Debates starp svinu saturošu un{0}svinu nesaturošu lodmetālu elektronikas ražošanā pastāv jau gandrīz divas desmitgades, un, atklāti sakot, tas ir kļuvis sarežģītāks, nevis mazāks. Sn63/Pb37 eitektiskais lodmetāls-, kas kūst precīzi 183 grādos, -nozarē dominēja gandrīz gadsimta daļu, pirms vides noteikumi piespieda veikt lielas pārmaiņas. Mūsdienās SAC sakausējumi (alvas-sudraba-varš) ir kļuvuši par noklusējuma ierīci plaša patēriņa elektronikā, taču svinu saturošs lodmetāls atsakās klusi mirt. Izpratne par metalurģijas atšķirībām, normatīvo vidi un praktiskiem kompromisiem vairs nav obligāta; tas ir svarīgi ikvienam, kas strādā ar PCB neatkarīgi no tā, vai izmantojat ražošanas līniju vai tikai labojat sava bērna salauztu rotaļlietu.
Ķīmija, par kuru neviens nevēlas runāt
Lūk, lieta par svinu lodmetālā, ko lielākā daļa izstrādājumu aizrāda: tas nav nejauši. Svins dramatiski pazeminās kušanas temperatūru. Tīra alva kūst 232 grādu temperatūrā. Pievienojiet 37% svina, un pēkšņi jūs esat 183 grādos. Tā nav mazsvarīga atšķirība-, tā ir atšķirība starp komponentu, kas izdzīvo atkārtoti, un komponentu, kas mirst.
Eitektiskais punkts ir svarīgāks, nekā cilvēki saprot. Ja alvas -svina attiecība ir tieši 63/37, sakausējums uzreiz pāriet no cietas uz šķidru. Nav pastveida diapazona. Nav dīvaini starp-starpstāvokļiem, kad lodmetāls ir pa pusei-izkusis un puse{8}}ciets. Vienkārši tīra, paredzama uzvedība.
SAC305 (96,5% alvas, 3% sudraba, 0,5% vara)? Kūst 217-220 grādu temperatūrā. Un tai nav īstas eitektikas,{8}}vienmēr ir neliels pastveida klāsts. Šķiet mazsvarīgi, līdz strādājat ar termiski jutīgiem komponentiem vai nemēģināt pārstrādāt dēli, neiznīcinot blakus esošās daļas.
Kāpēc svina{0}}notika bez maksas (un kāpēc tas ir sarežģīti)
RoHS. Tā ir īsa atbilde.
Eiropas Savienības direktīva par bīstamo vielu ierobežošanu stājās spēkā 2006. gada 1. jūlijā, un elektronikas nozare nekad nav bijusi tāda pati. Maksimālā pieļaujamā svina koncentrācija: 1000 ppm (0,1 % no svara) viendabīgos materiālos. Japānā bija līdzīgi standarti, lai gan viņiem bija vēl stingrāki 500 ppm.
Bet šeit tas kļūst interesanti. Direktīvā ir iekļauti izņēmumi. Augstas-uzticamības lietojumprogrammās-serveri, tīkla infrastruktūra, medicīnas ierīces, kosmosa, militārās-joprojām var izmantot svinu saturošu lodmetālu. Kāpēc? Jo neviens negribēja, lai elektrokardiostimulatori sabojātos skārda ūsu dēļ. Neviens nevēlējās, lai gaisa kuģu aviācijas elektronika izveidotu aukstus savienojumus 30 000 pēdu augstumā.
Arī atbrīvojumi tiek pagarināti. Vēl 2025. gadā ES līdz 2027. gadam pagarināja svina izņēmumus augstas temperatūras lodmetāliem (svina saturs ir lielāks vai vienāds ar 85%). Oficiālais iemesls? "Aizstājēji vēl nav pietiekami uzticami." Pēc gandrīz 20 gadiem. Ļaujiet tam iegrimt.
Mitrināšana. Viss ir par mitrināšanu.
Esmu redzējis, kā pieredzējuši tehniķi gadiem ilgi cīnās ar -svinu nesaturošu lodēšanu, un lielākā daļa viņu neapmierinātības ir saistīta ar vienu īpašumu: mitrināšanu.
Svina lodēšanas plūsmas. Tas izplatās pa varu kā ūdens uz karstas pannas. Kontakta leņķis ir zems, virsmas spraigums darbojas jūsu labā, un savienojumi veidojas gandrīz dabiski. Jūs faktiski varat vērot, kā tas notiek-, kā lodmetāls velkas pretī karstumam, aptin vadus un piepilda caurumus.
Bez svina-? Tas tur sēž. Spītīgi. Jums tas ir jāpierunā. Plūsma darbojas spēcīgāk, sadedzina ātrāk, un jums ir šaurāks logs, pirms oksidēšanās nogalina jūsu locītavu. Kontakta leņķis ir augstāks, kas nozīmē, ka lodēšanas lodītes uz augšu, nevis izplešas.
Tas nav subjektīvi. SAC sakausējumu mitrināšanas laiks salīdzināmās temperatūrās ir ievērojami ilgāks nekā Sn63/Pb37. Daži ražotāji apgalvo, ka viņu plūsmas preparāti ir aizpildījuši plaisu. Viņi lielākoties melo vai vismaz pārspīlē.
Temperatūras problēmu neviens neatrisināja
Trīsdesmit{0}}četri grādi pēc Celsija.
Tā ir atšķirība starp eitektiskā alvas -svina (183 grādi) un SAC305 (217 grādi) kušanas temperatūru. Tas neizklausās tik daudz, kamēr neņemat vērā to, kas notiek reflow krāsnī.
Maksimālā atplūdes temperatūra svina mezgliem: 225-235 grādi. Bezsvina: 255–265 grādi. Augstākā temperatūrā jūsu sastāvdaļas mirkst ilgāk. Jūsu dēlis vairāk deformējas. Mitrumam, kas ieslodzīts plastmasas iepakojumos, ir vairāk enerģijas, lai iztvaikotu un izraisītu popkorningu. Intermetālisko savienojumu augšana paātrinās.
Un malas sarūk. Izmantojot svinu saturošu lodmetālu, attālums starp kušanu un bojājumiem bija aptuveni 40-50 grādi. Bezsvina gadījumā šis logs sašaurinās līdz 25–30 grādiem. Procesa kontrole kļūst kritiska. Jūsu pārpludes profils ir labāk izsaukts perfekti, pretējā gadījumā jūs nododat dēļus metāllūžņos.
Esmu redzējis, ka ražošanas līnijas pārslēdzas uz bezsvina{0}}un to defektu skaits vienas nakts laikā trīskāršojas. Ne tāpēc, ka kāds būtu izdarījis kaut ko nepareizi,{2}}procesa logs ir kļuvis daudz šaurāks.
Alvas ūsas: spoks mašīnā
Šī ir pelnījusi savu sadaļu, jo tā ir patiesi biedējoša.
Alvas ūsas ir kristāliskas struktūras, kas spontāni izaug no tīras alvas virsmām. Tie ir plāni-dažreiz tikai vienu vai divus mikronus diametrā-, un to garums var sasniegt vairākus milimetrus. Tie rada šortus. Viņi ir nolaiduši satelītus. Viņi ir atspējojuši atomelektrostacijas vadības sistēmas. Tas nav hipotētisks; ir dokumentēti gadījumi.
Svins novērš ūsu veidošanos. Pat nelieli daudzumi-tikai par 3%-ievērojami samazina ūsu pieaugumu. Mehānisms nav pilnībā izprotams, taču empīriskie pierādījumi ir pārliecinoši.
Bezsvina{0}}lodēšanai ir lielāks alvas saturs. Svinu-bezoša virsmas apdare (piemēram, skārda pārklājums) būtībā ir ūsu fermas, kas gaida savu gaitu. Nozares reakcija? Konformāls pārklājums. Rūpīga stresa vadība. Cerot uz to labāko.
Daži ražotāji pievieno bismutu vai citus elementus, lai nomāktu ūsas. Rezultāti ir dažādi. Problēma nav atrisināta-tā zināmā mērā ir pārvaldīta.
Kas patiesībā notiek, kad veicat lodēšanu
Ļaujiet man iepazīstināt jūs ar kaut ko praktisku.
Jūs esat pie sava sola ar{0}}kontrolējamas temperatūras gludekli. Komponentam nepieciešama lodēšana.
Ar 63/37 svina lodmetālu:
Iestatiet dzelzi uz 300-320 grādiem
Pieskarieties savienojumam ar galu, uzklājiet lodēšanu
Divas sekundes, varbūt trīs
Tīra, spīdīga, ieliekta fileja
Gatavs
Tas pats komponents, SAC305:
Gludināt 350-380 grādos
Droši vien vairāk plūsmas
Pieskarieties savienojumam ar galu, uzklājiet lodēšanu
Lodmetāls neplūst gluži pareizi
Pievienojiet vairāk siltuma
Tagad trīs līdz piecas sekundes
Savienojums izskatās graudains, nedaudz blāvs (tas ir normāli, ja -bez svina, taču tas joprojām izskatās nepareizi ikvienam, kurš apmācīts ar svinu)
Varbūt pieņemami, varbūt pārstrādāt
Arī taustes atgriezeniskā saite ir atšķirīga. Svina lodēšanai ir apmierinošs veids, kā pāriet no cietas uz šķidru. Bez svina- ir jaukāks, mazāk definēts. Pieredzējuši cilvēki pielāgojas. Iesācēji cīnās.
Veselības lietas (jo kāds vienmēr jautā)
Jā, svins ir toksisks. Tur nav argumentu.
Hroniska svina iedarbība izraisa neiroloģiskus bojājumus, nieru darbības traucējumus, reproduktīvās problēmas un attīstības aizkavēšanos bērniem. Saskaņā ar CDC standartiem svina līmenis asinīs virs 5 µg/dl tiek uzskatīts par paaugstinātu. Arodekspozīcijas ierobežojumi pastāv pamatota iemesla dēļ.
Bet-un tas ir svarīgi,-galvenais iedarbības ceļš nav saskare ar ādu. Tā ir norīšana. Pēc lodēšanas nomazgājiet rokas. Neēdiet pie sava darbagalda. Pamata higiēna novērš lielāko daļu risku.
Izgarojumi, ko redzat lodēšanas laikā? Tā ir plūsmas degšana, nevis svina tvaiki. Svina viršanas temperatūra ir 1749 grādi. Jūsu lodāmurs netuvojas. Daži svina oksīdi var veidoties un nonākt gaisā, bet koncentrācija tipiskā lodēšanas temperatūrā ir zema.
Ir svarīgi nodrošināt atbilstošu ventilāciju. Dūmu nosūcēji palīdz. Bet bailes par svinu saturošu lodmetālu ir nedaudz pārspīlētas, lai to varētu izmantot hobijiem. Rūpnieciskie iestatījumi ar pastāvīgu ekspozīciju un neatbilstošām vadības ierīcēm ir cits stāsts.
Bez svina-arī tas nav bez riska-. Kolofonija plūsmas tvaiki dažiem cilvēkiem izraisa elpceļu sensibilizāciju. Augstāka lodēšanas temperatūra nozīmē vairāk plūsmas sadalīšanās produktu. "Drošākai" alternatīvai ir savas problēmas.
Uzticamība: neērtā patiesība
Lūk, ko vadošie -bezmaksas evaņģēlisti nereklamē: daži SAC sakausējumi dažos uzticamības rādītājos pārspēj alvas-svinu.
Termiskā riteņbraukšana? SAC305 bieži uzrāda labāku noguruma izturību. Augstas-temperatūras darbība? Bez svina-izturas labāk. Ložņu pretestība? Parasti pārāks SAC sakausējumos.
Bet.
Kritiena trieciena veiktspēja? Svina lodēšana uzvar. Savienojumi ir elastīgāki, mazāk pakļauti trausliem lūzumiem. Vibrācijas pretestība? Arī svina. Aukstā vide? Bezsvina -lodēšana kļūst arvien trauslāka temperatūrā, kas zemāka par 0 grādiem. Pastāv pat parādība, ko sauc par "alvas kaitēkli", kurā alva pārvēršas citā kristāliskā struktūrā zem 13 grādiem, lai gan sakausējumos tas ir reti sastopams.
Patiesā atbilde ir tāda, ka uzticamība ir atkarīga no jūsu pieteikuma. Neviens no tiem nav vispārēji "labāks". Ikviens, kurš saka pretējo, kaut ko pārdod.
Izmaksu sadalījums
Neviens par to nerunā pietiekami daudz.
SAC sakausējumu izejvielu izmaksas ir 2-3 reizes augstākas nekā alvas un svina izmaksas. Sudrabs nav lēts. Viļņu lodēšanas operācijām, kurās tiek uzturēts kausētais lodmetāls, tas ātri palielinās.
Bet tie ir tikai tiešie materiāli. Faktors:
- Augstāk{0}}novērtētie komponenti (daži nevar izturēt bezsvina{1}}atplūdes temperatūru)
- Paaugstinātas enerģijas izmaksas augstākas{0}}temperatūras procesiem
- Biežāka uzgaļa nomaiņa ({0}}bez svina ātrāk apēd dzelzi)
- Stingrāka procesa kontrole
- Augstākas pārstrādes likmes
Vienā pētījumā tika lēsts, ka kopējās izmaksas pieaugs par 5-15% par reklāmguvumu bez svina parastajās SMT līnijās. Jūsu nobraukums mainīsies, taču tas nekad nav bezmaksas.
Tātad, kuru jums vajadzētu izmantot?
Pilnībā atkarīgs no konteksta.
Noteikti bez potenciāla{0}}izsoles:
Produkti, kas tiek pārdoti ES, Japānā vai citos RoHS{0}}saderīgos tirgos
Sadzīves elektronika
Jebkas bez īpašiem izņēmumiem
Droši vien svina:
Prototipu veidošana un hobija darbs (vieglāks, lētāks, piedodošāks)
Aviācija, militārā, medicīnas (kur piemēro atbrīvojumus)
Augstas-uzticamības lietojumprogrammas, kurām ilgtermiņa darbībai{1}} ir lielāka nozīme nekā atbilstībai normatīvajiem aktiem
Pārstrādāt stacijas (jauktu komplektu malā, tas ir vienkārši vienkāršāk)
Pragmatiskais viduszeme: Daudzi profesionāļi glabā abus pa rokai. Bez svina-producēšanai, bez svina pārstrādei un prototipu izstrādei. Vienkārši nesajauciet tos vienā savienojumā-iegūtajam sakausējumam ir neparedzamas īpašības un plašs pastveida klāsts.
Pēdējās domas (sava veida)
Nozare pārcēlās uz līderpozīciju-nevis tāpēc, ka tā ir tehniski pārāka-vairumā aspektu,-bet gan tāpēc, ka to prasīja vides noteikumi. Tas ir labi. Vides aizsardzības jautājumi. Taču neizliksimies, ka pāreja bija nesāpīga vai ka lodēšana bez svina{6}} ir objektīvi “labāka” elektronikai.
Pēc divdesmit gadiem mēs joprojām saskaramies ar alvas ūsu riskiem, joprojām izmantojam izņēmumus kritiskām lietojumprogrammām, joprojām maksājot vairāk par procesu, kuru ir grūtāk kontrolēt. Nākamās paaudzes inženieri, iespējams, nekad nepieskaras svina lodēšanai, kas, iespējams, viņiem ir labi. Viņi nezinās, kas viņiem pietrūkst.
Visiem pārējiem: izmantojiet to, kas atbilst jūsu lietojumprogrammai. Ievērojiet noteikumus, kur tie attiecas. Neticiet nevienam, kurš jums saka, ka tas ir vienkārši. Tā nekad nav bijis.
