Я давно занимаюсь пайкой и горжусь своими способностями. Не скажу, что я лучший пайщик в округе, но я неплохо разбираюсь в этом необходимом мастерском навыке - по крайней мере, для сквозной и «традиционной» пайки; У меня еще не было большой практики в SMD материалах. Я уверен, что смогу сделать хорошее, прочное, стабильное соединение, которое будет и электрически, и механически исправным практически для любого типа провода или проводника.
Но, как и многие из нас, я изучил пайку как практический навык; соединяйте припой и железо, наблюдайте за результатами, повторяйте то, что работает, и избегайте того, что не работает. Похоже, добавление небольшой внутренней информации может помочь мне улучшить свои навыки, поэтому я приступил к изучению того, что происходит механически и химически внутри паяного соединения.
Припой!=Металлический клей
Неудивительно, что, как и другие методы обработки металлов, пайка имеет строгое определение. Пайка - это соединение металлов путем вплавления присадочного металла в соединение. В отличие от сварки, плавится только присадочный металл - припой. Соединяемые металлы обычно имеют гораздо более высокую температуру плавления, чем припой. В этом отношении пайка похожа на пайку; хотя припой при пайке плавится при гораздо более высокой температуре, чем припой, соединяемые металлы все же не плавятся.
Для полного обсуждения металлургических деталей самого припоя могут потребоваться тома, но для наших целей это довольно простые вещи. Припой - это просто сплав, который плавится при определенной температуре. Для использования в электронике королем припоев в течение многих лет был сплав из 60% олова и 40% свинца. Новые правила в ответ на экологические проблемы привели к разработке различных бессвинцовых сплавов, но независимо от состава работа припоя довольно проста. Припой должен плавиться при предсказуемой температуре и сохранять свои механические и электрические свойства после затвердевания. Другими словами, припой должен быть достаточно прочным, чтобы физически скреплять соединение без придания ему каких-либо нежелательных электрических свойств.
Интерметаллическая связь.
Припой должен делать больше, чем просто плавиться и затвердевать. Люди, кажется, думают о припое как о каком-то «металлическом клее» - нанесите его в виде жидкости и дайте ему затвердеть, чтобы скрепить соединение. Однако это только часть картины. Чтобы паяное соединение было электрически и механически надежным, припой должен смачивать соединяемые металлы. В контексте пайки смачивание - это процесс, при котором расплавленный припой частично растворяется в медном основном металле, образуя область, состоящую частично из припоя и частично из меди. Это создает интерметаллическое соединение и является ключом к пайке. В большинстве припоев расплавленное олово является основным растворителем, который растворяется в медной подложке и образует интерметаллическую связь, электрически и механически стабилизирующую соединение.
Интерметаллиды необходимы для хорошего паяного соединения, но, как и во многих других случаях, слишком много хорошего может быть плохим. Интерметаллиды имеют тенденцию быть хрупкими, поэтому, если интерметаллический слой слишком толстый, соединение может быть механически слабым. Внутри интерметаллического слоя также могут быть пустоты, которые увеличивают механическую нестабильность.
Поддержание чистоты
Все мы знаем, что флюс имеет решающее значение для качественного паяного соединения. Но что такое флюс и почему производители припоев утруждают себя запихиванием его в сердечник припоя?
Важность флюса обусловлена его способностью бороться со смертельным врагом припоя: оксидами металлов. Оксиды металлов не годятся для паяных соединений - припой не будет адекватно смачивать соединение, когда есть покрытие из оксида металла. Флюсы предназначены для удаления оксидов металлов во время пайки соединения. Предварительная очистка металлов не помогает, к тому времени, когда припой течет, атмосферный кислород восстановит слой оксида металла в достаточной степени, чтобы испортить смачивание припоя.
Электронный припой обычно имеет флюс из канифоли. Канифоль - это натуральный продукт, полученный из сосен, в частности, лоблолли и длиннолистных сосен для производства канифоли в США. Он имеет то преимущество, что он более или менее инертен при комнатной температуре, но очень кислый в жидком состоянии и имеет температуру плавления немного ниже, чем припой. Таким образом, канифольное ядро электронного припоя будет плавиться раньше припоя, затекая в соединение и вокруг него. Кислая жидкость вступает в реакцию с оксидами металлов, открывая чистый металл для смачивания припоем. Кислый жидкий флюс превращает оксиды металлов в соли металлов и воду, которые обычно остаются во флюсе, когда он затвердевает. Продукты реакции, как правило, в этот момент безвредны, но некоторые процессы все же требуют удаления израсходованного флюса.
Конечно, пайка - это не только это, но это основные сведения о том, что происходит внутри этого шарика припоя на конце вашего утюга.