Эволюция технологий пайки в электронной промышленности ознаменовалась кардинальным переходом от традиционных припоев на основе свинца к экологически безопасным бессвинцовым альтернативам. В течение многих лет пайка на основе свинца, в основном с использованием сплавов олово-свинец, была отраслевым стандартом, ценившимся за доступность и превосходные физические свойства. Однако растущая осведомленность об опасностях для окружающей среды и здоровья, связанных со свинцом, привела к ужесточению правил, что побудило к исследованию и внедрению решений для бессвинцовой пайки.
В этой статье подробно рассматривается критическое сравнение между свинцовой и бессвинцовой пайкой печатных плат, анализируются их физические, химические, экологические и функциональные характеристики. От температуры плавления до смачиваемости, образования оловянных усов, затрат, воздействия на окружающую среду и долговечности — мы исследуем, как выбор между этими методами пайки может существенно повлиять на производство электроники.
Что такое припой на основе свинца
Припой на основе свинца относится к типу припоя, который содержит свинец в качестве одного из основных компонентов. Наиболее распространенной рецептурой припоя на основе свинца является сплав олово-свинец (Sn-Pb), в котором соотношение олова и свинца обычно составляет около 60:40. Это определенное соотношение часто называют эвтектическим составом, где сплав имеет определенную температуру плавления, что позволяет ему напрямую переходить из твердого состояния в жидкое и наоборот.
Припой на основе свинца исторически широко использовался в различных отраслях промышленности, особенно в производстве электроники, из-за его благоприятных свойств, таких как относительно низкая температура плавления (около 183 ° C или 361 ° F), простота использования и экономическая эффективность. Это популярный выбор для создания паяных соединений на печатных платах (PCB) для соединения электронных компонентов, таких как резисторы, конденсаторы и интегральные схемы.
Однако использование припоев на основе свинца с годами сократилось из-за растущей обеспокоенности по поводу опасностей для окружающей среды и здоровья, связанных с воздействием свинца. В результате произошел глобальный сдвиг в сторону использования альтернативных припоев, не содержащих свинца, в соответствии с правилами, направленными на снижение воздействия опасных веществ в электронных продуктах.
Что такое бессвинцовый припой
Бессвинцовый припой — это тип припоя, который не содержит свинца в качестве одного из своих основных компонентов. Переход к бессвинцовой пайке вызван проблемами окружающей среды и здоровья, связанными с использованием припоев на основе свинца. Различные бессвинцовые припои были разработаны в качестве альтернативы традиционному припою олово-свинец (Sn-Pb) с целью сохранить рабочие характеристики и надежность паяных соединений, одновременно устраняя токсичное воздействие свинца. Температура плавления бессвинцового припоя может находиться в диапазоне от 50 до 200 °C и выше. Для достаточной смачивающей способности бессвинцового припоя требуется примерно 2% флюса по массе.
Доступно несколько бессвинцовых припоев, и производители могут выбрать тот, который лучше всего соответствует их конкретным требованиям. Некоторые распространенные бессвинцовые припои включают в себя:
Олово-Висмут (Sn-Bi): Этот сплав имеет более низкую температуру плавления по сравнению с другими бессвинцовыми альтернативами, что делает его пригодным для применений, где желательны более низкие температуры пайки.
Олово-Серебро (Sn-Ag): Этот сплав без меди является еще одним популярным бессвинцовым сплавом. Он обеспечивает хорошую стойкость к термической усталости и широко используется в производстве электроники.
Олово-Цинк (Sn-Zn): Этот сплав используется в некоторых составах бессвинцовых припоев, предлагая альтернативу без использования серебра или меди.
Бессвинцовая пайка стала стандартной практикой во многих отраслях промышленности, особенно в производстве электроники, в целях соблюдения экологических норм, таких как Директива об ограничении использования опасных веществ (RoHS).
Свинцовый припой против бессвинцового припоя
Свинцовый припой и бессвинцовый припой — это два типа припоев, используемых в различных отраслях промышленности, особенно в производстве электронной техники, таких как сборка печатных плат (PCB). Вот сравнение свинцового и бессвинцового припоев.
Температура плавления
Свинцовый припой (например, Sn-Pb) с температурой плавления 183°C контрастирует с бессвинцовыми припоями (например, Sn-Ag-Cu) с температурой плавления 217-227°C. Бессвинцовый припой решает экологические проблемы, но создает такие проблемы, как более высокие температуры плавления. Сдвиг в отрасли отражает баланс между экологической ответственностью и техническими соображениями. С бессвинцовыми припоями труднее работать из-за их повышенной температуры плавления, которая значительно отличается от более низкой температуры плавления свинцовых сплавов (83°C/361°F).
| Паяльный состав | Температура плавления |
| Припой Pb-37Sn на основе свинца | 183 ° C | 361.4F |
| Бессвинцовый припой Sn-3.5Ag | 221 ° C | 429.8F |
| Бессвинцовый припой Sn-58Bi | 139 ° C | 282.2F |
| Бессвинцовый припой Sn-0.7Cu | 227 ° C | 440.6F |
| Бессвинцовый припой Sn-8.8Zn | 198 ° C | 388.4F |
| Бессвинцовый припой Sn-3.4Ag-4.8Bi | 205 ° C | 401F |
| Бессвинцовый припой Sn-3.8Ag-0.7Cu | 217 ° C | 422.6F |
| Бессвинцовый припой Sn-8Zn-3Bi | 197 ° C | 386.6F |
Нажмите здесь проверить влияние различных концентраций элементов на температуру плавления припоя.
Внешность
С точки зрения физических свойств, свинцовый припой мягче, чем бессвинцовый, что потенциально влияет на контактное сопротивление. Несмотря на высокую температуру плавления, бессвинцовый припой подвергается меньшему количеству модификаций и термических воздействий, что делает его надежным для поверхностной сборки с течением времени. Однако бессвинцовый припой выглядит менее блестящим и более гладким, чем этилированный, а его более низкая смачиваемость вызывает опасения по поводу надежности соединения. Баланс этих факторов имеет решающее значение при выборе между этилированным и бессвинцовым припоем для конкретных применений.
| параметры | Свинцовый припой | Бессвинцовый припой | Единицы |
|---|
| Электрическая проводимость | 11.5 | 15.6 | МАКО |
| Теплопроводность | 50 | 73 | (Вт/м) * 1 к * 1 с |
| Температура плавления | 183 | 218 | ° C |
| Удельное Сопротивление | 15 | 11 | МОм-см |
| Поверхностное Натяжение | 481 | 548 | мН / м |
| Усталостная жизнь | 3 | 1 | |
| TCE | 23.9 | 21.4 | микрометры/М/°С |
| Плотность | 8.5 | 7.44 | г / см3 |
| Прочность на сдвиг | 23 | 27 | МПа |
Воздействие на окружающую среду и здоровье
Токсичность свинца является серьезной проблемой, поскольку он биоаккумулирует и выделяет вредные вещества во время пайки, что приводит к проблемам с дыханием, раздражению глаз и потенциальным канцерогенным эффектам. Меры предосторожности, такие как ношение масок и предотвращение проглатывания во время пайки свинцом, имеют решающее значение. Директивы ЕС WEEE и RoHS, вступающие в силу с начала 2000-х годов, запрещают использование свинца в производстве электроники во всем мире. Бессвинцовая пайка все чаще применяется компаниями, заботящимися об окружающей среде, осознавая опасность свинца для здоровья, особенно для уязвимых групп населения. Несмотря на исключение свинца в некоторых отраслях, припой остается источником воздействия, что подчеркивает важность мер предосторожности для здоровья работников отраслей, выделяющих свинец.
На рисунке ниже показаны некоторые симптомы отравления свинцом у человека.
Долговечность
Свинцовые паяные соединения, известные своими прочными интерметаллическими соединениями, могут обеспечить лучшую устойчивость к термоциклированию. Напротив, бессвинцовые паяные соединения, более склонные к растрескиванию, подвержены влиянию более высоких температур обработки. Факторы, влияющие на долговечность, включают циклическое изменение температуры, механическое напряжение и рабочую среду. Постоянное развитие бессвинцовых припоев направлено на повышение надежности и сокращение разрыва со свинцовыми припоями. Выбор зависит от требований применения, экологических проблем и баланса между производительностью и устойчивостью.
Цена
Свинец, стоимость которого составляет примерно 2 доллара за кг, значительно дешевле олова (около 30 долларов за кг) и серебра (более 750 долларов за кг). Более низкая стоимость свинца способствует более экономичному производству припоев на основе свинца, что влияет на общую цену сплава по мере увеличения процентного содержания свинца.
Свинцовый припой, с его экономической эффективностью и налаженными производственными процессами, контрастирует с бессвинцовым припоем, включающим более дорогие элементы и требующим более высоких материальных затрат и сложности производства. Динамика рынка, соблюдение нормативных требований, а также долгосрочные соображения по охране окружающей среды и здоровья способствуют разнице в затратах. Затраты на сырье играют ключевую роль в формировании бизнес-политики, напрямую влияя на прибыльность печатных плат и продукции.
Хотя свинцовый припой может быть дешевле в денежном выражении, бессвинцовый припой соответствует экологическим и санитарным нормам, что способствует его более широкому распространению. Выбор зависит от конкретных потребностей применения, взвешивания экономической эффективности, устойчивости и соответствия нормативным требованиям. С точки зрения производства, этилированный припой считается более экономичным из-за более низких затрат на материалы, особенно по сравнению с более дорогими компонентами бессвинцового припоя, что делает его разумным выбором с точки зрения качества.
Свинец или бессвинец: какой из них следует использовать?
Для производителей, работающих в странах с ограничениями на свинцовую электронику, использование бессвинцовых припоев становится обязательным. Напротив, любители могут выбрать припои на основе свинца в небольших масштабах из-за их простоты использования и экономической эффективности.
Однако для коммерческого использования бессвинцовые припои считаются разумным выбором, соответствующим экологическим нормам и соображениям здоровья. Несмотря на преимущества припоев на основе свинца, их токсичная природа затрудняет оправдание их использования. Решение о выборе конкретного типа припоя должно учитывать такие факторы, как здоровье, экологическая безопасность, затраты, требования к конструкции и другие соответствующие соображения. Баланс этих факторов обеспечивает ответственный и осознанный выбор подходящего припоя для конкретного применения.
Влияние на различные типы пайки
Выбор между этилированной и бессвинцовой паяльной пастой может повлиять на качество конечного продукта, но тщательный контроль параметров пайки со стороны производителей печатных плат может смягчить эти эффекты. Компоновка печатной платы и соответствующий выбор компонентов играют решающую роль в решении проблем контроля качества.
Решение использовать продукты, не содержащие свинца, для таких процессов, как пайка волной или пайка через отверстия, основано на конкретных параметрах конструкции и требованиях к использованию собранных печатных плат. Более высокие температуры, связанные с бессвинцовой пайкой, требуют тщательной компоновки платы и выбора компонентов, чтобы предотвратить разложение металла или повреждение чувствительных электронных компонентов, особенно во время процессов оплавления с длительным воздействием высоких температур.
Производители печатных плат должна помочь обеспечить соответствие материалов RoHS и глобальным ограничениям на свинец.
Заключение
В заключение отметим, что пайка является важнейшим процессом в электронике и имеет два типа: свинцовый припой и бессвинцовый припой. Несмотря на преимущества свинцового припоя в отношении температуры плавления, смачиваемости, стоимости и внешнего вида, проблемы окружающей среды и здоровья сделали бессвинцовый припой вынужденным выбором. Бессвинцовый припой, хотя и более безопасен, имеет такие проблемы, как более высокая температура плавления и низкая смачиваемость, что влияет на надежность. Правильный выбор припоя зависит от специфики проекта, поэтому для принятия оптимальных решений необходимо понимать свойства и различия между этилированным и бессвинцовым припоем.
Свяжитесь с нами на VictoryPCB по sales@victorypcb.comи давайте обсудим лучшие решения для пайки, соответствующие вашим потребностям. Ваше решение имеет значение для построения устойчивого и эффективного электронного будущего. Действуйте сейчас и найдите более разумные, безопасные и надежные решения для пайки. Ваш успех на расстоянии одного шага!
