Припой без свинца для пайки: Бессвинцовые припои. Состав и особенности припоев без свинца.

Бессвинцовые припои. Состав и особенности припоев без свинца.

Ликвидируем безграмотность в таком вопросе, как бессвинцовые припои.

Припои, в составе которых присутствует свинец, называют свинцовыми или свинцовосодержащими.

Стоит отметить тот факт, что соединения свинца вредны для здоровья. В том числе и по этому, в последнее время всё активнее применяются не содержащие свинец припои.

В Европе и США с недавних времён, а точнее с июля 2006 года директивой RoHS принят запрет на использование свинец-содержащих припоев в производстве электроники. Под раздачу также попали такие химические элементы, как кадмий, ртуть, шестивалентный хром и некоторые другие. Их содержание в электронных компонентах строго нормировано.

Наверняка Вы уже наблюдали вот такой логотип на корпусе своего ноутбука или другого электронного устройства (см. фото). Он обозначает, что устройство собрано с применением бессвинцовой технологии.

Эмблема RoHS на корпусе нетбука

Не считайте, что применение бессвинцовых технологий чем-то улучшает потребительские качества электроники. Возможно это и так. Японцы, например, давно занимаются разработкой и внедрением бессвинцовых технологий в производство и, естественно, добились в этом успехов.

Но для тех производителей, которые впервые столкнулись с ограничениями на применение свинца, возникает вопрос переоснащения производства и, как следствие, это удорожает электронную продукцию.

Стоит отметить тот факт, что бессвинцовая технология пайки требует применения соответствующих радиоэлектронных компонентов, адаптированных для пайки припоями без свинца. По сравнению с обычными свинцовыми припоями, они имеют пониженные характеристики по смачиваемости и текучести, требуют соблюдения дополнительных технологических мер при пайке, так как возникает необходимость в выдержке узкой границы термопрофиля.

Известно, что оптимальной температурой при пайке свинец-содержащими припоями считается температура 180 – 230°C. Температура плавления большинства бессвинцовых припоев лежит в интервале 200 – 250°C. Есть и такие, температура плавления которых ниже 180°C.

Припои, не содержащие свинца, дороже обычного свинцово-оловянного. Также вызывает много споров качество пайки бессвинцовыми припоями.

Итак, перейдём ближе к теории.

Для замены свинца в припое применяются такие металлы, как медь (Cu), серебро (Ag), висмут (Bi), индий (In), цинк (Zn) и даже золото (Au).

В изготовлении электроники хорошо зарекомендовал себя трёхкомпонентный сплав олова, серебра и меди (SnAgCu). Процентное соотношение металлов в сплаве может быть разным – до сих пор нет строгого мнения по этому вопросу. Несмотря на это, большую часть в сплаве занимает олово (95-97%). Температура расплавления данного сплава составляет 217-221°C. Чтобы он был пригоден для пайки волной, в него вводят небольшой процент сурьмы (0,5%).

Сплав SnAgCu с добавлением сурьмы (Sb) применяется в изготовлении особо ответственных узлов в оборонной технике и автономных устройствах.

Хорошими качествами обладают припои, в которых роль свинца выполняет серебро (SnAg).

Наличие в сплаве серебра улучшает механические свойства пайки. Тестами доказано, что припои, содержащие серебро, делают пайку более прочной, чем аналогичные свинцовосодержащие. Кроме того, серебро обладает хорошей проводимостью. Нередко такие сплавы применяются в профессиональной промышленной электронике и системах связи, где механическая надёжность и качество соединения очень важно.

В сплаве Sn42Bi58 вместо свинца используется висмут (его содержание — 58%). За счёт висмута улучшается легкоплавкость (температура плавления 133-140°C), но ухудшается смачиваемость.

Используется в плавких предохранителях, а также при ступенчатой пайке и монтаже деталей и компонентов, чувствительных к высокой температуре.

Припои с содержанием висмута (Bi), индия (In), цинка (Zn) и серебра (Ag).

Припои с содержанием висмута и индия обладают высокой стоимостью. На поставки этих металлов есть ограничения. Также их не рекомендуют применять в приборах с высокой температурой эксплуатации.

Высокотемпературные припои на основе сурьмы (Sb) и золота (Au).

Припой Sn91Zn9 считается высокотемпературным (91% олова и всего лишь 9% цинка). Температура его плавления составляет 195-200°C. Высокую температуру плавления данному сплаву придаёт практически 100% содержание олова, которое также способствует увеличению прочности.

Припои с содержанием цинка заслужили нелучшую славу. Причина в том, что цинк придаёт сплаву повышенную химическую активность и низкую коррозийную стойкость. В связи с этим, припои на основе цинка требуют использования активных флюсов, а это требует обязательной отмывки после пайки. Припойные пасты с содержанием цинка нельзя долго хранить. А пайку ими рекомендуется вести в среде защитного газа.

Наиболее удачным для замены оловянно-свинцового припоя Sn63Pb37 является близкий по свойствам сплав Sn95,5Ag3,8Cu0,7. Он применяется для пайки оплавлением при поверхностном монтаже элементов.

Двухкомпонентный припой Sn99,3Cu0,7 имеет низкую прочность пайки и довольно высокую температуру расплавления в 227°C. По сравнению с оловянно-медными припоями лучшими качествами, как по смачиваемости, так и по прочности, обладают серебросодержащие. Так припой Sn96,5Ag3,5 успешно применяется при сборке специальной аппаратуры. Тесты показали, что он имеет более высокие показатели надёжности по сравнению с аналогичными свинцовыми припоями.

Как видим, есть припои, в которых свинец отсутствует вовсе, и его нет даже в небольшом процентном отношении. Но так ли плох свинец на самом деле?

Свинец, как в виде сплава, так и в чистом виде известен человечеству давно. Использовался для изготовления даже водопровода в Древнем Риме! Да, именно так, хотя его химические соединения опасны для здоровья, он имеет свойство накапливаться в организме.

Свинец довольно дёшев и обладает свойствами, которые придают припою необходимые характеристики. В связи с этим, с помощью свинца и заменяют олово в припое. Свинец устойчив к действию серной кислоты, применяется для опрессовки кабеля. Без свинца не могло бы быть такого важного направления как ядерная энергетика.

Чистым оловом также можно производить пайку, но оно довольно дорого, обладает высокой температурой плавления (231,9°C) и таким нежелательным, но удивительным свойством, как «оловянная чума».

Самое забавное, что принимаются попытки замены свинца на другие компоненты в таких сферах как производство оружия. Ни для кого не секрет, что пули изготавливают, в том числе, и из свинца.

Так что, возможно, в скором времени можно будет сказать, что для уничтожения себе подобных используются боеприпасы безопасные для экологии и здоровья .

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Какой монтажный инструмент необходим начинающему радиолюбителю?

• SMD монтаж. Технология поверхностного монтажа.

• «Мультирозетка». Собираем многофункциональную розетку.

Контрактное производство электроники — Контракт Электроника

Замена традиционных типов припоев на материалы, не содержащие свинца, является не только веянием времени, но и требованием многочисленных международных комиссий по экологии. В статье рассмотрены свойства различных типов бессвинцовых припоев, даны рекомендации по их применению.

Версия в PDF (909Kb)

Среди термических, механических, усталостных и других свойств припоев одним из самых важных является температура плавления. В таблице 1 представлены некоторые из широко известных типов бессвинцовых припоев [1].

Следует отметить, что продолжается работа по оптимизации составов бессвинцовых припоев для достижения ими необходимых свойств. По этой причине составы припоев, приведенных в таблице 1, могут время от времени несколько отличаться от серийно производимых припоев. Например, в таблице 2 показаны торговые марки некоторых серийно производимых припоев различных производителей.

Бессвинцовым припоям с высоким содержанием индия (например, первому из припоев в таблице 2) свойственна несовместимость материалов индия и свинца, независимо от того, присутствует ли последний на поверхности печатной платы или на выводах компонентов. Для реализации полностью бессвинцового процесса в некоторых случаях (например, при использовании сплавов, содержащих индий) необходимо задействовать бессвинцовое покрытие паяемых поверхностей печатного монтажа и выводов компонентов.

Таблица 1. Примеры некоторых бессвинцовых припоев и их свойства [1]

Из таблицы 1 видно, что бессвинцовые припои характеризуются либо слишком низкой, либо слишком высокой температурой плавления по сравнению с эвтектическими свинцово-

оловянным припоями. В таблице 2 приведены, в основном, бессвинцовые припои с высокой температурой плавления.

При использовании низкотемпературных припоев необходим специальный флюс, поскольку стандартный флюс при низких температурах малоактивен. Еще одним ограничением, связанным с низкотемпературными припоями, является уменьшение их смачивающих свойств, вызванное пониженной текучестью при субэвтектических температурах.

Для низкотемпературных применений определенное признание получили припои, содержащие индий. Так, многими компаниями используется припой, содержащий 52% 1п и 48% Бп, поскольку он обеспечивает лучшие характеристики при повторной пайке в процессе ремонта или переделки. Поскольку температура плавления этого припоя составляет 244°Р (118°С), повторная пайка при более низкой температуре может производиться многократно без риска теплового повреждения. Если печатные линии платы покрыты золотом в качестве антиоксиданта, то использование припоя с индием предотвращает выщелачивание золота [2].

Еще одним бессвинцовым припоем с низкой температурой плавления является припой 42 Бп/58 Ы. Если посмотреть на фазовую диаграмму припоя БпЫ, то можно увидеть, что температура плавления находится на

уровне 138°С. Висмут используется в паяльных сплавах для достижения низких температур плавления, но висмутсодержащие сплавы обычно имеют плохие характеристики смачивания.

Многие другие сплавы, представленные в таблице 1, обладают более высокой температурой плавления, чем свинцово-оловянный эвтектический сплав с температурой плавления 183°С. Это, например, цинк-оловянный высокотемпературный бессвинцовый припой с температурой плавления 198°С.

Высокотемпературные припои несовместимы с широко распространенными материалами для изготовления печатных плат, такими как РИ-4. Помимо этого, более высокие температуры при повторной пайке могут увеличить риск повреждения платы.

В настоящий момент не существует бессвинцовых припоев, полностью заменяющих свинцовосодержащие, хотя некоторые производители описывают свои припои как «почти идентичные» [3]. Даже в этом случае для повторной пайки требуется температура жала паяльника 400°С. Для некоторых применений эта температура может оказаться слишком высокой и вызвать тепловое повреждение.

Одной из ключевых проблем использования высокотемпературных припоев, представленных в таблицах 1 и 2 при пайке волной, является повышение риска пробоя конденсаторов. При пайке волной следует поддерживать температуру в диапазоне 230…245°С, что на 45…65°С выше температуры плавления оловянно-свин-цового припоя. Бессвинцовый припой с температурой плавления 220°С потребует при пайке волной температуры 265…280°С. Это увеличивает разницу температур между предварительным нагревом и пайкой волной и, соответственно, повышает риск повреждения конденсаторов.

В целом, почти все бессвинцовые припои имеют меньшую смачиваемость (текучесть), чем эвтектические оловянно-свинцовые, и потому первые из них хуже заполняют необходимую площадь. Для улучшения текучести требуются специальные составы флюсов. Усталостные характеристики бессвинцовых припоев также недостаточно хороши, хотя в одном

Таблица 2. Примеры бессвинцовых припоев различных производителей (с любезного разрешения Dr. Raiyoman Aspandiar, Intel Corporation)

из исследований не наблюдалось нарушения целостности паяного соединения после испытания термическим циклом для высокотемпературного припоя 96,5 Бп/3,5 Ag (последний сплав в таблице 1) [4].

В идеале температура плавления выбранного припоя должна составлять около 180°С, так чтобы для оплавления использовалась температура 210…230°С; для пайки волной — 235…245°С, а для ручной пайки — 345…400°С. Более высокие температуры ручной пайки могут использовать только высококвалифицированные

монтажники во избежание теплового повреждения.

В спецификации J-STD-006, разработанной IPC, приведен подробный список оловянно-свинцовых и бессвинцовых припоев. Однако ни один из бессвинцовых припоев не считается полной заменой эвтектического оловянно-свинцового. В настоящее время ведутся исследования по разработке бессвинцового припоя, который станет полноценной заменой упомянутому выше оловянно-свинцовому. Это насущное требование, которое неизбежно следует учесть.

Литература

1. Socolowski, Norbert. Lead free alloys and limitations for surface mount assembly. Proceedings of Surface Mount International, 1995, pp. 477—480.

2. Keeler, R. Specialty solders outshine tin/lead in problem areas. EP&P, July 1987, pp. 45—47.

3. Seelig, Karl. A study of lead free solder alloys. Circuit Assembly, October 1995, pp. 46 — 48.

4. Melton, Cindy. How good are lead free solders. SMT, June 1995, pp. 32—36.

Статья подготовлена no материалам сайта www.rayprasad.com

« Современные материалы для бессвинцовой технологииБессвинцовые технологии монтажной пайки. Что нас ожидает? »

Припой

со свинцом и без свинца: что лучше?

Освинцованный и бессвинцовый припои: что лучше?

Опубликовано 1 января 2022 г. сотрудниками EPTAC

Свинцовый припой десятилетиями был предпочтительным материалом для производства электроники из-за его низкой стоимости, более низкой температуры плавления и простоты использования. Тем не менее, существует повышенная обеспокоенность по поводу воздействия свинцового припоя на здоровье и окружающую среду, особенно при использовании в электронике. В 2006 году Европейский Союз запретил некоторые опасные вещества в электронных продуктах, включая свинец. За последние два десятилетия в мире производства электроники произошло динамичное развитие альтернативных материалов для пайки, в основе которых лежит металлическое олово, при этом производители перешли на бессвинцовые альтернативные припои, чтобы исключить свинец из электронного производства. Но каков правильный выбор? Что лучше для производства электроники: свинец или бессвинцовый припой?

Бессвинцовый и этилированный припои
Как правило, этилированный припой состоит из олова и свинца. К преимуществам использования освинцованного припоя относятся: легкость доведения до рабочей температуры, ударопрочность, меньшее количество внутренних дефектов в конструкции после охлаждения. Однако свинец вреден для организма, так как легко усваивается.

Бессвинцовый припой имеет более высокую температуру плавления при 217°C по сравнению с 183°C для свинцовых сплавов. Это затрудняет работу с бессвинцовым припоем. Наиболее распространенным бессвинцовым припоем является оловянно-медный припой с температурой плавления 217°C и смесью 99,3% олова с 0,7% меди. Однако основная причина, по которой производители переходят на использование бессвинцовых припоев, заключается в том, чтобы исключить свинец из производства электроники и процессов переработки отходов.

Стоимость
Свинцовый припой более экономичен, чем бессвинцовый припой, поскольку свинец намного дешевле альтернативных сплавов. Свинец едва ли стоит одну десятую цены олова, что делает свинцовый припой доступным. Кроме того, некоторые производители заменяют олово серебром в качестве альтернативы свинцу в бессвинцовых припоях, что делает их еще более дорогими.

Забота об окружающей среде
Компании, которые ценят охрану окружающей среды, заявляют, что основной причиной использования бессвинцовой пайки является ядовитая природа свинца. Свинец действительно может накапливаться в организме человека даже при небольшом длительном воздействии. Кроме того, свинец может быстро попасть в организм через кожу, рот или нос. Однако количество свинца в припоях слишком незначительно, чтобы вызвать серьезные проблемы со здоровьем.

Какой припой лучше?
Свинцовый припой проще в использовании, имеет более низкую температуру плавления, низкую стоимость и вызывает меньше проблем с качеством соединений, чем бессвинцовый припой; продолжающиеся усилия по исключению свинца из всех электронных продуктов в Соединенных Штатах означают, что свинцовый припой может стать устаревшим в ближайшие 10 лет во многих коммерческих приложениях. Как правило, более экономично и эффективно использовать свинцовый припой из-за его уникальных свойств и преимуществ. В некоторых отраслях по-прежнему используются свинцовые припои из-за этих свойств и преимуществ. Основная причина, по которой вам следует выбирать бессвинцовые припои, если у вас есть такая возможность, заключается в том, что ваше правительство запрещает использование свинца в продуктах или если вы работаете в качестве компании, занимающейся экологическим, социальным и корпоративным управлением (ESG).

Все сектора, использующие припой в больших количествах, вероятно, скоро перейдут на бессвинцовую пайку, если они еще этого не сделали. Секторы производства красок и бензина перестали использовать свинец. По мере того, как производители начинают отказываться от свинцовых припоев, убедитесь, что вы прошли свое обучение и узнайте больше о бессвинцовых и свинцовых припоях от отраслевых экспертов из EPTAC. На курсах пайки высокого уровня вы можете получить практический опыт от инструкторов, которые знают отрасль вдоль и поперек. Продвиньте свое образование в области пайки с помощью обучающих онлайн-курсов от EPTAC.

О компании EPTAC
EPTAC является признанным во всем мире лидером в области обучения пайков и сертификации IPC, предоставляя профессионалам навыки для продвижения по карьерной лестнице, а компаниям — таланты для достижения успеха. Более 30 лет EPTAC помогает корпорациям повышать стандарты качества, повышать производительность и максимизировать прибыль. Имея девятнадцать (19) офисов в Северной Америке, EPTAC продолжает расширять свои предложения и исключительный преподавательский состав, чтобы обеспечить легкий доступ к программам, основанным на знаниях и навыках, когда и где это требуется отрасли. Получите доступ к нашим запланированным программам через наш веб-сайт или запланируйте собственное корпоративное обучение на месте. Для получения дополнительной информации позвоните по телефону 800.643.7822 или свяжитесь с нами.

Категории

У вас есть вопрос об обучении или сертификации IPC?

EPTAC обладает знаниями и опытом, которые помогут вам обучить ваш персонал, понять ваш процесс и повысить производительность. Мы обязуемся оперативно отвечать на ваши вопросы и с нетерпением ждем вашего ответа.

Что такое бессвинцовая пайка? ｜ Бессвинцовая пайка ｜ Припой ｜ Продукция ｜HAKKO

• Что такое бессвинцовая пайка?
• Какое решение для успешной пайки бессвинцовым припоем?

Почему бессвинцовые припои стали популярными?

В 1990-х годах была выявлена ​​проблема, заключающаяся в том, что свинец (Pb), содержащийся в материалах для пайки (таких как Sn-Pb) отработанных электронных компонентов, расплавлялся кислотными дождями и загрязненными грунтовыми водами. С тех пор исследования бессвинцовых припоев продолжаются. С 2000 года под руководством крупных производителей электрооборудования бессвинцовый припой начал внедряться в практическое применение. Использование бессвинцовых припоев стало распространенным явлением из-за растущей глобальной тенденции в отношении экологических проблем, таких как директива RoHS (ограничение на использование опасных веществ, которое будет введено в действие Европейским союзом с 1 июля 2006 г. ).

Что сложного в использовании бессвинцового припоя?

Рассмотрим характеристики бессвинцового припоя.

1. Плохая паяемость

Отсутствие свинца (Pb) снижает текучесть припоя, что приводит к плохой пайке. Это проблематично не только для нацеливания на P.W.B. или комплектующих, но и для жал паяльников.

2. Более высокая температура плавления

Как правило, температура плавления бессвинцового припоя на 20–45 ℃ выше, чем у обычного эвтектического припоя. (Популярный тип содержит примерно 40% свинца.)

Предположим, например, что паяльник настроен на температуру 340 ℃ для использования эвтектического припоя (Sn-Pb). Если эвтектический припой заменяется бессвинцовым припоем (Sn-0,7Cu), паяльник должен быть установлен примерно на 380 ℃, что близко к максимальной температуре для пайки. Такая высокая температура также приводит к сокращению срока службы наконечника (из-за окисления или эрозии), коксованию флюса в припое и разбрызгиванию флюса и припоя.