Image19 (18)

i Pb-free

Tabela 3 Tabela 4

■ Podstawy

część 3

W ciągu ostatnich lat uczyniono wiele, by wyeliminować toksyczne substancje z naszego życia. Wyeliminowano benzynę ołowiową, wycofano szereg toksycznych farb i barwników zawierających tlenek ołowiu. Dyrektywa 2002/95/)Ve Parlamentu Europejskiego i Rady z dn. 27 stycznia 2003 nakłada na państwa członkowskie Unii Europejskiej powinność radykalnego ograniczenia zawartości niektórych szkodliwych substancji w sprzęcie elektronicznym (RoliS). produkowanym i wprowadzanym

Jeśli nie ołów, to co?

Do tej pory stosowane były głównie stopy lutownicze o składzie 63Sn37Pb (eutektycz-ny), 60Sn40Pb ewentualnie 62Sn36Pb2Ag (z domieszką srebra). Mają one bardzo dobre własności, w tym niewysoką temperaturę topnienia +183°C dla 63Sn37Pb i +179°C dla 62Sn36Pb2Ag. Wykazują bardzo dobrą zwilżalność miedzi (wettability), tworzą jednorodne, niezawodne złącza, są łatwo dostępne i bardzo tanie, bo ołów jest jednym z najtańszych metali.

Naukowcy przebadali różne metale i najrozmaitsze stopy pod katem przydatności do lutowania. Część potencjalnych kandydatów odpada w przedbiegach, ponieważ są toksyczne, niektóre znacznie bardziej niż ołów. Badania wykazały, że z uwagi na właściwości w grę wchodzą tylko następujące metale: ind (ln), bizmut (Bi), Cynk (Zn), miedź (Cu), srebro (Ag), złoto (Au) i antymon (Sb). Tabela 3 pokazuje względną cenę (w stosunku do cyny) oraz roczne wydobycie poszczególnych kandydatów na następców ołowiu w stopach lutowniczych.

Podstawą nowych, ekologicznych stopów pozostaje cyna. a co najwyżej kilkuprocentowe

na rynek od I lipca 2006. Oznacza to radykalne zmiany w procesie produkcji sprzętu elektronicznego - trzeba zrezygnować ze stosowanych od kilkudziesięciu lat stopów cyny i ołowiu i przejść na lutowanie bezołododatki innych metali obniżają temperaturę topnienia, poprawiają wytrzymałość połączenia i zwilżalność. I tak bizmut obniża temperaturę topnienia i zwiększa zwilżalność, antymon polepsza właściwości mechaniczne, podobnie miedź, która też częściowo polepsza zwilżalność. Interesujące są stopy z zawartością indu i bizmutu, mające niskie temperatury topnienia, jak pokazują przykłady w tabeli 4.

Mają one korzystne niektóre właściwości, niemniej należy pamiętać, że dopuszczalna temperatura pracy krzemowych struktur sięga +150°C, czyli więcej niż wynosi punkt topnienia spoiwa. Nie nadawałyby się w-ięc do niektórych zastosowań.

wiowe (Pb-free i Lead-free). W ostatniej części artykułu przedstawione są informacje o rozmaitych stopach lutowniczych, mogących zastąpić klasyczne spoiwo ołowiowe.

Niemniej stop cyny i indu ma szereg korzystnych właściwości i nadawałby się do większości zastosowań, a nawet byłby lepszy. Niestety, powszechne wykorzystanie indu absolutnie nie wchodzi w grę. Kluczowe znaczenie ma fakt żc światowa produkcja jest znikoma - wynosi tylko około 100 tor, rocznie, a zasoby też są niewielkie, więc wzrost zapotrzebowania spowodowałby gwałtowny wzrost i tak wysokich ccn (ind już teraz jest około 100-krotnie droższy od ołowiu).

I epsza sytuacja jest w przypadku bizmutu, który jest uzyskiwany jako produkt uboczny przy produkcji ołowiu. Bizmut jest tani. a ponadto ma unikalną właściwość: znacząco obniża temperaturę topnienia stopów, których jest składnikiem (słynny stop Wooda ma temperaturę topnienia poniżej 100°C). Niestety, właściwości mechaniczne stopów SnBi są słabe, co ogromnie ogranicza ich praktyczne zastosowanie.

Często właśnie koszt stopu lutowniczego okazuje się decydujący, zwłaszcza w przypadku sprzętu elektronicznego powszechnego użytku, który z założenia musi być jak najtańszy, by sprostać ryrkowej konkurencji. To jest jeden z powodów, dla których także złoto nic

24

Styczeń 2006

Elektronika dla Wszystkich