Nebezpečí vyplývající ze znečištění pájecí slitiny

Datum: 28.06.2017

Kategorie: Výběr pájecích slitin

Znečištění pájecí slitiny může zapříčinit: vyšší teplotu tavení pájky, horší kvalitu pájených spojů, vyšší náchylnost pájecí slitiny k oxidaci apod. S tím souvisí i zvýšení celkových výrobních nákladů. V následujícím článku zveřejňíme i výsledky analýzy pájecí slitiny, která byla provedena v říjnu 2010, aby pomohla vyřešit výrobní potíže při pájení vlnou.

Čistota pájecí slitiny

Největším problémem kontaminace bezolovnatých pájecích slitin je jejich znečištění mědí a olovem. Objevují se také problémy při znečištění železem. Měď se do pájecích slitin opět dostává nejvíce z desek s plošnými spoji, olovo z pokovení součástek a desek s plošnými spoji a železo z materiálů pájecích van. Dnes se již zřídka vyskytují desky s plošnými spoji s povrchem vodičů z čisté mědi. Standardně je povrch měděných vodičů upraven pro zlepšení pájitelnosti, a navíc je velká plocha kryta pájecí maskou, takže ve styku se slitinou jsou jen pájené body.

Nebezpečí vyplývající ze znečištění pájecí slitiny

Nebezpečí kontaminace mědí je kritické zejména při použití pájecích slitin Sn/Cu, kde zvýšení koncentrace mědi prudce zvyšuje teplotu likvidu slitiny.

Například zvýšení koncentrace mědi na 2% vede ke zvýšení likvidu na cca 300°C.

U slitin Sn/Ag vede kontaminace mědí k neřízeným změnám vlastností slitiny. Slitiny SAC jsou na kontaminaci mědí méně náchylné, protože již malé procento mědi obsahují, a to zabraňuje její další difúzi. Nejlepší způsob, jak zabránit kontaminaci mědí, je správná povrchová úprava desek s plošnými spoji, která zabrání difúzi mědi do pájecí slitiny.

Kontaminace olovem je kritická, zejména pro slitiny, které obsahují vizmut.

Zde je třeba důsledně kontrolovat součástky a desky s plošnými spoji vstupující do procesu. U bezolovnatých pájek působí kontaminace olovem takovým způsobem, že klesne teplota solidu slitiny. To může vést při velkých znečištění k tomu, že se vytváří ternární eutektické fáze, jejichž bod tání leží pod hodnotou pro původní slitinu. Následkem je snížení spolehlivosti pájeného spoje a za určitých okolností může dojít k tomu, že pájené místo bude již během tuhnutí křehké.

Kontaminace pájecí slitiny železem vede k tvorbě intermetalické slitiny FeSn2 - viz. Obr.

Intermetalická sloučenina se vytváří ve formě jehliček zejména v klidných oblastech lázně a výrazně ovlivňuje kvalitu pájení. Proto je třeba se vyhnout při konstrukci nových pájecích vln, zařízení pro selektivní pájení a cínovadel materiálů na bázi železa (titanové slitiny) nebo je opatřit vhodnou povrchovou úpravou (smalt, kompozity). Ideální je použití šedé litiny pro konstrukci pájecí vany. Nebezpečné může být tedy i použití bezolovnatých slitin ve stávajících zařízeních, kde tato ochrana není provedena. To vede jednak ke znehodnocení pájecí slitiny, ale také k degradaci materiálu vany a mechanických dílů uvnitř vany, protože bezolovnatá pájka je při vyšší pájecí teplotě agresivnější než klasická Sn/Pb slitina při nižší pájecí teplotě.

Tab. 1 Meze znečištění bezolovnatých slitin dle IPC-JSTD-006 (hmotnostní %):

Zlato	Au	0,050
Kadmium	Cd	0,002
Železo	Fe	0,020
Olovo	Pb	0,200
Nikl	Ni	0,010
Arzen	As	0,030
Vismut	Bi	0,100
Zinek	Zn	0,003
Indium	In	0,100
Hliník	Al	0,005

Příklad analýzy pájecí slitiny z října 2010

Pro výrobní potíže při pájení vlnou byla u našeho zákazníka provedena analýza pájecí slitiny.

Tab. 2 Analýza pájecí slitiny:

Zlato	Au	0,0002
Kadmium	Cd	<0,0002
Železo	Fe	0,0025
Olovo	Pb	0,0351
Nikl	Ni	0,0118
Arzen	As	<0,0010
Vismut	Bi	0,0881
Zinek	Zn	0,0003
Indium	In	0,0030
Hliník	Al	<0,0003
Stříbro	Ag	0,2871
Měď	Cu	0,9190
Kobalt	Co	<0,0001
Germanium	Ge	0,0005
Fosfor	P	<0,0006
Paladium	Pd	0,0007
Antimon	Sb	0,0108

Závěr vyplývající z analýzy

Pro nízký obsah stříbra bylo doporučeno zvýšit teplotu pájecí slitiny na 270-275°C. To také snižuje riziko neroztavených zbytků pájecí slitiny.
Koncentrace mědi 0,9190% byla shledána jako vysoká. Bylo striktně doporučeno přidávat určité množství pájky bez mědi (SACX 0300).

Do dalších měsíčních témat připravujeme navazující téma o úsporách financí souvisejích s nižší oxidací pájky. V následující tabulce uvádíme pouze odhadovanou cenu pájení s různými pájkami při pájení bez i s dusíkovým krytím:

Tab. 3 Odhadovaná cena pájení s různými typy pájky

		Sn-40Pb	Sn-0,7Cu	Sn-2Ag,0,8Cu-0,5Sb	Sn-3,5Ag	Sn-20In-2,8Ag
Cena (Kč/tuna)		82800,-	125480,-	174600,-	212600,-	1970080,-
Vzduch	% Sn-40Pb	100	113	78	90	100
	Oxidy pájky produkované pájecí vlnou (g/hod)	800	908	626	721	800
	Kč/hod	66,-	114,-	109,-	153,-	1576,-
50ppm N2	% Sn-40Pb	100	114	67	82	100
	Oxidy pájky produkované pájecí vlnou (g/hod)	40	45	31	36	40
	Kč/hod	3,40	5,60	5,40	7,60	78,80