Ólommentes forrasztás

2006 július 1.-től az Európai Uniós jogszabály tiltja bizonyos termékekben egyes veszélyes anyagok – köztük az ólom – alkalmazását. Ennek egyértelmű oka a környezetvédelem! Az elektronikai készülékek hulladékként a talajba, majd a talajvízbe kerülnek és innen a szervezetünkbe kerülhetnek, könnyen felszívódnak.

Az ólommentes forraszanyaggal szemben támasztott követelmények: Tulajdonságai minél jobban hasonlítsanak az eddig használt forraszanyagokéra! közel eutektikus összetétel –határozott olvadáspont, elektromos vezetési tulajdonságai, mechanikai tulajdonságai, megbízhatóság – élettartam, jó nedvesítés a megszokott forrasztandó felületeken, elektronikai felhasználásra alkalmas folyasztószerek alkalmazása mellett, a megszokott forrasztási technológiákkal jó minőségű kötés létrehozására alkalmas legyen.

Ólommentes forraszötvözetek: Sn-67Bi Sn-42In Sn-50In Sn-52In Sn-52In Sn-8Zn-3Bi Sn-Zn-Bi-In Sn-ZSb n-P Sn-8.8In-27.6Zn Sn-20In-2.8Ag Sn-9.5Bi-0.5Cu Sn-10.5In-2Ag-0.5Sb Sn-0.7Cu Sn-3.4Ag-1.2Cu Sn-3.4Ag-1.2Cu-3.3.Bi Sn-1Cu Sn-3.5Ag-0.7Cu Sn-4.7Ag-1.7Cu Sn-2.5Ag Sn-4Ag-0.5Cu Sn-Ag-Cu-Ge Sn-3.5Ag Sn-Ag-Bi Sn-2.5Ag-0.8Cu-0.5Sb Sn-1Sb Sn-5Sb Sn-1.5Ag-2Bi-0.5Cu Sn-3Cu Sn-25Ag-10 80Au-20Sn Sn=ón, Ag=ezüst, Au=arany, Cu=réz, Zn=cink, Bi=bizmut, In=indium, Sb=antimon, P=foszfor, Ge=germánium.

Alkalmas ólommentes forraszötvözetek: Ón-réz ötvözetek Tipikus: 99,3% Sn, 0,7% Cu Olvadáspont: 227oC Ón-ezüst ötvözetek Tipikus: 96,5% Sn, 3,5% Ag Olvadáspont: 221oC Ón-ezüst-réz (TSC,SAC) Tipikus: 95,5% Sn, 3,8 % Ag, 0,7% Cu Olvadáspont: 217oC

A forrasztási technológia fontos paraméterei: hőmérséklet, idő. Túl alacsony/túl kevés: az intermetallikus réteg nem vagy alig jön létre → hideg forrasztás, Megfelelő: 0,3-1 μm vastagságú intermetallikus réteg, Túl magas/túl hosszú: túl vastag intermetallikus réteg → alacsony kötésszilárdság, a forraszréteg ledobása (dewetting).

Különbség az ólommentes -ólomtartalmú forraszok között: olvadáspontja magasabb → magasabb megömlesztési hőmérséklet, nedvesítési sebessége a forrasztás hőmérsékletén kisebb → hosszabb idő, felületi feszültsége nagyobb → rosszabb terülés, sűrűsége kisebb (kb. 7,5 kg/dm3, ólomtartalmúé 8,4 kg/dm3) → valamivel jobb fajlagos anyagfelhasználás, viszkozitása nagyobb → gázzárványok, a forrasztás felszíne matt → eltérő elfogadási kritériumok, ára magasabb.

Követelmények az alkatrészek felületi bevonatával szemben: ólommentesség, jó forraszthatóság, hosszú tárolhatóság, stabilitás magasabb hőmérsékleten is, gazdaságosság.

Áramköri kártyák bevonatai (ismert eljárások megfelelőek): kémiai ón, kémiai ezüst, aranyozott nikkel, HASL (tűzi ón) – ólommentes forrasszal, OSP (szerves védőbevonat). Alkatrészek felületi kikészítései: tiszta (esetleg matt) ón bevonat, ón-réz ötvözet bevonat, ón-bizmut ötvözet → ólom környezetében veszélyes, Ni-Pd vagy Ni-Pd-Au bevonat → nehezen forrasztható. Az alkatrészek tokozásának is magasabb hőmérsékletet kell elviselnie!

Ólommentes forrasztási technológiák

Ólommentes kézi forrasztás Alkalmazása: kísérleti gyártás, kis széria, javítás esetén. Előnye: kis beruházás, a forrasztás minősége azonnal javítható. Hátránya: személyfüggő minőség, nem illeszkedik a korszerű minőségirányítási rendszerekhez. Ólommentes forraszötvözetek: - ón-réz (SnCu1): Sn99,3Cu0,7 – legolcsóbb, legmagasabb (op.227oC), - ón-ezüst (SnAg4): Sn96,5Ag3,5 – legnagyobb mechanikai szilárdság (op. 221 oC), - ón-ezüst-réz (SnAg4Cu1): Sn95,5Ag3,8Cu0,7 vagy hasonló – a forraszpaszták ötvözete a legalacsonyabb op. 217 oC.

Pákás forrasztás anyagai: Forraszhuzalok: általában folyasztószerrel töltött, egy vagy több csatornás. Folyasztószerek: Huzaltöltet: az ismert választéknál aktívabbak, Folyékony, Zselé. A forrasztás hőmérséklete: a forrasztandó felület 40 oC-kal a forraszanyag olvadáspontja fölé kell melegíteni, 1-5 másodpercig hőn tartani!

A pákacsúcs hőmérséklete: az a hőmérséklet, amely az adott idő alatt, az adott hőátadási viszonyok mellett, a fentiek szerinti felmelegítést biztosítja. általában kb. 100 oC-kal a felület kívánatos hőmérséklete felett – függ a pákacsúcs alakjától és a forrasztandó felülethez csatlakozó hőelvonó tömegtől, a létező kézi forrasztó berendezések 400- 450 oCig beállíthatók, tehát alkalmasak ólommentes forrasztásra.