Температура плавления припоя: руководство по температурам сплавов

температура плавления припоя Это полностью зависит от его сплава. Эвтектический олово-свинцовый припой (Sn63/Pb37) плавится при одной резкой температуре. 183 ° С (361 ° F)при этом наиболее распространенный бессвинцовый сплав SAC305 плавится в диапазоне примерно от 100 до 200 °C. 217–220 °C (423–428 °F)Для всего семейства припоев значения варьируются от примерно 138 °C для низкотемпературных олово-висмутовых припоев до 300 °C и выше для высокосвинцовых припоев. В этом руководстве приведены точные значения для каждого сплава, объясняется разница между температурой плавления и диапазоном плавления, а также показано, почему эти несколько градусов определяют, является ли соединение на печатной плате исправным или дефектным.

Какова температура плавления припоя?

Температура плавления — это температура, при которой припой переходит из твердого состояния в жидкое, так что он может смачивать металлические поверхности и образовывать соединение. Сложность заключается в том, что только эвтектический Сплавы имеют единственную истинную температуру плавления. Эвтектическая смесь — классический пример Sn63/Pb37 — плавится и замерзает при одной и той же температуре без промежуточного состояния, напоминающего расплав. Именно этот резкий переход объясняет, почему эвтектический припой обеспечивает чистые соединения и удобен в работе.

Большинство неэвтектических сплавов вместо этого плавятся через ассортимент ограничен двумя температурами:

• твердый — температура, при которой сплав начинается плавиться. Ниже этого уровня оно полностью твердое.
• ликвидус — температура, при которой сплав полностью Жидкость. Выше неё она свободно течёт.

Между твердостью и ликвидусом припой частично находится в твердом, частично в жидком состоянии — в виде кашицеобразной «пастообразной» или «пластичной» массы. Соединения, поврежденные в этом диапазоне, как правило, получаются зернистыми и слабыми (классическая причина поврежденного или холодного соединения), поэтому для ручной пайки предпочтительнее использовать эвтектические сплавы без пластической зоны.

Температура плавления свинцового (оловянно-свинцового) припоя

Олово-свинцовый (SnPb) припой десятилетиями доминировал в электронике и до сих пор используется в аэрокосмической, оборонной и медицинской отраслях, где важны его надежность и отсутствие оловянных нитевидных кристаллов. Его свойства при плавлении зависят от соотношения олова и свинца, и все сплавы SnPb имеют одинаковую температуру солидуса (эвтектическую температуру) 183 °C:

Практический вывод таков: сплав Sn63/Pb37 — это тот выбор, который необходим для получения максимально чистых соединений, поскольку он избегает пастообразной консистенции, характерной для других соотношений.

Температура плавления бессвинцового припоя

В соответствии с директивой RoHS и аналогичными правилами, большая часть коммерческой электроники перешла на бессвинцовый припой, который состоит в основном из олова с добавками серебра, меди, а иногда и висмута или никеля. Бессвинцовые сплавы плавятся на 30–45 °C сильнее, чем олово-свинцовые, что является самым значительным практическим последствием этого перехода — это повышает пиковые температуры оплавления и термическое напряжение на платах и ​​компонентах.

SAC305 — это сплав, на основе которого изготавливается большинство бессвинцовых печатных плат. Существуют варианты с меньшим содержанием серебра и легированием, позволяющие снизить стоимость или улучшить характеристики устойчивости к ударным нагрузкам и термическим циклам, но их температуры плавления остаются близкими к значениям SAC около 217 °C.

Низкотемпературные и высокотемпературные припои

Помимо основных сплавов, на крайних значениях температурной шкалы находятся две группы специальных сплавов.

Низкотемпературные припои

Олово-висмут (Sn42/Bi58) плавится при температуре 138 ° С (281 ° F) и индий-олово (In52/Sn48) около 118 ° С (244 ° F)Они используются, когда компоненты или подложки не выдерживают обычного нагрева при оплавлении — например, термочувствительные светодиоды, некоторые датчики, гибкие подложки и ступенчатая пайка, при которой необходимо выполнить второе соединение без повторного расплавления первого. Компромисс заключается в том, что сплавы висмута, как правило, более хрупкие.

Высокотемпературные припои

Высокосвинцовые сплавы, такие как Sn10/Pb88/Ag2 При температурах плавления около 268–290 °C и Sn5/Pb95 (около 308–312 °C) остаются твердыми при температурах, которые расплавили бы обычный припой. Они используются при монтаже силовых полупроводниковых кристаллов, в электронике для нефтегазовой отрасли и в других условиях высоких температур. Для сравнения, чистое олово плавится при 232 °C, а чистый свинец — при 327 °C.

Таблица сравнения температур плавления припоя

На этой сводной диаграмме распространенные сплавы представлены в порядке возрастания температуры плавления.

Температура плавления в зависимости от температуры пайки и оплавления

Распространенная ошибка заключается в том, что температуру плавления принимают за температуру, которую вы устанавливаете на паяльнике или в духовке. Это не так. Температура плавления показывает, когда припой становится жидким; чтобы правильно смачивать контактные площадки и обеспечить растекание, нужно действовать определенным образом. выше ликвидус.

• Температура наконечника паяльника Температура плавления устанавливается значительно выше точки плавления, чтобы быстро передавать тепло в соединение до того, как наконечник остынет. Типичные значения примерно такие: 315–370 °C (600–700 °F) для свинцового припоя и 350–400 °C (660–750 °F) Для бессвинцовых устройств, скорректированных с учетом размера наконечника и массы сустава.
• Пиковая температура оплавления Температура плавления находится примерно на 20–40 °C выше температуры ликвидуса сплава. Для SAC305 (температура ликвидуса ~220 °C) типичный пик составляет 235–250 °С; для свинцового Sn63/Pb37 наблюдается пик в районе 210–225 °С нормально.

Разница между температурой плавления и рабочей температурой задана намеренно: слишком малый запас приведет к тому, что припой будет плохо растекаться (холодные соединения, плохое смачивание); слишком большой — к риску отслоения контактных площадок, повреждения чувствительных к нагреву компонентов или превышения температуры стеклования платы.

Почему температура плавления припоя важна при сборке печатных плат

В производстве температура плавления — это число, вокруг которого строится каждый термический процесс. Ошибка в определении температуры плавления приводит к снижению выхода годной продукции. Вот где это имеет наибольшее значение:

• Профилирование оплавления. Профиль четырехзонной оплавления (предварительный нагрев, выдержка, оплавление, охлаждение) задается исходя из твердой и жидкой фаз сплава пасты. Пик должен находиться за безопасный запас относительно точки ликвидуса, не перегревая детали — именно поэтому профиль, настроенный для SAC305, отличается от профиля, используемого в процессах с применением свинца.
• Материал печатной платы (Tg). Более высокие температуры бессвинцовых материалов приближают их к температуре стеклования ламината, поэтому они обладают высокой температурой стеклования (Tg). FR-4 Часто используется в конструкциях без содержания свинца для предотвращения расслоения и деформации.
• Смешанные сплавы. Пропускание свинцовых шариков через бессвинцовый профиль (или наоборот) приводит к ненадежным соединениям. Совместимость сплавов необходимо контролировать по всей спецификации материалов, особенно с учетом BGA.
• Паяльная паста и трафареты. Паста подбирается в соответствии со сплавом, и обеспечивается необходимый объем осажденного материала. трафарет, вырезанный лазером обеспечивает наличие достаточного количества металла в соединении после выгорания флюса.
• Варианты для низких температур. Если в плате используются компоненты, не способные выдерживать пиковую температуру в 245 °C, вместо них выбирают низкотемпературный сплав или селективный процесс.

Highleap ЭлектроникаКитайский производитель печатных плат и сборок печатных плат использует как свинцовосодержащие, так и бессвинцовые процессы пайки оплавлением, при этом профили оплавления подбираются в соответствии с составом пасты и тепловой массой платы, что подтверждается методами автоматического оптического контроля и рентгеновского контроля на матричных элементах. Если вы не уверены, какой сплав или покрытие подходит для вашей конструкции, обратитесь к нам. Обзор DFM Включает в себя вопросы выбора припоя, качества поверхности и тепловых характеристик перед изготовлением платы — часть стандарта. сборка печатных плат под ключ и SMT Работа.

Часто задаваемые вопросы о температуре плавления припоя

Какова температура плавления припоя в градусах Цельсия и Фаренгейта?

Это зависит от сплава. Наиболее распространенный свинцовый припой, Sn63/Pb37, плавится при температуре 183 °C (361 °F). Наиболее распространенный бессвинцовый припой, SAC305, плавится при температуре около 217–220 °C (423–428 °F).

Какова температура плавления бессвинцового припоя?

Температура плавления большинства бессвинцовых припоев для электроники составляет примерно от 217 °C до 227 °C. Для SAC305 она составляет 217–220 °C, для эвтектического олово-серебряного припоя — 221 °C, а для олово-медного (Sn99.3/Cu0.7) — 227 °C, что примерно на 30–45 °C выше, чем у олово-свинцового припоя.

Почему эвтектический припой имеет единую температуру плавления?

Эвтектический сплав, такой как Sn63/Pb37, имеет специфический состав, при котором плавление и затвердевание происходит при одной и той же температуре без промежуточного пастообразного перехода. Этот резкий переход обеспечивает чистые соединения и делает сплав удобным для ручной пайки.

Какую температуру следует установить на паяльнике?

Температура выше точки плавления припоя, поэтому тепло передается быстро: примерно 315–370 °C (600–700 °F) для свинцового припоя и 350–400 °C (660–750 °F) для бессвинцового, с поправкой на размер наконечника и массу соединения. Точное значение — это рабочая температура, а не сама точка плавления.

Температура пайки совпадает с температурой плавления?

Нет. Температура плавления — это температура, при которой припой становится жидким; температура пайки или оплавления устанавливается выше этой температуры. Пиковые значения температуры оплавления обычно на 20–40 °C выше температуры ликвидуса сплава, чтобы припой хорошо смачивал поверхность.

Можно ли смешивать свинцовый и бессвинцовый припой?

Лучше этого избегать. Смешивание сплавов — например, пропускание бессвинцовых шариков BGA через свинцовый профиль — приводит к несоответствию интерметаллических соединений и температур плавления, что вызывает ненадежные соединения. В производстве совместимость сплавов контролируется по всей сборке.

Какой припой имеет самую низкую температуру плавления?

Среди распространенных сплавов индий-олово (In52/Sn48) плавится при температуре около 118 °C, а олово-висмут (Sn42/Bi58) — при 138 °C. Эти низкотемпературные припои используются для термочувствительных компонентов и ступенчатой ​​пайки, хотя сплавы висмута более хрупкие.