Увлекательный мир припоев и металлургии

Jun 13, 2023

Припой — это проводящий металлический клей, который используется для склеивания компонентов. Если вы нагреете компонент и печатную плату и расплавите немного припоя в соединении, он останется на месте и будет надежно проводить ток. Но это далеко не просто.

Существует множество различных припоев, и даже жало паяльника само по себе является шедевром, работающим из нескольких материалов. В этой статье мы рассмотрим металлургию, лежащую в основе пайки, и вы поймете, почему обслуживание паяльного жала и его регулярная замена — это хорошая идея. Естественно, мы также коснемся роли, которую свинец играет в припоях, и того, каков эффект от замены его другими металлами при отказе от свинца. Чем паяешь?

Пайка и ее высокотемпературный родственник, пайка, являются одним из двух способов создания связей металл-металл, и они позволяют использовать низкотемпературные методы, которые по-прежнему создают относительно стабильные связи между двумя металлическими поверхностями. Пайка также является интересной главой в области металлургии, поскольку в ее основе лежат так называемые интерметаллические соединения (ИМС).

Сварка отличается от пайки, при которой высокие температуры плавят металл с обеих сторон соединяемых деталей, окончательно расплавляя их. Сварка — это высокопрочный и надежный способ соединения металлических деталей, но, к сожалению, он совершенно не подходит для хрупкой электроники, где избыточное тепло может повредить детали, и цель состоит в том, чтобы скорее «склеить» электропроводящие элементы, а не расплавить их вместе.

Это также подводит нас к причине, по которой пайка и IMC являются такими источниками проблем, вплоть до того, что IMC называют «злом». IMC — это, по сути, кусочки двух металлических поверхностей с каждой стороны, растворенные в припое, вызывающие достаточное соединение, чтобы каждая сторона соединения более или менее стабильно сплавлялась с припоем. К сожалению, такой IMC далек от стабильного твердого металла сварного соединения и в результате может быть хрупким в зависимости от того, какие именно металлы использовались в припое.

Но IMC, образующиеся при пайке, достаточно прочны, и их образование лежит в основе того, почему в каждом припое используется олово. Олово обладает тем свойством, что оно очень хорошо растворяет в себе другие металлы. Фактически, можно паять и с чистым оловом, хотя, как мы увидим ниже, большинство припоев улучшаются за счет добавления в смесь других металлов.

Однако припой не плавится сам по себе, и даже в конструкции жала паяльника под оболочкой скрывается много металлургических веществ. Сами наконечники представляют собой композитные конструкции, обычно состоящие из медного сердечника из теллура, покрытого прочным слоем железа, обычно покрытого оловом для части, которая должна быть «смачиваемой», и хромом для части под наконечником, где находится припой. не должен прилипать. Слой железа был добавлен для предотвращения растворения олова в припое меди на наконечнике, что раньше было серьезной проблемой.

Слой железа является плохим проводником тепла, и его следует делать как можно тоньше, не теряя при этом преимуществ долговечности, которые он обеспечивает. Но поскольку железо ржавеет, его следует держать покрытым тонким слоем олова от припоя.

Если у вас действительно образуются оксиды железа, есть несколько способов удалить это накопление. По сути, это включает в себя абразивные методы для физического удаления оксидного слоя или использование олова для наконечника, который выделяет кислоту под воздействием тепла от паяльника. Эта кислота сильнее, чем мягкая кислота из флюса, поэтому она должна удалять даже оксиды железа. Свежий припой смешивается с очистителем наконечника, поэтому наконечник сразу же покрывается слоем и готов к работе.

Когда дело доходит до рулона припоя, валяющегося повсюду, редко кто задумывается о том, что это за сплав и каковы точные свойства этого сплава. Вы можете думать о припое как о «свинцовом» и «бессвинцовом», но нужно знать гораздо больше.

Пока что придерживаясь припоя на основе свинца, беглый взгляд показывает, что здесь существует довольно много популярных типов, а также их температуры плавления: