Páječky. Který z nich si vybrat pro pájení?

Pájka je důležitou součástí pájení. Jedná se o spotřební materiál, který spojuje nožičky rádiových komponentů a kontakty drah na desce, upevňuje dvě kovové části nebo vyplňuje otvory v kovu při restaurování smaltovaného nádobí. Ke spojení dochází ztuhnutím pájky, která se nanáší mezi spojované plochy v roztavené formě – proto musí být její teplota tavení nižší než teplota tavení upevňovaných dílů.

Jako pájka se používají kovy nebo slitiny kovů, do kterých lze pro změnu vlastností přidávat nečistoty jiných kovů. Například bod tání, pevnost, smáčivost. Liší se samozřejmě i procento kovů. Proto je rozsah pájky obrovský.

Univerzální pájky neexistují, protože musí mít vlastnosti odpovídající připojovaným dílům a také splňovat provozní požadavky.

Hlavními vlastnostmi pájky jsou smáčivost a bod tání. První parametr určuje, jak dobře se tekutá pájka rozprostře po povrchu a vyplní všechny dutiny. Druhý parametr ovlivňuje teplotu ohřevu hrotu nebo proudu horkého vzduchu a také připojované prvky. Kvůli tomu musí mít pájka nižší bod tání než pájené díly, jinak se roztaví a kontakt se zhorší.

Teplota tání pájky je rozdělena do dvou prahových hodnot: dolní a horní. Spodní teplotní práh indikuje začátek tavení nízkotavitelných složek pájky. Horní práh udává teplotu, při které se veškerá pájka stává tekutou. Interval mezi těmito stavy se nazývá interval krystalizace pájky. Při nanášení pájky při krystalizační teplotě bude pájený spoj křehký a spojení může rychle selhat. Měli byste také vědět, že dokud pájka zcela nevytvrdne, pájený spoj nemůže být namáhán.

Mezi další fyzikální a mechanické vlastnosti pájek patří elektrický odpor, pevnost v tahu, hustota, tepelná vodivost a tvrdost.

Druhy pájek

Existuje široká škála pájek. Je určena teplotou tání, přítomností olova, počtem složek a také formou uvolňování. Kromě toho se pájky liší složením.

Každá pájka má svou teplotu úplného roztavení, nicméně podle tohoto parametru se pájky dělí na dva typy: měkké a tvrdé. Měkké (neboli nízkotavitelné) pájky zahrnují pájky, jejichž bod tání není vyšší než 300 °C. Tvrdé (neboli žáruvzdorné) pájky jsou pájky s bodem tání 300°-450°C. Navíc se tyto dvě skupiny pájek liší vlastnostmi. Pevnost v tahu měkkých pájek se tedy pohybuje v rozmezí 16-100 MPa, zatímco u tvrdých pájek je to 100-500 MPa.

Podle přítomnosti olova se pájky dělí na olověné a bezolovnaté. Olovo je totiž toxická látka. Proto se v poslední době začaly nahrazovat bezolovnatými slitinami, které jsou pro člověka méně nebezpečné.

Takový parametr, jako je počet součástí, se v klasifikaci vyskytuje zřídka, protože většina moderních pájek se skládá ze dvou nebo tří kovů, ale jako pájku lze použít i jeden cín. I když kvůli vysokým nákladům se samotný cín jako pájka zpravidla nepoužívá.

Forma uvolnění pájek může být také různá. Liší se podle typu pájky. Měkké nebo tavitelné dráty se tedy vyrábějí ve formě drátu různých průměrů (od 0,25 mm do 3 mm), navinutého na cívce nebo balené do spirály v baňce. Příležitostně mohou být dodávány ve formě tyčí. Pro povrchovou montáž BGA součástek pomocí bezkontaktního pájení jsou k dispozici měkké pájecí kuličky. Tvrdé nebo žáruvzdorné pájky se vyrábějí také ve formě cívek s navinutým drátem. Některé typy pájecích slitin se vyrábějí ve formě zrn, pásů nebo tyčí.

Za další parametr lze považovat složení. Navíc to neplatí pouze pro hlavní komponenty, protože pájka obsahuje nečistoty v malých množstvích (desetiny, setiny nebo dokonce tisíciny procenta – 0,002 % nebo 0,1 %). Například pájky cínu a olova mohou obsahovat antimon, vizmut, arsen, železo, nikl, zinek a další chemikálie. Kromě toho může pájka obsahovat tavidlo nebo kalafunu (používá se k čištění povrchů od oxidů a zlepšení roztíratelnosti pájky). Pájky s tavidlem mohou mít ve svém názvu předponu „flux“ nebo písmeno „F“ (pokud je značka pájky uvedena podle sovětského standardu).

Nízkotavitelné (měkké) pájky

Nejběžnější pájky jsou nízkotavné nebo měkké. Jak název napovídá, tají při relativně nízkých teplotách. Patří sem pájky, jejichž horní práh tání je 300 °C nebo 400 °C (ačkoli některé typy pájek s nízkou teplotou tání se mohou roztavit při teplotách 180 až 280 °C, přičemž existují také nízkoteplotní kompozice, které tají při teplotách 60 °C. °-95° ​​SE). Takové pájky se snadno používají, protože je lze opracovat páječkou. Zároveň mají měkké pájky nevýhodu – nižší pevnost (ve srovnání s tvrdými pájkami). Díky těmto vlastnostem se tento typ pájky používá v průmyslu pro pájení výrobků, dílů a zařízení, které během provozu nebudou vystaveny vysokým teplotám a velkému mechanickému zatížení. Kromě toho jsou takové pájky běžné mezi radioamatéry – jak při opravách radioelektroniky, tak při vytváření nových zařízení.

Nejčastěji se jedná o slitiny cínu a olova v různých poměrech (cín 40 %, olovo 60 %; cín 50 %, olovo 50 %; cín 60 %, olovo 40 %; cín 61 %, olovo 39 %; cín 63 % , vedení 37 %). Jsou označeny značkou „POS“ (cín-olověná pájka).

Existují také třísložkové cín-olověné pájky. Do jejich složení se přidává vizmut nebo antimon (cín 25%, olovo 25%, vizmut 50% (růžová slitina); cín 33.4%, olovo 33.3%, vizmut 33.3%; cín 40%, olovo 58%, antimon 2%). Nízkotavitelné pájky s přídavkem bismutu se označují zkratkou „POSV“. Pájky s přídavkem antimonu jsou označeny „POSSu“.

Kvůli toxicitě olova se však začaly vyrábět bezolovnaté pájky. A ještě více – v Evropě a USA byla v roce 2006 přijata směrnice RoHS, zakazující používání pájek s obsahem olova při výrobě elektroniky. Bezolovnaté směsi však ve srovnání s konvenčními cíno-olovnatými pájkami vyžadují speciální technologická opatření. Ale takové pájky lze použít pro pájení měděných trubek v systémech zásobování pitnou vodou.

Hlavní složkou takových pájek je cín (až 96-98% obsah), do kterého se přidává měď, stříbro, vizmut, indium a zinek. Bezolovnaté pájky se dodávají ve dvou, tří a dokonce čtyřsložkových typech. Nejběžnější pájky jsou s následujícím složením: cín 97%, měď 3%; cín 96,5 %, stříbro 3 %, měď 0,5 %; cín 95,5 %, stříbro 3,8 %, měď 0,7 %; cín 96,5 %, stříbro 3,5 %; cín 98%, stříbro 2%. Ve srovnání s pájkami cín-měď mají pájky obsahující stříbro lepší vlastnosti, a to jak ve smáčivosti, tak v pevnosti.

Žáruvzdorné (tvrdé) pájky

Žáruvzdorné neboli tvrdé pájky jsou pájecí spotřební materiály, které se vyznačují vysokým bodem tavení – od 450°C. Kromě vysokoteplotního pájení, a tedy potřeby použití speciálního pájecího zařízení, se tyto pájky liší od měkkých pájek zvýšenou pevností. Pájení se používá pro spojování ocelových a měděných trubek, radiátorů a karoserií automobilů (jako alternativa svařování), pro pájení samovarů a šperků.

Páječky pro kontaktní pájení nejsou vhodné pro pájení žáruvzdornými pájkami, protože bod tání takových pájek může dosáhnout 1000°C, proto se pro takové pájení používají plynové hořáky, induktory a pece.

Jako tvrdou pájku lze použít komerčně čistou měď. Běžnější jsou však pájky vyrobené ze slitiny mědi s jinými kovy – cínem, zinkem, stříbrem. Většina dalších složek však snižuje bod tání.

Mezi vysokoteplotní pájky patří měď-zinek (PMZ), měď-fosfor (PMF), měď-stříbro a stříbro (PSR): měď 40-45%, zinek 53-58%, nečistoty do 2%; měď 45-49%, zinek 49-53%, nečistoty do 2%; stříbro 10%, měď 52-54%, zinek 38%; stříbro 45%, měď 20-30%, zinek 25-35%; stříbro 25%, měď 39-41%, zinek 34-36%; stříbro 70%, měď 25-26%, zinek 4-5%.

Mezi různými tavnými pájkami lze rozlišit stříbrné. Jsou schopné pájet různé kovy – měď, stříbro, ocel.

Jakou pájku si mám vybrat?

Při výběru pájky byste se měli řídit takovými kritérii, jako je způsob pájení, pevnost, teplotní odolnost pájených dílů a teplota tání pájky. Pro pájení tenkých drátů vinutí (průměr 0,05-0,08 mm) nebo spirálových pružin v přístrojovém vybavení tedy můžete použít pájku POS-61 (Sn61Pb39). Tato kompozice má vynikající elektrickou vodivost a zvýšenou mechanickou pevnost. Pájka POSV-33 je vhodná pro pájení pojistek. Při snížených požadavcích na pevnost švu a v případě zvýšeného zahřívání můžete pájet pájkami POS-18, POS-30, POS-40.

Mnoho začínajících radioamatérů si na začátku své radioamatérské činnosti málokdy klade otázku, jaké jsou druhy pájek a jaké jsou jejich vlastnosti.

Pro sestavení nejjednodušších domácích zařízení stačí nejběžnější POS-61 nebo podobný. Jak se říká: „Kdybych tak měl s čím pájet. “

Nemusíte ani kupovat pájku. Stačí vzít starou desku plošných spojů z nějakého elektronického zařízení a sestavit ji s nahřátým hrotem páječky z pájených kontaktů.

Tato metoda „extrakce“ je zvláště důležitá pro ty, kteří žijí daleko od měst a velkých obydlených oblastí, kde není příležitost navštívit obchod s rádiem.

Pájka sebraná z desek plošných spojů

Ale přesto je pájka od pájky jiná. Člověk zabývající se elektronikou musí ve své praxi rozumět problematice dle vlastního výběru. Proto podrobně zvážíme, jaké typy pájek existují, k čemu se používají, který z nich je lepší použít pro instalaci elektronických obvodů a opravy domácích rádiových zařízení.

Jaké druhy pájek existují?

Pájky se dělí na měkké (nízkotavitelné) a tvrdé. Pro instalaci rádiových zařízení se používají nízkotavná, tzn. takové, jejichž teplota tání se pohybuje od 300 do 450 °C. Měkké pájky mají horší pevnost než tvrdé pájky, ale používají se pro montáž elektronických zařízení.

Pájka je slitina kovů. U pájek s nízkou teplotou tavení se obvykle jedná o slitinu cínu a olova. Právě tyto kovy tvoří většinu slitiny. Mohou v něm být přítomny i legující kovy, ale jejich množství ve složení je malé. Do slitiny se zavádějí nečistoty jiných kovů, aby se získaly určité vlastnosti (bod tání, tažnost, pevnost, odolnost proti korozi).

Nejpoužívanějším typem pájky je POS (Tin-Lead Solder). Dále za stručným označením její značky následuje číslo, které ukazuje procento cínu v ní. Takže POS-40 obsahuje 40 % cínu a POS-60 60 %.

Stává se, že se použije pájka neznámé značky. Jeho složení lze zhruba posoudit nepřímými znaky:

• Pájky skupiny cín-olovo mají bod tání 183 – 265°C.
• Pokud má pájka jasný kovový lesk, pak má poměrně vysoký obsah cínu (POS-61, POS-90). A naopak, pokud má tmavě šedou barvu a povrch je matný, pak to ukazuje na vysoký obsah olova. Právě olovo dodává povrchu zvláštní šedavý nádech.
• Pájky obsahující hodně olova jsou velmi tažné.

Zvažme účely, pro které se používají pájky skupiny cín-olovo (POS).

• POS-90 (Sn 90 %, Pb 10 %). Používá se při opravách potravinářského nádobí a zdravotnických prostředků. Jak vidíme, obsahuje malé množství olova (10 %), které je poměrně toxické a jeho použití v předmětech, které přicházejí do styku s potravinami a vodou, je nepřijatelné.
• POS-40 (Sn 40 %, Pb 60 %). Používá se hlavně k pájení elektrických zařízení a součástí vyrobených z pozinkovaného železa, používá se k opravám radiátorů, mosazných a měděných potrubí.
• POS-30 (Sn 30 %, Pb 70 %). Používá se v kabelovém průmyslu a také k cínování a pájení zinkových plechů.
• A nakonec POS-61 (Sn 61 %, Pb 39 %). Stejné jako POS-60. Nemyslím si, že je mezi nimi velký rozdíl.

POS-61 se používá pro pocínování a pájení desek plošných spojů rádiových zařízení. Používá se především jako materiál pro montáž elektroniky. Jeho bod tání začíná na 183 °C a úplného roztavení je dosaženo při teplotě 190 °C.

Pájení s takovou pájkou lze provádět pomocí běžného pájecího nástroje bez obav z přehřátí radioprvků, protože jejího úplného roztavení je dosaženo již při 190 °C.

POS-30, POS-40, POS-90 se zcela roztaví při teplotách 220 – 265°C. U mnoha radioelektronických součástek je tato teplota podkritická. Proto je lepší použít POS-61 pro montáž domácích elektronických zařízení.

Za zahraniční analog POS-61 lze považovat pájku Sn63Pb37 (63 % cínu, 37 % olova). Používá se také k pájení rádiových zařízení a k výrobě domácí elektroniky. Radioamatéři ji volí jako alternativu k domácí POS-61.

Jakákoli pájka se zpravidla prodává ve svitcích nebo trubkách o hmotnosti 10 ~ 100 gramů. Složení slitiny je uvedeno na obalu např. takto: Alloy 60/40 („Alloy 60/40“ – také známý jako POS-60). Má tvar drátu různých průměrů (od 0,25 do 3 mm).

Není také neobvyklé, že obsahuje tavidlo (FLUX), které vyplňuje jádro drátu. Obsah tavidla se udává v procentech (obvykle od 1 do 3,5 %). Tento tvarový faktor je velmi pohodlný. Během provozu není potřeba samostatně přivádět tavidlo do oblasti pájení.

Jednou z variant pájek POS je pájka značky POSSu. Ano, když to řeknete nahlas, nezní to moc reprezentativně. Ale i přes to se cínovo-olovnatá pájka s antimonem (tak se zkrácené označení dešifruje) používá v automobilovém průmyslu, v chladicích zařízeních, k pájení vinutí elektrických strojů, prvků elektrických zařízení, vinutých dílů a kabelových výrobků. Je vhodná pro pájení pozinkovaných dílů. V takové slitině se kromě olova a cínu nachází 0,5 % až 2 % antimonu.

Jak vidíme z tabulky, pájka POSSu-61-0,5 je nejvhodnější pro náhradu POS-61, protože má úplnou teplotu tání 189 °C.

Za zmínku stojí, že existuje i zcela bezolovnatá pájka na bázi cínu a antimonu POSu 95-5 (Sn 95 %, Sb 5 %). Její bod tání je 234 – 240 °C.

Nízkoteplotní pájky

Mezi pájkami existují i ty, které jsou určeny speciálně pro pájení součástek velmi citlivých na přehřátí. Mezi nízkoteplotními je „nejvyšší teplota“ POSK-50-18. Má bod tání 142–145 °C. POSK-50-18 obsahuje 50 % cínu a 18 % kadmia. Zbývajících 32 % tvoří olovo. Přítomnost kadmia ve slitině zvyšuje odolnost proti korozi, ale také ji činí toxickou.

Další v sestupném pořadí podle bodu tání je slitina ROSE (Sn 25 %, Pb 25 %, Bi 50 %). Je označena jako POSV-50. Její bod tání je nižší než bod varu vody a je 90–94 °C. Je určena k pájení mědi a mosazi. Ve slitině ROSE tvoří cín 25 %, olovo – 25 %, vizmut – 50 %. Procentuální zastoupení kovů ve slitině se může mírně lišit. Obvykle je uvedeno ve sloupci „Složení“ na obalu.

Tato slitina je velmi oblíbená mezi radiomechaniky a obecně mezi všemi elektrotechniky. Používá se pro demontáž/instalaci prvků citlivých na přehřátí. Tato slitina je mimo jiné ideální pro pocínování měděných drah nově vyrobeného plošného spoje.

Nachází uplatnění v ochranných pojistkách, které lze nalézt v jakémkoli rádiovém zařízení.

Ještě nižší teplotu má slitina VUDA (Sn 10 %, Pb 40 %, Bi 40 %, Cd 10 %). Její bod tání je 65–72 °C. Protože slitina VUDA obsahuje kadmium (10 %), je na rozdíl od slitiny ROSE toxická.

Stojí za zmínku, že slitiny ROSE a WOOD jsou poměrně drahé.

Pájecí pasta

Na konci už tak dlouhého příběhu bych rád mluvil trochu o pájecí pastě. Používá se především pro pájení součástek pro povrchovou montáž (SMD) a bezolovnatých čipů v pouzdrech BGA.

Vypadá jako šedá pasta a skládá se z velmi, velmi malých kuliček slitiny Sn62Pb36Ag2 (složení: 62 % cínu, 36 % olova a 2 % stříbra) a také z tavidla, které se nečistí. Obal uvádí, že tavidlo je nečisté, a to dvěma písmeny v názvu – NC (N o C lean – bez čištění). Tavidlo, které obsahuje pájecí kuličky, schne na vzduchu, takže pasta se skladuje v uzavřeném obalu.

Pájecí pasta Solder Plus

Pájecí pasta se používá pro komplexní opravy mobilních telefonů pro pájení mikroobvodů v pouzdrech BGA. K jeho použití je zapotřebí další vybavení pro opravu mobilních telefonů, například speciální šablony. Cena takové pasty je poměrně vysoká. A není se čemu divit, protože obsahuje stříbro.

V současné době se bezolovnaté pájky široce používají při výrobě elektroniky.