Припой не содержащий свинца

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°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.

Сплав Температура плавления, °C
Sn96,5/Ag3/Cu0,5 221
Sn95,5/Ag3,8/Cu0,7 217
Sn96,7/Ag2/Cu0,8/Sb0,5 216 — 222

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

Сплав Температура плавления, °C
Sn96,5/Ag3,5 221
Sn98/Ag2 221 — 226

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.

Читайте также:  Нитрат свинца темный осадок

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

Сплав Температура плавления, °C
Sn93,5/Ag3,5/Bi3 206 — 213
Sn90,5/Ag2/Bi7,5 207 — 212
Sn89/Bi3/Zn8 189 — 199
Sn70/Bi20/In10 143 — 193
Bi67/In33 107 — 112

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).

Сплав Температура плавления, °C
Sn95/Sb5 232 — 240
Sn20/Au80 (Золотой припой) 280

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 .

Источник

Бессвинцовый припой

Бессвинцовый припой – говоря простым языком, это категория материалов, в химическом составе которых отсутствует свинец. Изначально, материалы, входящие в данную категорию, создавались из экологических соображений. Это связано со структурой свинца, дело в том, что этот металл очень тяжелый, он негативно влияет на окружающую среду и может навредить здоровью человеческого организма.

Материалы, в составе которых отсутствует свинец, но имеются другие вредные вещества, например, такие как ртуть и кадмий, также относятся к категории бессвинцовых. Можно привести самый простой пример – обычный оловянный припой. В его составе не имеется никаких химических элементов кроме чистого олова. Из-за этой особенности он повышает свои свойства электропроводности, а также становится более подвержен к влиянию влаги и воды.

Читайте также:  Удельный вес золота серебра свинца

Для борьбы с некоторыми явными недостатками, вместе с припоем из чистого олова дополнительно используют золото, серебро медь и т.д. Данные химические элементы позволяют компенсировать отсутствие свинца в составе расходного материала. В частности, они значительно повышают прочность материала, не делая его вредным для окружающей среды и человеческого организма. Однако из-за присутствия дополнительных элементов, температура плавления вещества значительно повышается, что значительного ограничивает спектр использования материала.

Бессвинцовый припой является относительно новым веществом. На сегодняшний день не удается создать альтернативный материал, который полностью смог бы повторить свойства расходного материала со свинцом в составе. Общее количество имеющихся минусов пока значительно превышает плюсы применения материала данного вида. Однако один плюс, который выражается в безопасности для окружающей среды и человека позволяет выигрывать данному материалу у классического свинцового припоя. В данном случае безопасности использования отдается большее предпочтение, нежели прочности созданного соединения. Производство бессвинцового припоя выполняется в строгом соответствии с государственными стандартами. Наиболее востребованным видом материала является припой с дополнительным химическим элементом – серебром.

Достоинства и недостатки

Каждый материал вне зависимости от его основного назначения, обладает рядом плюсов и минусов. Припой без содержания свинца в составе не является исключением. Его популярность использования обусловлена следующими преимуществами:

  • высокий уровень безопасности для экологии и человеческого организма;
  • отсутствие в химическом составе вредных, токсичных веществ;
  • повышенная степень электропроводности;
  • материал, особенно тот, который состоит их чистого олова, обладает повышенным уровнем смачиваемости;
  • большой ассортимент моделей припоев от разных производителей;
  • модели, имеющие в составе медь в качестве дополнительного элемента, достаточно стойки к влиянию высокой температуры.
  • если проводить параллели со свинцовыми сплавами, соединения олова с различными дополнительными элементами значительно понижает уровень смачиваемости, относительно свинцовых моделей припоев;
  • бессвинцовый припой, несмотря на достаточно хорошую способность к проводимости электрического тока, нельзя использовать в технике, из-за проявляющегося недостатка, в виде роста так называемых «усов», которые подвержены возникновению разного рода трещин;
  • из-за повышенной отметки точки температурного плавления, данный вид материала нельзя использовать при пайке тонкого или чувствительного к высоким температурам металла, так как это негативно повлияет на физические свойства и целостность материала.

Классификация

  1. Припои для пайки без содержания свинца делятся на несколько основных типов, можно рассмотреть наиболее часто используемые.
  2. В качестве дополнительного элемента используется медь. Припой данного вида был создан для пайки печатных плат. Это выполняется с помощью волны припоя. Однако, если проводить параллели с другими версиями бессвинцового припоя, данная обладает пониженным свойством прочности. Также этот тип требует плавления при высокой температуре, что не всегда требуется.
  3. В качестве дополнительного элемента используется серебро. Данный вид оловянного припоя, где свинец в химическом составе заменяется серебром, является наиболее часто используемым относительно всех других видов. Эта модификация отлично поддается пайке. В наплавленном состоянии он обладает хорошим свойством прочности и другими механическими характеристиками. Вещество начинает плавиться при достижении отметки в двести двадцать градусов по Цельсию. Данная модификация бессвинцового припоя в некоторых случаях способно посоревноваться в характеристиках с классическим свинцовым расходным материалом.
  4. Оловянный припой с двумя дополнительными химическими элементами в составе в виде серебра и меди. Данную версию бессвинцового припоя стали использовать самой первой. Она обладает невысокой отметкой температурного плавления. Значительный процент, который принимает значения в девяносто, в составе занимается оловом. Соединения, созданные с применения данного подвида бессвинцового припоя, обладают достаточно высокими механическими свойствами. Данный тип, если сравнивать с двумя вышеописанными, является наиболее лучшим вариантом с экономической точки зрения.
  5. В качестве дополнительных элементов используются висмут и серебро. Этот тип, относительно всех вышеописанных, обладает самой низкой температурной отметкой плавления. Это свойство значительно сужает спектр применения данного материала. Из всех видов бессвинцовых припоев, этот лучше всего поддается спаиванию.
Читайте также:  При отливании свинцом расшифровка фигур

Химический состав и физические характеристики бессвинцовых припоев популярных производителей

Производством бессвинцового припоя занимается достаточно большое число разнообразных производителей. Стоит поподробнее рассмотреть химический состав и физические свойства наиболее популярных брендов.

Indalloy 227 – основным назначением данной модели припоя является пайка бессвинцовых материалов и печатных плат. Вещество начинает плавиться при достижении температурной отметки в 187 градусов по Цельсию. Состав выглядит следующим образом (значения в процентах):

Alloy H – использования данного припоя в процессе пайки, требует применять метод «волны». Данное вещество категорически нельзя применять для пайки с содержанием свинца и висмута. Оно подвергается плавлению при достижении температурной отметки в 212 градусов по Цельсию. Химический состав выглядит так:

TinZinc Indium – данную модель припоя можно использовать только для материалом, в химическом составе которых отсутствует свинец. Она начинает подвергаться плавлению при достижении температурно отметки в 178 градусов по Цельсию. Химический состав:

Castin – при спаивании чего-либо данным припоем требуется использование повышенных температур. Материал начинает плавиться при достижении температурной отметки в 215 градусов по Цельсию. В химический состав припоя входят следующие вещества:

Tin Silver-Copper – при совершении пайки с помощью данного припоя требуется использовать температуру равную значению 260 градусов по Цельсию и выше. Вещество подвергается плавлению при достижении отметки в 217 градусов по Цельсию. Химический состав включает в себя три химических элемента и выглядит следующим образом:

Как выбрать?

Выбирать ту или иную модель бессвинцового припоя следует исходя из его химического состава. Чаще всего в химическом составе бессвинцового припоя преобладает олово, в связи с этим характеристики данного металла в большей степени, нежели чем свойства других передаются расходному материалу. Соответственно это влияет на мягкость итогового результата соединения – она достаточно высокая. Помимо этого у него значительно снижается значение температурной точки, при достижении которой материал начинает подвергаться плавлению.

Важно знать: в том случае, если в ассортименте магазина вам не удалось найти нужную модель бессвиноцового припоя, то в качестве заменителя можно использовать отечественный продукт ПСР 45, стоит отметить, что в его составе присутствует незначительная доля свинца, которая равна примерно половине одного процента от общего состава.

Чем больше меди содержится в составе бессвинцового припоя, тем выше его температура плавления, а, следовательно, и твердость. Всего лишь пары процентов от общего состава достаточно для того, чтобы кардинально изменить характеристики материала.

Серебро придает припою точно такие же свойства, как и медь, однако делает это в более мягком режиме. В связи с эти бессвинцовый припой с содержанием серебра продается по несколько большей цене, нежели медные варианты. Расходные материалы с содержанием редких материалов, таких как висмут и сурьма, предназначаются для сложных частных случаев и используются достаточно редко. Их цена самая высокая относительно всех других версий бессвинцого припоя.

Многие люди могут задаться вопросом: «Как выполняется пайка с использование припоя без свинца в качестве расходного материала. Стоит сказать, что процедура практически ничем не отличается от пайки с использованием классического припоя с содержанием свинца.

Предварительно нужно провести очистку рабочей поверхности и полностью высушить ее. Для этого без проблем можно использовать практически любой растворитель. Далее нужно расплавить припой на рабочую зону пайки. После чего ему необходимо самостоятельно остыть при комнатной температуре. Следующим шагом будет являться проверка получившегося соединения на прочность и качество. Основной отличительной особенностью использования бессвинцового припоя в отличие от классического, является использование особого режима подогрева.

Источник