Свинцовая и бессвинцовая пайка

Бессвинцовые технологии

Мы обеспечиваем соответствие нашей продукции требованиям RoHS (в случае, если это необходимо заказчику).

Печатные платы, поставляемые нашей компанией, пригодны для монтажа как свинцовых, так и бессвинцовых компонентов.

Монтаж, выполняемый на нашей линии SMT-монтажа и паяльных станциях, может быть выполнен (при необходимости) с использованием бессвинцовых паяльных паст и припоев.

Заказчик, применяющий бессвинцовые компоненты или бессвинцовые режимы пайки, должен при размещении заказа сообщить нам об этом, чтобы мы могли выбрать соответствующие материалы и покрытия для печатных плат, а также подобрать соответствующую паяльную пасту и режимы монтажа.

Что такое RoHS
В августе 2004 г. Парламент ЕС принял закон о запрете применения опасных для здоровья веществ — RoHS (Restriction of Hazardous Substances). Закон устанавливает, что начиная с 2006 г. все электронные компоненты и оборудование, поставляемые в Европу, не должны содержать свинец, ртуть, кадмий и шестивалентный хром. Эти требования в дальнейшем приняла Япония и в некоторой степени Америка. На Россию и страны СНГ требования RoHS не распространяются, однако мы поставлены перед фактом, что с 2006 г. нам поставляются как свинцовые, так и бессвинцовые компоненты.

Чем грозит бессвинцовость печатным платам?
В случае, если ваша продукция поставляется за рубеж, вам необходимо предоставить покупателям гарантии соответствия требованиям RoHS, то есть гарантировать отсутствие свинца и других вредных веществ.
Если же вы не поставляете печатные узлы за пределы России, вас не должно волновать наличие свинца в устройстве. Можно выбирать любое покрытие площадок, в том числе и HASL, и иммерсионное золото. Однако следует обратить внимание на выбор правильной технологии монтажа, а также на выбор правильного диэлектрика печатной платы в соответствии с этой технологией.

Технология монтажа
Основной повод для беспокойство — это выбор правильной технологии монтажа компонентов исходя из вашей комплектации. В частности, бессвинцовые BGA-компоненты нельзя паять по «свинцовой» технологии — шарики не расплавятся, а свинцовые BGA нельзя паять при бессвинцовой температуре, т.к. вы рискуете их повредить.

Выбор диэлектрика для печатной платы
Надо иметь в виду, что обычный FR4 не годится для печатных плат, которые монтируются по бессвинцовой технологии. Особенно если это многослойные печатные платы. Длительность высокотемпературного воздействия при бессвинцовой пайке существенно выше, что приводит к существенному повреждению печатной платы, особенно переходных отверстий и отверстий для монтажа компонентов. Надежность и долговечность платы, подвергнутой такому воздействию, снижается во много раз. Рекомендуем для таких плат выбирать материал типа FR4 High Tg, с температурой стеклования Tg >=170ºC.

Поставки за рубеж
В случае поставок за рубеж и необходимости соблюдения требований RoHS вы не только должны заказать RoHS-совместимое покрытие печатных плат, но и запросить соответствующий сертификат от производителя плат. В этом документе поставщик декларирует, что поставляемые им печатные платы соответствуют требованиям RoHS.

Свинцовая и бессвинцовая технология монтажа — в чем разница?
Следует иметь в виду, что технология пайки бессвинцовых компонентов отличается от свинцовой пайки. Примерно на 20 градусов выше температура пайки, другой состав припоя и флюса, другие условия хранения и предварительной сушки компонентов. Некоторые старые свинцовые компоненты такую температуру могут не выдержать, причем деградация может иметь «отложенной» во времени. Монтаж же смешанной комплектации вообще является не вполне корректной технологической процедурой. Особенно если в комплектации имеются BGA-компоненты. Мы не рекомендуем применять смешанную комплектацию для поверхностного монтажа. Если же это неизбежно, постарайтесь расположить на одной стороне печатной платы все свинцовые компоненты, а на другой — все бессвинцовые.

Свинец-содержащие и бессвинцовые компоненты
В разных странах, производящих электронные компоненты, подобные законы не идентичны. Кроме того, не согласованы системы обозначения бессвинцовых компонентов, каждая производящая компания разрабатывает собственный график перевода продукции на бессвинцовую технологию. Поэтому любой российский производитель электроники может попасть в ситуацию, когда он не знает, какую в действительности комплектацию получит для монтажа — старую свинец-содержащую, новую бессвинцовую или смешанную. Даже если в спецификации, переданной в отдел закупки, указаны строго определенные типы компонентов, обязательно нужно проверить маркировку поступающих на склад компонентов на соответствие вашим требованиям по бессвинцовости.

Где брать информацию?
Ведущие фирмы, производящие электронные компоненты, размещают на своих сайтах достаточно подробную информацию, касающуюся этого вопроса. Как правило, такой раздел называется «RoHS» или «Lead-free». Рекомендуем вам при выборе комплектующих определенного производителя обязательно ознакомиться с этим разделом.

Бессвинцовые припои

Состав, свойства 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 0 C. Температура плавления большинства бессвинцовых припоев лежит в интервале 200 – 250 0 C. Есть и такие, температура плавления которых ниже 180 0 С.

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 0 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 0 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 0 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 0 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 0 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 .

Секреты бессвинцовой пайки

Как избежать дефектов при ручной пайке компонентов, выполненных по бессвинцовой технологии

1. Евросоюз принял директиву 2002/95/ЕС RoHS (Restriction of Hazardous Substances – запрет вредных веществ). Согласно этому документу, с 1 июля 2006 года начинают действовать ограничения на использование в промышленной электронной продукции и в новой электронной технике некоторых химических материалов, опасных для здоровья и окружающей среды. Среди прочих, действие директивы распространяется и на соединения свинца. Таким образом, запрещается использование свинцовосодержащих припоев.

Даже несмотря на то, что в электронной промышленности используется менее 1% объема всего используемого в промышленности свинца, более того – многие Pb-free припои гораздо токсичнее оловянно-свинцовых, а так же официальный стандарт Green на данный момент отсутствует, ведущие производители выработали общие критерии и собираются их придерживаться в ближайшем будущем. Аналогичные RoHS директивы приняли Китай, Япония и некоторые штаты США.

2. Прежде всего, эта директива коснется практически всех разработчиков и производителей электронной техники и в первую очередь тех, кто экспортирует продукцию в вышеперечисленные страны. Остается очень мало времени, чтобы полностью перейти на выпуск компонентов, не содержащих свинца. В самое ближайшее время крупные фирмы-производители интегральных микросхем — Texas Instruments, AMD, Fairchild Semiconductor, Philips и прочие планируют полностью перейти на бессвинцовые технологии. Так же поступят и производители дискретных полупроводников и пассивных компонентов (ON Semiconductors, Vishay, Samsung Electro-Mechanic). Компоненты, выполненные по традиционной технологии, будут доступны только под заказ. В связи с этим, использование компонентов, не содержащих свинца во всей выпускаемой продукции – это вопрос ближайшего времени для всех производителей электроники. В обозримом будущем данная проблема рано или поздно коснется и всех остальных.

3. Но в сложившейся ситуации, необходимо понимать следующее — мнение о том, что компоненты, не содержащие свинца, требуют особых технологий ручной пайки, не категорично! Такая точка зрения распространена среди разработчиков, производителей электронной техники и специалистов, занимающихся ремонтом. В данном вопросе все ведущие производители единодушны – большинство Pb-free компонентов полностью совместимы со стандартными технологиями ручной пайки оловянно-свинцовыми припоями. И, как раз, очередное противоречие заключается в том, что совместимость с требованиями RoHS, так же как и знак «Pb-free» не означают, что элемент необходимо паять обязательно бессвинцовым припоем. Ведь в процессе пайки необходимо предотвратить термодиструкцию электронных компонентов. И эта неприятность может возникнуть потому, что большинство из «Pb-free» припоев имеют повышенную температуру плавления, которая несовместима с максимальной температурой пайки выбранных компонентов.

4. Таким образом, если выполнять ряд рекомендаций для ручной пайки, приведенных ниже, качество пайки не пострадает:

• Когда речь идет о ручной пайке, выбираются паяльные станции, обладающие достаточным запасом мощности, термостабильностью и возможностью поддержания постоянной температуры при работе на более высоких уровнях, необходимых для бессвинцовых материалов.
• Так как температура плавления бессвинцового припоя выше, чем у свинцовосодержащего, температура жала повышается до 343°C (по сравнению с 315°C). В таком режиме долговечность традиционных паяльных жал резко снижается. Поэтому, в процессе пайки, необходимо использовать насадки, разработанные специально под «Pb-free» пайку.
• Современные паяльные станции обеспечивают приведенные выше требования, но при работе с бессвинцовыми припоями, для соблюдения необходимых температурных профилей некоторых компонентов, имеет смысл быстрее убирать жало пальника с места пайки.
• Смачиваемось у бессвинцовых материалов хуже, чем у свинцовосодержащих (и многое другое у них хуже, например: окисляемость во время пайки, образование кристаллических нитей и пр.). Чем меньше окислов, тем легче идет пайка. Здесь два варианта:
  1. Пайка в среде азота. Азот, будучи инертным газом, предохраняет от окисляемости нагреваемые при пайке металлические поверхности. В этом случае требования к флюсу не категоричны, смачиваемость повышается, с припоями легче работать, качество соединений повышается.
  2. Задачу снятия окислов и обеспечения растекаемости припоя, при ручной пайке в условиях несерийного производства в не меньшей степени выполняет флюс. Это серьезная альтернатива пайке в азотной среде.
• В процессе пайки необходимо следить за состоянием жала паяльной станции во избежание его окисления. Если применяется «Pb-free» припой, следует более тщательно очищать его и, постоянно держать его полностью покрытым припоем.
• При работе с «Pb-free» компонентами, их монтаже-демонтаже, на плате смешанного типа необходимо тщательно очищать посадочные места компонентов, во избежание смешивания припоев «Pb-free» и традиционных, так как несоблюдение этой рекомендации, в случае смешивания припоев образуется «холодная» пайка. Становится более актуальным использование оловоотсосов, оплетки для удаления припоев и пр.
• Так же, следуя вышеприведенному пункту, следует использовать разные жала для пайки «Pb-free» и свинцовосодержащими припоями.

5. Не стоит забывать и о микросхемах в корпусах BGA, с ними сложнее, но эта ситуация «на руку» ассортименту компании «ERSA», а именно модернизированным инфракрасным паяльным центрам IR550plus. С точки зрения работы с «Pb-free» микросхем BGA, аргументы неоспоримы:

• Непревзойденная равномерность локального инфракрасного нагрева.
• Точная и безопасная для чувствительных компонентов отработка термопрофиля.
• Возможность визуального мониторинга процесса пайки (опция – видеосистема PL550A).
• Универсальность и самодостаточность системы.
• Возможность работы со сложнопрофильными компонентами.

Свинцовая и бессвинцовая пайка

Бессвинцовый высокочистый UltraPure® проволочный припой Kester K 100 LD разработан для операций ручной пайки и ремонта по бессвинцовой технологии. В состав сплава K 100 LD входят олово-медь-никель, а также другие элементы снижающие выщелачивание металла в процессе пайки и улучшающие смачиваемость.

Для увеличения надежности изделий, изготовленных по бессвинцовой технологии, проволочный припой K 100 LD.

Припой производится со следующими рекомендованными флюсовыми сердечниками:

— флюс Kester 275 не треб. отмывки, сердечник 66 с 3% концентрацией флюса.

— флюс Kester 48 канифольный активный, сердечник 66 с 3% концентрацией флюса.

— флюс Kester 331 смываемый водой, сердечник 66 с 3% концентрацией флюса.

Совместим с бессвинцовыми покрытиями: K 100 LD хорошо оплавляется на всех типах металлизаций компонентов и контактных площадок на платах. Это снижает дефекты смачиваемости и обеспечивает хорошее растекание и покрытие.

Внешний вид паяных соединений: K 100 LD образует блестящие и гладкие паянные соединения с очень малой усадкой, типичные для свинецсодержащих припоев (Sn63Pb37). Блестящий внешний вид упрощает инспекцию K100LD пайки т.е. нет ни какой разницы, отличий в традиционной инспекции, это снижает время, необходимое для обучение (перенастройки) установок AOI.

Низкое растворение меди: K 100 LD минимизирует растворение меди из обслуживаемых элементов печатных плат. Снижение растворения меди помогает защитить металлизацию элементов, которые были, припаяны или облужены.

Хорошая смачиваемость: Сплав K100LD разработан для обеспечения максимальной смачиваемости при бессвинцовой технологии. Как и у других бессвинцовых сплавов скорость смачивания может проходить несколько медленнее по сравнению с свинцовыми сплавами. Правильный выбор флюса и техника пайки обеспечат гарантированно хороший результат.

Недорогой бессвинцовый сплав: сплав K 100 LD на основе олова-свинца специально разработан без добавок серебра. Отсутствие серебра в K 100 LD является основной причиной низкой стоимости этого материала по сравнению со сплавом SAC 305.

Низкое содержание свинца: K 100 LD производится с содержанием свинца менее, чем 0,05% для достижения (получения) гарантированного соответствия нормам стандарта по ограничению содержания опасных веществ RoHS.

Совместимость флюса: проволочный припой K 100 LD содержит оптимальный процент флюса для хорошей смачиваемости. Смачивающая способность бессвинцовых припоев ниже чем у свинцовых и содержание флюса является одним из критичных параметров, который обеспечивает хорошую бессвинцовую пайку. Также Kester флюсы не выгорают быстро, т.к. они разрабатывались для высоких температур, необходимых для пайки бессвинцовыми сплавами.

Следующие советы помогут Вам достичь хороших результатов при операциях ручной пайки с K 100 LD:

— Используйте насадки с правильной геометрией жала паяльника.

— При пайке работайте при температуре в диапазоне 700 – 800о Форенгейта.

— Увеличивайте время контакта слегка.

— Всегда используйте проволоку с достаточным содержание флюса (рекомендуется 3% для K 100 LD).

— Используйте соответствующий диаметр проволочного припоя для Вашего изделия.

Для исключения проблем сборки при операции ручной пайки следите за выполнением следующих пунктов:

— Всегда используйте бессвинцовые насадки, жала.

— Снижайте напряжение питания или выключайте паяльную станцию, когда она не используется.

— Избегайте чрезмерного использование жидкого флюса.

— Исключайте загрязнения свинцом, изолируйте бессвинцовые и свинцовые зоны.

— Держите паяльные жала хорошо покрытые слоем олова.

— Не используйте абразивные очистители жала паяльника.

— Своевременно меняйте старые, изношенные насадки.

Чтобы получить более подробную информацию,узнать цену и сделать заказ Вы можете обратиться к нашим специалистам, которые Вам всегда с удовольствием ответят.

Какие бывают бессвинцовые припои

Во многих государствах все большее внимание уделяется вопросам экологической безопасности материалов. Накопилась научно подтвержденная информация о вреде свинца и его соединений.

В связи с этим популярность набирает бессвинцовый припой, имеющий хорошие эксплуатационные свойства. Он менее вреден для организма человека.

Общие требования

Количество композиций металлов, не включающих свинец, постоянно увеличивается. Благодаря многолетнему применению на практике, известность получили несколько основных составов. Для многих из них характерно явление эвтектики.

Оно заключается в том, что температура плавления сплава с тщательно подобранным соотношением металлических компонентов ниже, чем у любой другой смеси выбранных металлов. Эвтектические качества бессвинцового припоя позволяют снижать температуру нагрева рабочей зоны, экономить количество потребляемой электроэнергии.

Существуют общее требования к припоям без свинца – отсутствие лишних примесей. Посторонние металлы негативно влияют на качества шва:

• если в сплавах в небольших количествах находится никель, то шов может иметь полости;
• примеси алюминия приведут к получению тусклого и зернистого соединения;
• железо значительно увеличивает вероятность образования окалины;
• медь в избыточном количестве склонна увеличивать смачиваемость;
• сурьма может вызвать образование шва, хрупкого при невысоких показателях температуры.

Важно применять припои, сделанные авторитетными производителями. На предприятиях, профессионально занимающихся получением бессвинцовых припойных сплавов, много внимания уделяется контролю чистоты всех компонентов. Качеству такой продукции можно доверять.

Олово, серебро, медь

Припои из олова и меди применяют давно. Смесь относится к эвтектическим, при этом имеет температуру плавления большую, чем другие припои, не содержащие свинца.

Припойная композиция из олова и серебра имеет отличные эксплуатационные качества. Пайка с ней проводится легко, шов получается прочным и долговечным.

Температура плавления эвтектического композита с серебром равна строго 221 °С. Узкий температурный диапазон плавления – характерная особенность всех бессвинцовых эвтектических смесей.

Припой их трех компонентов: олова, серебра и меди стал применяться гораздо раньше, чем олово-серебряный материал. Он имеет меньший показатель температуры плавления, равный 217 °С.

Некоторые зарубежные производственные компании выпускают бессвинцовый трехкомпонентный композит с соотношением металлов, несколько отличающимся от привычного.

Вследствие этого, температура плавления таких эвтектических смесей может быть иной. Подробная информация о составе обязательно указывается производителем в сопроводительных документах.

Сплавы с висмутом

Лучшей спаиваемостью обладает припой из олова, серебра и небольших количеств висмута. Иногда вместо висмута добавляют германий. Бессвинцовый сплав имеет низкую температуру плавления, которая укладывается в интервал от 200 до 210 ℃.

Значение может изменяться в зависимости от соотношения металлов. Добавки улучшают смачивание деталей расплавом, способствуют образованию качественных швов.

Очень близка температура плавления смеси олова, цинка и висмута к аналогичному показателю свинцовых припоев. Достоинством бессвинцового сплава является отсутствие токсичного компонента.

Однако цинк, как активный металл провоцирует появление многих проблем. Припойная паста подлежит быстрому использованию, при хранении она изменяется.

Паять таким бессвинцовым средством нужно с применением флюсов, в атмосфере инертных газов. Иначе велика вероятность окисления, излишнего зашлаковывания шва.

Какие применять флюсы

В качестве флюсов при проведении бессвинцовой пайки преимущественно применяют композиции в водном растворе, не содержащие летучих органических веществ (VOC).

Они не склонны к воспламенению, обладают активностью в большом диапазоне температур. Составы и пасты на их основе можно хранить в замороженном состоянии сколь угодно долго.

Флюс для бессвинцовой пайки долго не теряет необходимых свойств, обладает хорошим поверхностным натяжением, улучшает текучесть расплавленной массы.

Направления использования

Возможности пайки бессвинцовыми припоями велики. Они включают проведение спаивания волной или в специальных печах.

Можно использовать обычный паяльник. Выбор технологии определяется объектом, условиями эксплуатации спаянного изделия, спецификой производства.

При работе на предприятиях оборонного назначения рекомендуются высококачественные смеси из олова, серебра, меди, к которым при необходимости добавляют сурьму.

Присутствие сурьмы ухудшает экологическую безопасность сплава. Это очень токсичный элемент, смеси с которым применяются только в случае острой необходимости.

Для работы с профессиональной техникой в промышленности, системах связи также пригодны припои из олова, серебра, меди или только оловянно-серебряные составы эвтектического характера.

Для офисного оборудования, аудио- и видеотехники рекомендованы также составы на основе олова, серебра с добавками меди или сурьмы или без таковых. Припои, содержащие висмут, из соображений экономии денежных средств применяются значительно реже.

Влияние на здоровье

Ограниченные возможности применения бессвинцовых припоев в радиоэлектронике, их не очень хорошая смачиваемость и необычная температура плавления вызывают недовольство у многих паяльщиков.

Безопасность оловянных сплавов они ставят под сомнение. Мнение некоторых практиков сводится к тому, что неудобств много, а вред для человека все равно имеет место быть.

Олово, входящее в бессвинцовые припои, обладает токсичностью в случае, если частички попадают в легкие. Олово кипит при температуре 2600°. Это очень высокий показатель, который в процессе пайки, конечно, не достигается. Следовательно, выделение паров олова при спаивании деталей не происходит.

Свинец и все его соединения проявляют сильно выраженное токсическое действие на организм, накапливается в тканях, повреждает почки, кровеносную систему. Особенно он опасен для детей, нарушая развитие нервной системы.

Сам по себе металл не представляет опасности. Олово разрешено к применению в пищевой промышленности. Следовательно, мнение о токсичности бессвинцовых припоев не оправдано.

Пайка с бессвинцовым припоем обычно проводится по известной схеме. Поверхность деталей следует хорошо почистить, расплавить выбранный припой, распределить его на спаиваемой зоне.

Особое внимание нужно обратить на температуру нагрева. Припои без свинца плавятся при меньшей температуре. После охлаждения нужно проверить качество полученного соединения.

Ручная пайка компонентов, выполненных по бессвинцовой технологии.

Ручная пайка компонентов, выполненных по бессвинцовой технологии.

Производители электронного оборудования до недавнего времени при пайке использовали свинец и сплавы на его основе, которые имеют низкую температуру плавления, но к сожалению, сви­нец является токсичным металлом. Из экологических соображений содержащие свинец припои активно вытесня­ются с рынка постановлениями исполнительной вла­сти ЕС, которые оказывают сильное давление на производи­телей, а это привело к ряду проблем о которых пойдет речь в данной статье.

Часто, в разговорах со специалистами по ремонту, можно услышать: «пропаял контакты микросхем, разъемов неисправной платы и она заработала, неисправность исчезла». Обычно такое «волшебство» пропайки (или прогрева) объясняют плохим качеством паяного соединения, но есть и более реальное объяснение. Широко применяемые ранее оловянно-свинцовые припои, состоящие из свинца и олова в приблизи­тельной пропорции 40% свинца и 60% олова, обла­дают хорошей эвтектикой, но несмотря на это мы уже сталкиваемся с необходимостью паять безсвинцовыми сплавами. Евросоюз принял директиву 2002/95/ЕС RoHS (Restriction of Hazardous Substances – запрет вредных веществ). Согласно этому документу, уже с 2006 года начали действовать ограничения на использование в промышленной электронной продукции и в новой электронной технике некоторых химических материалов, опасных для здоровья и окружающей среды. Среди прочих, действие директивы распространяется и на соединения свинца. Таким образом, запрещается использование свинцовосодержащих припоев.

Но олово без укрощающего его свинца ведет себя непредсказуемо. Оловянное покрытие без добавок, как и кадмий и цинк, спонтанно образует кристал­лы металла диаметром около 1-5 мкм и менее одной десятой толщины человеческого волоса, которые про­талкиваются от основания вверх. Если они растут до­статочно близко для того, чтобы прикоснуться к дру­гому токопроводящему объекту, то вызовут корот­кое замыкание, которое может повредить аппаратуру. Таким образом, при ра­боте с безсвинцовыми припоями возникает целый ряд проблем, которые связаны с физическими их свойствами. Поэтому теперь, например, паяльные станции должны быть специально адаптированы для работы с новыми припоями.

Рассмотрим какие же основные проблемы возникают при пайке безсвинцовыми припоями:

— более высокая температура плавления пайки мо­жет повредить электронные компоненты, содержащие пластмассу, могут получить термический «шок» и сами компоненты;

— может возникнуть деформация печатных плат;

— будет наблюдаться слабая увлажненность и растекание в связи с возрастающим эффектом окисления поверхности;

— появится необходимость использования более активных (и коррозийных) флюсов;

— возможно появление перемычек и замыканий;

— вследствие более высокой температуры пайки будет наблюдаться сильное разбрызгивание флюса;

— увеличится время создания качественной пай­ки (контакта);

— вид паяного контакта будет более тусклым;

— снизится ресурс нормальной работы паяльных головок;

— потребуется изменить стиль работы монтажников.

Итак, возможно появление перемычек и замыканий, сильное разбрызгивание флюса. Перемычки и замыкания возникают в виде «усов» олова (это микроскопические проростки металла из мест пайки на печатной плате). Эти таинственные проростки бы­ли виноваты в серьезнейших отказах электроники. Предлагаемый безопасный припой серебро-олово-медь (SAC) лишь замедляет, но не прекращает рост «усов». Но припой SAC оказывает на окружающую среду большее вли­яние, чем вариант олово-свинец. Вероятно, скоро появятся надежные технологии, свободные от свин­ца, хотя специалисты в этом сомневаются (говорят, что такие компа­нии, как IBM и National Instruments, сейчас уже имеют технологии, со­ответствующие требованиям RoHS даже для освобожденных от них изделий, но эта дискуссия специалистов выглядит так, как будто бы она остается открытой, и до сих пор самым последним надежным источником информации по этой проблеме являются изготовители изделий электроники).

Как же избежать дефектов при ручной пайке компонентов, выполненных по бессвинцовой технологии? Крупные фирмы-производители интегральных микросхем — Texas Instruments, AMD, Fairchild Semiconductor, Philips и многие другие полностью переходят на бессвинцовые технологии. Так же поступят и производители дискретных полупроводников и пассивных компонентов (ON Semiconductors, Vishay, Samsung Electr-Mechanic). Компоненты, выполненные по традиционной технологии, будут доступны только под заказ. В связи с этим, использование компонентов, не содержащих свинца во всей выпускаемой продукции – это вопрос ближайшего времени для всех производителей электроники. В обозримом будущем данная проблема рано или поздно коснется и всех остальных.

Существует мнение о том, что компоненты, не содержащие свинца, требуют особых технологий ручной пайки. Такая точка зрения распространена и среди разработчиков, производителей электронной техники и специалистов, занимающихся ремонтом. Все ведущие производители единодушны в том, что большинство Pb-free компонентов полностью совместимы со стандартными технологиями ручной пайки оловянно-свинцовыми припоями.

Совместимость с требованиями RoHS, так же как и знак «Pb-free» не означают, что элемент необходимо паять обязательно бессвинцовым припоем. Но в процессе пайки необходимо предотвратить термодиструкцию электронных компонентов (эта неприятность может возникнуть потому, что большинство из «Pb-free» припоев имеют повышенную температуру плавления, которая несовместима с максимальной температурой пайки выбранных компонентов). Специалисты по технологиям пайки и паяльному оборудования утверждают, что если выполнять ряд рекомендаций для ручной пайки (см. далее), то качество пайки и компоненты электронных схем не пострадают.

Для ручной пайке, необходимо выбирать паяльные станции, обладающие достаточным запасом мощности, термостабильностью и возможностью поддержания постоянной температуры при работе на более высоких уровнях, необходимых для бессвинцовых материалов. Так как температура плавления бессвинцового припоя выше, чем у свинцовосодержащего, температура жала должна быть примерно 343°C (свинцовый припой требовал 315°C). В таком режиме долговечность традиционных паяльных жал резко снижается и поэтому, в процессе пайки, необходимо использовать насадки, разработанные специально под «Pb-free» пайку. Современные паяльные станции обеспечивают приведенные выше требования, но при работе с бессвинцовыми припоями, для соблюдения необходимых температурных профилей некоторых компонентов, имеет смысл быстрее убирать жало пальника с места пайки. Смачиваемось у бессвинцовых материалов хуже, чем у свинцовосодержащих. Кроме того, у них хуже окисляемость во время пайки, наблюдается образование кристаллических нитей и пр.. Известно, что чем меньше окислов, тем легче идет процесс пайки, поэтому часто используют пайку в среде азота или используют специальные флюсы. Азот, будучи инертным газом, предохраняет от окисляемости нагреваемые при пайке металлические поверхности. В этом случае требования к флюсу не категоричны, смачиваемость повышается, с припоями легче работать, качество соединений повышается. При ручной пайке в условиях несерийного производства задачу снятия окислов и обеспечения растекаемости припоя, в не меньшей степени выполняет флюс. Это серьезная альтернатива пайке в азотной среде. В процессе пайки необходимо следить за состоянием жала паяльной станции во избежание его окисления.

Если применяется «Pb-free» припой, следует более тщательно очищать его и, постоянно держать его полностью покрытым припоем. При работе с «Pb-free» компонентами, их монтаже-демонтаже, на плате смешанного типа необходимо тщательно очищать посадочные места компонентов, во избежание смешивания припоев «Pb-free» и традиционных, так как несоблюдение этой рекомендации, в случае смешивания припоев образуется «холодная» пайка. Становится более актуальным использование оловоотсосов, оплетки для удаления припоев и пр. Так же, следуя вышеприведенному пункту, следует использовать разные жала для пайки «Pb-free» и свинцовосодержащими припоями.