Ołów a lutowanie bezołowiowe-Lut ołowiany był przez wiele lat preferowanym materiałem stosowanym w produkcji płytek PCB. Jednak w ostatnim czasie wzrosły obawy o wpływ produktów ołowiowych na zdrowie i środowisko naturalne konsumentów. Z tych powodów, w lipcu 2006 r. Unia Europejska wprowadziła regulacje dotyczące ograniczenia stosowania substancji niebezpiecznych w sprzęcie elektrycznym i elektronicznym (RoHS).

Podobnie jak Stany Zjednoczone Ameryki Północnej, niektóre kraje nie wprowadziły ustaw nielegalizujących stosowanie ołowiu w produktach konsumenckich. Mimo to niektóre firmy żądają stosowania lutu ołowiowego na zamawianym przez nie produkcie elektronicznym. Zatem, który lut jest najlepszy do użycia w świecie elektronicznym? Jaka jest różnica między lutem ołowiowym a bezołowiowym? Ten artykuł szczegółowo odpowiada na te pytania i oferuje więcej spostrzeżeń na temat lutu ołowiowego i lutu bezołowiowego.  

1. Ołów a lutowanie bezołowiowe-Czym jest lut ołowiowy i bezołowiowy?

Większość producentów elektroniki używa lutu do przyklejania komponentów do płytek PCB. Niezależnie od tego, czy jest to lut bezołowiowy, czy ołowiowy, wszystkie pełnią tę samą funkcję. Niemniej jednak, różne urządzenia i przypadki użycia wykorzystują różne techniki lutowania. 

1.1 Lut ołowiany

Ogólnie rzecz biorąc, lut ołowiany składa się z cyny i ołowiu. Zaletą stosowania lutu ołowiowego jest jego odpowiednia płynność. Ma on niższą temperaturę topnienia niż lut bezołowiowy, co powoduje mniejsze oddziaływanie termiczne na elementy. Ponadto, po ostygnięciu lutu, przyjmuje on jaśniejszy wygląd niż lut bezołowiowy, co ułatwia wykrycie problemów takich jak utlenianie. Ponadto, lut ołowiowy jest tańszy i łatwiejszy w użyciu niż lut bezołowiowy. 

1.2 Ołów a lutowanie bezołowiowe-Lut bezołowiowy

Głównym powodem, dla którego producenci przechodzą na stosowanie lutu bezołowiowego, jest chęć wyeliminowania ołowiu z produkcji elektronicznej i procesów recyklingu odpadów. W ciągu ostatnich dwóch dekad w świecie produkcji elektronicznej nastąpił dynamiczny rozwój alternatywnych materiałów lutowniczych skoncentrowanych na cynie. To alternatywne podejście wykorzystuje materiały o właściwościach różniących się od składu eutektycznego ołowiu i cyny.

Ponieważ żołnierze są skuteczne w 80% ich temperatury topnienia, wymagają wydajności podobnej do superstopów silników odrzutowych. Jednak wymagania dotyczące połączeń lutowanych stale rosną z powodu rosnącej gęstości i właściwości naprężenia z miniaturyzacji. Dlatego lutowie bezołowiowe potrzebują projektu PCB, który mieści wysoką temperaturę topnienia i właściwości anizotropowe.

2. Porównanie właściwości lutu ołowiowego i bezołowiowego

Stosowanie dużych ilości ołowiu w produktach konsumpcyjnych przez dłuższy czas powoduje szkodliwe skutki dla środowiska i ludzi. Obecnie firmy przestawiły się na lutowanie bezołowiowe, aby wesprzeć swoje działania w zakresie odpowiedzialności społecznej, polegające na ochronie środowiska. Dlatego też ważne jest, aby dowiedzieć się, jak lut bezołowiowy porównuje się z lutem ołowiowym i zbadać, która opcja jest lepsza do zastosowania.   

2.1 Ołów a lutowanie bezołowiowe-Lut bezołowiowy ma wyższą temperaturę topnienia niż lut ołowiowy

Lut ołowiowy ma temperaturę topnienia 1830C, podczas gdy lut bezołowiowy ma temperaturę topnienia 2170C. Teraz są to skutki wyższej temperatury topnienia lutu bezołowiowego:

Wyższa temperatura lutu bezołowiowego szybko utlenia lut w porównaniu do niższej temperatury lutu ołowiowego. 

Podobnie jak w przypadku elementów zawierających plastikowe opakowania i kondensatory elektroniczne, na niektóre komponenty negatywnie wpływa wysoka temperatura lutu bezołowiowego. 

Wysoka temperatura lutu bezołowiowego wiąże się ze znacznym naprężeniem komponentów; dlatego komponenty o niskiej dielektryczności są bardziej narażone na awarie.  

Komponenty z lutem bezołowiowym mają kilka powierzchni lutowniczych. Firmy często używają cyny na takich powierzchniach, ponieważ jest to opłacalne. Jednakże, cyna generuje małą warstwę utleniania na zewnątrz, która może prowadzić do galwanizacji. 

2.2.Ołów a lutowanie bezołowiowe-Eutektyka czy nie

Producenci cenili stosowanie cyny i ołowiu, ponieważ tworzyły one mieszaninę eutektyczną. Innymi słowy, skład ołowiu i cyny ma niższą temperaturę niż temperatury poszczególnych metali. Chociaż świat produkcji elektronicznej nie zdołał odkryć innej eutektycznej kombinacji metali, wynalazł technikę lutowania bezołowiowego, która działa dobrze.

2.3 Obawy dotyczące zdrowia

Firmy wrażliwe na ochronę środowiska podają trującą naturę ołowiu jako główny powód przyjęcia lutowania bezołowiowego. Ołów może rzeczywiście gromadzić się w ludzkim ciele nawet przy niewielkim, długotrwałym narażeniu. Ponadto, ołów może szybko dostać się do organizmu przez skórę, usta lub nos. Sektor farb i benzyn został pozbawiony ołowiu. Jednak lutownica należy do pozostałych produktów, które nadal go używają. 

W przemyśle, w którym występuje wysoka emisja ołowiu, pracownicy są bardziej narażeni na niebezpieczeństwo związane z ołowiem, ponieważ mogą go szybko wdychać lub zarazić się nim poprzez dotykanie skażonych powierzchni. Pamiętaj, że ołów jest bardziej niebezpieczny dla dzieci. Dlatego należy poważnie traktować te obawy dotyczące zdrowia, niezależnie od tego, gdzie używa się lutu ołowiowego.

2.4 Ołów a lutowanie bezołowiowe-Post

Lut ołowiany jest tańszy od lutów bezołowiowych. Dzieje się tak dlatego, że cena ołowiu wynosi zaledwie jedną dziesiątą ceny cyny, co sprawia, że lut ołowiany jest łatwo dostępny. Ponadto niektórzy producenci zastępują cynę srebrem w lutach bezołowiowych, co czyni je jeszcze droższymi.  

2.5 Lut bezołowiowy ma gorszą zwilżalność niż lut ołowiowy

Niska zwilżalność sprawia, że spoina lutownicza nie spełnia wymogów w zakresie zdolności do samoregulacji, siły rozciągającej i zdolności do ścinania. W konsekwencji, niska zwilżalność powoduje wysoki współczynnik odrzuceń złączy lutowanych, zwłaszcza gdy nie przeprowadzi się regulacji w celu zaspokojenia tej wady. 

2.6 Ołów a lutowanie bezołowiowe-Porównanie właściwości fizycznych lutu bezołowiowego i ołowiowego

Lut bezołowiowy ma negatywny wpływ na niezawodność złącza. Z punktu widzenia oddziaływania mechanicznego, lut bezołowiowy jest mocniejszy niż lut ołowiowy. Ponadto, lut bezołowiowy tworzy tlenki powierzchniowe, zanieczyszczenia topnika i osady stopu, które mogą powodować słabą wydajność oporu kontaktowego. Dlatego przejście z produkcji elektronicznej ołowiu na bezołowiową nie jest całkowitym zastąpieniem w cechach elektrycznych i mechanicznych z tych powodów:  

Ołów jest stosunkowo miękki. Zdasz sobie sprawę, że połączenia lutownicze produkcji bezołowiowej są twardsze niż połączenia lutownicze produkcji ołowiu. Powoduje to zwiększoną intensywność i niewielkie modyfikacje, które skutkują wysoką niezawodnością. 

Lutowanie bezołowiowe powoduje niską zwilżalność, zapalając więcej problemów, takich jak wakat i stojący grób.

3. Ołów a lutowanie bezołowiowe-Przejście na lut bezołowiowy

Rozważając rodzaj lutu do użycia między lutem ołowiowym a bezołowiowym, należy zdać sobie sprawę, że podstawową różnicą jest wysoki poziom cyny. Dlatego w procesie wyboru należy wziąć pod uwagę następujące kwestie. 

3.1 Wyrastanie dendrytów metalowych

Należy zauważyć, że dendryt metalowy i wisker cynowy mają różne procedury wzrostu. Dendryt metalowy jest produktem elektrotransferu jonowego w elektrochemii. Z drugiej strony, tin whisker tworzy skróty, które dalej prowadzą do awarii obwodu.  

3.2 Ołów a lutowanie bezołowiowe-Rozrost wiskersa cynowego

Wisker cynowy rozwija się z wrażliwych części powłoki tlenku cyny jako monokryształu cyny, działając w naturze kolumny lub cylindryczne włókna. Whisker może powodować powstawanie zwarć pomiędzy sąsiednimi pinami. Dodatkowo może generować zły wpływ na elementy o wysokiej częstotliwości.   

Płaszcze lutownicze z cyny zawierają naprężenia ciśnieniowe, które są jednym z głównych czynników tworzących wiskery cynowe. Na przykład, gdy występuje zbyt duża ilość stopu metalicznego Cu6Sn5, powoduje to kilka błędów, takich jak nagromadzenie naprężeń ciśnieniowych na płaszczu cynowym, zniekształcenie pinów i niedopasowanie CTE, co powoduje dalsze tworzenie wiskerów cynowych. 

Duże ilości stopu cyny również powodują wiskery cynowe, które są bardziej wyraźne w czystej cyny. Na szczęście kilka stopów metali, takich jak PB i Bi, może zapobiec rozwojowi wiskerów cynowych.

3.3 Ołów a lutowanie bezołowiowe-Tworzenie CAF

Procesy elektrochemiczne powodują również inne uszkodzenie znane jako przewodzące włókno anodowe (CAF). Przewodzące włókno anodowe z pewnym przyrostem miedzi od elektrody dodatniej do ujemnej powoduje powstanie CAF. Proces ten zachodzi w obrębie płytki drukowanej.

Zazwyczaj CAF rośnie, gdy elektroda dodatnia i ujemna są połączone za pomocą zwarć. Prowadzi to do katastrofalnej tragedii w przypadku produkcji płytek drukowanych o wysokim stopniu zagęszczenia. Wysoka temperatura topnienia lutu bezołowiowego przyspiesza powstawanie CAF.

3.4 Szkodnik snowy

Impulsowa modyfikacja fazy polimorfizmu powoduje powstawanie szkodników cynowych. Zazwyczaj, gdy temperatura jest mniejsza niż 130C, nieskażona cyna zmieni się z białej na szarą. W idealnym przypadku szkodniki cynowe powodują potencjalne zagrożenie niezawodności. Jednak rzadko będzie można je zauważyć, ponieważ zanieczyszczenia łączą się z żelazem.

4. Ołów a lutowanie bezołowiowe-Który lut jest lepszy w użyciu Między ołowiem a lutem bezołowiowym?

Wbrew informacjom dotyczącym zdrowia i środowiska w przypadku elektroniki z ołowiem, Aerospace Corporation przeprowadziła badanie dotyczące zastosowania ołowiu w elektronice użytkowej. Badanie wykazało, że istnieje niewiele dowodów wspierających argument, że ołów stosowany w gadżetach elektronicznych powoduje poważne szkody dla środowiska i ludzi. Prawda jest taka, że gdy odnosimy się do elektronicznych przeróbek, liczba stosowanych przez producentów ołowiu jest nieznaczna, aby być szkodliwą dla zwierząt. 

Używaj lutu ołowianego, jeśli jest on dostępny w pobliskich marketach. To dlatego, że jest łatwiejszy w użyciu, ma niższą temperaturę topnienia i powoduje mniej problemów z jakością połączeń. Podstawowym powodem, dla którego powinieneś zdecydować się na lutownicę bezołowiową, jest to, że twój rząd zakazuje używania ołowiu. Poza tym możesz go również rozważyć, jeśli planujesz sprzedawać swoje produkty do krajów europejskich. Pamiętaj, że ilość ołowiu na lutownicy jest nieznaczna, aby spowodować jakieś poważne komplikacje zdrowotne. Ogólnie rzecz biorąc, bardziej ekonomiczne i skuteczne jest używanie lutu ołowiowego ze względu na jego unikalne właściwości i korzyści.  

Wniosek

Lut ołowiany przynosi wiele korzyści w produkcji elektronicznej, ale fale zmian są szalejące. Wszystkie sektory, które używają lutu w dużych ilościach, prawdopodobnie wkrótce przejdą na lutowanie bezołowiowe, jeśli jeszcze tego nie zrobiły. Poza tym, na rynku może zabraknąć lutu dla hobbystów, ponieważ różne rządy wprowadzają środki przyjazne środowisku. 

Tak jak w przypadku każdej zmiany, niektóre osoby opierają się użyciu lutu bezołowiowego. Jednakże przejście na bezpieczniejszą metodę jest konieczne i niewątpliwie nieuniknione w odniesieniu do ludzkiego zdrowia i bezpieczeństwa. 

Zdajemy sobie sprawę, że różne projekty wymagają różnych metod lutowania. Dlatego oferujemy zarówno lutowanie ołowiowe, jak i bezołowiowe do montażu PCB. Jeśli potrzebujesz którejś z tych technik lutowania, jesteśmy dostępni, aby zaoferować Ci usługi dostosowane do Twoich potrzeb! Skontaktuj się z nami już dziś, aby uzyskać bezpłatną wycenę montażu PCB.