Проводниковые материалы Электропроводность полупроводников

Припои - специальные сплавы, применяемые при пайке. Пайка-это металлургический процесс соединения нескольких изделий в одно целое с помощью металлической жидкой фазы - припоя. Пайка осуществляется с целью создания механически прочного, иногда герметичного шва, или с целью получения электрического контакта.

При взаимодействии расплавленного припоя и металлов соединяемых изделий происходит образование металлической связи и их взаимная диффузия . Следовательно, состав и структура металла паянного шва будут совершенно иными по сравнению с первоначальным составом припоя. Это означает, что механические и электрические свойства шва будут отличаться не только от свойств соединяемых металлов, но и от свойств припоя.

Конструкционная пайка характеризуется обоими взаимодействиями, т.к. процесс пайки осуществляется высокотемпературными припоями. При монтажной пайке, которая проводится низкотемпературными припоями и протекает в короткий промежуток времени (при монтаже радиоаппаратуры не более трех секунд) взаимодействие припоя и соединяемых металлов заканчивается на этапе образования металлической связи и отличия в свойствах шва и припоя будут менее заметны.

Необходимым условием для образования металлической связи является физическая адсорбция припоя к поверхности соединяемых изделий и хорошая смачиваемость им поверхностей соединяемых изделий.

Возможность смачивания определяется величиной краевого угла смачивания, которая зависит от соотношения сил взаимодействия атомов припоя с твердым металлом и атомами припоя между собой. Если атомы металла и припоя взаимодействуют сильнее, чем атомы припоя между собой, то смачивание будет хорошим. Хотя данных по величинам краевых углов смачивания для различных пар металлов в литературе практически нет, тем не менее замечено, что наилучшим смачиванием обладают металлы, имеющие большую взаимную растворимость. Для улучшения смачиваемости поверхностей соединяемых деталей припоем применяют специальные составы называемые флюсами. Они применяются также для удаления оксидных пленок с паяемых поверхностей и для предотвращения окисления расплавленного припоя.

Для получения прочного и ровного паянного шва, необходимо чтобы припой хорошо растекался по поверхности соединяемых металлов и возможно полнее заполнял шов. Растекаемость - сложная характеристика припоя, зависящая от многих факторов: поверхностных натяжений на всех границах раздела, сил взаимодействия между атомами металла и припоя, а также сил взаимодействия между атомами припоя, его состава. Не вдаваясь в физику взаимодействий, отметим, что растекаемость пропорциональна смачиваемости и поверхностному натяжению расплава припоя на границе с газом или флюсом.

Качество заполнения шва зависит от капиллярных свойств припоя. Так как зазоры между соединяемыми деталями представляют своего рода капилляры, их необходимо брать по возможности малыми. Тогда, при хороших смачиваемости и растекаемости, обеспечивается высокое качество паянных соединений.

Припои принято делить на два класса: мягкие - припои на оловянных и свинцовых основах и твердые - на медных и серебряных основах. Однако рациональнее подразделять их не по твердости, а по температуре плавления: легкоплавкие-с температурой плавления ниже 420 0С и тугоплавкие, имеющие температуру плавления выше 420 0С.

Для получения надежного соединения припои должны отвечать следующим требованиям:

Температура плавления припоя должна быть ниже температуры плавления паяемых металлов.

Расплавленный припой должен хорошо смачивать паяемый металл и легко растекаться по его поверхности.

В расплавленном состоянии припой должен обладать хорошей текучестью, которая необходима для качественного заполнения шва.

Припой должен иметь достаточные прочность и пластичность.

В паре с паяемыми металлами припой должен быть коррозионно- устойчивым.

Коэффициенты термического расширения припоя и паяемых металлов должны быть близки.

Припои, применяемые для паяния токопроводящих изделий, должны иметь высокую электропроводность.

В различных электротехнических устройствах применяются как легкоплавкие, так и тугоплавкие припои. Выбор припоя производится с учетом рода паяемых металлов, требуемой механической прочности, электрического сопротивления паянного соединения. Наиболее распространенным легкоплавким припоем являются оловянно-свинцовые сплавы с небольшими добавками сурьмы, содержащие от 18 до 90% олова. Их отличают низкая температура плавления - 190-277 0С, высокая растекаемость, узкий температурный интервал кристаллизации, что способствует получению паянных швов высокого качества. Предел прочности при растяжении составляет 2,8-4,3 кг/мм2, удельная проводимость - 9-13% от удельной проводимости чистой меди. Эти припои применяют при пайке меди и ее сплавов, серебра, оцинкованного железа. В монтажной пайке наиболее распространены припои, содержащие 50 и 61% олова. Отечественной промышленностью выпускается семь марок оловянно-свинцовых припоев, отличающихся друг от друга содержанием олова и сурьмы. Маркируются оловянно-свинцовые припои буквенно-цифровым шифром, который несет информацию о качественном составе припоя и содержании в нем олова. Например, маркировка ПОС-61 означает, припой оловянно-свинцовый с содержанием олова 61%.

В тех случаях, когда требуется пониженная температура пайки, применяется оловянно-свинцово-кадмиевые припои, которые включают до 18% кадмия (например, ПОСК-50-припой оловянно-свинцово-кадмиевый, содержащий 50% олова). Температура плавления кадмиевых припоев, в зависимости от состава, колеблется от 145 до 180 0С.

В радиоэлектронной промышленности при групповой пайке многослойных, так называемых сэндвичных элементов, часто возникает необходимость в наборе ряда низкотемпературных припоев с различными температурами плавления, чтобы обеспечить последовательную пайку. Одним из таких "наборов" припоев являются сплавы олово-висмут, олово-кадмий, олово-индий. На соединяемые проводники элементов эти сплавы наносятся гальваническим способом, а после совмещения элементов и их нагрева, гальванические осадки сплавов расплавляются и осуществляется соединение элементов. Такая технология существенно снижает расход дорогостоящих припоев, позволяет наносить слой припоя строго контролируемой толщины, повышает культуру производства, устраняя с рабочего места монтажника ванну с расплавленным металлом.

Высокотемпературные припои используются для получения паянных соединений высокой прочности, работающих при повышенных температурах. В зависимости от основных металлов, входящих в состав сплава они подразделяются на семь групп: меднофосфорные, серебряные, алюминиевые, никелевые, золотые, магниевые, чисто медные и медно-цинковые припои.

Наиболее распространенными из них являются медно-цинковые (ПМЦ) и серебряные (ПСр) припои. Промышленность выпускает медно-цинковые припои трех составов с содержанием меди 36, 48 и 54% (ПМЦ-36, ПМЦ-48 и ПМЦ-54). Они имеют температуру плавления 825-880 0С, предел прочности при растяжении около 22 кг/мм 2, применяются для паяния изделий из меди, медных сплавов и стали, не подвергающимся при работе ударным нагрузкам, вибрации и изгибу.

Серебряные припои представляют собой сплавы серебра с медью, содержащие от 10 (ПСр-10) до 72% (ПСр-72) серебра. Промышленностью выпускается 16 видов серебряных припоев, некоторые марки содержат добавки цинка, фосфора, олова или никеля. Температура плавления серебряных припоев, в зависимости от состава, лежит в диапазоне 720-  763 0С, а предел прочности при растяжении - 28-35кг/мм 2. Швы, паянные серебряным припоем хорошо сопротивляются ударным и вибрационным нагрузкам, выдерживают значительные изгибающие деформации. Применяются для паяния меди и ее сплавов, вольфрама, молибдена, благородных металлов, а также черных металлов.


Магнитные цепи