Pręty lutownicze
Składowanie
(1) Środowisko przechowywania
- Temperatura powinna być kontrolowana w temperaturze pokojowej, zwykle 18-28 stopni; wilgotność powinna wynosić 10% -65%; i nie powinno być w nim żadnych silnych gazów utleniających, takich jak tlen. Generalnie należy je przechowywać szczelnie zamknięte w pudełkach opakowaniowych.
(2)Środki ostrożności podczas przechowywania
- Pręty lutowniczesą ciężkie; unikaj umieszczania ich na wzniesieniu. Miejsce przechowywania powinno najlepiej znajdować się na parterze z solidną podłogą (w przypadku umieszczenia na innych piętrach należy ocenić, czy podłoga wytrzyma ciężar i regularnie obserwować miejsce składowania pod kątem jakichkolwiek oznak osiadania, aby zapobiec zawaleniu). Należy również ograniczyć wysokość składowania.
Stosowanie
(1) Temperatura
Temperatura lutowania dla prętów lutowniczych ołowiowych (Sn63/Pb37) jest zwykle ustawiana na 230 stopni, podczas gdy temperatura lutowania dla prętów lutowniczych bezołowiowych (SAC305) jest zwykle ustawiana na 260 stopni.
(2) Środowisko atmosferyczne
W przypadku stosowania listew lutowniczych w lutowaniu falowym zaleca się stosowanie azotu w celu poprawy płynności i zwilżalności lutu, zmniejszenia szybkości utleniania lutowia w wysokich temperaturach i zminimalizowania strat lutowia.
(3) Regulacja głośności lutowania
Ilość lutowia w zbiorniku do lutowania falowego jest ogólnie kontrolowana przez wysokość poziomu cieczy, aby zmniejszyć różnicę wysokości pomiędzy ciekłym lutem rozpylanym z fali a powierzchnią cieczy, zmniejszając w ten sposób ilość wytwarzanego żużla lutowniczego i minimalizując straty lutowia.
(4) Kontrola zawartości zanieczyszczeń
1) Klasyfikacja lutów cynowych-ołowiowych według czystości
- ① Lut z recyklingu i rafinowany: W przemyśle część lutowia odpadowego (kożuch lutowniczy, krople lutowia, końcówki lutownicze i wyrzucone zanieczyszczone materiały itp.) jest często poddawana recyklingowi lub rafinacji, a następnie odsprzedawana. Ze względu na wysokie koszty rafinacji (znacznie przekraczające cenę sprzedaży lutu) w przypadku lutowia odpadowego niskiej-zawierającego jedynie zanieczyszczenia, takie jak miedź, cynk i żelazo, powszechną praktyką jest dodawanie nowego metalu pierwotnego do odzyskanego lutowia odpadowego w celu zmniejszenia zawartości zanieczyszczeń poniżej dopuszczalnego poziomu zanieczyszczenia lutowiem. Normy rządu USA QQ-S-571 i ASTM B-32 odzwierciedlają dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń w materiałach pochodzących z recyklingu, jak pokazano w tabelach 2.10 i 2.11.
Tabela 2.10: Skład chemiczny stopów lutowia stosowanych w amerykańskiej normie federalnej QQ-S-571 (%)
| Element/właściwość | Sn70 | Sn63 | Sn62 | Sn60 | Sn50 | Sn40 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Sn (%) | 69.5–71.5 | 62.5–63.5 | 61.5–62.5 | 59.5–61.5 | 49.5–51.5 | 39.5–41.5 |
| Pb (%) | Balansować | Balansować | Balansować | Balansować | Balansować | Balansować |
| Sbmaks. (%) | 0.20–0.50 | 0.20–0.50 | 0.20–0.50 | 0.20–0.50 | 0.20–0.50 | 0.20–0.50 |
| Bimaks. (%) | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
| Maks. Ag (%) | 0.015 | 0.015 | 1.75–2.25 | 0.015 | 0.015 | 0.015 |
| Cu maks. (%) | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 | 0.08 |
| Fe maks. (%) | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 | 0.02 |
| Zn maks. (%) | 0.005 | 0.005 | 0.005 | 0.005 | 0.005 | 0.005 |
| Al maks. (%) | 0.005 | 0.005 | 0.005 | 0.005 | 0.005 | 0.005 |
| Maks. (%) | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 | 0.03 |
| Cd maks. (%) | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 0.001 |
| Solidus (stopień) | 183 | 183 | 183 | 183 | 183 | 183 |
| Liquidus (stopień) | 193 | 183 | 189 | 191 | 216 | 238 |
Tabela 2.11: Skład chemiczny stopów lutowniczych stosowanych w normie ASTM B-32 (%)
| Stopień | sen | Pb | Sb min–maks | Bimaks | Cu maks | Fe maks | Al maks | Zn maks | Jako maks |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 70A | 70 | 30 | - | 0.12 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.03 |
| 70B | 70 | 30 | 0.20–0.50 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.005 | 0.03 |
| 63A | 63 | 37 | - | 0.12 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.03 |
| 63B | 63 | 37 | 0.20–0.50 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.005 | 0.03 |
| 60A | 60 | 40 | - | 0.12 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.03 |
| 60B | 60 | 40 | 0.20–0.50 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.005 | 0.03 |
| 50A | 50 | 50 | - | 0.12 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.03 |
| 50B | 50 | 50 | 0.20–0.50 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.005 | 0.03 |
| 45A | 45 | 55 | - | 0.12 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.03 |
| 45B | 45 | 55 | 0.20–0.50 | 0.25 | 0.08 | 0.02 | 0.005 | 0.005 | 0.03 |
Nie zaleca się stosowania lutowia pochodzącego z recyklingu w zastosowaniach krytycznych, ponieważ w zautomatyzowanej produkcji masowej nieprzewidywalne zanieczyszczenia w lutowiu pochodzącym z recyklingu powodują nieprzewidziane zmiany w działaniu lutowia, co może prowadzić do poważnych problemów.
- ② Lut pierwotny: Lut dziewiczy odnosi się do lutu wykonanego z cyny i ołowiu rafinowanego z rudy. Lut pierwotny jest standardowym materiałem w produkcji przemysłu elektronicznego, zwłaszcza przy spawaniu zautomatyzowanym w produkcji masowej (np. lutowaniu na fali płytek drukowanych). Konsystencja zanieczyszczeń w tym gatunku lutowia jest stosunkowo przewidywalna, co zapobiega potencjalnym zagrożeniom związanym ze stosowaniem lutowia pochodzącego z recyklingu.
Tabela 2.12: Maksymalne dopuszczalne poziomy zanieczyszczeń dla lutu elektronicznego (spawanie o wysokiej-czystości) (J-STD-001) (%)
| Element nieczystości | Maksymalna dozwolona zawartość (% wag.) |
|---|---|
| Cu | 0.300 |
| Au | 0.200 |
| Płyta CD | 0.005 |
| Zn | 0.005 |
| Glin | 0.006 |
| Sb | 0.500 |
| Fe | 0.020 |
| Jak | 0.030 |
| Bi | 0.250 |
| Ag | 0.100 |
| Ni | 0.010 |
Tabela 2.13: Porównanie zawartości zanieczyszczeń w zwykłym lutowiu (Sn37Pb) (%)
| Element nieczystości | QQ-S-571E, ASTM B-32* | Typowa wartość nowego lutu (% wag.) | Maksymalna wartość graniczna (% wag.) |
|---|---|---|---|
| Sb | * | 0.010 | * |
| Cu | 0.080 | 0.010 | 0.25** |
| Au | - | 0.001 | 0.08*** |
| Płyta CD | - | 0.001 | 0.005*** |
| Zn | 0.005 | 0.001 | 0.005*** |
| Glin | 0.005 | 0.003 | 0.006* |
| Jak | 0.030 | 0.020 | 0.030 |
| Fe | 0.020 | 0.001 | 0.020 |
| Bi | 0.250 | 0.006 | 0.250 |
| W | - | 0.007 | - |
| Ni | - | 0.002 | - |
| Ag | - | 0.002 | 0.100 |
| Pb | 0.080 | 0.010 | 0.060 |
*Dotyczy (0,20–0,50)% wag. Sb; w przeciwnym razie do 0,12% wag.
**Zanieczyszczenia Cu, Au, Cd, Zn, Al nie mogą przekraczać 0,30% (na ciepło 250 stopni)
Tabela 2.14: Porównanie dopuszczalnych poziomów zanieczyszczeń w stopach lutowniczych: japoński JIS-Z-3282, amerykański standard MIL i chiński YB-568 (%)
| Element nieczystości | Japonia JIS-Z-3282-1972 A, klasa (% wag.) | Japonia JIS-Z-3282-1972 B, klasa (%) | MIL USA (% wag.) | Chiny YB-568 (% wag.) |
|---|---|---|---|---|
| Sb | <1.0 | <0.30 | <10 | 0.2 ~ 0.5 |
| Cu | <0.08 | <0.05 | <0.03 | <0.08 |
| Bi | <0.05 | <0.05 | 0.25 | 0.1 |
| Zn | <0.005 | <0.005 | <0.005 | 0.002 |
| Fe | 0.35 | <0.03 | <0.02 | 0.02 |
| Glin | <0.005 | <0.005 | <0.005 | 0.005 |
| Jak | <0.03 | <0.03 | <0.03 | 0.05 |
2) Wpływ zanieczyszczeń metalicznych na właściwości fizyczne lutu cynowego-ołowiowego
W lutowiu często występują śladowe ilości innych metali w postaci zanieczyszczeń. Niektóre zanieczyszczenia są nieszkodliwe, inne, nawet w małych ilościach, mogą mieć różny niekorzystny wpływ na proces lutowania i działanie złącza lutowniczego. Ogólnie rzecz biorąc, wpływ pierwiastków zanieczyszczających lutowie zależy od stałej rozpuszczalności dodanego pierwiastka metalicznego w fazie cyny lub ołowiu. Jeśli tworzą się związki międzymetaliczne, efekt zależy również od tworzenia się tych związków międzymetalicznych. Tworzenie roztworów stałych zwiększa rezystywność (np. dodatek bizmutu i manganu), natomiast powstawanie związków międzymetalicznych zmniejsza rezystywność lutowia (np. dodatek miedzi).
3) Wpływ zanieczyszczeń na zwilżanie
Zanieczyszczenia takie jak cynk i aluminium są szkodliwymi zanieczyszczeniami. Już przy zawartości 0,001% mogą pogorszyć wygląd połączeń lutowniczych oraz znacząco wpłynąć na zwilżalność i płynność, utrudniając lutowanie na fali. Zanieczyszczenia metaliczne, które bezpośrednio wpływają na lutowanie, obejmują miedź, złoto, cynk i aluminium. Zanieczyszczenia te mogą powodować erozję metalu nieszlachetnego po zanurzeniu w fali lutowniczej, co prowadzi do defektów lutowania, takich jak „mostkowanie” i „kolce”.
Zanieczyszczenia metalami śladowymi zawarte w lutowiu cynowym-ołowiowym zmienią energię powierzchniową powstałego stopu, wpływając w ten sposób na jego właściwości zwilżające, jak pokazano na rysunku 2.22. W lutowaniu na fali wpływ zanieczyszczeń na zwilżalność ma szczególne znaczenie dla zapewnienia skutecznych wyników lutowania na fali.
Co więcej, obecność pozostałości tlenku cyny-ołowiu, gazów i-wtrąceń niemetalicznych w lutowiu również znacząco wpływa na działanie lutowia, co jest faktem często pomijanym. Próżniowe-stopione lutowie wykonane z próżniowo-stopionej cyny i ołowiu wykazuje najlepsze właściwości dyfuzyjne.
4) Wpływ metali zanieczyszczających na wydajność lutowania
Głównymi składnikami lutu ołowiowego stosowanego w lutowaniu na fali są cyna i ołów. Ponadto zawiera pierwiastki śladowe, które są uważane za zanieczyszczenia. Wpływ głównych metali domieszkowych występujących podczas lutowania falowego na wydajność lutowania przedstawiono w tabeli 2.15.
Tabela 2.15: Wpływ zanieczyszczeń w lutowiu na wydajność spawania
| Element nieczystości | Właściwości mechaniczne | Zwilżalność/lutowność | Zmiany temperatury topnienia | Inne efekty |
|---|---|---|---|---|
| Ołów (Pb) | Zwiększa się wytrzymałość na rozciąganie, plastyczność staje się krucha | Wysoka zwilżalność, obniżona płynność | Węższy zakres topnienia | Zwiększony opór elektryczny |
| Bizmut (Bi) | Staje się kruchy | Zmniejszona płynność i zwilżalność; podatne na mostkowanie i kolce | Niższa temperatura topnienia | Pęknięcia podczas cykli termicznych, utrata połysku |
| Cynk (Zn) | Siła wzrasta | Trudne w obsłudze | Wyższa temperatura topnienia | Porowata powierzchnia, grube ziarna, utrata połysku |
| Żelazo (Fe) | Zmniejszona siła wiązania | Zmniejszona płynność | Wyższa temperatura topnienia | Właściwości magnetyczne |
| Aluminium (Al) | Kruche i twarde | Wyjątkowo niska płynność; w niektórych przypadkach brak zwilżenia | Tworzy musujące lub igłowe-kryształy o szorstkiej powierzchni | Łatwo utlenione, żrące, tracące połysk |
| Fosfor (P) | Niewielkie ilości zwiększają płynność | - | - | Ciemny kolor |
| Kadm (Cd) | Staje się kruchy | Słaba zwilżalność, zmniejszona płynność | Szerszy zakres topnienia | Porowaty, biały wygląd |
| Arsen (jako) | Kruche i twarde | Zwiększona lepkość; podatne na mostkowanie i kolce | Wyższa temperatura topnienia | Tworzy granulki lub związki o niskiej-topliwości |
| Antymon (Sb) | Staje się kruchy | Zmniejszona wydajność lutowania | Wyższa temperatura topnienia | Tworzy musujące kryształy |
| Srebro (Ag) | Ponad 5% ma tendencję do wytwarzania gazu | Wymaga aktywnego strumienia | Wyższa temperatura topnienia | Zwiększona odporność na ciepło |
| Złoto (Au) | Staje się kruchy, zmniejsza wytrzymałość mechaniczną | Utrata połysku | - | Biały wygląd |
