Бессвинцовые припои: характеристики, технология пайки

Припои на основе олова и свинца на протяжении многих десятилетий используют в самых разных отраслях промышленности. Но в последнее время доля их применения значительно уменьшилась. На смену им пришли бессвинцовые припои. Однако олово осталось основным компонентом и в их составе. А вот содержание свинца сведено к нулю (отсюда и название).

Законодательная инициатива или тенденция времени

Почему именно сейчас бессвинцовые припои так быстро начали отвоевывать позиции у традиционных составов? Дело в том, что директива Евросоюза «Об ограничении применения опасных веществ» (принятая в 2003 году и вступившая в силу 1 июля 2006 года) обязала ограничить применение свинца (и еще пяти веществ) при производстве электрических и радиоэлектронных устройств. Это обусловлено требованиями экологической безопасности и сохранности здоровья человека. А свинец относится к группе тяжелых металлов, а его пары обладают высокой токсичностью.

Хотя приверженцам привычного припоя ПОС-40 огорчаться не стоит. Его до сих пор производят и продают. Во многих странах припои оловянно-свинцовой группы применяют в транспортной, военной и аэрокосмической промышленности.

Особенности и основные характеристики бессвинцовых припоев

Основным достоинством таких составов является абсолютная экологическая безопасность. К тому же оборудование и технику, изготовленную с их применением, значительно проще утилизировать.

Технологическая особенность этих припоев – повышенная температура плавления. В среднем она на 50 ⁰С выше, чем у оловянно-свинцовых аналогов. Это несколько усложняет процесс пайки и повышает требования к используемому оборудованию.

По общепринятой классификации эти составы относятся к мягким припоям. Предел прочности на растяжение не превышает 100 МПа.

Нельзя не отметить такую важную характеристику этих припоев, как высокая электропроводность.

Разновидности

Для бессвинцовой пайки на сегодняшний день применяют четыре основных вида припоев, которые состоят:

• только из олова (Sn);
• из олова и меди (SnCu);
• из олова и серебра (SnAg);
• из олова, серебра и меди (SnAgCu).

Последний состав наиболее широко применяют для пайки из-за сбалансированного соотношения "цена/качество". Основным компонентом в составе является, естественно, олово. Процентное содержание остальных ингредиентов варьируется в различных пределах и зависит от марки припоя и области его применения.

Оловянный припой (Sn-100) используют довольно редко, так как он имеет самую высокую температуру плавления (232 ⁰С). Однако известная японская фирма Nihon Superior позиционирует именно его как один из самых лучших припоев, не содержащих в своем составе свинец.

Есть еще специальные составы, содержащие висмут и индий. Однако они предназначены для узкоспециализированных целей и довольно редко встречаются в свободной продаже.

Медьсодержащие припои

Изначально был разработан специальный припой Sn99/3Cu0,7 (с содержанием меди 0,7 %) для автоматизированной волновой пайки печатных плат в заводских условиях. К недостаткам такого состава можно отнести относительно невысокую механическую прочность соединения. Под индексом ПОМ-07 его выпускает российский «Завод припоев» (Новосибирск). Из зарубежных производителей этой разновидности припоев наиболее известными являются Asahi (Сингапур), Wyctin B&C (Китай) и Tamington (США).

Для пайки различных изделий из меди (особенно труб питьевого водоснабжения), латуни, никеля, стали и сплавов на их основе применяют припой Sn97Cu3 (с содержанием меди 3 %). Швы, изготовленные с применением такого состава, обладают повышенной тепло- и холодостойкостью. Основными поставщиками этой разновидности припоев на российском рынке являются немецкие производители Rothenberger и Brazetec. Из отечественных производителей такую продукцию выпускает компания «Скат» (Санкт-Петербург).

Серебросодержащие припои

Добавление серебра в бессвинцовые припои повышает их текучесть и адгезию к соединяемым элементам. Причем чем больше процентное содержание серебра в составе, тем выше эти показатели (стоимость, естественно, тоже повышается). Сегодня производители предлагают припои с процентным содержанием олова/серебра: 97/3, 96,5/3,5 (самое популярное и наиболее широко применяемое соотношение), 96/4 и 95/5. Температура плавления у таких составов (221 ⁰С) ниже, чем у медьсодержащих изделий. К тому же они отличаются повышенной надежностью соединения (обустроенного с их помощью), а по параметрам прочности даже превосходят свинецсодержащие припои. Наиболее широко на российском рынке представлена продукция немецкой фирмы Felder и американской Kester.

Трехкомпонентные припои

Чем паяют сегодня электрические детали и радиокомпоненты на современных предприятиях (а также многочисленные любители делать это своими руками)? Трехкомпонентными припоями SnAgCu. Именно такой состав сочетает в себе все достоинства бессвинцовых изделий, обладает хорошими эксплуатационными показателями, низкой температурой плавления (217 ⁰С) и оптимальным соотношением "цена/качество".

Научный спор о соотношении компонентов длится довольно давно. На сегодняшний день оптимальным (как по мнению производителей, так и по отзывам многочисленных потребителей) считается содержание в таком припое 95,5 % олова, 3,8 % серебра и 0,7 % меди (Sn95/5Ag3/8Cu0,7). Он широко используется на предприятиях по выпуску радиоэлектронной аппаратуры и электротехники. К тому же с ним достаточно легко работать в домашних условиях. Довольно успешно такие припои справляются со старыми, сильно окислившимися деталями. В России наибольшей популярностью пользуется продукция известного немецкого производителя Stannol.

Особенности технологии пайки

Технология производства работ с использованием припоев, не содержащих в своем составе свинца, практически ничем не отличается от пайки привычными компонентами. Однако следует учесть некоторые особенности.

На вопрос, чем паяют, ответ однозначный: паяльником. Однако лучше всего использовать устройство с терморегулятором. Это позволит проводить работы в диапазоне рабочих температур, указанных производителем. А он значительно меньше, чем у составов на основе свинца.

Для предотвращения перегрева деталей и минимизации теплового контакта необходимо подобрать оптимальную форму жала паяльника. К тому же следует учитывать, что обычный медный наконечник прослужит (при использовании таких припоев) довольно недолго. Лучше использовать специальные жала со стальным напылением или с покрытием из хрома и никеля.

Выбор флюса также играет немаловажную роль при работе с припоями без свинца. Обычно для этого используют специальные составы (как правило, более химически активные). Наиболее удобны в работе жидкости, гели и пасты, не требующие последующей очистки места пайки.

В остальном все, как обычно:

• разогреваем паяльник до требуемой температуры;
• при необходимости зачищаем места пайки;
• наносим флюс;
• одновременно прикладываем пруток припоя и жало паяльника к месту соединения элементов;
• даем спаянным элементам остыть естественным путем.

В заключение

Если вы не особо задумываетесь о здоровье (своем и своих близких), то можете смело использовать для ремонта любимой турки для варки кофе дешевый и доступный припой ПОС-40. Однако потратив несколько больше денежных средств на приобретение безопасных расходных материалов, вы значительно сэкономите на лекарствах в будущем, а может быть, и значительно увеличите продолжительность своей жизни. Естественно, окончательный выбор остается за вами.