
- отвердители для полимеризации / затвердевания материала : химические реагенты или активаторы, реагирующие на тепло или УФ излучение ...
- пластификаторы : для улучшения гибкости и пластичности ...
- катализаторы и инициаторы : для ускорения процесса полимеризации и равномерному распределению токопроводящих частиц внутри полимера ...
- наполнители : керамические порошки, графитовые добавки и другие вещества, улучшающие теплопроводность, электрическую изоляцию или механическую стойкость припоя ...
Виды полимерных припоев.
По типу металлического наполнителя ...
- серебро : наилучшая электро проводимость и термическая стабильность ...
- медь : механическая прочность и теплопроводность ...
- золото : высокая чувствительность и надежность ...
По типу полимерной матрицы ...
- Эпоксидные смолы : популярность, прочность, химическая стойкость ...
- Акрилаты : быстрое отверждение и простота обработки ...
- Полиуретановые составы : для создания гибких и прочных соединений ...
По способу полимеризации ...
- Тепловое отверждение : под действием нагрева ...
- УФ-отверждение : под воздействием ультрафиолетового света ...
- Химическое отверждение : реакция начинается при смешивании двух компонентов (основы и отвердителя) ...
Применение полимерных припоев ...
- Самый известный пример применения полимерных припоев, это - гибкий пластиковый шлейф, который чаще всего можно увидеть в телефонах и ноутбуках, то есть в современной малогабаритной бытовой технике ...
- создания токопроводящих соединений, токопроводящих коммуникаций на диэлектрических подложках ...
- защитное покрытие для экранирования приборов от помех ...
- создание гибких волноводов ...
- производство печатных схем ...
- антистатическое защитное покрытие ...
Январь, 2025 ...
Раздел domibyt : список всех страниц ...