Pájky s nízkým obsahem stříbra aneb je méně více?

Po desetiletí elektronické výroby se užívají pájecí slitiny na bázi olova vyvinuté pro výkonné pájecí technologie, metalurgii a další procesy. Vše se změnilo po 1. 7. 2006, když nařízení RoHS Evropské unie zakázalo v elektronice používání olovnatých pájek.

V době po nařízení RoHS dominovaly při pájení mikroelektroniky téměř eutektické slitiny cín-stříbro-med (např. slitina SAC 305 = Sn96,5Ag3Cu0,5). Jejich schopnosti smáčení jsou podobné a teplota liquidu je natolik nízká, že v některých případech se dalo využívat konvenční vybavení pro pájení vlnou a reflow.

Nicméně určité vlastnosti této slitiny (například vysoké rozpouštění mědi a nadměrná tvorba strusky), charakteristické pro pájky s vysokým obsahem stříbra v kombinaci s vysokou cenou stříbra, si žádají cenově výhodnější provedení elektronické pájky. Abych zdůraznil cenový rozdíl mezi starými a novými procesy, v roce 2010 jen ceny kovu pájky cín-olovo jsou okolo 14 USD/kg, zatímco pájka slitiny SAC 305 stojí 35 USD/kg.

Výrobky Alpha™ jsou výsledkem intenzívního vývoje firmy Cookson Electronics. Cookson jako světový lídr v pájecích materiálech napomáhá průmyslu přizpůsobit se požadavkům RoHS. Jedinečné zaměření na kvalitu, spolehlivost a výrobní náklady kontroluje nejenom vstupní náklady, ale také přidanou hodnotu svým zákazníkům.

Cookson Electronics provedl rozsáhlé interní zkoušky mechanických, teplotních a elektrických vlastností bezolovnatých pájek s nízkým obsahem stříbra. Tyto studie prokázaly, že slitiny s nízkým obsahem stříbra (jako Alpha™ SACX 0307 Plus = Sn98,9Ag0,3Cu0, 7Bi0,1), které zahrnují i něco málo dalších prvku, mají zlepšené pájecí vlastnosti srovnatelné s pájkami s vyšším obsahem stříbra (odolnost proti teplotní zátěži, výborná úroveň smáčení) při současném vyloučení problému, které vykazují pájky s vysokým stříbrem (snížená spolehlivost při pádu a velké změny v mikrostruktuře pájky).

Jako výsledek těchto studií Cookson Electronics vyhodnotil slitiny SACX 0307 Plus, SACX 0807 Plus a jim podobné jako slitiny mající výjimečnou kombinaci vlastností pro pájení vlnou.

Je možné tyto výjimečné vlastnosti převést na pájecí pastu při pájení reflow? První odpověď je ANO. Ale je zde hodně věcí a speciálních situací, které se musí prozkoumat.

Tavící teplota nízkostříbrných pájek je například o 45 °C vyšší než u pájek cín-olovo. Výsledný vysokoteplotní proces muže představovat problémy, jestliže podmínky procesu nejsou přesně kontrolovány. Teplotní profily musí být omezeny, abychom zabránili poškození desek a elektronických součástek, ale současně musí být dostatečně rychlé, aby se tavidlo v pájecí paste brzy aktivovalo, dříve, než se pájka přetaví.

Obdobně teplota v reflow zóně a hodnota TAL (cas nad liquidem) musí být omezeny tak, aby vysoká teplota nezpůsobila škody ve vnitřních strukturách elektronických součástek. Zároveň teplota reflow a hodnota TAL musí být dostatečně velká, aby vznikly spolehlivé pájené spoje.

Studie ukázaly, že úspěšného výrobního procesu s nízkým počtem chyb muže být dosaženo použitím pájecí pasty s nízkým obsahem stříbra. K těmto pastám firmy Cookson se radí Alpha OM-340, OM-350 a CVP-360 mající obsah pájky 85–89 %. Tyto pájecí pasty splňují nařízení RoHS a neobsahují záměrně přidané halogeny. Všechny používají bezoplachové tavidlo, které dále usnadňuje výrobní proces.

www.ermeg.cz