Сплав свинца (Pb) с оловом (Sn) известен со времён древней Греции. Такие сплавы имеют достаточно низкую температуру плавления,  обеспечивают высокое качество и надёжность паянного соединения (практически подтверждено, что срок службы пайки 100 лет и более). Токсичность свинца, кадмия и других материалов, применяемых в обычных припоях, также общеизвестна. В связи с этим Европарламентом была принята Директива RoHS от 27.01.2003 г., которая резко ограничила применение некоторых материалов в радиоэлектронике. К сожалению, «бессвинцовые» технологии имеют весьма низкую надёжность, потому действие данной Директивы не распространили на применения, связанные с безопасностью, хранением информации, транспортом и военной техникой.

            В настоящее время типичный состав «бессвинцового» припоя такой:

            Большинство производителей применяют припой, обозначаемый как SAC-305:

            Некоторые особенности припоя SAC-305:

• Надёжность SAC-305 сравнима с обычными оловянно-свинцовыми припоями;
• SAC-305 более пластичен по сравнению с обычными оловянно-свинцовыми припоями, что приводит к меньшим возможным деформациям спаиваемых элементов;
• Загрязнение сплава SAC-305 свинцом или висмутом, например, с выводов паяемых деталей резко ухудшает надежность;
• Вкрапления золота в сплав SAC-305 влияют гораздо меньше, чем они влияют в оловянно-свинцовых припоях;
• Стойкость к ударным механическим воздействиям у припоя SAC-305 хуже, чем у обычных оловянно-свинцовых припоев;
• Электрическая прочность SAC-305 ниже по сравнению с обычными оловянно-свинцовыми припоями.

Основные типы бессвинцовых припоев

            Существует 5 основных групп бессвинцовых припоев:

            1. Sn/Cu - Медьсодержащие эвтектические припои изначально создавались для пайки печатных плат волной припоя. Недостатком этого типа является высокая температура расплавления и худшие механические свойства по сравнению с другими бессвинцовыми припоями;

            2. Sn/Ag - Серебросодержащие припои используются в качестве бессвинцовых припоев уже много лет. Они имеют хорошие механические свойства и лучше паяются чем медьсодержащие припои. Эти припои также являются эвтектическими, температура расплавления 221 °С. Сравнительные тесты пайки таким типом припоя и обычным свинецсодержащим припоем показывают значительное преимущество бессвинцового припоя по надежности пайки;

            3. Sn/Ag/Cu - Сплав олова, серебра и меди является трехкомпонентным эвтектическим припоем. Он использовался задолго до появления серебросодержащего припоя. Преимущество такого типа заключается в более низкой температуре расплавления (217 °С). Соотношение компонентов в таком припое является по сей день предметом постоянных дискуссий. Припой с составом 95,5 % Sn + 3,8 % Ag + 0,7 % Cu рекомендован для Brite-Euram project (European Research in Advanced Materials). Этот проект показал, что такой тип припоя обладает лучшей надежностью и спаиваемостью чем серебро- и медьсодержащие бессвинцовые припои. Добавление сурьмы (0,5 % Sb) позволило приспособить этот тип припоя для пайки волной. Этот тип припоя используется в промышленности наряду с серебросодержащим. Предпочтение тому или иному типу отдается исходя из экономических соображений и оборудования производства;

            4. Sn/Ag/Bi/(Cu)/(Ge) - Низкая температура плавления такого сплава сильно повышает надежность пайки. Температура расплавления такого типа припоя в различных сочетаниях соотношений металлов колеблется в диапазоне 200-210 °С. Компания Matsushita подтвердила, что этот тип припоев обладает лучшей спаиваемостью среди бессвинцовых припоев. Добавление Cu и/или Ge улучшает прочность паяного соединения, а также смачиваемость спаиваемых поверхностей припоем. Значительная тенденция такого типа припоев образовывать припойные перемычки по сравнению с другими бессвинцовыми припоями может быть уменьшена добавлением других примесей;

            5. Sn/Zn/Bi - Этот тип припоев имеет температуру расплавления близкую к эвтектическим свинецсодержащим припоям, однако наличие Zn приводит ко многим проблемам связанным с их химической активностью:

• Малое время хранения припойной пасты
• Необходимость использования активных флюсов
• Чрезмерное шлакование и оксидирование
• Потенциальные проблемы коррозии при сборке
• Использование такого типа припоев рекомендуется для пайки в среде защитного газа.

            Для сборки особо важных устройств (оборонная промышленность, автономные устройства) рекомендуется использование высококачественных Sn/Ag/Cu припоев с добавкой (при необходимости) Sb. Для профессиональной техники (промышленность, системы связи) рекомендуется использование Sn/Ag/Cu или Sn/Ag двухкомпонентых эвтектических припоев. Для техники широкого потребления (TV, аудио- видео, офисное оборудование) может использоваться широкий диапазон сплавов, таких как Sn/Ag/Cu/(Sb) и сплавов Sn/Ag группы. В меньшей степени используются Sn/Cu и Sn/Ag/Bi припои - их выбор обусловлен финансовой политикой компаний (в основном по отношению к Bi содержащим припоям).

           Все припои по температуре плавления можно разделить на четыре группы: низкотемпературные (температура плавления ниже 180 °C), с температурой плавления, равной эвтектике Sn63/Pb37 (180-200 °C), со средней температурой плавления (200-230 °C) и высокотемпературные (230-350°C). Основные типы бессвинцовых припоев приведены в таблице 1:

Таблица 1

           В качестве примера серийно выпускаемых материалов для пайки, соответствующих Директиве RoHS, приводим данные по продукции одной из фирм:

Таблица 2 Припои фирмы «AIM», соответствующие Директиве RoHS и их назначение

Таблица 3 Паяльные пасты фирмы «AIM», соответствующие Директиве RoHS и их назначение:

Флюсы фирмы «AIM», совместимые с бессвинцовыми припоями:

 Таблица 4

Таблица 5 Флюс-гели, предназначенные для допайки и ремонтных работ

Подготовлено по материалам сайтов http://www.discon.com.ua, http://www.pribor.ru и журнала «Радиокомпоненты».

Общие сведения