Во время процесса пайки периодически происходят ситуации, когда необходима низкая температура припоя. Это бывает при изготовлении микросхем или в случаях, когда есть риск перегрева элементов микроэлектроники, но не требуется высокая прочность. Для этих целей наиболее подходящим является сплав Розе.
Краткая информация
В состав сплава Розе входит:
Допустимое отклонение пропорций компонентов составляет ±0,5 %. По физическим параметрам данный припой близок к сплаву Вуда, но обладает менее токсичными свойствами в связи с отсутствием в его составе кадмия, поэтому для работы в домашних условиях более пригоден. Для его применения не требуется оборудования с вытяжкой на рабочем месте.
Температура плавления сплава Розе +94 °С. Затвердевает он уже при +93 °С. Такой температурный режим с успехом используется для лужения плат сплавом Розе. В бытовых условиях этот процесс можно проводить в кипящей воде. Но следует помнить, что данный сплав чувствителен к перегреву, кроме того, он достаточно хрупок.
Сплав Розе, что это такое и почему он так называется? Припой назван в честь известного немецкого химика Валентина Розе-старшего, он представляет собой небольшие гранулы или прутки серебристого цвета.
Для пайки каких материалов применяется?
Пайка подобным составом облегчает соединение критичных к температуре контактов радиодеталей и элементов в микроэлектронике благодаря низкой температуре плавления. Применяется в промышленности в качестве припоя марки ПОСВ-50. Этим материалом с успехом осуществляется пайка меди, ее сплавов с алюминием, никеля, латуни, посеребренных поверхностей керамических элементов, драгоценных металлов.
Технология лужения плат в кипящей воде
Благодаря уникальным температурным характеристикам в домашних условиях разработана следующая технология лужения печатных плат с применением сплава Розе. Что это такое и как это работает?
Прежде всего необходимо зачистить протравленную медную поверхность печатной платы.
Затем нагреть до температуры кипения наполненную водой небольшую эмалированную металлическую емкость (миску или кастрюлю). Может подойти и большая консервная банка. В кипящую воду бросить небольшое количество лимонной кислоты.
После этого аккуратно опустить на дно емкости печатную плату поверхностью для лужения вверх. Необходимое количество гранул сплава Розе опускается следом за ней. После этого в кипящей воде расплавленные гранулы распределяются равномерно деревянной палочкой или резиновым шпателем по медной поверхности платы. При этом происходит процесс лужения.
Избыток припоя удаляется тампоном или шпателем. После этого луженную плату извлекают из емкости и дают ей остыть. В результате получается яркая, практически зеркальная луженая поверхность, не уступающая по качеству промышленному образцу.
Для того чтобы последующая пайка сплавом Розе имела достаточную прочность и не была хрупкой, необходимо добиться минимальной толщины слоя лужения. После необходимо тщательно промыть поверхность платы водой, чтобы удалить остатки кислоты. Для дальнейшего уменьшения окисления ее желательно покрыть слоем спиртового раствора канифоли. Он предотвратит доступ кислорода к металлической поверхности и в процессе пайки будет выполнять роль флюса, обеспечивающего безупречное качество соединения.
Техника работы с глицерином
Существует способ лужения в глицерине сплавом Розе. Что это такое и как организовать процесс? Для лужения желательно использовать эмалированную металлическую емкость, предположим, миску. Она наполовину наполняется глицерином из ближайшей аптеки и нагревается до температуры около 200 °С. В жидкость необходимо добавить несколько капель паяльной кислоты. Далее в нагретый глицерин опускается плата зачищенным медным слоем вверх. Сверху бросаются гранулы сплава Розе. Затем резиновым шпателем расплавленные металлические шарики растираются по медной поверхности платы. После чего заготовка аккуратно извлекается пинцетом и тщательно промывается проточной водой от кислоты и глицерина. Блестящая луженая поверхность покрывается слоем спиртового раствора канифоли. После этого плата готова к применению.
Упрощенная технология лужения
При отсутствии желания возиться с металлической тарой, кипячением и кислотой, радиолюбитель может залудить печатную плату простейшим способом. Лужение в этом случае также осуществляется сплавом Розе. Что это такое и как оно выполняется? Медная фольга печатной платы зачищается наждачной бумагой и покрывается спиртовым раствором канифоли, так называемым жидким флюсом. После этого на медные дорожки платы необходимо положить требуемое количество гранул сплава Розе и паяльником небольшой мощности через распушенную оплетку коаксиального кабеля произвести процесс лужения. Затем спиртом смыть остатки отработанного флюса и покрыть спиртовым раствором канифоли в качестве своеобразного защитного лака.
Преимущества и недостатки технологий лужения
Каждый из этих методов имеет свои положительные и отрицательные стороны. Лужение в кипящей воде предпочтительней из-за низкой рабочей температуры (до +100 °С). Оно дает высокое качество луженой поверхности, не повреждает тонкие дорожки плат и вытравленные надписи.
При работе в нагретом до 200 °С глицерине получается аналогичное качество покрытия. Но при этом есть опасность получения ожогов маслянистой нагретой жидкостью. Пары глицерина также не способствуют улучшению здоровья радиолюбителя. Кроме того, следует помнить, что при перегреве обезвоженного глицерина появляется вещество акролеин, которое относится к 1 классу вредного воздействия и обладает сильными канцерогенными свойствами.
Лужение паяльником проще и быстрее, но при этом есть опасность перегрева с отслаиванием фольгированных дорожек и вытравленных надписей на печатной плате.
Изготовление сплава Розе своими руками
Не всегда имеется возможность приобретения нужных материалов. В этом случае стоит попробовать изготовить их самостоятельно. Для получения сплава необходимо, первым делом, приобрести висмут. Вместо чистого олова придется использовать оловянно-свинцовый припой, так как чистый металл не всегда удается достать. В обычном припое примерно 40 % свинца и 60 % олова. Необходимо взять кусок припоя и точно такой же по объему кусок висмута. Все компоненты смешать в тигле и расплавить с добавлением канифольного флюса. Затем расплавленный припой аккуратно тонкой струйкой выливать в емкость с водой. На ее дне будут образовываться гранулы сплава Розе. Конечно, данный метод не совсем точен, поэтому процентное соответствие металлов не вполне будет отвечать норме, как и температура плавления. Для более точного получения сплава Розе потребуется химически чистое олово, свинец и висмут.
Техника безопасности и меры предосторожности
Хотя сплав Розе и не содержит кадмий, его компоненты (свинец и висмут) могут вызывать аллергическую реакцию или интоксикацию. Поэтому сплав лучше держать в плотной герметичной упаковке. Срок годности состава около 3 лет. При пайке и лужении следует соблюдать технику безопасности. Работать в вентилируемом помещении. Избегать вдыхания паров свинца, олова и висмута. Также вредны испарения канифоли и глицерина. При работе с нагретым тиглем требуются средства защиты в виде плотных рукавиц и очков.
История открытия сплава Розе тесно связана с Исааком Ньютоном. Именно он в 1701 году заложил основной ряд элементов данного легкоплавкого соединения. Сплав, предложенный Ньютоном, имел несколько недостатков. В частности, он обладал повышенной склонностью к образованию трещин. Оспаривать данную комбинацию элементов никто не посмел по причине большого авторитета ученого. Лишь спустя 45 лет после смерти Ньютона немецкий химик Валентин Розе доработал сплав, изменив соотношение его исходных компонентов.
Состав
Сплав Розе представляет собой химическое соединение висмута (50%), олова (25%) и свинца (25%). Внешне сплав похож на серебро. Температура плавления чуть ниже точки кипения воды и составляет 94 градуса.
Сам по себе висмут, являющийся базовым компонентом в данном сплаве, не выделяется высокими пластичными свойствами. По этой причине его редко используют в чистом виде при пайке разного рода металлов. Однако сплав Розе, полученный на его основе, отлично подходит для изготовления легкоплавкого припоя ПОСВ-50.
Для данного припоя свойственно увеличиваться в объеме при переходе жидкой фазы в твердую. Также, аналогичный процесс протекает в сплавах при охлаждении после кристаллизации.
Припой ПОСВ-50 из сплава Розе плохо смачивает такие материалы как конструкционная сталь и другие соединения на основе железа, обладает довольно низкими механическими характеристиками и пониженной электропроводностью. Чтобы увеличить эффективность пайки, стальные сплавы предварительно подвергаются лужению оловянно-свинцовыми припоями и оцинкованию. В результате таких действий смачиваемость поверхности улучшается и, соответственно, сцепление сплавов друг с другом.
Улучшению смачиваемости сплава Розе с медью способствует легирование его состава такими металлами как палладий, платина, кобальт, никель и иридий. Количество данных элементов колеблется от 0,5 до 2%.
Эффект увеличения объёма от перехода между фазами значительно усиливается после введения в сплав германия, кремния и галлия. Повышение содержания германия в сплаве, помимо всего прочего, положительно влияет на его прочностные характеристики.
Предел прочности на разрыв медного соединения, спаянного припоем ПОСВ-50, составляет 14,5 МПа. Это довольно низкое значение, учитывая, что аналогичный показатель для большинства припоев находится на уровне 20-22 МПа. По этой причине паяные соединения сплавом Розе не рекомендуется использовать в условиях ударных нагрузок, т.к. велика вероятность образования трещин.
Применение
С точки зрения внешнего вида и качественных показателей сплав Розе сильно похож на сплав Вуда. Отличие их состоит в том, что сплав Розе не имеет в своем составе частиц кадмия и это делает его менее токсичным. Данный параметр помогает найти сплаву более обширное применение среди радиолюбителей, работающих в домашних условиях: процесс пайки не требует наличия специального вытяжного оборудования для удаления ядовитого газа из помещения.
Припои ПОСВ-50 на основе материала Розе используются при пайке контактных элементов, обладающих повышенной склонностью к перегреву. Также он все больше и больше применяется как припой для различных сплавов алюминия и меди.
Сплав Розе служит припоем для полупроводников. Из него производят плавкие алюминиевые предохранители. Помимо вышесказанного сплав используют как припой никелевых контактов и ювелирных изделий.
Также Розе применяется и в лужении. Наибольшего распространения сплав достиг при лужении именно медных поверхностей микроплат. Данный процесс представляет собой следующее:
- Кипятят емкость с водой. Стоит отметить, что наиболее подходящими являются емкости, изготовленные из чугуна и алюминия, или же эмалированные. Оцинкованная и медная посуда при лужении будет растворяться, что ведет к ухудшению качества припоя и, соответственно, невозможности его повторного использования. Также, в дальнейшем данную емкость нельзя использовать для приготовления пищи, т.к. в ходе лужения на поверхности посуды оседает тонкий слой свинца.
- Добавляют несколько грамм сплава Розе, лимонной кислоты и глицерина. Глицерин необходим для получения необходимой температуры плавления и снижения выделения вредных газов сплавом. Наличие лимонной кислоты превращает водоглицериновый раствор во флюс, что предотвращает его загрязнение такими газами как кислород, водород и прочие.
- Помещают плату медной стороной вниз. Заметьте, плата должна быть преждевременно очищена. Делается это с целью сохранения припоя от загрязнений и увеличения его срока эксплуатации.
- Спустя 15-20 минут плату извлекают и очищают от остатков меди.
Лужение сплавом Розе достигло более широкого применения по сравнению с пайкой. Простота процесса и доступность необходимых компонентов играют здесь не последнюю роль.
Сплав Розе — это легкоплавкий материал, температура плавления которого около +94 °C. Состав: олово, свинец и висмут. Применяется при низкотемпературной пайке и в некоторых предохранителях. Хранится в небольших гранулах.
Свойства и применение
Хорошо подходит для выпаивания деталей, разъемов, шлейфов SMD микросхем и демонтажа защитных металлических экранов с плат мобильных телефонов. 
Особенности:
- Низкая температура плавления. Выпаивание разъемов и деталей без перегрева.
- Хрупкость. Паяные соединения получаются ненадежными. Из-за этого лучше им не паять, а только выпаивать компоненты платы.
- Токсичность. Паяльные работы только в проветриваемом помещении.
Сплав Вуда и Розе
Еще один популярный материал – это сплав Вуда.
Температура плавления около 68 °C. Внешне отличается меньшим размеров гранул. Состав аналогичен, но в нем присутствует еще кадмий. Из-за последнего в своем составе он очень токсичен.
Только в крайнем случае и в проветриваем помещении. Не стоит злоупотреблять этим сплавом. Если есть выбор между Розе и Вуда – лучше использовать первый и избегать второй.
Методы паяльных работ
Для выпаивания разъема или детали из платы без перегрева нужно залудить контакты низкоплавким материалом.
Итоговая температура плавления будет выше, чем у Розе в чистом виде так как он смешивается с припоем на плате у которого другой состав и характеристики. (плавление при 270 °C)
Материнскую плату от компьютера придется дольше прогревать, чем маленькую плату от мобильного телефона из-за большей многослойности и толщины текстолита.
Сначала наносится флюс на контакты выпаиваемой детали. Добавляется несколько гранул легкоплавкого припоя. Есть несколько техник паяльных работ.
Работа паяльником
Нужны массивные жала: мини волна, топорик.
Температуру паяльника можно оставить в пределах 230 °C, например, 200 °C.
Контакты детали нужно залудить легкоплавким сплавом, предварительно нанеся флюс.
На контактах образуется капля припоя, которую легко разогреть одним паяльником на небольшой мощности.
Результат паяльных работ.
Как выпаять разъем USB одним паяльником и Розе
Быстрая и безопасная пайка одним паяльником и легкоплавким припоем.
Пайка феном
Фен выставляется на температуру примерно 120 — 170 °C со средним потоком воздуха.
Гранулы постепенно расплавляются и смешиваются с контактами. Их лучше поправлять пинцетом по месту пайки, чтобы припой лучше распределился.
Нужно тщательно прогреть место пайки. Постепенно, по мере повышения температуры, деталь начнет выпаиваться. Это будет заметно при появлении блика на припое.
Результат низкотемпературной пайки.
Комбинированный метод
Фен сверху над местом пайки нужен для вспомогательного инструмента, на 100°C, а паяльником паяются детали сплавом Розе на температуре 200 °C.
После пайки детали обязательна очистка от получившейся смеси припоя с помощью оплетки.
А можно ли паять и лудить с помощью Розе
Для выпаивания деталей с платы сплав подходит, но для окончательной пайки уже детали на плату — ни в ком случае из-за хрупкости. Сплав Розе очень хрупкий, соединения получаются ненадежными. Особенно это касается разъемов и проводов. Когда по плате или проводам протекает электрический ток, выделяется тепло.
Из-за этого начинает плавиться низкотемпературный спав. К тому же, он не терпит вибрации или механических ударов. Появляются микротрещины, возникают окислы и потеря соединения.
Лужение сплавом Розе
У радиолюбителей есть популярный «ленивый» способ лужения плат с помощью слава Розе. Для этого в кипящую кастрюлю с щепоткой лимонной кислоты добавляются несколько гранул низкотемпературного сплава и платы, которые нужно залудить. Припой равномерно в считанные секунды распределяется. Основные недостатки данного способа лужения — это токсичность и все та же хрупкость сплава.
Меры предосторожности
Так как используемые материалы токсичны, то обязательно паять в проветриваемом помещении и средствах защиты.
Во время паяльных работ нужно держать дистанцию и надевать защитные очки. Расплавленные капли металла могут попасть на кожу или слизистые тем самым вызвав ожоги, заражение.
Сами гранулы брать только пинцетом, не допуская контакта. Они не настолько токсичны, но это намного уменьшает его влияние.
Нельзя допускать попадание сплава и его частичек на открытые раны.
Вывод
Сплав Розе справляется при низкотемпературном выпаивании деталей из плат. Его можно использовать только для этих целей. Лудить платы не очень хорошая идея из-за неудовлетворительных характеристик прочности и стойкости к механическим повреждениям или вибрации.
Если выбирать между Розе и Вуда, то выигрывает первый. Между ними не большая разница в температурах. Это не такой важный параметр, чтобы жертвовать своим здоровьем ради меньшей температуры пайки.