Пайка: виды, техники и пошаговое руководство

Если разобрать любое электронное устройство с печатной платой, вы увидите, что компоненты прикреплены с помощью пайки. Пайка — процесс соединения двух или более электронных деталей путем расплавления припоя вокруг соединения. Хотя пайка создает постоянное соединение, его можно разобрать с помощью депайки.

Сегодня мы изучим всё о пайке: что это, где применяется, как проходит процесс.

Что такое пайка?

Пайка — процесс соединения различных металлов путем расплавления припоя. Припой — металлический сплав, обычно из олова и свинца, расплавляемый горячим паяльником. Паяльник нагревается выше 315 °C (600 °F), затем остывает, создавая прочную электрическую связь.

В отличие от сварки, при пайке обрабатываемые детали не расплавляются. При пайке твердым припоем (бразинге) наплавляющий металл тоже расплавляется, но при более высокой температуре. Исторически почти все припои содержали свинец, но экологические и медицинские требования все чаще диктуют использование безсвинцовых сплавов для электроники и сантехники.

Что такое припой?

Припой — плавкий металлический сплав для создания постоянной связи между металлическими заготовками. Припой расплавляется для сцепления и соединения деталей после охлаждения, что требует сплава с более низкой температурой плавления, чем соединяемые детали.

Припой должен быть устойчивым к окислительным и коррозионным влияниям, деградирующим соединение со временем. Припой для электрических соединений также должен иметь благоприятные электрические характеристики.

Мягкий припой обычно имеет температуру плавления 90–450 °C (190–840 °F) и применяется в электронике, сантехнике и работе с листовой металлургией. Сплавы, плавящиеся при 180–190 °C (360–370 °F), наиболее распространены. Пайка сплавами с температурой плавления выше 450 °C (840 °F) называется «твердой пайкой», «серебряной пайкой» или бразингом.

В определенных пропорциях некоторые сплавы являются эвтектическими — их температура плавления минимально возможна для данных компонентов и совпадает с точкой замерзания. Неэвтектические сплавы могут иметь заметно разные температуры солидуса и ликвидуса, так как имеют отдельные жидкие и твердые переходы.

Неэвтектические смеси часто существуют в виде пасты из твердых частиц в расплавленной матрице более низкотемпературной фазы при приближении к высоким температурам. В электрических работах, если соединение возмущается в этом «пастообразном» состоянии перед полным затвердеванием, может получиться плохое электрическое соединение; использование эвтектического припоя уменьшает эту проблему.

Пастообразное состояние неэвтектического припоя можно использовать в сантехнике, так как позволяет формировать припой при охлаждении, например, для обеспечения герметичного стыка труб — так называемого «вытертого стыка».

Для электроники припой в виде проволоки доступен в диапазоне толщин для ручной пайки (паяльник или паяльная станция), и с флюсом в сердечнике.

Также доступен в виде пасты комнатной температуры, предформленной фольги, соответствующей форме заготовки (для механизированного массового производства), или в виде маленьких «пластинок», которые можно обмотать вокруг стыка и расплавить пламенем, где паяльник недоступен, например, в полевых ремонтах.

Как работает пайка?

Припой расплавляется теплом от паяльника, подключенного к температурному контроллеру. Нагревается выше точки плавления (около 315 °C / 600 °F), расплавляется и затем остывает, образуя паяльное соединение.

Помимо создания прочных электрических контактов, припой можно удалить депаяльным инструментом.

Припой — металлический сплав для создания прочных постоянных связей: медных контактов на печатных платах и медных трубных соединений. Бывает двух типов и диаметров: с свинцом и безсвинцовый, диаметр 0,032″–0,062″. Внутри сердечник — флюкс, материал для усиления и улучшения механических свойств.

Какие металлы используются?

Наплавляющие металлы для пайки раньше были на свинцовой основе. Из-за регулирования свинцосодержащие припои все чаще заменяют безсвинцовыми, которые могут содержать сурьму, висмут, латунь, медь, индий, олово или серебро.

Какой флюс использовать для пайки?

В точке соединения могут быть загрязнения: масло, грязь, окисление. Флюс предотвращает окисление и иногда очищает металл. Используется коловой флюс, улучшающий механическую прочность и электрический контакт. Иногда применяют смачивающие добавки для снижения поверхностного натяжения.

Основные виды припоя

Кратко: 3 вида припоя — безсвинцовый, свинцосодержащий и флюс-кор. Свинцосодержащие припои наиболее надежны и предпочтительны в критических применениях: медицинская электроника, аэрокосмика.

На рынке множество видов припоя, но всего три основные категории:

• Свинцосодержащий припой запустил электроническую революцию. Самая частая смесь — 60/40 (олово/свинец) с точкой плавления ~180–190 °C. Называется мягким припоем. Олово выбрано за низкую температуру плавления, свинец — для подавления оловянных усов. Чем выше концентрация олова, тем лучше прочность на растяжение и сдвиг.
• Бесвинцовый припой развивался, когда ЕС ограничил свинец в потребительской электронике. В США производители получали налоговые льготы за безсвинцовый припой. Оловянные усы можно смягчить более новыми методами отжига, добавками (никель) и конформными покрытиями. Безсвинцовые припои обычно имеют более высокую температуру плавления.
• Флюс-кор припой продается как «катушка проволоки» с восстанавливающим агентом в сердечнике. Флюс выделяется при пайке и восстанавливает (обращает окисление) металл в точке контакта для более чистого электрического соединения. Также улучшает смачиваемость припоя. В электронике флюс обычно коловой. Кислотные сердечники — для металлоремонта и сантехники, для электроники не подходят.

Как паять

Пайка — процесс соединения электронных деталей расплавлением припоя вокруг соединения. Припой — металлический сплав, при остывании создающий прочную электрическую связь. Соединение можно разобрать депайкой.

Для объяснения покажем реальный пример: пайка светодиода на печатную плату.

Шаг 1: Установка компонента: Вставьте выводы светодиода в отверстия платы. Переверните плату и согните выводы наружу под 45°. Это улучшит контакт с медной площадкой и предотвратит выпадение при пайке.

Шаг 2: Нагрев стыка: Включите паяльник, при регулировке установите 400 °C. Касните кончиком паяльника медную площадку и вывод резистора одновременно. Держите 3–4 секунды для нагрева площадки и вывода.

Шаг 3: Подача припоя на стык: Держа паяльник на площадке и выводе, коснитесь соединения припоем. ВАЖНО Не касайтесь припоя кончиком паяльника напрямую. Стык должен быть достаточно горячим, чтобы расплавить припой при касании. Если стык холодный — получится плохое соединение.

Шаг 4: Обрезка выводов Уберите паяльник и дайте припою остыть естественно. Не дуйте на припой — это может испортить стык. После остывания обрежьте лишние провода.

Хороший паяльный стык гладкий, блестящий, похож на вулкан или конус. Нужно ровно столько припоя, чтобы покрыть весь стык, но не слишком много, чтобы не образовывать шар или не проливаться на соседний вывод.

Как паять провода

Покажем, как спаять провода вместе. Рекомендуется использовать «третьи руки» или зажимы.

Сначала снимите изоляцию с концов обоих проводов. Если провод многожильный, скрутите жилы пальцами. Убедитесь, что паяльник полностью нагрет, и коснитесь кончиком конца одного провода. Держите 3–4 секунды.

Держа паяльник, коснитесь провода припоем, пока он полностью не покроется. Повторите для второго провода. Приложите два окремененных провода друг к другу и коснитесь обоих паяльником. Припой расплавится и равномерно покроет оба провода.

Уберите паяльник, подождите несколько секунд, пока стык застынет и затвердеет. Наденьте термоусадочную трубку на соединение.

Что такое депайка?

В электронике депайка — удаление припоя и компонентов с печатной платы для поиска неисправностей, ремонта, замены и утилизации.

Депайка — процесс расплавления припоя и удаления соединений между двумя материалами. В электронике — удаление электрических компонентов с печатной платы для тех же целей. Наиболее часто используется для этого.

Простыми словами, депайка — полная противоположность пайке. Вы отменяете всё, что сделали при пайке. Как и пайка, депайка — тонкий процесс, требующий мастерства. Нужно соблюдать похожие шаги и меры безопасности.

Методы депайки

Существует несколько методов депайки. Каждый требует разных инструментов и уровня мастерства. Ниже полный список:

1. Использование паяльника

Самый простой и легкий метод. Нужен только паяльник и плоскогубцы.

Что делать:

• Нагрейте припой паяльником до плавления.
• Толкните кончиком паяльника ножки и отведите припой от стыков.
• Выньте компоненты плоскогубцами из отверстий.
• При извлечении давите на кончики ножек, а не на корпуса — иначе компоненты могут повредиться.

Чтобы удалить припой из отверстий, вставьте булавку в отверстие — она всосает припой и облегчит удаление.

Плюсы

• Нужен только паяльник.
• Можно повторно использовать извлеченные компоненты.

Минусы

• Длительное использование паяльника может повредить плату.

2. Использование паяльной косы (депаяльной ленты)

Метод для удаления лишнего припоя после пайки. Паяльная коса — переплетенные медные проволоки, также называемая депаяльным плетением.

Медные проволоки используются, так как они хорошие теплопроводники. Припой притягивается к теплу, медные катушки всасывают припой с металлической поверхности.

Некоторые косы идут с флюсом, облегчающим удаление. Если флюса нет, можно макнуть конец косы в флюс для ускорения.

Что делать для удаления припоя:

• Сплетите несколько дюймов медных проводов в косу.
• Нанесите флюс на медную косу, макнув конец в флюс.
• Положите часть косы на стык для депайки.
• Прижмите горячий паяльник к кончику косы и нужной ножке.
• Подождите несколько секунд, пока припой расплавится и коса всосает его.
• Снимите косу и отрежьте часть, покрытую припоем.
• Повторяйте, пока не удалите весь лишний припой.

Не касайтесь косы руками — она очень горячая. Используйте плоскогубцы для удержания и позиционирования.

Плюсы

• Дешево, просто, легко.
• Отлично для удаления припоя с плоских поверхностей.
• Можно изменять размер косы под объем припоя.
• Можно повторно использовать компоненты.

Минусы

• Косу нельзя повторно использовать — нужно отрезать покрытую припоем часть.
• Горячая коса трудно позиционировать у стыка.
• Трудно удалить припой из отверстий этим методом.

3. Использование депаяльного насоса (вакуумного)

Используется депайльный насос — небольшой высоконапорный вакуумный насос. Перед всасыванием припой нужно нагреть и расплавить.

Шаги:

• Нагрейте припой паяльником до плавления.
• Сожмите грушу или нажмите плунжер насоса и приложите к расплавленному припойу.
• Отпустите грушу, чтобы всосать припой.
• Некоторые насосы имеют кнопку выпуска, не нужно держать грушу сжатой.
• Извлеките депаяленные компоненты.
• Повторяйте, пока не удалите весь лишний припой.

Некоторые насосы идут с паяльником — не нужно покупать отдельно. Припой из насоса можно удалять повторным сжатием и отпусканием груши.

Плюсы

• Разные стили и механизмы для удобства.
• Отлично для удаления припоя из отверстий и депайки мелких компонентов.
• Можно повторно использовать компоненты.

Минусы

• Большинство насосов крупные — трудно попасть в тесные пространства.

4. Использование термопневматического пистолета (Heat Gun)

Тепловой пистолет работает как паяльник: нагревает припой для удаления компонентов. Можно использовать станцию горячего воздуха вместо пистолета. Очень эффективно, но дорого.

Как депаять тепловым пистолетом:

• Включите тепловой пистолет.
• Закрепите плату стойкой или плоскогубцами.
• Приложите кончик пистолета к припойу до плавления.
• Снимите компоненты плоскогубцами.

Не держите пистолет над платой слишком долго — иначе расплавите или повредите плату.

Плюсы

• Депайка и удаление компонентов за секунды.
• Можно повторно использовать компоненты.

Минусы

• Быстрый нагрев в большинстве случаев повреждает компоненты, делая их непригодными. Иногда повреждает плату. При неосторожности можно обжечься.

Часто задаваемые вопросы

Что такое пайка?

Пайка — процесс соединения различных металлов расплавлением припоя. Припой — сплав обычно из олова и свинца, расплавляемый горячим паяльником выше 315 °C (600 °F), при остывании создающий прочную электрическую связь.

Что такое припой?

Припой — плавкий металлический сплав для создания постоянной связи между металлическими заготовками. Расплавляется для сцепления и соединения деталей после охлаждения, требуя сплава с более низкой температурой плавления, чем соединяемые детали. Должен быть устойчив к окислению и коррозии, иметь благоприятные электрические характеристики.

Каковы виды припоя?

Кратко: 3 вида — безсвинцовый, свинцосодержащий, флюс-кор. Свинцосодержащие наиболее надежны и предпочтительны в критических применениях (медицинская электроника, аэрокосмика).

Пайка — это сварка?

Термины часто используют как синонимы, но процессы и подтехники отличаются. Главное отличие — плавление. При пайке металл нагревают для соединения, но не расплавляют.

Что такое метод пайки?

Пайка — процесс соединения металлических деталей для механической или электрической связи. Обычно используется сплав с низкой температурой плавления (припой), который расплавляется и наносится на соединяемые детали, при затвердевании образуя связь.

Что нужно для пайки?

Полный список аксессуаров:

• Преднагреватели для пайки
• Третьи руки (Helping Hands)
• Коврик для пайки
• Увеличительное стекло
• Дымосос
• Пайковая лента
• Набор пинцетов
• Чистка кончика паяльника (латунная шерсть)

Какие два типа пайки?

Существует три формы пайки, каждая требует прогрессивно более высоких температур и дает все более прочное соединение:

• Мягкая пайка, изначально использовала оловянно-свинцовый сплав как наплавляющий металл.
• Серебряная пайка, использует сплав, содержащий серебро.
• Бразинг (твердая пайка), использует латунный сплав для наплавки.

Пайка станет незаконной?

Запрещено вводить в оборот припой или флюс без свинца, если на них нет заметной надписи, что использование в установке или ремонте водопровода для питьевой воды незаконно.

Как паять пошагово?

5 важных шагов волновой пайки:

• Шаг 1. Расплавление припоя. Первый шаг всего процесса.
• Шаг 2. Очистка компонентов. Критически важный шаг.
• Шаг 3. Установка печатной платы.
• Шаг 4. Нанесение припоя.
• Шаг 5. Очистка.

Каковы три типа пайки?

Итого: три основных типа припоя — свинцосодержащий, безсвинцовый и флюс-кор.

Из чего сделан припой?

Обычно сплавы основаны на олове, свинце, кадмии, цинке, индии. Доступны в различных физических формах. Припой в слитках — для пополнения больших ванн для погружной или волновой пайки.

Нужен ли флюс для пайки?

Можно паять без флюса. Он полезен — помогает разрушать оксиды на металле, но не обязателен. Большинство современных припоев идут с коловой сердечкой, которая выполняет функцию флюса.

Как паять безопасно?

Безопасность при пайке

• Никогда не касайтесь нагревательного элемента паяльника.
• Держите провода для нагрева пинцетом или зажимами.
• Держите губку для очистки влажной во время работы.
• Всегда возвращайте паяльник на стойку, когда не используете. Никогда не кладите на верстак.
• Выключайте и выдергивайте из розетки, когда не используете.

Какой припой самый прочный?

60-40 припой (60% олово, 40% свинец) — самый дорогой, но дает самую прочную связь и легче в работе за счет низкой температуры плавления. Дешевле 40-60 сложнее в использовании. 50-50 — хороший компромисс между ценой и удобством.

Почему в припое используется олово?

Оловянно-свинцовая смесь дает припой с более низкой точкой плавления, чем два соединяемых металла. В сварке для соединения можно использовать тот же базовый металл.

Зачем флюс в пайке?

При пайке металлов флюс выполняет три функции: удаляет окисленный металл с поверхностей для пайки, изолирует от воздуха, предотвращая дальнейшее окисление, и улучшает смачиваемость жидкого припоя.

Припой так же прочен, как сварка?

Связь образуется при затвердевании расплавленного припоя. Не так прочно, как сварка или бразинг. Паяная связь не является механической. Если пайка выполнена неправильно, детали не будут проводить электричество.

Можно ли паять на дереве?

Многие покрытия припаиваются с правильным флюсом. Знаете ли вы, что можно паять и деревянные поверхности? Пайка на дереве легка с правильным флюсом.

К чему припой не прилипает?

Припой не прикрепляется к грязным или окисленным металлическим поверхностям. Очистите плоские поверхности для пайки стальной шерстью, напильником, наждачной бумагой. Важно тщательно очистить поверхность. Скребите проволоку для пайки задними стороной ножа или плоским металлом.

Можно ли паять электрические провода?

По правилу 110.14, паяные электрические соединения не противоречат NEC, если соответствуют их правилам. Зависит от местных юрисдикций, но для старых работ обычно разрешается, если не считается пожарной опасностью.

Можно ли паять 230В?

Да, припой легко расплавляется при аварийных условиях. Хотя припой становится жидким при ~180/220 °C (в зависимости от марки), он может стать пластичным ниже 120 °C.

Каковы 4 типа припоя?

Три основных типа: безсвинцовый, свинцосодержащий, флюс-кор. Еще есть серебряный сплав. Типы зависят от состава сплавов. Также есть типы по форме, типу сердечника и применению.

При какой температуре плавится припой?

Мягкий припой: 90–450 °C (190–840 °F), применяется в электронике, сантехнике, листовой металлургии. Сплавы, плавящиеся при 180–190 °C (360–370 °F) — наиболее распространены.

Что можно паять?

Металлы для пайки: золото, серебро, медь, латунь, железо. Наполнитель (припой) плавится. При затвердевании связывается с металлическими деталями и соединяет их. Связь не такая прочная, как при бразинге или сварке.

Каковы преимущества пайки?

Преимущества пайки:

• Низкая потребляемая мощность
• Низкая технологическая температура
• Нет термических деформаций и остаточных напряжений в стыках
• Микроструктура не меняется от тепла
• Легко автоматизируется
• Можно соединять разнородные материалы
• Широкий спектр материалов
• Можно соединять тонкостенные детали

Чем заменить флюс, если его нет?

Вазелин — лучшая эффективная альтернатива коммерческому флюсу. Его воска и минеральные компоненты делают его антиоксидантом, поэтому легко использовать как паяльный флюс.

Можно ли использовать клей вместо пайки?

Нет хорошей замены пайке. Никакой клей не будет проводить электричество или держать так хорошо, как припой.