Припой ПОС 63

Припой ПОС 63 — оловянно-свинцовый сплав с эвтектическим составом: 63 % олова и 37 % свинца. Принципиальная особенность этого состава в том, что точки начала и окончания плавления совпадают: сплав переходит из твёрдого в жидкое состояние при строго постоянной температуре 183 °С, без пластической стадии. Именно это свойство делает ПОС 63 незаменимым там, где перегрев паяемых элементов недопустим. Относится к группе бессурьмянистых припоев. Применяется для пайки и лужения в радиоэлектронике, приборостроении и других отраслях, где требуется высокогерметичный шов и минимальный термический удар по компонентам.

Нормативная документация и химический состав ПОС 63

Припой ПОС 63 регламентируется двумя межгосударственными стандартами:

• ГОСТ 21930-76 — оловянно-свинцовые припои в чушках, устанавливает химический состав и допуски;
• ГОСТ 21931-76 — оловянно-свинцовые припои в изделиях (проволока, прутки, лента, трубки, порошок), определяет сортамент и правила приёмки.

Химический состав по ГОСТ 21930-76:

Помимо перечисленных, ГОСТ нормирует содержание железа, серы, никеля, цинка и алюминия — их концентрации обеспечиваются технологией производства и отдельно в сертификате не всегда приводятся.

ПОС 63 входит в группу бессурьмянистых припоев наряду с ПОС 90, ПОС 61, ПОС 40 и рядом других марок. Отсутствие сурьмы исключает охрупчивание паяного шва при ударных нагрузках и делает сплав пригодным для пайки деталей, подвергающихся вибрации.

Эвтектический сплав: физический смысл температуры плавления 183 °С

Эвтектикой называют сплав, у которого точки солидуса (начало плавления) и ликвидуса (полное расплавление) совпадают. Для системы Sn–Pb эта точка соответствует составу 61,9 % Sn по массе при 183,3 °С. Марка ПОС 63 с содержанием олова 62,5–63,5 % фактически воспроизводит эвтектический состав с учётом технологических допусков.

Практическое следствие для технолога:

• Переход из жидкого в твёрдое состояние происходит мгновенно, без пластической «кашицеобразной» стадии, что устраняет риск смещения компонентов при остывании шва.
• Паяное соединение формируется при минимально возможной температуре для данной группы припоев, снижая термическую нагрузку на основу печатной платы и выводы компонентов.
• Однородная микроструктура затвердевшего шва обеспечивает воспроизводимые механические и электрические характеристики от партии к партии.

ПОС 61 имеет тот же солидус 183 °С, но из-за незначительного отклонения от точной эвтектики обладает узким интервалом кристаллизации. Характеристики ПОС 63 и ПОС 61 практически идентичны; ПОС 63 соответствует международному обозначению Sn63Pb37.

Физические и механические свойства припоя ПОС 63

Все значения приведены для температуры 20–22 °С.

Значения временного сопротивления разрыву и предела прочности при сдвиге характерны для мягких припоев (σв 16–100 МПа по классификации ГОСТ) и соответствуют уровню нагрузок, типичных для паяных соединений в радиоэлектронике и приборостроении.

Электрические и тепловые характеристики ПОС 63

Удельное электрическое сопротивление 14,5 · 10⁻⁸ Ом·м соответствует электропроводности около 11,5–12 % относительно чистой меди (ρ меди ≈ 1,7 · 10⁻⁸ Ом·м). Для паяных контактов в радиомонтаже этого достаточно: падение напряжения на шве определяется прежде всего его геометрией и качеством смачивания, а не удельным сопротивлением припоя.

Теплопроводность 50 Вт/(м·К) обеспечивает умеренный отвод тепла через шов — значительно ниже, чем у меди (~390 Вт/(м·К)), что важно учитывать при расчёте теплового режима мощных компонентов, смонтированных пайкой.

Области применения припоя ПОС 63

Согласно приложению к ГОСТ 21930-76, ПОС 63 применяется:

• для лужения и пайки электро- и радиоаппаратуры, печатных схем и точных приборов с высокогерметичными швами там, где недопустим перегрев;
• для групповой пайки печатного монтажа на автоматизированных линиях: волновая пайка, пайка окунанием с протягиванием, селективная пайка;
• для лужения выводов микросхем, корпусированных радиокомпонентов, проводов и кабелей.

Эвтектический характер кристаллизации особенно важен при автоматизированной групповой пайке: отсутствие пластической стадии исключает смещение компонентов на плате при движении через волну припоя или при остывании после пайки окунанием.

Основные металлы, совместимые с ПОС 63

Припой хорошо смачивает и паяет следующие основные металлы и покрытия:

• медь и медные сплавы (латунь, бронза);
• никель и никелированные поверхности;
• луженые поверхности (покрытие Sn, Sn–Pb);
• серебро и посеребрённые детали (при соответствующем флюсе);
• оцинкованная сталь — ограниченно, при наличии активного флюса.

Ограничения и несовместимые материалы

Золотые покрытия. Пайка оловянно-свинцовыми припоями по поверхностям с золотым (Au) покрытием не рекомендуется. Олово интенсивно растворяет золото с образованием хрупкого интерметаллида AuSn₄ («gold embrittlement»), что приводит к разрушению паяного шва при механических нагрузках. Если пайка неизбежна — предварительно залудить поверхность или использовать специализированные припои с повышенным содержанием золота.

Алюминий. Стандартные флюсы для оловянно-свинцовых припоев не обеспечивают разрушение оксидной плёнки Al₂O₃. Для пайки алюминия применяют специальные флюсы на основе фтористых соединений или ультразвуковую пайку.

Высокотемпературные материалы. ПОС 63 — мягкий припой с σв ~40 МПа. Для соединений, работающих при температурах выше 100–120 °С или при значительных механических нагрузках, следует рассмотреть твёрдые припои или высокотемпературные бессвинцовые сплавы.

Директива RoHS / ограничения по свинцу. Свинецсодержащие припои типа ПОС запрещены к применению в большинстве потребительской электроники, экспортируемой в страны ЕС и ряд других юрисдикций. В оборонной, авиационной, медицинской и специальной технике допускается применение ПОС 63 при наличии соответствующих разрешений.

Технологические режимы пайки с ПОС 63

Ручная пайка паяльником. Рабочая температура жала паяльника — 220–280 °С. Нижняя граница обеспечивает надёжное расплавление и растекание припоя, верхняя — допустимый предел перегрева для большинства компонентов выводного монтажа. Время контакта паяльника с выводом — не более 3–5 с. Превышение ведёт к термическому повреждению компонентов и отслоению контактных площадок платы.

Волновая пайка. Температура волны — 240–260 °С, скорость конвейера и параметры флюсования задаются технологической картой. ПОС 63 применяется в ваннах волновой пайки как стандартный материал для массового производства печатных плат.

Пайка оплавлением (Reflow) паяльной пасты. Паяльные пасты на основе Sn63Pb37 используют в процессе поверхностного монтажа (SMT). Типовой термопрофиль: преднагрев 120–150 °С, пиковая температура зоны оплавления 205–230 °С. Точные параметры зависят от типа паяльной пасты и конструкции платы.

Флюсы. Для ПОС 63 применяют флюсы на основе канифоли (ГОСТ 19113) или водосмываемые флюсы. Активированные флюсы (типа RMA) используют при пайке труднолудящихся поверхностей; после пайки остатки активированного флюса подлежат удалению, так как вызывают коррозию. Для безотмывных технологических процессов применяют малоактивные флюсы без очистки шва.

Охрана труда при работе с оловянно-свинцовыми припоями

Свинец и его соединения относятся к веществам 1-го класса опасности по ГОСТ 12.1.007. При нагреве до рабочих температур пайки выделяются аэрозоли свинца, опасные при вдыхании.

Обязательные меры согласно ГОСТ 21931-76:

• Рабочее место оборудуется местной вытяжной вентиляцией с отводом загрязнённого воздуха;
• при работе с расплавленным припоем, обслуживании ванн лужения и пайки, а также при работе с порошком — применяют респираторы ШБ-1 «Лепесток» по ГОСТ 12.4.028;
• для защиты от ожогов расплавленным припоем — наголовные щитки по ГОСТ 12.4.023;
• после работы обязателен тщательный гигиенический уход (мытьё рук перед едой и питьём).

Порошок припоя особенно опасен — его дисперсность резко увеличивает площадь контакта с дыхательными путями и кожей. Работа с порошком требует усиленных мер индивидуальной защиты.

Формы поставки припоя ПОС 63

Поставка осуществляется в соответствии с ГОСТ 21930-76 (чушки) и ГОСТ 21931-76 (изделия).

Каждая партия сопровождается документом качества (сертификатом), подтверждающим химический состав по ГОСТ 21930-76. По запросу предоставляются протоколы химического анализа плавки.

Поставка осуществляется по России. Подробнее об ассортименте оловянно-свинцовых материалов — в разделе Припои.

ПОС 63 и ПОС 35: принципиальные отличия для выбора марки

При выборе между марками ПОС 63 и ПОС 35 технолог ориентируется на следующие критерии:

ПОС 63 выбирают там, где критична точность температурного режима и минимальный перегрев компонентов. ПОС 35 — экономически более выгоден для менее ответственных соединений или там, где допустим более широкий диапазон рабочих температур.

Маркировка и расшифровка обозначения ПОС 63

Аббревиатура расшифровывается следующим образом:

• П — припой;
• О — оловянный (основа — олово);
• С — свинцовый (второй основной компонент — свинец);
• 63 — массовая доля олова в процентах.

Аналогично расшифровываются все марки серии ПОС: цифра в названии всегда означает процент олова. На чушках согласно ГОСТ 21930-76 маркировка наносится цифрами без буквенного обозначения ПОС — только числом, например «63». Условное обозначение изделия по ГОСТ 21931-76 включает форму сечения, диаметр и марку, например: «Припой Прв КР2 ПОС 63 ГОСТ 21931-76» — проволока круглая диаметром 2 мм марки ПОС 63.