Při výběru pájky byste se měli řídit následujícími zásadami:
1) teplota tavení pájených dílů musí být vyšší než teplota tavení pájky,
2) musí být zajištěna dobrá smáčivost základního materiálu,
3) hodnoty koeficientů tepelné roztažnosti základního materiálu a pájky by měly být také blízké,
4) nejnižší toxicita pájky,
5) pájka by neměla zhoršovat mechanické vlastnosti základního materiálu a tvořit s ním galvanický pár vedoucí k intenzivní korozi za provozu,
6) vlastnosti pájky musí odpovídat technickým a provozním požadavkům na konstrukci jako celek (pevnost, elektrická vodivost, odolnost proti korozi, mrazuvzdornost atd.),
7) pájky s omezeným intervalem krystalizace jsou náročné na kvalitu přípravy povrchů pro pájení a zajištění přesné kapilární mezery, pro velké mezery je lepší použít kompozitní pájky,
pro vakuové pájení a pájení v prostředí ochranného plynu jsou nejvhodnější pájky samotavící, bez zinku a jiných kovů s vysokým tlakem par,
9) pro pájení nekovových dílů se používají pájky s přísadami prvků s největší chemickou afinitou (pro keramiku a sklo – se zirkonem, hafniem, indiem, titanem).
Pájky jsou klasifikovány podle několika kritérií:
1. Podle bodu tání:
a) nízkoteplotní (tavení do 450 stupňů, na bázi gallia, india, cínu, vizmutu, zinku, olova a kadmia): zejména nízkotavitelné (tavení do 145 stupňů), nízkotavné (tavba = 145. 450 stupně);
b) vysokoteplotní (Tm více než 450 stupňů, na bázi mědi, hliníku, niklu, stříbra, železa, kobaltu, titanu): středně tavitelné (Tm = 450, 1100 stupňů), vysokotavitelné (Tm = 1100, 1850 stupně), žáruvzdorné (Tm více než 1850 stupňů).
2. Podle druhu tavení: zcela a neúplně tavitelné (kompozitní, z pevného plniva a nízkotavitelné části).
3. Podle způsobu získání pájky – hotové a vytvořené během procesu pájení (kontaktně-reaktivní pájení). Při kontaktním pájení se pájka získává jako výsledek roztavení základního kovu, distančních vložek (fólie), povlaků nebo vytlačení kovu z tavidla.
4. Podle hlavního chemického prvku ve složení pájky (obsah více než 50 %): indium, galium, cín, hořčík, zinek, hliník, měď, stříbro, zlato, nikl, kobalt, železo, mangan, palladium, titan, niob, zirkon, vanad, směsné pájky ze dvou prvků.
5. Podle způsobu tvorby tavidla: tavící a samotavící, obsahující lithium, bor, draslík, křemík, sodík. Tavidlo slouží k odstranění oxidů a ochraně hran před oxidací.
6. Podle technologie výroby pájky: lisovaná, tažená, lisovaná, válcovaná, litá, slinutá, amorfní, drcená.
7. Podle typu pájky: tyč, drát, trubička, páska, plát, kompozit, prášek, pasta, tableta, ve formě zapuštěných dílů.
Mezi nízkoteplotními pájkami jsou nejrozšířenější pájky cíno-olovnaté (Tm = 183 stupňů s obsahem cínu 60 %). Obsah cínu se může pohybovat mezi 30 %, Tmel=60. 145 stupňů, s vyšším obsahem tohoto prvku klesá bod tání, zvyšuje se tekutost slitin.
Vzhledem k tomu, že slitina cínu a olova je náchylná k rozpadu a nereaguje dobře s kovy během pájení, jsou do složení těchto pájek zaváděny legující přísady zinku, hliníku, stříbra, kadmia, antimonu a mědi.
Sloučeniny kadmia zlepšují vlastnosti pájek, ale mají zvýšenou toxicitu. Pájky s vysokým obsahem zinku se používají pro pájení neželezných kovů – mědi, hliníku, mosazi a slitin zinku. Cínové pájky mají tepelnou odolnost až do teploty asi 100 stupňů, olovnaté pájky – až 200 stupňů. Olovo také rychle koroduje v tropickém podnebí.
Nejtavitelnější pájky jsou ty, které obsahují gallium (Tm = 29 stupňů). Cín-galliová pájka má bod tání 20 stupňů.
Vizmutové pájky mají Tm=46. 167 stupňů Takové pájky při tuhnutí zvětšují svůj objem.
Teplota tání india je 155 stupňů. Indium pájky se používají při pájení materiálů s různými koeficienty teplotní roztažnosti (například korozivzdorná ocel s křemenným sklem), protože má vlastnost vysoké tažnosti. Indium má odolnost proti oxidaci, odolnost vůči alkáliím, dobrou elektrickou a tepelnou vodivost a smáčivost.
Mezi vysokoteplotními pájkami jsou nejvíce tavitelné sloučeniny na bázi mědi. Měděné pájky se používají při pájení oceli a litiny, niklu a jeho slitin a také při vakuovém pájení. Měděno-fosforové pájky (obsah fosforu do 7 %) se používají k pájení mědi jako alternativa ke stříbrným pájkám.
Měděné pájky s přídavkem stříbra a manganu mají vyšší tažnost. Pro zvýšení mechanických vlastností se zavádějí také přísady niklu, zinku, kobaltu, železa, alkalických kovů, boru a křemíku.
Měděnozinkové pájky jsou žáruvzdornější (bod tání více než 900 stupňů s obsahem zinku do 39 %), používají se pro pájení uhlíkových ocelí a rozdílných materiálů. Ztráta zinku ve formě páry mění vlastnosti pájky a je zdraví škodlivá, stejně jako páry kadmia. Pro snížení tohoto efektu se do pájky zavádí křemík.
Měděnoniklové pájky jsou vhodné pro pájení dílů z korozivzdorných ocelí. Niklová složka zvyšuje bod tání. Pro jeho snížení se do pájky zavádí křemík, bór a mangan.
Stříbrné pájky jsou vyráběny ve formě systému „měď-stříbro“ (Tm = 600 stupňů). Stříbrné pájky obsahují přísady, které snižují bod tání (cín, kadmium, zinek) a zvyšují pevnost spoje (mangan a nikl). Stříbrné pájky jsou univerzální a používají se pro pájení kovů i nekovů.
Při pájení žáruvzdorných ocelí se používají niklové pájky systému nikl-mangan. Kromě manganu obsahují takové pájky i další přísady zvyšující tepelnou odolnost: zirkonium, niob, hafnium, wolfram, kobalt, vanad, křemík a bor.
Pájení hliníku se provádí pomocí hliníkových pájek s přídavkem mědi, zinku, stříbra a křemíku, které snižují bod tání. Poslední prvek tvoří s hliníkem nejvíce korozivzdorný systém.
Pájení žáruvzdorných kovů (molybden, niob, tantal, vanad) se provádí čistými nebo kompozitními pájkami s vysokým bodem tání na bázi zirkonia, titanu a vanadu. Pájení wolframem se provádí komplexními pájkami systémů titan-vanad-niob, titan-zirkon-niob a dalších.
Na začátku své radioamatérské činnosti se mnoho začínajících radioamatérů málokdy diví, co jsou pájky a jaké jsou jejich vlastnosti.
Pro sestavení nejjednodušších domácích zařízení stačí nejběžnější POS-61 nebo podobný. Jak se říká: „Kdybych tak měl s čím pájet. “
Nemusíte ani kupovat pájku. Stačí vzít starou desku plošných spojů z nějakého elektronického zařízení a sestavit ji s nahřátým hrotem páječky z pájených kontaktů.
Tato metoda „extrakce“ je zvláště důležitá pro ty, kteří žijí daleko od měst a velkých osad, kde není příležitost navštívit obchod s rádiem.
Pájka sebraná z desek plošných spojů
Ale přesto, pájení pájky spor. Ve své praxi by měl člověk zabývající se elektronikou rozumět problematice, kterou si zvolí. Proto podrobně zvážíme, jaké jsou pájky, k čemu se používají, který z nich je lepší použít pro montáž elektronických obvodů a opravy domácích rádiových zařízení.
Co jsou pájky?
Pájky se dělí na měkké (nízkotavitelné) a tvrdé. Pro instalaci rádiových zařízení se používají nízkotavná, tzn. takové, jejichž teplota tání se pohybuje od 300 do 450 °C. Měkké pájky mají horší pevnost než tvrdé pájky, ale používají se pro montáž elektronických zařízení.
Pájka je slitina kovů. U pájek s nízkou teplotou tavení se obvykle jedná o slitinu cínu a olova. Právě tyto kovy tvoří většinu slitiny. Mohou v něm být přítomny i legující kovy, ale jejich množství ve složení je malé. Do slitiny se zavádějí nečistoty jiných kovů, aby se získaly určité vlastnosti (bod tání, tažnost, pevnost, odolnost proti korozi).
Nejpoužívanějším typem pájky je POS (Tin-Lead Solder). Dále za stručným označením její značky následuje číslo, které ukazuje procento cínu v ní. Takže POS-40 obsahuje 40 % cínu a POS-60 60 %.
Stává se, že se použije pájka neznámé značky. Jeho složení lze zhruba posoudit nepřímými znaky:
Pájky skupiny cín-olovo mají bod tání 183 – 265°C.
Pokud má pájka jasný kovový lesk, pak obsahuje dostatečně vysoký obsah cínu (POS-61, POS-90).
A naopak, pokud má tmavě šedou barvu a povrch je matný, pak to ukazuje na vysoký obsah olova. Právě olovo dodává povrchu zvláštní šedavý nádech.
Pájky obsahující hodně olova jsou velmi tažné.
Tedy například pájecí lištu o průměru 8 mm. s vysokým obsahem olova (POS-30, POS-40) se snadno ohýbá ručně. Cín na rozdíl od olova dodává slitině pevnost a tuhost. Pokud je ve slitině hodně cínu, pak už nebude možné takovou tyč snadno ohnout.
Zvažte účely, pro které se používají pájky skupiny cín-olovo (POS).
POS-90 (Sn 90 %, Pb 10 %). Používá se při opravách potravinářského náčiní a lékařského vybavení. Jak vidíte, má malý obsah olova (10%), které je značně toxické a jeho použití ve věcech, které přicházejí do styku s potravinami a vodou, je nepřijatelné.
POS-40 (Sn 40 %, Pb 60 %). Používá se především k pájení elektrozařízení a dílů z pozinkovaného železa, používá se k opravám radiátorů, mosazných a měděných potrubí.
POS-30 (Sn 30 %, Pb 70 %). Používá se v kabelovém průmyslu a používá se také pro pocínování a pájení zinkových plechů.
A konečně, POS-61 (Sn 61 %, Pb 39 %). Stejné jako POS-60. Myslím, že mezi nimi není velký rozdíl.
POS-61 se používá pro pocínování a pájení desek plošných spojů rádiových zařízení. Právě on slouží především jako materiál pro montáž elektroniky. Jeho bod tání začíná na 183 °C a úplně se roztaví při 190 °C.
S takovou pájkou je možné pájet pomocí běžného pájecího nástroje bez obav z přehřátí radioelementů, protože jejího úplného roztavení je dosaženo již při 190 °C.
POS-30, POS-40, POS-90 se zcela roztaví při teplotách 220 – 265°C. U mnoha elektronických součástek je tato teplota podkritická. Proto je pro montáž domácích elektronických zařízení lepší použít POS-61.
Pájku lze považovat za zahraniční analog POS-61 Sn63Pb37 (cín 63 %, olovo 37 %). Používá se také pro pájení rádiových zařízení a pro výrobu domácí elektroniky. Radioamatéři jej volí jako alternativu k domácímu POS-61.
Jakákoli pájka se zpravidla prodává ve svitcích nebo trubkách o hmotnosti 10 ~ 100 gramů. Složení slitiny je uvedeno na obalu např. takto: Alloy 60/40 (“Alloy 60/40” – také známý jako POS-60). Má tvar drátu různých průměrů (od 0,25 do 3 mm).
Není také neobvyklé, že obsahuje tavidlo (FLUX), které vyplňuje jádro drátu. Obsah tavidla se udává v procentech (obvykle od 1 do 3,5 %). Tento tvarový faktor je velmi pohodlný. Během provozu není potřeba samostatně přivádět tavidlo do oblasti pájení.
Jednou z odrůd POS pájek je značková pájka POSS. Ano, když to řeknete nahlas, nezní to moc reprezentativně. Ale přesto se cíno-olověná pájka s antimonem (tak se dešifruje zkrácené označení) používá v automobilovém průmyslu, v chladicích zařízeních, k pájení vinutí elektrických strojů, součástek elektrických zařízení, dílů vinutí a kabelových výrobků. Dobré pro pájení pozinkovaných dílů. V takové slitině je kromě olova a cínu od 0,5 % do 2 % antimonu.
| Pájka | Počáteční bod tání (Solidus) | Úplné tání (Liquidus), t° |
| POSSu-61-0,5 | 183 | 189 |
| POSSu-40-2 | 185 | 229 |
| POSSu-40-0,5 | 183 | 235 |
| POSSu-30-2 | 185 | 250 |
| POSSu-30-0,5 | 183 | 255 |
Jak můžete vidět z tabulky, pájka POSSU-61-0,5 je nejvhodnější pro náhradu POS-61, protože má úplnou teplotu tání 189 °C.
Za zmínku stojí, že existuje také zcela bezolovnatá cín-antimonová pájka POS 95-5 (Sn 95 %, Sb 5 %). Jeho teplota tání je 234 – 240°C.
Nízkoteplotní pájky.
Mezi pájkami jsou i takové, které jsou určeny přímo pro pájení součástek velmi citlivých na přehřátí. Mezi nízkoteplotní je nejvíce „vysoká teplota“. POSK-50-18. Má teplotu tání 142–145 °C. POSK-50-18 obsahuje 50 % cínu a 18 % kadmia. Zbývajících 32 % tvoří olovo. Přítomnost kadmia ve slitině zvyšuje odolnost proti korozi, ale také ji činí toxickou.
Dále v sestupném pořadí teploty tání je slitina RŮŽE (Sn 25 %, Pb 25 %, Bi 50 %). Označeno jako POSV-50. Jeho bod tání je nižší než bod varu vody a je 90 – 94°C. Je určen pro pájení mědi a mosazi. Ve složení slitiny ROSE zaujímá cín 25%, olovo – 25%, vizmut – 50%. Procento kovů ve slitině se může mírně lišit. Obvykle je uvedeno ve sloupci “Složení” na obalu.
Tato slitina je velmi oblíbená u radiomechaniky a obecně u všech elektrotechniků. Používá se pro demontáž/montáž prvků citlivých na přehřátí. Mimo jiné je tato slitina ideální pro pocínování měděných stop čerstvě vyrobených desek plošných spojů.
Používá se v ochranných pojistkách, které lze nalézt v jakémkoli rádiovém zařízení.
Ještě nižší teplota je Slitina DŘEVA (Sn 10 %, Pb 40 %, Bi 40 %, Cd 10 %). Jeho teplota tání je 65 – 72°C. Vzhledem k tomu, že slitina WOOD obsahuje kadmium (10%), je na rozdíl od slitiny ROSE toxická.
Stojí za zmínku, že slitiny ROSE a WOOD jsou poměrně drahé.
Pájecí pasta.
Na konci už tak dlouhého příběhu bych rád mluvil trochu o pájecí pastě. Používá se především pro pájení součástek pro povrchovou montáž (SMD) a bezolovnatých mikroobvodů v pouzdrech BGA.
Vypadá to jako šedá kaše a skládá se z ach-oh-velmi malých slitinových kuliček Sn62Pb36Ag2 (složení: 62% cín, 36% olovo a 2% stříbro), stejně jako nečisté tavidlo. Na obalu je uvedeno, že tavidlo je nečisté tavidlo se dvěma písmeny v názvu – NC (No Cchudé – bez čištění). Tavidlo, které obsahuje kuličky pájky, vysychá na vzduchu, proto je pasta skladována v uzavřeném obalu.
Pájecí pasta Solder Plus
Pájecí pasta se používá pro komplexní opravy mobilních telefonů pro pájení mikroobvodů v pouzdrech BGA. K jeho použití je zapotřebí další vybavení pro opravu mobilních telefonů, například speciální šablony. Cena takové pasty je poměrně vysoká. A není se čemu divit, protože obsahuje stříbro.
V současné době jsou bezolovnaté pájky široce používány v elektronickém průmyslu.
