Přehled

Vzhledem k dopadu olova na životní prostředí je nutné zastavit jeho používání. Protože získávání a recyklace olova z desek plošných spojů je technologicky náročná a drahá, je nutné zavést takovou technologii výroby, která používání olova v elektronice nevyžaduje.

Právní pohled

V EU se již rozběhly přípravy na omezení používání olova v elektrotechnickém průmyslu. WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) nastavuje kritéria pro sběr, zacházení, recyklaci a využití elektrického a elektronického odpadu. RoHS (Restriction on Hazardeous Substances) předchází nutnost recyklace vyhozených elektrických zařízení zákazem použití nebezpečných látek už při jejich výrobě. Toto nařízení zakazuje používat např. Olovo, kadmium, hexavalent, chromium, cadmium, hexavalent chromium, samozhášecí látky na bázi halogenů. Toto budou první zákony, které přímo zakáží či omezí používání olova v elektrotechnickém a elektronickém průmyslu .

Implementace: WEEE ............... 13. srpen 2005
RoHS .......................................... 1. cervenec 2006

V Japonsku se ještě neplánuje žádné omezení používání olova zákonem. Organizace JEITA (Japan Electronics and Information Technology Industries Association) nicméně vydala doporučení, že všechny hlavní společnosti by měli dokončit přechod na bezolovnatou technologii do roku 2005 a ostatní společnosti by tak měli učinit do roku 2006

Slitiny – možné náhrady olova

•  Základní kov : Cín (Sn)

•  Doplnující kovy:

1. Stríbro (Ag) : Snížení bodu tavení, lepší smáčení, zlepšení pevnosti spoje
2. Bizmut (Bi) : Snížení bodu tavení, lepší smáčení
3. Med (Cu) : Zlepšení pevnosti spoje
4. Zinek (Zn) : Nízká teplota tání, nízká cena
5. Antimon (Sb) : Zlepšení pevnosti spoje, snížení povrchového napetí pro zlepšení rozlévání a prevenci nadzvedání součástek (tombstoning)
6. Indium (In) : Snížení bodu tavení
7. Nikl (Ni) : Prevence odsmáčení
8. Germanium (Ge) : Prevence oxidace

Vždy bylo zřejmé, že základním kovem bezolovnaté pájecí slitiny musí být cín (Sn) vzhledem k jeho nezávadnosti, metalickým vlastnostem, světovým zásobám, ceně, atd… Prvky, které se kombinují s cínem, přičemž hlavním cílem je dosažení bodu tavení konvenční pájecí slitiny Sn/Pb 183 ° C budou stříbro (Ag), měď (Cu), zinek (Zn), bizmut (Bi), antimon (Sb), atd. Protože pomocí kombinace pouze dvou kovů nemůžeme dosáhnout požadovaných vlastností, je nutná vyvinout kombinaci 3 a/nebo 4 kovů. Slitiny na bázi Sn-Ag, které mají nejspolehlivější metalické vlastnosti, se dělí na tři typy podle obsahu třetího kovu, Bismuth (Bi), který pomáhá snižovat bod tavení celé slitiny.

Trendy ve výběru slitiny

Níže uvedené bezolovnaté slitiny jsou nejpopulárnější a již se používaly i v praxi ve výrobě. Jednotlivá sdružení zabívající se elektrotechnickým průmyslem vydala v různých zemích následující doporučení:

Doporučení různých sdružení
•  Evropa (IDEALS, ITRI) : SnAg3.4 ~ 4.1Cu0.45 ~ 0.9
•  Japonsko (JWES/JEITA) : SnAg3Cu0.5
•  USA (NCMS, NEMI) : SnAg3.9Cu0.6

Obecný trend
Pájení vlnou: Sn-Cu, Sn-Ag-Cu
Pájení přetavením: Sn-Ag, Sn-Ag-Cu, Sn-Zn-Bi

Výběr vhodné slitiny vzhledem k procesu

Slitina	Bod tání ( ° C)	Typ pájení
		Vlna	Přetavení	Ruční
Sn-Ag	221	Vhodná	Vhodná	Vhodná
Sn-Cu	227 ~ 229	Vhodná	Nevhodná	Vhodná
Sn-Ag-Cu	217 ~ 218	Vhodná	Vhodná	Vhodná
Sn-Ag-Cu-Bi	214 ~ 220	Vhodná	Vhodná	Přijatelná
Sn-Zn-Bi	193 ~ 199	Přijatelná	Vhodná	N/A
Sn-Ag-Cu-Sb (CASTIN)	217 ~ 218	Vhodná	Vhodná	Vhodná

Metody pokovení součástek

Většina výrobců součástek plánuje kompletně přejít na bezolovnaté verze od konce roku 2005. Někteří výrobci začali take nabízet součástky s vyšší tepelnou odolností (260 ° C).

1. Plošky na DPS : pokovení zlatem, povrch SnAg3Cu0.5
2. Elektrody, ukončení,
BGA kulicky: SnAg3Cu0.5
Polovodiče : SnBi > SnCu > Sn
Pasivní součástky: Sn > SnCu > SnBi
Konektory : SnCu > Sn > Au

Kompaktibilita mezi jednotlivými slitinami a povrchovými úpravami

Z hlediska pájitelnosti, slitina SnAg by byla nejvhodnější pro povrchovou úpravu desek, zvlášť v kombinaci s SnAg pájkou. Nicméně, vzhledem ke snižování výrobních nákladů, technologie OSP je stale nejpoužívanější i přes poněkud horší vlastnosti v kombinaci s bezolovnatými pájkami. Pokovení slitinou NiAu se v omezené míře stale používá při výrobě počítačových nebo telekomunikačních zařízeních.

Slitina	Povrchová úprava
	SnAg	NiAu	SnZn	OSP
Sn-Ag	výborná	výborná	špatná	uspokojivá
Sn-Cu	uspokojivá	výborná	špatná	uspokojivá
Sn-Ag-Cu	výborná	výborná	špatná	uspokojivá
Sn-Ag-Cu-Bi	výborná	dobrá	špatná	uspokojivá
Sn-Zn-Bi	uspokojivá	dobrá	dobrá	špatná
Sn-Ag-Cu-Sb (CASTIN)	výborná	výborná	špatná	uspokojivá

 

Hlavní body pro zavádění bezolovnaté technologie pájení

Pájecí slitina : vzhledem k tomu, že spolehlivost pájeného spoje má největší prioritu a s přihlédnutím k dočasnému použivání bezolovnaté a klasické technologie zároveň, je nejvhodnější začít nejdřív používat slitinu SnAgCu pro bezolovnaté pájení . Vybírejte pájecí pasty s vysokou aktivační schopností a tavidla pro pájení vlnou s vysokou tepelnou odolností .

Elektrické součástky : vybírejte součástky s co nejvyšší tepelnou odolností. Oveřte před zavedením každé součástky její povrchovou úpravu. Co nejdříve ověřte, jestli součástky, které hodláte používat, jsou i ve verzi bez olova.

Pájecí zařízení : protože bezolovnaté pájení vyžaduje vyšší teploty, oveřte, že současné vybavení je schopné pracovat při těchto teplotách. Někdy je nutné zavést technologii pájení v ochranné atmosféře.