1.2. Материалы для монтажной пайки

Припои подразделяют на две группы – мягкие и твердые.

К мягким относят припои с температурой плавления до 450 °С, к твердым – cвыше 450 °С. Мягкие припои имеют предел прочности при растяжении (16 – 100) МПа, твердые – (100–500) МПа.

1.2.1 Низкотемпературные припои

Для низкотемпературной пайки применяют припои, основные сведения о которых приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Монтажные легкоплавкие припои

Марка припоя	Состав припоя, %	Паяемый металл (металлическое покрытие)	Температура плавления, ^0С		Область применения
			Солидус	Ликвидус
1	2	3	4	5	6
ПОС–40	Олово (39 – 41) Свинец (61 – 59)	Медь, никель и их сплавы, серебро, золото, олово и его сплавы, кадмий	183	238	Пайка и лужение деталей и монтажных проводов, жгутов, наконечников, проходных стеклянных изоляторов
ПОС–61	Олово (60 – 62) Свинец (40 – 38)	Медь, никель и их сплавы, серебро, золото, олово и его сплавы, кадмий	183	192	Пайка и лужение выводов и ПП, микропроводов, пленочных покрытий, работающих при температуре не выше 100 ^оС
ПОСК– 60–18	Олово (49 – 51) Кадмий (17 – 19)	Медь, никель и их сплавы, серебро, золото, олово и его сплавы, кадмий	142	145	Пайка и лужение печатных узлов, керамических изоляторов, конденсаторов, проводов не допускающих нагрев выше 180 ^оС
ПОССу61–0,5	Олово (60 – 62) Сурьма (0,2 – 0,5) Свинец остальное	Медь, никель и их сплавы, серебро, золото, олово и его сплавы, кадми	183	189	Пайка, лужение выводов элементов ПП, узлов и блоков, электрического монтажа, работающих при температуре не выше 100 ^оС, групповая пайка оплавлением припойных паст
Продолжение табл. 5.1.
1	2	3	4	5	6
ПСр 2,5	Олово (5 – 6) Серебро(2,2 – 2,8) Свинец остальное	Медь, никель и их сплавы	225	235	Пайка и лужение моточных изделий, штепсельных разъемов работающих при температуре от150 до 250 ^оС
ПСрОС	Олово (57,7 – 57,8) Сурьма (0,2 – 0,8) Серебро (2,8 – 3,4) Свинец остальное	Медь, никель и их сплавы	183	190	Пайка, лужение керамики в производстве микромодулей, конденсаторов, проходных изоляторов
ПОСВ33	Олово (32,4 – 34,4) Свинец (32 – 34,5) Висмут (33 – 34,3)	–	120	130	Пайка коаксиальных кабелей
Сплав Розе	Олово (17,5 – 18,5) Свинец (31 – 32,5) Висмут (49 – 50,5)	–	93	96	Лужение элементов ПП
Сплав Вуда	Олово (12 – 13) Свинец (24 – 25,5) Кадмий(112 – 113) Висмут (49 – 51)	–	66	70	Пайка вставок плавких предохранителей
ПСрОСИн 3-56	Олово (55,3 – 57,3) Серебро (2,6 – 3,4) Индий (2,8 – 3,2)	Золото, металлизация золотом, серебром	175	175	Пайка, лужение аппаратуры в микроминиатюрном исполнении
ПСр3И	Олово (55,3 – 57,3) Серебро (2,6 – 3,4) Индий (2,8 – 3,2)	Золото, металлизация золотом, серебром	141	141	Пайка, лужение аппаратуры в микроминиатюрном исполнении
ПОИ 50	Олово (49 – 51) Индий остальное	Золото, металлизация золотом, серебром	117	117	Пайка, лужение изделий из феррита и керамики спримен. ультразвука
Ин 2	Индий 99,75	Золото, металлизация золотом, серебром	156	156	Пайка полупроводниковых диодов СВЧ
ПОСВИ36-4	Свинец 36 Висмут 4 Олово – остальное	Медь, серебро олово-свинец, олово - висмут	168	168	Лужение элементов ПП

Анализ и выбор припоя можно осуществлять, используя фазовые диаграммы (диаграммы состояния) применяемых сплавов. В качестве примера на рис. 5.3. показана фазовая диаграмма системы Sn – Pb.

Рис. 5.3. Фазовая диаграмма сплава олово-свинец

Кривая ABCED представляет собой линию максимальной температуры, при которой припой полностью затвердевает и ниже которой находится в твердой фазе (линия солидуса).

Самая низкая температура, при которой металл или сплав остается жидкими, характеризуется линией ликвидуса (кривая ACD). Чистый свинец (точка A) имеет температуру плавления 327 °С, чистое олово (точка D) – 232 °C. Припои, содержащие от 19,5 % (точка В) до 97,5 % олова (точка Е), имеют одинаковую температуру солидуса (183 °С). На участке, ограниченном замкнутой кривой АВСА, находятся кристаллы твердого раствора олова в свинце (α) и жидкий раствор олова в свинце; на участке, ограниченном линией DCED – кристаллы твердого раствора свинца в олове (β) и жидкий раствор свинца в олове.

В интервале температур между линиями ACD и ABCE сплавы находятся в пастообразном состоянии. Точка С обозначает эвтектику, которой соответствует сплав 61,8 % олова и 38,2 % свинца. При сплавлении (Т = 183 °C) этот сплав полностью становится жидким.

Сплавы, составы которых находятся в области между твердым раствором олова в свинце и эвтектикой (припой ПОС-40, ПОС-61 и др.), по своему строению характеризуются мелкозернистой основой с включенными в нее отдельными зернами твердого раствора. Интервал температур между линиями солидуса и ликвидуса называют интервалом кристаллизации. Температурный интервал кристаллизации влияет на качество соединения и ход процесса пайки.

При наличии широкого интервала кристаллизации необходимо поддерживать неизменным положение паяемых поверхностей при охлаждении припоя. В случае относительного их смещения жидкость не сможет заполнить все промежутки между кристаллами. Поэтому наилучшее качество пайки обеспечивает эвтектический припой. Наиболее близок к эвтектическому составу припой ПОС-61, который нашел широкое применение для монтажной пайки из-за низкой температуры плавления, небольшого температурного интервала кристаллизации и высокой коррозионной устойчивости. Для пайки соединений из стали, латуни и монтажных проводов используется припой ПОС-40.

Сплавы олова и цинка также образуют диаграмму эвтектического типа. Наилучшим припоем является сплав ПОЦ-90, отвечающий эвтектическому составу: 90 % Sn и 10 % Zn. Он имеет самую низкую температуру плавления из всех сплавов этой системы, равную 199 °С. Сплавы ПОЦ-70, ПОЦ-60, ПОЦ-40, так же как и ПОЦ-90, используют для пайки алюминия и его сплавов. В тех случаях, когда требуется очень низкая температура нагрева (<100 °C), для пайки используют сплавы висмута со свинцом, оловом, кадмием. В процессе сплавления металлы образуют между собой легкоплавкие тройные и более сложные эвтектики, чем и объясняется низкая температура плавления сплавов. Однако такие припои не обеспечивают прочности соединения. Кроме того, сплавы с висмутом хрупки.