Спойка (припой) — видове, свойства и приложения

Спойката е метал или сплав, която се топи при относително ниска температура и служи за свързване на два метални детайла. Процесът на нанасяне и стопяване на спойката върху детайлите се нарича запояване. Спойките могат да бъдат разделени основно на две групи: меки (нискотемпературни) и твърди (високотемпературни, също наричани "бразинг" или "сребърна спойка").

Видове спойки

Меки спойки — използват се най-често в електрониката и дребната техника. Тези спойки имат ниска точка на топене и се нанасят с поялници или станции за запояване. Съществуват две основни подгрупи:

Оловни припои — традиционно широко разпространени. Популярни са сплави с около 60 % (или 63 %) калай (Sn) и 40 % (или 37 %) олово (Pb). Еутектичната сплав Sn63Pb37 има точка на топене 183 °C и няма пастообразен (пластичен) интервал при топене, докато например 60/40 сплавите имат по-широк температурен прозорец за топене. Оловните припои са ефективни и евтини, но са токсични поради съдържанието на олово.
Безоловни припои — разработени като заместители заради екологични и здравни изисквания. Най-често срещани са сплави на основата на калай с добавки като сребро и мед (напр. SAC сплави като Sn-Ag-Cu). Техните температури на топене обикновено са по-високи (приблизително 217–221 °C за типичните Sn-Ag-Cu сплави). Понякога се добавя индий или мед за подобряване на потокоспособността и механичните свойства, но тези елементи повишават цената.

Твърди спойки (бразинг) — топят се при по-високи температури (над около 450 °C) и се използват за здрави механични връзки между метални детайли. Често се използват сплави на основата на сребро, мед и други метали. Бразингът дава връзки с по-висока якост от мекото запояване и се прилага в тръбопроводна, автомобилна и промишлена техника.

Свойства и характеристики

Температура на топене: ключова характеристика при избора на спойка — влияе на енергията и оборудването, необходими за работата.
Течливост и мокрене: добрата спойка трябва да "мокри" метала — да образува равномерен, гланцов слой. Наличие на оксиди намалява мокренето.
Механична здравина и проводимост: важни за електрическите връзки и за конструкционни приложения.
Корозионна устойчивост и дълготрайност: някои сплави и флюсове могат да оставят корозивни остатъци, затова е важно правилно почистване, когато е необходимо.
Риск от "tin whiskers": при безоловните калайови сплави може да се появят кристални израстъци (сребристо-бели нишки), които да причинят къси съединения — използват се мерки като добавяне на легиращи елементи или нанасяне на защитни покрития.

Флюсове и почистване

При запояване повърхностите се окисляват (окисляване) и образуват покритие от метален оксид, което възпрепятства сцепването на припоя. За да се отстрани този оксид и да се подпомогне мокренето, се използва флюс. Видовете флюсове включват:

Розин (rosin): традиционен флюс за електроника — неагресивен, когато е с ниска активация.
Водорастворими флюсове: лесни за отмиване след запояване, често с добра активност.
No-clean (безпочистване): оставят малко или никакви остатъци и не изискват изплакване при повечето приложения.
Киселинни флюсове: силно активни — използват се при водопроводно запояване и при метални работи, но са корозивни и не са подходящи за електроника.

Някои припои имат флюсова сърцевина — флюсът е вътре в проводима тел, което улеснява работата при ръчно запояване.

Приложения

Електроника и електротехника: печатни платки, монтаж на компоненти, производство на кабели и конектори — тук се предпочитат специални спойки и чисти флюсове, както и контрол на температурата.
Водопроводна техника: по-стари приложения са използвали оловни припои; съвременната практика използва безоловни сплави и/или фитинги, които не съдържат олово поради риска от токсично замърсяване на водата.
Производство на консерви и опаковки: в миналото оловната спойка е използвана за затваряне на консервни кутии, което е довело до замърсяване и здравни проблеми; днес това е прекратено.
Бразинг и заварки: по-здрави механични връзки при метални конструкции, автомобилни системи и промишлени приложения.
Свързване на стъкло и керамика: съществуват специални "стъклени спойки" или фрити, които се стопяват при около 450–550 °C и позволяват свързване на стъкло със стъкло или с метал.

Безопасност и регулации

Оловото е токсично и изисква предпазни мерки при работа: добра вентилация, извличане на изпарения, употреба на ръкавици и измиване на ръцете след работа. През последните години много държави и региони въведоха ограничения върху употребата на олово в потребителски продукти. През 2006 г. различни нормативи и регулации в Европейския съюз, Китай и в отделни щати на САЩ (включително Калифорния) ограничиха или забраниха употребата на олово в някои потребителски електронни продукти, което стимулира навлизането на безоловни припои. Все пак за някои специални приложения (авиация, медицина, военна техника) се допускат изключения и се използват оловни сплави при съобразени условия.

Практически съвети при запояване

Използвайте правилната спойка за приложението (електроника срещу водопровод).
Поддържайте поялника на подходяща температура: за оловни припои обикновено 260–320 °C, за безоловни — малко по-високо. Следвайте препоръките на производителя.
Осигурете добра вентилация и изсмукване на пушеците, особено при работа с флюсове и безоловни сплави, които излъчват повече пари.
Почиствайте контакти и отстранявайте флюсовите остатъци, когато това е необходимо за корозионна устойчивост и надеждност.
Съхранявайте и обезопасявайте отпадъците от оловни материали според местните екологични изисквания.

Спойките са ключов елемент в съвременната техника и индустрия, но правилният избор на сплав, флюс и технология на запояване, заедно с внимание към безопасността и регулациите, са от решаващо значение за дълготрайни и безопасни връзки.

различни припои

Галерия

Употреба на спойка: закрепване на проводник към печатна платка

Безоловен припой

Флукс сърцевина спойка

Макроснимка на парче спойка с флюс

Въпроси и отговори

В: Какво представлява спойката?

О: Спойката е метал или сплав, която се топи при ниска температура и се използва в електрониката, електротехниката, водопроводната мрежа и за свързване на стъкло с други материали.

В: Какви са двата вида припой?

О.: Двата вида припой са мек и твърд припой. Мекият припой се топи лесно с поялници и се използва в електрониката и електротехниката, докато твърдият припой се топи при по-висока температура с горелка.

Въпрос: Кои са двата основни вида мек припой?

О: Двата основни вида мек припой са припои на оловна основа, които съдържат около 60 % калай и 40 % олово, и безоловни припои, които обикновено се състоят от калай, сребро, мед и понякога индий.

В: При какви температури се топят тези различни видове припои?

О: Припоите на оловна основа се топят при около 185 °C, а безоловните припои - при около 217 °C. Стъкло-металните припои се топят при 450-550°C.

В: Защо някога оловото се е използвало в кутиите за храна?

О: Някога оловото се е използвало в кутиите за храна, защото хората са смятали, че то е безопасно; след много години обаче е установено, че оловото може да влезе в контакт с храната вътре в кутията, което причинява отравяне при консумация от хората, които ядат храната.

Въпрос: Използва ли се олово в електрониката днес?

О: През 2006 г. Европейският съюз, Китай и Калифорния забраниха използването на олово в потребителски продукти, така че на някои места използването му в електронни устройства стана незаконно; въпреки това в някои случаи то все още се използва като алтернатива на по-скъпи варианти като индий.

В: Какво представлява флюсът, който се добавя към металите преди запояването им?

О: Флюсът се добавя към металите преди запояването им, защото реагира с металния оксид, намиращ се на повърхността на метала, който го превръща отново в метал, така че да се задържи по-добре върху разтопения припой по време на свързването.