Что нужно знать о бессвинцовой технологии (RoHS)

Традиционно для пайки электронных компонентов в промышленности используются припои с содержанием свинца. Такие сплавы имеют невысокую температуру плавления, хорошо смачивают контактные поверхности и отличаются сравнительно невысокой ценой, что удешевляет производство конечной продукции. Однако, в течение последних двух десятилетий во многих странах были приняты законы об ограничении использования вредных веществ в производстве. Это стало стимулом к переходу микроэлектронной промышленности на использование технологии бессвинцовой пайки. Об ее особенностях, преимуществах и недостатках пойдет речь в данной статье.

Недостатки свинцовой пайки

Основная причина, по которой производители ограничивают использование свинцовых припоев – это токсичность самого свинца. Он относится к тяжелым металлам, и его пары при плавлении, попадая через незащищенные дыхательные пути в организм человека, способны накапливаться в нем и вызывать тяжелое отравление. Эти риски компенсируются использованием средств индивидуальной защиты работников. Однако, это не решает проблему попадания свинца в окружающую среду при утилизации отходов производства, бракованных и отслуживших свой срок изделий.

Поэтому в 2003 году Европейский Союз принял Директиву RoHS, а в 2007 году – регламент REACH. Эти законодательные акты направлены на ограничение использования токсичных компонентов в промышленности, в том числе свинца в производстве электронной продукции. Данные требования обязывают производителей, находящихся в странах ЕС или экспортирующих свою продукцию на их территории, контролировать уровень вредных веществ в своей продукции.

Аналогичные попытки полностью исключить или радикально снизить содержание свинца в электронной продукции предпринимаются и в других странах с различным успехом. Так, в США еще в 1993 году по инициативе сенатора Альберта Гора в Конгресс была выдвинута «бессвинцовая» инициатива, которая не возымела действия из-за противодействия промышленных концернов. В Японии само правительство не стало вводить соответствующие законодательные акты, но инициативу взяли на себя местные ассоциации промышленников и отдельные концерны (например, Matsushita, Sony, NEC и т. д.).

Еще один недостаток, свойственный свинцовым припоям – снижение качества соединения с контактами, покрытыми золотом. Этот инертный металл имеет антикоррозионные свойства и продлевает срок эксплуатации электронных изделий, а также повышает электропроводность контактных поверхностей, что очень важно в производстве компьютерной техники, устройств связи и т. д.

Особенности технологии бессвинцовой пайки

Отказ от свинца в составе припоев заставляет производителей искать замену этому металлу. Первой и самой очевидной альтернативой ему является олово – металл, давно известный и используемый в промышленности. Он обеспечивает хорошую смачиваемость контактов и электропроводность соединения. Однако, чистое олово чувствительно к низкой температуре – уже при +13ᵒС оно становится нестабильным, а при дальнейшем охлаждении превращается в порошкообразную серую форму. Также из-за внутренних напряжений, возникающих при застывании этого металла, или под воздействием внешнего давления в нем образуются длинные кристаллические выросты («оловянные усы») которые вызывают замыкания между соседними контактами.

В бессвинцовой пайке используются различные сплавы олова с другими металлами (серебром, золотом, медью, висмутом, цинком, никелем и т. д). Такие составы различаются своими физико-химическими свойствами, из-за чего применяются в различных отраслях электронной промышленности – например:

• Сплавы олово-серебро-медь (Sn/Ag/Cu) имеют температуру плавления 217-221ᵒС, что делает их идеально подходящими для пайки плат с высокими рабочими температурами.
• Двухкомпонентные припои олово-серебро (Sn/Ag) плавятся при 221-226ᵒС и обеспечивают повышенную прочность соединения, поэтому применяются в промышленной электронике и системах связи;
• Сплав олово-медь. Точка плавления данного сплава составляет 227°С. Данный состав имеет низкую стоимость. Его можно также использовать при пайке изделий, работающих при высоких температурах, к примеру в автомобильной промышленности.
• Добавление к олову висмута ухудшает смачиваемость контактов, но снижает температуру плавления припоя до 133-140ᵒС – такие сплавы используются для пайки чувствительных к температуре компонентов.

Наиболее близким по свойствам «эталонному» оловянно-свинцовому припою Sn63/Pb37считается сплав, содержащий 95,5% олова, 3,8% серебра и 0,7% меди. Но припой SAC 305 с составом 96,5% олова, 3,0% серебра и 0,5% меди является наиболее распространенным, используемым в производстве электронной продукции различного назначения.

В то же время использование бессвинцовых припоев сопряжено с определенными проблемами, среди которых:

• повышенная цена бессвинцовых составов, обусловленная более высокой стоимостью входящих в их состав металлов по сравнению со свинцом и ведущая к удорожанию конечной продукции;
• необходимость высоких затрат на переоснащение производства на бессвинцовую технологию, что также повышает стоимость конечной продукции;
• зачастую сниженное качество паяных соединений с помощью бессвинцовых припоев, сокращающее срок эксплуатации электронных изделий и ограничивающее их применения в условиях повышенных нагрузок;
• эрозия медных контактных поверхностей и паяльного оборудования компонентами бессвинцовых сплавов.

На сегодняшний день бессвинцовая технология не является полноценной заменой свинцовым припоям. Однако, производители паяльных составов продолжают исследования в этой области для поиска сплавов с повышенными физико-химическими свойствами и приемлемой ценой. В каталоге компании «СМТ Технологии» представлен большой выбор как свинцовых, так и бессвинцовых припоев, предназначенных для различных видов пайки. Мы поставляем качественные паяльные составы от ведущих производителей, а наши сотрудники  помогут выбрать среди них подходящий конкретно для ваших задач.