Pájení měkké nebo tvrdé

Pájení a způsoby pájení

Tavidla

Základní podmínkou pevného a těsného spoje pomocí pájení je dobrá „smáčivost“ základního materiálu roztavenou pájkou. Ta je závislá na čistotě povrchu při teplotě pájení. Potřebná čistota se dosahuje při pájení v běžné atmosféře použitím tavidel nebo pájením v prostředí, které povrchové vrstvy bránící dobrému smáčení odstraňují jako jsou vysoké vakuum, redukční plynná atmosféra nebo solná lázeň.

Tavidla jako čisticí prostředky působí především chemicky a proto musí být voleny podle vlastností základního materiálu, teploty pájení a druhu pájky, a někdy též podle chemických a elektrických vlastností jejich zbytků po pájení.

Pro měkké pájení má většina tavidel podobu kapaliny s obsahem chemicky účinné látky, většinou kyseliny solné nebo fosforečné. Jejich zbytky po pájení je proto vhodné odstranit omytím vodou nebo lihem. Pro měkké pájení součástí z nerezavějící oceli se velmi dobře hodí směs kyseliny fosforečné, lihu a vody v poměru po 1 ku 3. Pro pájení elektrických spojů se dobře hodí pryskyřice neboli kalafuna. Má schopnost totiž rozrušit nečistoty za 1 až 2 vteřiny. Je také již obsažena v trubičkové pájce nejčastěji používané v elektrotechnice.

Pro tvrdé pájení se používají tavidla v podobě pasty, kapaliny nebo prášku. Někdy jsou naneseny jako pevný obal na tyčinky - dráty vyrobené z materiálu příslušné pájky. Pro tvrdé neboli kapilární pájení ve vakuu nebo redukční atmosféře ( nejčastěji vodíku ) nejsou zapotřebí žádná tavidla, protože potřebné čistoty styčných ploch se dosáhne ve vysokém vakuu odpařením nečistot vysokou teplotou, nebo chemickou redukcí vodíku v redukčních pecích.

Měkké pájky

Měkké pájky jsou slitiny „měkkých kovů“ s různým poměrem složek, kterým se dosahují jejich požadované vlastnosti, především teploty tavení. Pro pájení elektroniky se používá eutektická slitina s 37 % olova a 63 % cínu. Její teplota tání je 183 °C. Výhodou eutektické slitiny je hlavně to, že tuhne bez přechodových fází, ve kterých v neeutektických slitinách v jistém rozmezí teplot vedle sebe existují jak pevná fáze tak i tekutá. To má někdy nežádoucí důsledky.

Existuje řada měkkých pájek s dalšími kovy jako je třeba kadmium či zinek, které jsou vhodné pro teploty do 400 °C. Velkou skupinu tvoří cínové pájky s obsahem více složek jako je Sn, Sb, Zn, které pokrývají rozsah teplot od 185 °C do asi 260 °C.

„Super měkké“ slitiny Pb+Sn+Cd+Bi vhodné pro pájení se vyznačují teplotou tání v mezích od 165 °C do 64 °C. Jsou označovány jako Roseův kov, Lipowitzův kov či Woodův kov.

Pro aplikace v elektronice se měkké pájky dodávají ve formě trubičky vyplněné tuhým tavidlem, obvykle na bázi kalafuny.

Používání pájek s obsahem olova a kadmia ve velkovýrobě je od července 2006 zakázáno Evropskou směrnicí 2002/95/ES (RoHS).

Tvrdé pájky

Pro tvrdé pájení je velký výběr slitin i čistých kovů, a to jak pro pájení pod tavidlem, tak i ve vakuu nebo v redukční atmosféře.

Čisté kovy se používají spíš jen výjimečně. Může to být stříbro, měď, zlato nebo palladium. Dobře se hodí pro kapilární pájení ve vakuu.

Pro tvrdé pájení v atmosféře se vyrábí velký počet slitin různých kovů s vyšší teplotou tavení. Jsou to například slitiny stříbra, mědi, kadmia, niklu a zinku v nejrůznějších kombinacích. Většina z nich obsahuje zinek, který má vysokou tenzi par a nemůže být proto použit pro pájení ve vakuu, kde se prudce odpařuje neboli sublimuje. Používají se také slitiny drahých kovů, například Au-Ag, Au-Pd, Au-Cu, Au-Ni,

Zvláštní skupinu pájek tvoří také aktivní pájky s malým obsahem titanu nebo vanadu, které jsou použitelné i pro pájení kovů na keramiku nebo grafit.

Zvláštní pájky a tavidla jsou nutné také pro pájení hliníku a jeho slitin. Osvědčily se zde zinkové pájky a složitější slitiny Al, Cu, Sn, Cd.

Metody pájení

Metody pájení můžeme rozlišovat především podle způsobu ohřevu pájených součástí a pájky. To může být lokální nebo celoobjemové.

Pájení v atmosféře 

Lokální ohřev při měkkém pájení se uskutečňuje dotekem horkého tělíska, které je součástí páječky - pájecí hrot. Nejčastěji je tělísko ohříváno elektricky, buď přímým průchodem elektrického proudu u transformátorové páječky nebo nepřímo elektrickým topným tělesem. Moderní elektrické páječky využívají možnost nastavení teploty pájecího hrotu a elektronické stabilizace nastavené hodnoty. Uplatňují se hlavně při ruční malovýrobě elektronických zařízení. Ve hromadné výrobě se pájí součástky k deskám plošných spojů metodou pájení vlnou nebo přetavením.

Ve větším rozsahu ohříváme pájené předměty a pájku proudem horkého plynu nebo plamenem. Pro měkké pájení stačí plamen zemního plynu či Propanu nebo Propan-butanu se vzduchem, pro tvrdé pájení je nutný teplejší plamen kyslíko-acetylenový nebo kyslíko-vodíkový. Proces pájení plamenem je většinou „ruční“, takže výsledek je silně závislý na zkušenostech a zručnosti pracovníka.

Vakuové pájení

Nejdokonalejší způsob pájení je ve vysokém vakuu. Je použitelný jen pro tvrdé pájení různých kovů s vyšší teplotou tání, s výjimkou slitin obsahujících zinek, který má vysokou tenzi par a ve vakuu prudce sublimuje. Pro pájení ve vakuu se vyrábějí pájky také v podobě prášku, například ze slitiny Ni-Cr s teplotou tání cca 950 °C. Tato pájka dobře smáčí nerezavějící ocel. Po ztuhnutí je velmi tvrdá a nesnadno obrobitelná ale velmi pevná. Zdrojem tepla je ve vakuových pecích klec z molybdenového drátu zahřívaná elektrickým proudem. Navenek je izolována stíněním z molybdenového plechu a vodou chlazeným pláštěm. Pájeným předmětům se teplo předává výlučně sáláním. Tímto způsobem lze dosáhnout teploty kolem 1400 °C. Roztavená pájka působením povrchového napětí zatéká do spáry mezi spojovanými součástkami. Dosahuje se tím dokonale těsného a mechaniky pevného spojení.