Бессвинцовые припои: часть 2. Микролегированные бессвинцовые припои для групповой пайки

часть 2. Микролегированные бессвинцовые припои для групповой пайки

Перед тем, как перейти к практике, рассмотрим ряд теоретических аспектов. Самый распространенный бессвинцовый сплав в групповой пайке — олово-медь (Sn99,3Cu0,7; Sn97Cu3,0), реже — олово-серебро-медь (Sn99Ag0,3Cu0.7; Sn98,3Ag1Cu0,7) по причине его высокой стоимости. Из-за большого расхода припоя в установках волновой и селективной пайки производители электроники стремятся максимально снизить расходы на него. Наряду с желанием сэкономить на материалах сохраняется стремление обеспечить высокое качество пайки, снизить расход припоя и шламообразования.

На первый взгляд, задачи противоречивые и взаимоисключающие, но если мы говорим о микролегированных припоях Elsold — оба условия выполнимы. Кроме стандартных бессвинцовых сплавов в ассортименте ведущего европейского производителя припоев Elsold есть микролегированные бессвинцовые сплавы SN100 MA-S. Микролегированный припой Elsold для групповой пайки производится особым методом, в процессе которого из сплава удаляются примеси, влияющие на повышенное окисление и, как следствие, шламообразование (рис.1). В результате этого микролегированные припои демонстрируют высокую стабильность в процессе пайки, пониженное шламообразование, малое количество дефектов (перемычки, усы). Добавление в микролегированные припои Elsold SN100 MA-S таких элементов как германий (Ge), никель (Ni) и фосфор (Р) в предельно малых концентрациях придает припою уникальные свойства, не только повышающие качество пайки, но и снижающие на 80-90 % шламообразование по сравнению с обычными бессвинцовыми сплавами². На поверхности расплавленного припоя образуется тонкая пленка фосфора, которая создает барьер для проникновения кислорода в припой и дальнейшего окисления припоя.

Следует также более подробно рассказать о влиянии фосфора в припое на оборудование и человека — эта тема актуальна, по ней часто задают вопросы. Основная задача фосфора в припое — снижение образования шлама в процессе пайки. Фосфор формирует нано-пленку на поверхности припоя, которая препятствует контакту с воздухом и окислению припоя. Содержание фосфора в припоях Elsold крайне мало (<<100 ppm), чтобы отрицательно влиять на здоровье человека. Гораздо большую опасность для здоровья представляет свинец, так как он более токсичен и содержится в припое в значительном количестве. Но при грамотной организации охраны труда на производстве риск неблагоприятного воздействия на сотрудников практически исключен.

Высокочистые припои Elsold с содержанием фосфора успешно применяются на различных установках волновой и селективной пайки в России. Малые концентрации фосфора в припое не влияют на работу оборудования.

Однако у отдельных производителей установок селективной пайки может возникать проблема смачиваемости волнообразователей, вызванная крайне высоким содержанием фосфора. Чтобы исключить эту проблему, при первом запуске установки рекомендуется использовать припой со стандартным содержанием фосфора или без него.

Таблица 1 Анализ припоя SN100 MA-S в течение 8 ч при температуре 290 0С

Элемент

Исходный состав

Состав после 2 ч

Состав после 4 ч

Состав после 6 ч

Состав после 8 ч

Sn — олово

остаток

остаток

остаток

остаток

остаток

Cu — медь

0,67

0,69

0,69

0,69

0,70

Ag — серебро

0,0002

0,0002

0,0002

0,0002

0,0002

Ni — никель

0,035

0,035

0,035

0,035

0,035

Ge — германий

0,0061

0,0059

0,0058

0,0057

0,0055

P — фосфор

0,005

0,004

0,004

0,003

0,003

Pb — свинец

0,017

0,017

0,017

0,017

0,017

Sb — сурьма

0,004

0,004

0,004

0,004

0,004

As — мышьяк

0,018

0,018

0,018

0,018

0,018

Fe — железо

<0,001

<0,001

<0,001

<0,001

<0,001

In — индий

0,003

0,003

0,003

0,003

0,003

Bi — висмут

0,011

0,011

0,011

0,011

0,011

Cd — кадмий

<0,0001

<0,0001

<0,0001

<0,0001

<0,0001

Zn — цинк

<0,0002

<0,0002

<0,0002

<0,0002

<0,0002

Al — алюминий

0,0001

0,0001

0,0001

0,0001

0,0001

Au — золото

0,0001

0,0001

0,0001

0,0001

0,0001

Co — кобальт

<0,001

<0,001

<0,001

<0,001

<0,001

Другая отличительная характеристика сплава Elsold SN100 MA-S — его стабильность: состав элементов и их соотношение практически неизменны в процессе использования (рис.2). Как видно из Таблицы 1, все элементы на протяжении длительного времени остаются в изначальной концентрации. Только у германия и фосфора наблюдалось незначительное снижение концентрации на 6 ppm и 20 ppm соответственно. Со временем концентрация фосфора и других микроэлементов в ванне будет падать в результате химической реакции с кислородом и оксидами в припое. Поэтому для сохранения преимуществ микролегированного припоя Elsold необходимо не просто добавлять новый припой в ванну, но и поддерживать концентрацию микроэлементов на необходимом уровне. Это можно обеспечить двумя способами:

  • добавлять таблетки деоксиданта;
  • добавлять припой с более высокой концентрацией микроэлементов.

Преимущество второго способа в том, что заполняется также и объем ванны припоя, компенсируя естественные потери в процессе пайки.

При длительном использовании положительные качества микролегированных припоев становятся еще очевиднее. Так, в установке волновой пайки с бессвинцовым припоем Elsold SN100 MA-S при температуре 290°С после 8 часов образовалось в 15 раз меньше шлама, чем в ванне с обычным припоем при тех же условиях (рис.3, 4, 5). Соответственно, уменьшенный расход припоя, шлама и сокращение простоя оборудования позволяют снизить себестоимость процесса групповой пайки в целом. В долгосрочной перспективе разница в затратах при использовании микролегированных и обычных припоев еще заметнее (рис.6, 7). Таким образом, более высокая стоимость микролегированного припоя по сравнению с другими припоями не приводит к увеличению затрат, а напротив, напрямую влияет на снижение стоимости точки пайки и себестоимости всего процесса в целом. В упрощенном примере расчеты представлены в Tаблице 2.

Таблица 2 Расчет затрат на припой

Припои для пайки волной в брусках 1 кг

Цена за кг, у.е.

Кол-во шлама, кг/мес.

Общий расход припоя, кг в год*

Затраты на припой, у.е. / год**

Бессвинцовый припой SC07

1

50

1094

1094

Бессвинцовый припой Elsold SN100 MA-S

1,4

5

554

776

Расчеты приведены для ванны объемом 400 кг.

*средний расход на плату 20 г, 100 плат в день, 297 рабочих дней, одна смена 8 часов

**при поддержании требуемого уровня германия и фосфора (путем добавления припоя Elsold SN100 MA-S Refill с повышенным содержанием германия и фосфора)

Рассмотрим, как на практике подтверждаются свойства микролегированного припоя Elsold.

Большинство отечественных предприятий в производстве электроники использует в основном свинцовосодержащие материалы. Применение бессвинцовых технологий — пока редкость для нашей страны, но тем не менее есть ряд крупных производств, которые полностью отказались от свинца. На одном из таких предприятий и был проведен показательный эксперимент с микролегированным припоем Elsold SN100 MA-S.

Клиент попросил провести испытания в уменьшенном масштабе, чтобы были веские аргументы для принятия решения о полной замене припоя в установке волновой пайки. Для этого были использованы паяльные ванночки и термопары, фиксирующие температуру припоя. Припой Elsold SN100 MA-S и припой зарубежного производителя со сплавом SnCu0,7Ni были нагреты до температуры 275-280 °С (рабочая температура установки клиента) и расплавлены (рис.8, 9). В течение трех часов каждые 10 минут производилось снятие шлама с поверхности припоя. По истечении трех часов визуально количество шлама в ванночке с припоем Elsold SN100 MA-S было в три раза меньше, чем в припое другого производителя (рис. 10), причем с течением времени разница становилась более ощутимой. Также было замечено, что конкурентный припой быстрее окисляется, в то время как зеркало припоя Elsold SN100 MA-S длительное время остается чистым. Данный эксперимент наглядно подтвердил, что содержание в припое Elsold SN100 MA-S фосфора и германия способствует снижению оксидообразования и препятствует повышенному образованию шлама. Следует отметить, что заявленные свойства припоев Elsold действительны также и для микролегированных свинцовосодержащих сплавов.

Подводя итоги, выделим ключевые преимущества применения микролегированных припоев Elsold в процессах групповой пайки:

  • Экономичность. Из-за большого количества шлама расходы припоя на единицу изделия могут вырасти троекратно. Дополнительно растут затраты на простой и обслуживание оборудования. Уникальная технология производства и особенные свойства применения микролегированных припоев Elsold позволяют существенно сократить расход припоя, уменьшить шламообразование и тем самым снизить себестоимость процесса групповой пайки и стоимость одной точки пайки.
  • Сокращение времени и затрат на обслуживание оборудования. Использование припоев с низкой чистотой сплава или без специальных добавок, препятствующих быстрому окислению, может существенно увеличить простой оборудования и затраты на его обслуживание. Благодаря высокой устойчивости к окислению высокочистых припоев Elsold меньше времени тратится на собирание шлама, воздействие на детали оборудования более щадящее.
  • Высокое качество пайки. В процессе пайки припой переходит на печатные узлы. Примеси и окислы, содержащиеся в ванне, также частично переходят на паяные соединения. Если концентрация примесей велика, это может привести к различного рода дефектам. Высокая чистота припоев Elsold способствует минимизации дефектов пайки, таких как перемычки, усы, темные пайки.
  • Высокая стабильность процесса. Припои Elsold в сочетании с деоксидантом обеспечивают длительный срок службы при стабильно высоком качестве пайки.

ООО «Остек-Интегра» предлагает вам убедиться в преимуществах микролегированных припоев Elsold для волновой и селективной пайки. Наши специалисты окажут необходимую помощь в проведении испытаний на вашем производстве или в технологическом центре ГК Остек. Заявки на проведение испытаний направляйте по электронной почте: [email protected] или по телефону 8 (495) 788-44-44, ООО «Остек-Интегра».


 ¹Журнал «Вектор высоких технологий» № 3(24) май 2016

²В открытых системах групповой пайки

Бессвинцовые припои для ультразвуковой пайки при монтаже солнечных батарей

Репозиторий БГУИР: Бессвинцовые припои для ультразвуковой пайки при монтаже солнечных батарей Skip navigation

Please use this identifier to cite or link to this item: https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/43317

Title: Бессвинцовые припои для ультразвуковой пайки при монтаже солнечных батарей
Authors: Ланин, В. Л.
Буй, К. Д.
Keywords: публикации ученых
бессвинцовые припои
пайка
ультразвук
солнечные батареи
Issue Date: 2021
Publisher: БГТУ, РБ
Citation: Ланин, В. Л. Бессвинцовые припои для ультразвуковой пайки при монтаже солнечных батарей / В. Л. Ланин, К. Д. Буй // Инновационные материалы и технологии : материалы международной научно-технической конференции молодых ученых, Минск, 19-21 января 2021 г. / Белорусский государственный технологический университет. – Минск, 2021. – С. 580–583.
Abstract: По результатам исследований установлено, с увеличением температуры прочность соединений УЗ пайки достигает определенного максимума в зависимости от состава припоя. Воздействие УЗ активирует диффузию реакционно-активных компонентов в зоне пайки и повышает тем самым прочность соединений, получаемых без применения флюса.
URI: https://libeldoc.bsuir.by/handle/123456789/43317
Appears in Collections:Публикации в изданиях Республики Беларусь

Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.

Бессвинцовый припой цена

Продукция:Ед. измерения:Кол-во:Цена, от:Наличие:Купить

кг

1850 ₽ 18501850 ₽В наличии

В корзину Добавить в избранное

Припой ПОВи 0,5

кг

1850 ₽ 18501850 ₽В наличии

В корзину Добавить в избранное

Припой ПСрО 3-97

кг

1800 ₽ 18001800 ₽В наличии

В корзину Добавить в избранное

Бессвинцовый припой

К бессвинцовым припоям относятся все виды материалов для пайки металлов в которых отсутствует свинец. В настоящее время повсеместно идет тенденция к увлечению использования таких припоев практически во всех отраслях производственно-промышленной деятельности. В первую очередь это связано с тем, что свинец является токсичным металлом и работа с ним связана с определенным риском для здоровья. Именно поэтому в Европейских странах запрещено использование свинецсодержащих припоев в электронной технике. Производство бессвинцовой металлопродукции осуществляется в соответствии с действующими нормативными документами и одним из наиболее известных вариантов являются серебряные припои.

Параметры металлопродукции

Купить бессвинцовый припой стремятся многие предприятия промышленного комплекса и в качестве основных достоинств продукции выделяют следующее:

  • Припои бессвинцовые не выделяют токсичных веществ, опасных для человека и окружающей среды.
  • При правильном подборе компонентов, такие материалы для пайки выделяются оптимальными показателями электро- теплопроводности.
  • Современная промышленность предлагает припои не содержащие свинец в широком ассортименте и можно подобрать продукцию наиболее подходящую для выполнения поставленных производственных задач.
  • В зависимости от необходимых параметров по термической устойчивости или устойчивости к агрессивным средам производитель может корректировать добавление тех или иных химических элементов.
  • В основном в состав бессвинцовых припоев входят компоненты хорошо противостоящие образованию очагов коррозии и невосприимчивые к воздействию химически активных реагентов.

Температура плавления бессвинцовых припоев выделяется повышенным значением и поэтому они с успехом могут применяться для пайки толстостенных металлов, без опасности их перегрева. Но это же обстоятельство мешает их использовать при изготовлении устройств для которых перегрев не допустим.

Разновидности припоев не содержащих свинец:

  1. Медные припои. Такие материалы являются наиболее востребованными в электронной промышленности для изготовления печатных плат по специально разработанной технологии. Отличительной особенностью продукции являются хорошие показатели электро- теплопроводности.
  2. Сплавы на основе серебра. Отличаются хорошей пластичностью и высокой электропроводностью.
  3. Многокомпонентные припои на основе олова, меди и серебра. Такие материалы отличает низкая температура плавления, так как они почти на 90 процентов состоят из легкоплавкого олова. Это дает возможность использовать такие припои в процессе изготовления печатной электронной продукции в промышленных масштабах.
  4. Сплав олова с серебром и висмутом. На сегодняшний день такой припой выделяется самой низкой температурой плавления и с успехом заменяет свинцовых собратьев в случаях если другие варианты металлопродукции не могут быть применены.

Исходя из вышеприведенных сведений можно сказать, что применение бессвинцовых припоев будет с каждым годом расширятся и в скором времени они полностью вытеснят свинцовые аналоги. Это конечно же благотворно скажется на экологической обстановке.

AIM означает «цель»: паяльные и сервисные материалы компании AIM. Часть 3

Мы завершаем серию статей о паяльных и сервисных материалах,
поставляемых фирмой AIM, обзором материалов
для бессвинцовых технологий пайки.

Все статьи цикла:

Впоследнее время проблемы бессвинцовой пайки вызывают повышенный интерес изготовителей радиоэлектронной техники. Вопросы бессвинцовых технологий, казавшиеся совсем недавно
слишком отдаленными, чтобы о них беспокоиться, становятся реальностью. Запрет на применение свинца в отдельной стране или группе стран неминуемо
создаст экономический барьер между этой страной и любой другой, неспособной обеспечить бессвинцовое производство, что не может не вызывать беспокойство тех изготовителей радиоэлектроники, которые ориентированы на импорт своей продукции.
Кроме того, такой барьер может иметь место и между отдельными компаниями или отраслями промышленности. Эти факторы стимулируют конкуренцию между изготовителями, одни из которых готовы к переходу на новые материалы раньше других.

Таким образом, переход на бессвинцовую пайку является только вопросом времени, и изготовители РЭА начинают свои исследования по поиску оптимальны материалов и технологий без применения свинца.

11 октября 2002 года Европейское Сообщество одобрило WEEE (Положение об отходах радиоэлектронного и электрооборудования) и RoHS (Положение о применении некоторых опасных веществ в радиоэлектронном и электрооборудовании). Эти положения касаются применения таких тяжелых металлов,
как свинец, кадмий, ртуть и шестивалентный хром, а также бромированных огнезащитных составов. С 1 июля 2006 года эти вещества будут запрещены к использованию в производстве РЭА в Европейском Сообществе.

Компания AIM занимается производством бессвинцовых сплавов и разработкой свободных от свинца
технологий с 80-х годов прошлого столетия и накопила богатый опыт и обширные знания в этой области. В настоящий момент AIM производит целый ряд материалов для пайки без содержания свинца, состав-
ляющих полную технологическую линию для любых процессов и отвечающих особенностям каждого конкретного производства:

  1. Бессвинцовые припои для групповой пайки.
  2. Совместимые с бессвинцовыми материалами флюсы.
  3. Бессвинцовые проволочные припои:
    – с сердечником из флюса;
    – цельнометаллические.
  4. Бессвинцовые паяльные пасты:
    – безотмывные, на основе флюса, не требующего последующей отмывки;
    – водосмывные, на основе флюса, предполагающего последующую водную отмывку;
    – с флюсом на основе канифоли.

Бессвинцовые припои

Компания AIM производит широкий ряд бессвинцовых сплавов для любых технологий монтажа печатных плат, включая пайку волной, ручную пайку,
трафаретную печать и др. Перечень сплавов AIM, их состав и температура плавления, а также виды продукции AIM на основе этих сплавов приведены в таблице 1.

Таблица 1

Из перечисленных выше припоев можно выделить
группу Sn/Ag/Cu, вызывающую в последнее время повышенное внимание западных изготовителей радиоэлектроники, в качестве жизнеспособной замены оловянно-свинцовым сплавам. Наиболее общими требованиями к бессвинцовым сплавам можно считать следующие:

  • рентабельность;
  • экологичность;
  • механическая прочность;
  • устойчивость к термической усталости;
  • достаточно низкие температуры процесса;
  • совместимость с различными бессвинцовыми и содержащими свинец покрытиями.

Соответствуя этим требованиям, сплавы группы
Sn/Ag/Cu успешно применяются во многих отраслях индустрии, и большинство радиоэлектронных компаний, планируя свой переход на бессвинцовые технологии, останавливают свой выбор на одном из припоев этой группы. Припои Sn/Ag/Cu совместимы
с различными покрытиями компонентов и печатных плат, включая Sn/Pb/Ag, Ni/Pd, Ni/Pd/Au, органические покрытия (рис. 1).

Рис. 1

Отметим, что из анализа, проведенного
фирмой AIM, следует, что сплав SAC 305 применяют 67% японских радиоэлектронных
компаний. Сплав CASTIN, запатентованный
компанией AIM, обеспечивает повышенную
теплостойкость благодаря добавлению Sb
и образованию интерметаллических структур
сурьмы с серебром и медью. Применение этого припоя с температурой плавления 217 °С
не влечет за собой образование токсичных оксидов сурьмы, образующихся при температурах выше 600 °С.

При использовании бессвинцовых паяльных
материалов существенной является проблема особо точной центровки и позиционирования
компонентов на плате, тогда как при работе
с содержащими свинец паяльными материалами допустимая ошибка в центровке при установке компонентов может достигать 50%.
При оплавлении паяльной пасты происходит
их самопозиционирование.

Диагностика качества пайки, осуществляющейся по бессвинцовым технологиям, несколько усложняется, так как не может быть
использован рентгеновский метод контроля.

Надо признать, что внешний вид бессвинцовых паяных соединений отличается от соединений, полученных с применением припоев Sn /Pb. Бессвинцовые соединения выглядят более тусклыми, но это не означает, что
они менее прочные — скорее наоборот.
В таблице 2 приведены некоторые сравнительные характеристики физических свойств паяных соединений Sn/Pb и Sn/Ag/Cu.

Таблица 2

Проволочные припои компании AIM на основе перечисленных в таблице бессвинцовых сплавов выпускаются как цельнометаллические, так и с сердечниками из флюса. Стандартное содержание флюса составляет 2,5%. В зависимости от типа флюса они могут быть совместимы с безотмывными или водосмывными
материалами. Основные виды бессвинцовых проволочных припоев с сердечником из флюса приведены в таблице 3.

Таблица 3

Совместимые с бессвинцовыми материалами флюсы

Компания AIM производит жидкие флюсы,
совместимые с бессвинцовыми материалами
(таблица 4). Кроме того, выпускаются также
флюс-гели, предназначенные для допайки
и ремонтных работ. Свойства таких флюс-гелей приведены в таблице 5.

Таблица 4

Таблица 5

Бессвинцовые паяльные пасты

Как видно из таблицы 1, компания AIM изготавливает паяльные пасты на основе большинства из перечисленных в этой таблице
сплавов. Как правило, производятся безотмывные и водосмываемые пасты; бессвинцовые пасты на основе канифоли применяются
значительно реже. В таблице 6 приводятся характеристики некоторых паяльных паст компании AIM, предназначенных для бессвинцовых технологий.

Таблица 6

Переход к применению бессвинцовых материалов влечет за собой некоторые изменения в производственном процессе. При этом
параметры печати, как правило, не требуют значительных изменений, кроме возможной модификации трафарета. Причиной для такой модификации может быть несколько более низкая смачивающая способность бессвинцовых паяльных паст. Необходимость модификации можно выяснить, тестируя пасту
на трафарете на растекаемость и смачивание.

Наиболее значимые изменения должны быть
внесены на стадии оплавления — как результат различия в температуре плавления бессвинцовых припоев и припоев ряда Sn/Pb. В отличие от сплавов группы Sb/Pb, имеющих температуру пика 210–220 °С, пиковая температу-ра большинства бессвинцовых припоев составляет 235–260 °С. В связи с этим особенно важно
минимизировать ΔT при максимальном смачивании в течение всего температурного профиля, включая стадию охлаждения. Выбор оптимального температурного режима зависит от плотности печати, размеров компонентов
и характеристик печи оплавления. Режим типа «Нагрев-Пик», график которого изображен на рис. 1, является предпочтительным в большинстве случаев, обеспечивая оптимальное смачивание и менее продолжительное термальное воздействие, чем традиционный режим «Нагрев-Выдержка-Пик» (рис. 2). Параметры этих процессов приведены в таблицах 7 и 8.

Таблица 7

Таблица 8

Рис. 2

Требуемые более высокие температуры пайки могут привести к проблемам непропаев, в целом более характерной для бессвинцовых паст,
чем для традиционных паст Sn/Pb. Для решения этих проблем может быть использована паста,
разработанная для достижения эффекта «антинепропаев». Кроме того, температурный режим, включающий продолжительную выдержку при низкой температуре и изображенный на рис. 3,
эффективно сокращает количество непропаев. Этот режим описан в таблице 9.

Рис. 3

Рис. 4

Таблица 9

Что касается условий хранения бессвинцовых паяльных паст и подготовки их к работе,
то у фирмы AIM они практически не имеют отличий от аналогичных условий для паст с содержанием свинца и могут быть сведены к следующим пунктам:

  • соблюдение оптимальных условий хранения и транспортировки;
  • предотвращение воздействия тепла и влажности;
  • согревание и перемешивание пасты перед применением.

Отмывка остатков флюса после пайки
с применением бессвинцовых материалов
в целом требует большей интенсивности: увеличения концентрации отмывочных средств,
времени воздействия, температуры и пр.
Повышенная интенсивность отмывки необходима вследствие увеличения количества
остатков флюсов после пайки и их устойчивости к воздействию отмывочных средств.
Это связано с тем, что пайка объективно осуществляется при большей температуре, чем с припоями и пастами, содержащими свинец.
Эффективность отмывки зависит от качества отмывочного средства, точки плавления припоя, свойств флюса.

Таблица 10

В таблице 10 дано соответствие паяльных материалов рекомендуемых для бессвинцовых
технологий пайки и поставляемых под торговыми марками LOCTITE(Multicore solders) и AIM.

Таким образом, решение проблемы перехода на бессвинцовые технологии во многом обусловлено выбором оптимальных паяльных материалов, соответствующих ряду критериев. Замещение традиционных припоев
группы Sn/Pb на припои Sn/Ag/Cu представляется наиболее целесообразным для большинства процессов, принимая во внимание
их физические характеристики, совместимость с текущими процессами, возможность бесперебойных поставок и стоимость. Адаптация производственного процесса с учетом свойств этих материалов позволяет эффективно осуществлять облуживание компонентов, поверхностный монтаж, групповую и ручную пайку и пр.

Статьи в журнале «Технологии в Электронной промышленности» по теме печатные платы


Бессвинцовые электронные припои | SpringerLink

За последние несколько десятилетий большое внимание уделялось влиянию загрязнения свинцом на здоровье человека. Исходя из этих соображений, было законодательно принято и реализовано исключение свинца из керамической глазури, краски, сантехники и т. д. Однако до недавнего времени припои, используемые в электронике, исходя из пригодности и базы знаний, разработанной в течение длительного периода времени, оставались на основе свинца. Последовательное быстрое развитие микроэлектронных устройств в последние десятилетия делает их устаревшими в течение очень короткого периода после их появления, что приводит к образованию значительного количества электронных отходов на свалках.Выщелачивание токсичного свинца из таких электронных отходов может привести к загрязнению пищевой цепи человека, вызывая серьезную опасность для здоровья. Как следствие, несколько стран Европы и Тихоокеанского региона приняли законы, гарантирующие исключение свинца из электронных припоев к быстро приближающимся срокам. Глобальное экономическое давление, вызванное такими законами, привело к бурной исследовательской деятельности по поиску подходящих бессвинцовых заменителей традиционных электронных припоев, содержащих свинец.

Многогранные исследования по всему миру, направленные на поиск подходящих решений, особенно в связи с крайним сроком внедрения бессвинцовых электронных припоев, привели к появлению огромного количества исследовательских статей в нескольких рецензируемых научных журналах.Точно так же были презентации на нескольких национальных и международных встречах различных технических обществ. Ни один исследователь или студент не может быть в курсе всех материалов, которые публиковались и публикуются в этой области. Таким образом, становится важным иметь большую часть актуальной и доступной в настоящее время информации в одном источнике.

С этой целью были выявлены важные проблемы, возникающие в области бессвинцовых электронных припоев, и исследователям, признанным за их значительный научный вклад в эти области, было предложено написать статьи по этим темам.Им было предложено рассмотреть важность данного вопроса, текущее состояние понимания и доступные решения, проблемы, которые еще предстоит решить, и предложения возможных подходов к этому.

Эта книга содержит статьи, приглашенные для специального выпуска журнала Electronic Materials: Materials in Electronics. Поскольку этот журнал может не быть регулярным источником научной информации для академических исследователей в областях, отличных от материаловедения, и для тех, кто работает в промышленности, а также для обеспечения более широкой осведомленности о текущем состоянии бессвинцовых электронных припоев для тех, кто работает в этой области, но кто не являются постоянными читателями Журнала, эти статьи были перепечатаны в этой книге.

разработка оборудования электроника бессвинцовые припои машиностроение металл микроэлектроника моделирование упаковки безопасность паяное соединение надежность контроль качества, надежность, безопасность и риск

Свинец и бессвинцовый припой в производстве электроники

Пайка — важный инструмент в производстве электроники, используемый при создании чего угодно, от детской игрушки до космического корабля. Все припои, как бессвинцовые, так и свинцовые, выполняют одну и ту же функцию — они действуют как клей, который прикрепляет компоненты к печатной плате.Однако тип припоя оказывает влияние на процесс пайки.

Итак, какой припой лучше всего использовать в производстве электроники? А в чем разница между свинцовым и бессвинцовым припоем? Давайте обсудим это подробно.

Чем отличается свинец от бессвинцового припоя?

Обычно свинцовый припой представляет собой эвтектический металлический сплав, содержащий олово и свинец. Материал расплавляется с помощью горячего утюга, чтобы создать прочную электрическую связь. Нет требований к высокому нагреву, а относительно быстрое время охлаждения ограничивает проблемы с холодными паяными соединениями.Можно с уверенностью сказать, что с его более низкой температурой плавления использование припоя на основе свинца стало отправной точкой революции в электронике.

В результате любителям и производителям не нужно тратить слишком много припоя, что снижает количество отходов и повышает общую эффективность процесса пайки. Но в настоящее время бессвинцовый припой становится все более популярным и становится стандартом среди промышленных товаров народного потребления. Почему это?

Основная причина: свинец ядовит.Он может накапливаться в организме из-за многих лет небольшого воздействия, будь то при вдыхании, проглатывании или прямом контакте с кожей. В процессе пайки рабочие подвергаются воздействию пыли и паров, загрязненных свинцом, и эти профессиональные риски привели к тому, что припой на основе свинца стал документально опасным для здоровья.

Кроме того, припаянный свинец в компонентах электронных отходов может легко расплавиться под действием кислотных дождей, загрязняя источники грунтовых вод. По этой причине использование бессвинцовых припоев активно изучается с 1990-х годов.

Но бессвинцовый припой активно не использовался в производстве до 2006 года, когда вступила в силу Директива об ограничении использования опасных веществ (RoHS). RoHS обязывает производителей электроники искать альтернативу оловянно-свинцовому припою. Директива ограничивает использование опасных химических веществ в производстве электроники.

Сегодня конечной целью припоев является создание материала для пайки, который не оказывает неблагоприятного воздействия на окружающую среду и здоровье человека без ущерба для его механических свойств.Составы бессвинцовых припоев содержат различное процентное содержание меди, серебра, олова, никеля, висмута, цинка и сурьмы.

 

 

Сравнение свинцовых и бессвинцовых припоев

Для поддержки современных приложений производительность паяных соединений является обязательным фактором в производстве электроники. Итак, как работает бессвинцовый припой по сравнению с традиционным припоем, содержащим свинец?

1. Бессвинцовый припой имеет более высокую температуру плавления

Стандартный припой, содержащий 60 % олова и 40 % свинца, становится жидким при температуре 183 градуса, в то время как бессвинцовый припой плавится примерно при 217 градусах.Чем выше содержание олова, тем выше температура плавления. Свинец снижает температуру плавления, что облегчает работу с припоями на основе свинца, поскольку они лучше растекаются и быстрее доводятся до рабочей температуры.

Более высокая температура плавления также влияет на качество припоя:

  • Более высокие рабочие температуры приводят к значительным нагрузкам на компоненты, что может привести к отказу компонентов с низкой диэлектрической проницаемостью
  • Некоторые элементы, такие как конденсаторы, подвергаются негативному воздействию высоких рабочих температур
  • Более высокие температуры означают, что припой быстро окисляется, что влияет на внешний вид паяных соединений.

2. Механические характеристики бессвинцового припоя

Не все так плохо с бессвинцовыми припоями. Они обладают некоторыми заслуживающими внимания механическими характеристиками, такими как прочность соединения, лучшая усталостная прочность и более твердые паяные соединения. Кроме того, высокая температура плавления обеспечивает лучшую производительность при высоких температурах.

Кроме того, что немаловажно, бессвинцовый припой лучше подходит для пайки печатных плат (PCB). Благодаря указанным механическим свойствам бессвинцовые припои нигде не растекаются при оплавлении, не происходит быстрого износа трафарета в процессе пайки.В результате печатные платы, припаянные без использования свинца, с меньшей вероятностью будут иметь пустоты.

Но не все бессвинцовые припои одинаковы. Например, дефицит висмута, поскольку он является побочным продуктом добычи свинца. Серебро, с другой стороны, находится в достаточном количестве, но его стоимость недостаточна. Цинк также присутствует в большом количестве, но легко окисляется, что может привести к хрупкости припоев. Поэтому производители должны тщательно исследовать свойства бессвинцовых сплавов, чтобы определить их пригодность.

 

 

Бессвинцовый припой: лучший вариант?

Бессвинцовый припой не прост в обращении – по крайней мере, по сравнению со свинцовым припоем, который имеет множество преимуществ для производства электроники.Но ядовитая природа свинца является основной причиной, по которой большинство производителей используют бессвинцовую пайку. Профессиональные и экологические риски пайки свинцом делают эвтектический сплав слишком опасным, чтобы оно того стоило.

Переход на более безопасный метод необходим, и не только потому, что это предписано такими нормами, как Директива об ограничении использования опасных веществ. В настоящее время ведутся исследования по обнаружению другой эвтектической комбинации металлов, которая работает так же хорошо, как сплав олова и свинца.В то же время хорошо работают несколько методов бессвинцовой пайки.

 

 

Об авторе


Тони Зубербюлер — менеджер по продажам в Versa Electronics, специализирующийся на контрактном производстве электроники. Карьера Тони в технологическом производстве насчитывает более 25 лет и включает в себя роли инженера по связям с общественностью, управления закупками и материалами, производства и планирования, взаимодействия с клиентами и реализации продукции. Свяжитесь с Тони Зи в LinkedIn.

(PDF) Новые типы бессвинцовых припоев и их свойства

23. — 25. 5. 2012, Брно, Чехия, ЕС

Из дифференциального термического анализа следует, что наши измеренные температуры почти соответствовали

с литературой или отличались незначительно. Некоторые фазовые превращения наблюдались в сплавах типа Al–Sn–Zn

, особенно в образцах с высоким содержанием цинка. В этой тройной системе

установлены две значимые температуры: эвтектическая ТЕ = 197.4°С и инвариантной температуре ТУ = 277,5°С, что очень хорошо согласуется с данными литературы [5-7].

Испытание на смачиваемость проводилось для сплавов Al–Sn–Zn. Испытываемые проволоки Cu и Ni не смачиваются для всех типов припоев

, если не используются флюсы. Лучшие результаты по смачиваемости получены для никеля – табл. 3.

Следует отметить, что сплавы Al–Sn–Zn обладают относительно плохой смачиваемостью для используемых типов флюсов.

Смачиваемость определялась для других припоев – см. Таблицу 4.Проволоки из меди, никеля и латуни Мс66 использовали для смачиваемости

, а на их поверхность наносили коммерческие бессмываемые флюсы Эпсилон 2, Эпсилон 5 и Эпсилон М5

, в некоторых случаях флюс не применяли. Все материалы опытных образцов (Cu, Ni, Ms66) не смачиваются

всеми типами припоев, если не используются флюсы. Наилучшие результаты были достигнуты для никеля. Лучшими смачивающими свойствами обладал припой Sn-37

Pb (образец П6) и из бессвинцовых припоев припой П5.Припой

П4 не смачивается всеми вышеперечисленными флюсами. Поток Эпсилон 2 кажется самым

универсальным потоком. Флюсы Epsilon 5 и, в частности, Epsilon M5 имеют значительно большую дисперсию

дисперсии между измеренными значениями сил смачивания по сравнению с флюсом Epsilon 2. Эти флюсы

, очевидно, гораздо более летучие и могут быть рекомендованы, в частности, для ручной пайки.

Удельное электрическое сопротивление оказалось постоянным по сравнению стемпература образцов 4 и 5 (сплавы Al–Sn–Zn) в жидком состоянии

. Образец 4 имел самое высокое удельное сопротивление из всех образцов в твердом и особенно в жидком состоянии – см. рис.

8a. Кривые нагрева и охлаждения в жидком состоянии совпадали друг с другом. Но они не совсем совпали

друг с другом в твердом состоянии для образцов 1 и 2, или можно сказать между ними есть гистерезис.

видно, что в расплаве произошел необратимый переход после его нагрева до 500°С.

Испытания на коррозию. На основе метода потенциодинамической поляризации установлено, что стойкость

к точечной коррозии бессвинцовых припоев Sn–Zn и Al–Sn–Zn заметно снижается при содержании 10÷15 ат.%

Zn. При дальнейшем увеличении содержания Zn зафиксирована лишь незначительно снижающаяся тенденция снижения потенциалов коррозии,

депассивации и репассивации. Влияние алюминия на коррозионную стойкость в условиях

проведенных испытаний оказывается слабоотрицательным.Следует обратить внимание на припои с цинком

, учитывая их пониженную коррозионную стойкость.

Методы потенциодинамической циклической поляризации и ускоренные коррозионные испытания в солевом тумане применялись для

оценки коррозионной стойкости бессвинцовых тройных припоев: 9 сплавов Sn–Zn–(Ag, Cu, Mg), 3 сплава Sn–

Sb –(Ag, Cu) и другие 6 припоев Sn–(Ag, Al, Bi, Cu, In, Mg), в том числе сплавы на основе цинка

и

висмута.Легирование Ag и Bi благоприятно влияет на повышение коррозионной стойкости исследуемых припоев

. Наоборот, доказано снижение коррозионной стойкости при легировании Zn и особенно

Mg. Для припоев Sn–Zn–Mg обнаружена аномально высокая коррозия. Для припоев, легированных Al, Cu, In и Sb, существенных различий не установлено. Припои с добавками Sb и Cu показали небольшое улучшение коррозионной стойкости.Для припоев олова

, легированных Mg и Zn, необходимы дальнейшие исследования (влияние легирования) с целью повышения их коррозионной стойкости.

Общая оценка альтернативных припоев

Из проведенных анализов сплавов Al–Sn–Zn следует, что оптимальным кандидатом в качестве альтернативного бессвинцового припоя

является сплав № 1, имеющий относительно низкую температуру эвтектики TE = 197 °C и его структура

эвтектика. Этот сплав имеет содержание алюминия менее 1 мас.%. Сплав 16Н, TL = 314°С, может быть рекомендован

для высокотемпературных применений пайки, что обусловлено более высоким содержанием цинка.

Анализ изображения определил 9,6 об.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.