Технологические особенности пайки электронных приборов

Припои – это металлы или сплавы, вводимые при пайке между паяемыми деталями для получения монолитного соединения между ними при температуре нагрева ниже температуры плавления соединяемых материалов.

Основной характеристикой припоев является температура плавления. В соответствии с этим все припои подразделяются на припои для низкотемпературной пайки (с температурой плавления Тпл, до 450–500 °С) и припои для высокотемпературной пайки (с Тпл свыше 500 °С).

обеспечивать механическую прочность изделия, электропроводимость, теплопроводность, вакуумную плотность, стойкость против коррозии в условиях эксплуатации;
температура плавления должна быть не менее чем на 50–100 °С ниже температуры плавления паяемых металлов;
обеспечивать минимальную температуру нагрева изделия и длительность выдержки при пайке;
должен хорошо смачивать паяемые металлы и легко растекаться по их поверхностям;
в процессе взаимодействия с основным металлом или покрытием не должен их сильно растворять (не допускается значительной эрозии основного металла);
не должен иметь склонность к пористости в условиях пайки.

Технология изготовления и применения припоев не должна быть трудоемкой (припои должны обеспечивать возможность их дозирования в виде прутков, шайб, таблеток, фольги, паст и т. д.).

в состав припоя не должны входить легкоиспаряющиеся компоненты, способные ухудшать вакуум в приборах или повреждать катод в процессе технологических прогревов прибора;
во избежание разрушения паяного соединения в процессе технологических прогревов коэффициенты термического расширения припоев и соединяемых материалов не должны резко различаться;
смачивающая способность и растекаемость припоев по соединяемым материалам должна обеспечивать заполнение зазора без каких-либо флюсов;
температура плавления припоя должна быть не менее чем на 100 °С выше температуры прогрева прибора при технологической обработке (например, при откачке).

В качестве припоев для высокотемпературной пайки электровакуумных приборов используются сплавы на основе меди, серебра, золота, их сплавы между собой и сплавы с добавками никеля, палладия, индия и др. (см. табл. 6).

Таблица 6 Припои с низкой упругостью паров для пайки электровакуумных приборов

Состав, масс. доли, %

Интервал плавления, °С

Ковар, сталь Э, никель, молибден, мельхиор, монель–металл и т. д.

Молибден, вольфрам, никель, нержавеющая сталь

В качестве припоя

используется в виде

Медь, никель, Си – Ni– сплавы, ко–вар, сталь Э

Медь, ковар, никель, титан,

То же, что и для припоев ПСр72В

Молибден, вольфрам, никель, нержавеющая сталь

Ковар, медь, никель, стали, молибден

Медь, ковар, никель

Медь, нержавеющая сталь,

Медь, ковар, никель

Медь, применяемая для пайки, должна быть бескислородной, т. е. не должна содержать закиси меди. Присутствие закиси меди приводит к возникновению в паяном шве газовых пор при нагреве в восстановительной атмосфере (водороде, азотно-водородной смеси).

Вследствие хорошей жидкотекучести и растекаемости медь способна проникать в очень малые зазоры. Медь, как и всякий чистый металл, не имеет интервала кристаллизации, что способствует получению плотных паяных швов без межкристаллической пористости. Добавки в медь никеля повышают температуру плавления припоя. Серебро в чистом виде в качестве припоя используется редко и в основном в виде гальванического покрытия толщиной 6–8 мкм на деталях из меди и медных сплавов.

Серебряно-медные сплавы являются одними из основных при изготовлении электровакуумных приборов. Из них наибольшее распространение получил припой ПСр72. Добавки палладия или индия позволяют получить припои с различными температурами плавления, что важно при осуществлении ступенчатой пайки.

Применение чистого золота в качестве припоя ограничено, однако сплавы на его основе широко распространены при изготовлении электровакуумных приборов. Добавки палладия, меди, серебра, никеля позволяют получить довольно широкую гамму припоев с повышенной температурой плавления, что очень важно в связи с тенденцией повышения температуры обезгаживания приборов до 700–750 °С для улучшения конечного вакуума в них.

Припои для низкотемпературной пайки (табл. 7) широко используются в производстве полупроводниковых приборов и микросхем, а также при монтаже электронных компонентов на платах.

При этом используются сплавы на основе олова, свинца, индия, висмута и сплавы с добавками серебра, золота, кадмия, цинка и т. д.

Олово и свинец в чистом виде редко применяют в качестве припоев. Хотя олово и обладает высокой коррозийной стойкостью, паять им не всегда целесообразно, так как оно, так же как и свинец, имеет низкие механические свойства, а при низких температурах, переходя в другую модификацию, может превращаться в серый порошок («оловянная чума»).

Наибольшее применение нашли припои, содержащие 30–60 % Sn.

Таблица 7 Низкотемпературные припои

Состав, масс. доли, %

Интервал плавления, °С

Лужение и пайка

печатных плат, точных

с герметичными швами

Лужение и пайка электроаппаратуры

Лужение и пайка

Лужение и пайка выводов электроламп

Лужение и пайка в электроламповом производстве

Влияние остатков флюса на коррозионную стойкость

Канифоль сосновая «В»

Для пайки по покрытиям, а также для консервации

Смола олиэфирная ПН-9

Канифоль сосновая «В»

Для пайки деталей из медных сплавов и с металлическими покрытиями

Окончание табл. 8 7

Для пайки деталей из черных и цветных металлов и сплавов

из черных и цветных

Неорганические растворы и составы (кислотные)

Для пайки меди и ее сплавов

из черных и цветных

Смолы и смолосодержащие растворы

В качестве флюса иногда применяют кусковую канифоль. 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 °С канифоль переходит в жидкое состояние, а при нагреве до 300 °С разлагается. Нагрев канифоли выше 300 °С приводит к обугливанию и потере флюсующих свойств.

Более технологичными являются флюсы, представляющие собой растворы смол. Наиболее распространен флюс ФКСп, который обеспечивает удовлетворительную растекаемость при очень слабом коррозионном воздействии на детали в воздушной атмосфере. К недостаткам этого флюса можно отнести некоторые колебания его активности, связанные с отклонениями в составе канифоли разных партий поставки. Флюс ФПЭт обладает более высокой активностью.

Для пайки металлов и сплавов, окислы которых плохо удаляются канифолью и ее растворами, применяют канифольные флюсы с добавками активизаторов. Такими активизирующими добавками являются анилин, триэтаноламин, салициловая кислота и другие вещества, которые не оказывают существенного коррозионного воздействия на паяемые предметы.

Наиболее распространенным флюсом этой группы является флюс ФТС, применяемый как для пайки паяльником, так и для групповой пайки. Флюс ФКАСп отличается практически полным отсутствием коррозионного воздействия, что объясняется связыванием кислотных остатков флюса после окончания пайки производными анилина.

"Сварочные процессы в электронном машиностроении" : учебное пособие / Б.Н. Бадьянов, В.А.Давыдов, С.Г. Паршин – Ульяновск : 2007 Изд-во Ульяновский ГТУ

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎