Jeśli chodzi o produkcję elektroniki, wybór lut Stop nie jest decyzją uniwersalną. Każdy stop ma swój własny zestaw mocnych stron, kosztów i przydatności do różnych procesów produkcyjnych i środowisk końcowych.
Niezależnie od tego, czy budujesz smartfony, czy montujesz moduły sterujące do pojazdów, stop lutowniczy, którego używasz, wpłynie na niezawodność, możliwości produkcyjne i zgodność. Niniejszy przewodnik zawiera praktyczne spojrzenie na to, czym różnią się stopy lutownicze i jak dokonać właściwego wyboru dla danego zastosowania.
Co to jest stop lutowniczy?
Stop lutowniczy to mieszanka metali zaprojektowana do tworzenia niezawodnych połączeń elektrycznych i mechanicznych między powierzchniami metalowymi. Podczas gdy czysta cyna W tym celu można technicznie użyć stopu z innymi pierwiastkami, co znacznie poprawia wydajność poprzez dostosowanie właściwości, takich jak temperatura topnienia, zwilżalność, wytrzymałość i odporność na utlenianie. Typowe pierwiastki stopowe obejmują ołów (Pb), srebro (Ag), miedź (Cu), nikiel (Ni), antymon (Sb) i bizmut (Bi).
Kombinacje te są starannie zaprojektowane, aby sprostać wymaganiom konkretnych zastosowań - niektóre z nich lepiej nadają się do wysoce niezawodnych zespołów lotniczych, podczas gdy inne są zoptymalizowane pod kątem produktów konsumenckich o dużej objętości.
Kluczowe czynniki przy wyborze stopu
Koszt jest zawsze brany pod uwagę, szczególnie w przypadku produkcji wielkoseryjnej. Srebro, na przykład, poprawia zwilżanie i wytrzymałość, ale także znacznie zwiększa koszt materiału. Stopy o niższej zawartości srebra lub formuły niezawierające srebra mogą pomóc obniżyć koszty bez znacznego pogorszenia wydajności, w zależności od zastosowania.
Wytrzymałość i niezawodność mają równie duże znaczenie - zwłaszcza w przypadku zespołów, które będą poddawane naprężeniom termicznym lub mechanicznym. W takich przypadkach stop o doskonałej odporności zmęczeniowej i trwałości połączenia jest lepszą inwestycją, nawet jeśli wiąże się z nieco wyższą ceną.
Temperatura topnienia stopu również odgrywa kluczową rolę. Wyższe temperatury topnienia mogą powodować większe naprężenia termiczne na komponentach i podłożach, co jest szczególnie problematyczne w przypadku części wrażliwych na temperaturę. Tymczasem niższa temperatura topnienia mogą ułatwić przetwarzanie, ale mogą nie zapewniać wystarczającej wytrzymałości lub niezawodności w wymagających środowiskach.
Zgodność z przepisami i ochroną środowiska często wpływa na wybór stopu. W 2006 roku dyrektywa w sprawie ograniczenia stosowania substancji niebezpiecznych (RoHS) zmieniła zasady gry, ograniczając stosowanie ołowiu w elektronice sprzedawanej na wielu światowych rynkach. Doprowadziło to do powszechnego przejścia z tradycyjnych lutów cynowo-ołowiowych na alternatywy bezołowiowe, szczególnie w zastosowaniach konsumenckich i komercyjnych. Jednak niektóre branże - takie jak lotnictwo i wojsko - są nadal zwolnione z tego obowiązku i nadal polegają na niezawodnych lutach ołowiowych.
Ołów a lut bezołowiowy
Przez dziesięciolecia najpopularniejszym stopem do lutowania był Sn63Pb37, eutektyczny stop cyny i ołowiu znany ze swoich doskonałych właściwości zwilżających, szybkiego krzepnięcia i niskiej temperatury topnienia wynoszącej 183°C. Te cechy sprawiały, że łatwo było z nim pracować, zwłaszcza w warunkach produkcji masowej. Pomimo zmian regulacyjnych, jest on nadal używany w sektorach, w których obowiązują zwolnienia, głównie ze względu na jego niezrównaną wydajność pod względem niezawodności i łatwości przetwarzania.
Ponieważ dyrektywa RoHS pchnęła znaczną część przemysłu elektronicznego w kierunku lutowania bezołowiowego, doprowadziło to do fali innowacji w rozwoju stopów. Producenci zaczęli badać nowe pierwiastki stopowe w różnych kombinacjach, aby zidentyfikować realne alternatywy. Ostatecznie okazało się, że wiele stopów bezołowiowych ma wyższe temperatury topnienia i inne właściwości zwilżania, co wymagało dostosowania procesów i materiałów.
Krótkie spojrzenie na generacje stopów bezołowiowych
Żaden pojedynczy stop nie okazał się idealnym substytutem tradycyjnego ołowiu cynowego. Zamiast tego, rozwój stopów postępował etapami, z których każdy zajmował się ograniczeniami swoich poprzedników.
Stopy bezołowiowe pierwszej generacji zawierać SAC305Jest to mieszanka cyny, srebra i miedzi zawierająca 3% srebra i 0,5% miedzi. Stał się on standardem branżowym ze względu na solidną ogólną wydajność i dostępność w różnych formach lutowia - pasty, prętów i drutu. SAC305 ma jednak swoje wady. Jest droższy niż cynowo-ołowiowy i mniej wybaczający pod względem naprężeń termicznych i niezawodności mechanicznej.
Stopy drugiej generacji zostały wprowadzone w odpowiedzi na te obawy. Obejmują one opcje o niskiej zawartości srebra, takie jak SAC105 i SAC0307, a także alternatywy niezawierające srebra, takie jak SN100C®. Stopy te obniżają koszty, a w niektórych przypadkach oferują takie korzyści jak żużel dolny lub zmniejszoną erozję miedzi podczas lutowania na fali. Zazwyczaj jednak wykazują one wyższe temperatury topnienia i, w niektórych przypadkach, niższą wytrzymałość mechaniczną.
Stopy trzeciej generacji przyjęły nowe podejście, wykorzystując pierwiastki takie jak bizmut, których wcześniej unikano ze względu na niekompatybilność z ołowiem. W miarę wycofywania starszych procesów ołowiowych, stopy takie jak AIM REL61 oraz REL22 oferowały znaczące korzyści. REL61, na przykład, obniża koszty i poprawia wydajność w porównaniu do SAC305. REL22, z drugiej strony, został zaprojektowany dla wysoka niezawodność, rywalizując z ołowiem cynowym w trudnych lub krytycznych zastosowaniach.
Dopasowanie stopu do zastosowania
Wybór odpowiedniego stopu zależy zarówno od procesu, jak i wymagań dotyczących produktu końcowego. Poniżej znajduje się kilka ogólnych wskazówek dotyczących tego, kiedy stosować dany rodzaj stopu:
- Ogólne zastosowania bezołowiowe: SAC305 pozostaje popularny ze względu na swoją wszechstronność i ugruntowaną pozycję na rynku. Jest dostępny w praktycznie wszystkich formach produktów lutowniczych i jest kompatybilny z mieszanymi środowiskami bez Pb/Pb.
- Ekonomiczne i niezawodne lutowanie na fali: SN100C jest tutaj bardzo skuteczny. Zmniejsza rozpuszczanie miedzi i powstawanie kożucha, poprawiając stabilność procesu. Oferuje również dobrą wydajność mechaniczną i często jest bardziej ekonomiczny niż SAC305.
- Procesy w pełni wolne od borowodorków i uwzględniające koszty: REL61 zapewnia doskonałą równowagę między wydajnością i wartością. Zawartość bizmutu poprawia zwilżanie i zmniejsza puste przestrzenie, ale czyni go potencjalnie niekompatybilnym z procesami, w których może występować ołów.
- Aplikacje o wysokiej niezawodności: REL22 został zaprojektowany do pracy w ekstremalnych warunkach - w przemyśle motoryzacyjnym, lotniczym lub przemysłowym. Oferuje doskonałą odporność na zmęczenie i stabilność termiczną, ale wiąże się z wyższymi kosztami materiałowymi.
- Wymagania dotyczące niskich temperatur: W przypadku zespołów wrażliwych na temperaturę, takich jak te wykorzystujące niektóre tworzywa sztuczne lub delikatne elementy, Sn42/Bi57/Ag1 topi się w temperaturze zaledwie 138°C. Jest to idealne rozwiązanie tam, gdzie należy zminimalizować naprężenia termiczne.
- Sektory starsze lub zwolnione: Sn63Pb37 pozostaje niezrównany pod wieloma względami i nadal jest stosowany tam, gdzie obowiązują wyłączenia RoHS. Jego eutektyczny charakter zapewnia przewidywalne przetwarzanie i mocne, trwałe połączenia.
Przemyślenia końcowe: Wybór odpowiedniego stopu
Wybór stopu lutowniczego nie jest decyzją uniwersalną. Wymaga zrównoważenia parametrów technicznych, kosztów, zgodności i kompatybilności z istniejącymi procesami.
Ponieważ branża nadal wprowadza innowacje, nowsze stopy, takie jak REL61 i REL22, podnoszą poprzeczkę pod względem wydajności, niezawodności i wartości. Zrozumienie kompromisów między różnymi kompozycjami może pomóc producentom zoptymalizować produkcję, poprawić trwałość produktu i obniżyć całkowity koszt posiadania.
Jeśli nie masz pewności, który stop najlepiej pasuje do Twojego zastosowania, skonsultuj się ze swoim zespół techniczny dostawcy lutów. W AIM ściśle współpracujemy z klientami, aby ocenić wymagania procesowe i polecić materiały dostosowane do ich celów. Ponieważ jeśli chodzi o lutowie, odpowiedni stop robi różnicę.
