Как приготовить припои: тиноль, третник, паяльные пасты, амальгама Герштейна

Как только люди научились плавить олово и свинец, появилось ремесло лудильщика, который занимается пайкой металлических изделий. Сейчас пайка обыденное дело и для домашнего мастера, и для любого специалиста-технаря.

Перед тем, как паять, поверхность соединяемых деталей зачищают напильником, наждачной бумагой, обезжиривают бензином или другим органическим растворителем и при помощи кисточки смазывают флюсом. Затем нагретый паяльник погружают в порошок нашатыря или канифоли; если при этом появился легкий дымок, значит, паяльник готов к работе. Паяльники бывают и совсем примитивные, требующие подогрева в пламени, и электрические, а для точечного паяния – с регулируемой мощностью нагрева.

Нашатырь или канифоль очищают жало паяльника от оксидов металлов. Очищенный паяльник опускают в припой и держат там, пока расплавленный припой не залудит жало паяльника, полностью покрыв его блестящей пленкой. Затем захватывают жалом паяльника немного припоя, переносят его на место пайки и разравнивают по поверхности – ведут залуживание места спая. Потом таким же образом переносят на спай основную массу припоя, требуемого для прочного соединения или покрытия металла. Когда припой остынет, место спаивания протирают сырой тряпкой и зачищают наждачной бумагой или напильником.

Зачем нужен флюс. Флюс снимает остатки оксидных пленок и жировых загрязнений и защищает спаиваемые поверхности от окисления. Флюс чаще всего готовят, растворяя 30 г хлорида цинка и 10 г хлорида аммония в 60 мл воды. Часто используют паяльную жидкость или паяльную кислоту, которые получают взаимодействием металлического цинка с концентрированной соляной кислотой. Для этого кислоту наливают в стеклянную или фарфоровую посуду, располагаются вдали от открытого огня (выделяющийся водород огнеопасен) и добавляют порциями цинк. Начинается реакция химического растворения цинка в кислоте, в результате образуется хлорид цинка и выделяется водород. Когда выделение водорода замедляется, сосуд ставят в теплую воду. По окончании реакции жидкость сливают с остатка нерастворившегося цинка и добавляют к ней нашатырь (на каждые 3 г взятого металлического цинка – 2 г хлорида аммония). Можно эту жидкость выпарить досуха и перед пайкой растворять 1 г сухой смеси солей в 2–3 мл воды.

Для спаивания тонких медных проводов флюс на основе хлорида цинка непригоден, он быстро разрушает тонкую проволоку. В этом случае применяют раствор канифоли в этиловом спирте или сосновую смолу. Если под рукой нет вообще никакого флюса, то при пайке медных или латунных деталей его может заменить раствор 1 таблетки аспирина в 10–20 мл воды.

Что такое припой. Этот сплав служит для соединения спаиваемых металлов. Припои изготавливают в форме палочек, полосок, листочков, а иногда в виде порошка. В быту применяют обычно мягкие и легкоплавкие припои.

Мягкий припой третник – это сплав 65% олова и 35% свинца, с помощью которого можно паять практически все металлы и сплавы, кроме алюминиевых и самого алюминия. Третник плавится около 181°С. Чтобы самостоятельно приготовить такой припой, сначала в железной чашке расплавляют свинец, а затем к полученному расплаву добавляют кусочки олова. Когда оно расплавится, сплав тщательно перемешивают и выливают в форму для затвердевания. Хорошие мягкие припои – сплавы олова, свинца и сурьмы, которые плавятся при 220–280°С.

Легкоплавкие припои имеют более сложный состав и плавятся при более низкой температуре. Так, припой, состоящий из 50% висмута, 25% свинца, 12,5% кадмия и 12,5% олова, становится жидким при 65°С. Еще ниже (47°С) температура плавления легкоплавкого припоя, который содержит 44,7% висмута, 22,6% свинца, 19,1% цинка, 8,3% олова и 5,3% кадмия.

При необходимости спаивание металлических деталей можно вести и без паяльника, пользуясь смесями химических веществ, выделяющих припой при нагревании. Примеры таких веществ – смесь тиноль и паяльные пасты.

Чтобы приготовить тиноль, в эмалированную миску или кружку наливают 32 мл концентрированной соляной кислоты и добавляют 12 мл воды, а затем бросают туда 8,1 г цинка. После полного растворения цинка в кислоте добавляют 7,8 г олова; снова начинается выделение пузырьков водорода. Когда оно прекратится, жидкость упаривают на водяной бане до сметанообразного состояния. Остывшую массу переносят в фарфоровую ступку, добавляют 7,5 г нашатыря, 9,4 г канифоли, предварительно растертой в пудру, 29,6 г цинковой пыли, 14,8 г порошка олова, 7,4 г порошка свинца и 10 мл безводного глицерина; смесь тщательно растирают. Полученную кашицу (тиноль) хранят в банке с пластмассовой крышкой.

Как паять с помощью тиноля. Место спая зачищают, а потом намазывают тинолем и после этого нагревают пламенем свечи, спиртовки или даже лучинкой до тех пор, пока через образовавшуюся на поверхности пасты корочку не заблестит расплав. Когда спай остынет, его зачищают наждачной бумагой, чтобы удалить корочку. Пайка тинолем получается очень прочной, поскольку в составе пасты есть цинк. Для пайки радиодеталей берут специальный тиноль, который готовят из 7,4 г порошка канифоли, 38 г цинковой пыли, 14,8 г порошка олова, 7,4 г порошка свинца и 14 мл безводного глицерина. Смесь тшательно перетирают в ступке.

Паяльные пасты особенно удобны для пайки в труднодоступных местах. Их, как и тиноль, наносят на место будущего спая и нагревают. Вот два рецепта таких паст:

• опилки олова или припоя-третника смешивают с несколькими каплями безводного глицерина до получения жидкой кашицы;
• растворяют 10 г канифоли в 10 мл диэтилового эфира (Осторожно! Эфир огнеопасен!) и смешивают с 20 г оловянной пыли.

Амальгама Герштейна. Чтобы получить этот препарат для холодной пайки, растворяют в теплой воде медный купорос и добавляют цинковые опилки. В результате реакции медного купороса с цинком на дне сосуда осаждается порошок металлической меди. Жидкость сливают, промывают порошок водой и высушивают. В фарфоровую ступку засыпают 20–35 г полученного медного порошка, добавляют 5 мл ртути и тщательно растирают. Хранят амальгаму Герштейна в плотно закрытой склянке.

Чтобы спаять два металла, намазывают амальгамой очищенные спаиваемые поверхности и туго сжимают их на несколько часов. По истечение этого срока образуется твердый и прочный спай металлов. Приготовление и использование амальгамы Герштейна ведут только на открытом воздухе или там, где есть вытяжка: металлическая ртуть чрезвычайно летуча, а ее пары ядовиты.

Пайка алюминия. В обычных условиях алюминий с трудом поддается пайке, так как на его поверхности после очистки мгновенно снова образуется оксидная пленка. Поэтому после зачистки место будущего спая на алюминии или его сплавах немедленно заливают заранее расплавленной канифолью.

• Пайку ведут мощным (не менее 100 Вт) паяльником, используя припой, состоящий из 80% олова и 20% цинка или 95% олова и 5% висмута, и флюс из парафина или стеарина. Припой набирают на паяльник и переносят на защищенную канифолью поверхность спая. Залуженный таким образом алюминий сравнительно легко поддается спаиванию: к его луженой поверхности можно припаять, например, медные провода.
• Применяется и другой способ: поверхность алюминия зачищают, смазывают раствором канифоли в диэтиловом эфире и посыпают медными опилками, а после этого залуживают место пайки обычным оловянным припоем.
• Третий способ пайки алюминия – электрохимический. Место спая зачищают и наносят на него 3–4 капли концентрированного раствора медного купороса. Затем алюминиевую деталь подключают к отрицательному полюсу батарейки от карманного фонарика, а к положительному полюсу присоединяют кусочек оголенной медной проволоки, которую вводят в каплю раствора купороса так, чтобы конец проволоки не касался поверхности алюминия. Через несколько минут на месте пайки осядет слой меди, к которому можно припаять все, что требуется, обычным способом.

Пайка микросхемы с расстояниями между выводами менее милиметра

При разработке прототипов все чаще возникают проблемы, связанные с тем, что необходимая микросхема доступна только в корпусе для поверхностного монтажа. Начиная с расстояния между выводами 0,65 мм выполнение соединений с помощью лакированного провода требует очень много сил и времени. Однако все необходимые соединения удается выполнить в домашних условиях, используя адаптерные платы TSSOP. Здесь показано, как это делается. ЦАП DAC6573 в 16-выводном корпусе TSSOP должен использоваться с платой для пробной конструкции. Сначала необходимо осторожно припаять микросхему к адаптеру за два вывода по диагонали. На этом шаге необходимо обеспечить, чтобы выводы микросхемы располагались в точности над дорожками адаптера. Добившись этого, покройте все выводы большим количеством припоя.

Затем излишки припоя удаляются с места пайки с помощью литцы (медной оплетки каоксиального кабеля). Большая часть припоя впиталась в литцу. На плате осталось ровно столько припоя, сколько необходимо для обеспечения надежного электрического и механического соединения.