Бессвинцовая пайка

Опубликовано 01.07.2011 Ведущий Антон Степанов

Разработка нового законодательства об охране окружающей среды, связанного с ограничением на использование опасных веществ, стала причиной постепенного отказа от использования припоев, содержащих свинец. Существуют две основные причины перехода к бессвинцовым технологиям. Первая причина заключается в том, что свинец оказывает вредное воздействие на здоровье человека. Основной потребитель свинца – это автомобильная промышленность. В электронной промышленности удельный вес применения свинца относительно мал от 0,5 до 7%, по данным различных источников. Но вследствие стремительного роста отходов электронных систем, особенно бытовых, проблема избавления от свинца становится все острее. При выборе альтернативы свинцовой пайке следует руководствоваться степенью опасности материалов. Например:
• Кадмий высокотоксичен и применяться не должен. Компания Ford Motors, например, запрещает использование материалов с содержанием кадмия;
• Сурьма также высокотоксична и не рассматривается как основной металл в сплавах.
• Серебро и медь используются в бессвинцовых сплавах в небольших количествах. Уровень опасности этих материалов считается низким;
• Олово и цинк - основные элементы, которые могут использоваться для покрытий пищевой тары, но становятся токсичными при повышенных дозах в пище;
• Висмут - безвредный металл, который может применяться даже в медицине.
Вторая причина отказа от припоев со свинцом – большие термические нагрузки на компоненты, что влечет за собой ужесточение требований к работоспособности узлов пайки. В автомобильной промышленности для уменьшения числа проводов все больше микросхем размещается в моторном отделении, температура которого может превышать 150°С. Прочностные характеристики припоев на основе свинца и олова при циклических термических нагрузках ухудшаются уже при температуре 125°С, а более высокая температура приводит к пластическим деформациям, диффузии, рекристаллизации и росту зерна внутри узла пайки. Обычные припои олово, свинец, серебро с температурой плавления 179°С и олово, свинец с температурой плавления 183°С характеризуются достаточно хорошей стабильностью свойств и микроструктуры, а значит, и надежностью паяных соединений при рабочей температуре до 150°С. Однако механическая стабильность паяных соединений ухудшается при приближении рабочей температуры к точке плавления и при термоциклировании в условиях повышенных температур, поэтому вероятность повреждения сплавов олово-свинец достаточно высока. Один из наиболее оптимальных альтернативных сплавов – олово/серебро/медь. Этот сплав включен в список JEIDA и рекомендован Европейско-британским консорциумом по исследованию перспективных материалов как основной припой для электронной промышленности. Анализ систем сплавов олово/серебро/медь показал, что он наиболее устойчив к появлению трещин при термических нагрузках и самая вероятная альтернатива системе олово/свинец - это припой олово/серебро/медь.