Slitina SN100CV – nový standard v pájení?

V elektronickém průmyslu jsou pájecí materiály nezbytné pro spolehlivé propojení komponent a desek plošných spojů (DPS). S nárůstem miniaturizace a složitosti zařízení se zvyšují požadavky na kvalitu a spolehlivost pájecích materiálů.

Tento článek se zaměřuje na inovativní slitinu SN100CV, která přináší nové možnosti a zlepšení do procesu pájení. Slitina je vyráběna v německém výrobním závodě Balver Zinn Cobar a v Česku a na Slovensku pak dále distribuovaná firmou PBT Rožnov p.R.

Význam a složení SN100CV

SN100CV je patentovaná slitina vyvinutá společností Nihon Superior, která svůj patent k výrobě dále poskytuje pouze několika málo firmám na světě. Kombinuje bezolovnaté slitiny s bismutem a mikrolegovaným niklem a germaniem. Přidání bismutu zvyšuje pevnost cínové matrice o přibližně 30 % ve srovnání se standardními slitinami. SN100CV dosahuje nebo dokonce překračuje pevnostní hodnoty běžně používané slitiny SAC305, která obsahuje cín, stříbro a měď.

Fyzikální vlastnosti a složení

SN100CV je založena na eutektické slitině cínu s přídavkem niklu a germania, kterou obohacuje o 1,5 % bismutu. Tato kombinace snižuje teplotu tání slitiny z 227 °C na rozmezí mezi 221 °C až 225 °C. SN100CV je dostupná ve všech formátech, včetně pájecí pasty, pájecího drátu s tavidlem, pevného pájecího drátu a různých tvarů pájecích tyčí, což umožňuje její využití ve všech dostupných pájecích procesech.

Mechanismy zpevnění

Zpevňování slitiny SN100CV je dosaženo díky bismutu. Přidání bismutu do cínové matrice vytváří pevnostní napětí, které zabraňuje pohybu atomů cínu, což zvyšuje pevnost a tepelnou stabilitu slitiny. Tento proces zajišťuje, že pájené spoje jsou odolnější vůči mechanickému namáhání a teplotním cyklům.

Obr. 1  Mikroskopické snímky v řezu pájených spojů se slitinou SN100CV^® a SAC305 po teplotním cyklování

Spolehlivost a tepelná stabilita

V SN100CV bismut zvyšuje pevnost pájky. SN100CV je ale také termicky velmi stabilní. Co se týče pevnosti v tahu, mezního napětí a pevnosti v řezu, SN100CV dosahuje nebo dokonce překračuje hodnoty běžných slitin se stříbrem, jako je SAC305.

Termická stabilita SN100CV není významně ovlivněna tzv. srážkovým zpevněním, při kterém rychlý růst intermetalických fází může vést ke zkřehnutí. Naopak stárnutí slitin obsahujících různé koncentrace stříbra po dobu 2 520 hodin při 125 °C demonstruje limity srážkového zpevnění kvůli jevu známému jako Ostwaldovo zrání. Během tohoto procesu částice stříbra rostou a struktura pájky se stává hrubší.

Obr. 2  Růst (koagulace) částic Ag₃Sn a hrubnutí struktury pájek s různým obsahem stříbra po 2 520 hodinách při 125 °C

Ekonomické výhody SN100CV

Jednou z hlavních výhod slitiny SN100CV je také její ekonomická výhodnost. Absence drahých prvků, jako je stříbro, výrazně snižuje výrobní náklady. SN100CV tak představuje cenově dostupné řešení, které nekompromituje kvalitu a spolehlivost pájených spojů. Pro mnoho výrobců elektroniky to může znamenat značné úspory, aniž by museli obětovat spolehlivost svých výrobků či zásadně měnit proces výroby. Tento faktor je zvláště důležitý v dnešní době, kdy jsou náklady na suroviny vysoké a tlak na cenu finálních produktů je stále intenzivnější.

Výsledky zrychleného stárnutí SN100CV

Testy zrychleného stárnutí, které zahrnovaly teplotní šoky a cyklické namáhání, prokázaly, že SN100CV si zachovává své pevnostní vlastnosti i po dlouhodobém vystavení extrémním podmínkám. Mikrostruktura slitiny SN100CV zůstává jemnozrnná, což přispívá k její vysoké odolnosti proti stárnutí a degradaci. Během těchto testů bylo zjištěno, že SN100CV vykazuje lepší výsledky než běžně používané slitiny, čímž je vhodná pro aplikace v náročných prostředích, jako jsou automobilový průmysl a letectví.

Další výhody SN100CV

Kromě zmíněných vlastností má SN100CV i vylepšené smáčecí vlastnosti, které umožňují snadnější a rychlejší pájení, a tím se zkracuje výrobní čas a zvyšuje efektivita výroby. Dále SN100CV minimalizuje tvorbu whiskerů, což jsou tenké, kovové výrůstky, které mohou způsobit zkraty v elektronických obvodech. Tento jev je běžný u některých bezolovnatých slitin, ale SN100CV díky svému složení tento problém minimalizuje.

Slitina SN100CV představuje zajímavý pokrok v oblasti pájecích materiálů. Její vlastnosti, jako je vysoká pevnost, tepelná stabilita a spolehlivost, ji činí ideální volbou pro náročné aplikace. Díky své ekonomické výhodnosti a spolehlivosti překonává standardně používanou slitinu SAC305. Použitím slitiny SN100CV tedy mohou výrobci dosáhnout vyšší kvality a spolehlivosti svých produktů, což je klíčové pro zajištění dlouhé životnosti a vysokého výkonu jejich elektronických sestav.

David Pisárik, PBT Rožnov p.R., s.r.o., www.pbt.cz