Bezolovnaté spájky pre ručné spájkovanie

Vlastnosti každej  spájky vo forme drôtu  chrakterizuje jej zloženie a použité tavidlo. Výrobcovia majú svoje odskúšané a doporučené kombinácie, no v určitom rozsahu prenechávajú výber na zákazníka. 
Tento prispevok slúži na stručnu orientáciu v danej problematike. V druhej časti predstavíme mäkké spájky pre elektroniku od nemeckých výrobcov FELDER a STANNOL.

 

 Zloženie spájok

Dávno sú preč časy, keď sa používala olovnatá zliatina Sn60Pb40, či eutektická zliatina Sn63Pb37.  Od 1.júla 2006 vstúpila do platnosti európska smernica RoHS, o používaní nebezpečných látok v elektronike. Keďže medzi ne patrí aj olovo, bolo treba prejsť na bezolovnaté spájky, čo prinieslo do technickej praxe nemalé problémy. Ako najlepšia náhrada za olovo sa ukázal cín. Absencia olova však priniesla rad nevýhod, a to predovšetkým zvýšenie bodu tavenia spájok, horšiu zmáčavosť, zhoršený vzhľad spojov a vyššiu cenu. Preto výrobcovia hľadali a stále hľadajú cesty ako uvedené nevýhody čo najviac potlačiť a prichádzajú na trh stále s novými zliatinami.

V Európe sa najviac rozšírila eutektická spájka Sn95,5Ag3,8,Cu0,7 s bodom tavenia 217 °C, označovaná často ako SAC  /Sn, Ag, Cu/.  Keďže v poslednej dobe cena striebra drasticky vzrástla, snažia sa  výrobcovia jeho použitie rôznymi spôsobmi obmedziť. Tak sa prišlo napr. cez spájku SSALC so zložením Sn99Ag0,3Cu0,7 s bodom tavenia cca 227 °C a až k typu SC so zložením Sn99Cu s bodom tavenia v oblasti 227 °C.  Samozrejme  existuje množstvo  zliatín s iným  pomerom základných prvkov a ich vlastnosti sa často vylepšujú mikroprímesami ďaľších prvkov, napr. Ni, Ge.
Na kvalitu a chovanie sa spájky má vplyv aj to, či cín pochádza z prvotavby, alebo z recyklácie. U podozrivo lacných spájok od menej známych výrobcov sa oplatí to zistiť.

 

Cena bezolovnatých spájok

Oproti olovnatým, je cena bezolovnatých spájok značne vyššia. Je to dané nahradením olova takmer 10 násobne drahším cínom, a vyššími výrobnými nákladmi vyplývajúcimi z vyšších energetických nárokov výrobného procesu, rýchlejším opotrebením výrobných prostriedkov, náročnejšími analýzami, atd. Navyše cena cínu, striebra a ďaľších farebných kovov stúpla len v rokoch 2010 – 2011 o viac, ako 80%.  To všetko sa premieta do ceny finálnych výrobkov, ktoré sú navyše priebežne ovplyvňované pohybom  cien na medzinárodných burzách farebných kovov. Žiaľ tieto pohyby šli v poslednom období väčšinou smerom hore.

 

Tavidlá pre mäkké spájkovanie

Úlohou tavidla pri spájkovaní je rozpustenie a odstránenie oxidov zo spájkovaného miesta a zlepšenie roztekania – zmáčavosti cínu.
Po zaspájkovaní by na DPS malo zostať minimum zbytkov tavidla, aby nepôsobilo rušivchemicky či elektricky, a ani vzhľadovo. Keďže ideálne tavidlo, ktoré by dokonale spĺňalo všetky tieto podmienky, nejestvuje, snažia sa výrobcovia priblížiť  k daným požiadavkám vlastnými cestami. Tak vzniklo viacero skupín a podskupín tavidiel, pričom každé z nich je viacmenej určitým kompromisom. Ich rozdelenie podľa chemického zloženia a vlastností upravuje norma DIN EN 29 454-1 viď tab.č.1.
Klasickou účinnou látkou tavidla je prírodná kolofónia /Rosin/, rozpustená v alkohole, alebo v inom rozpúšťadle. Jej účinok sa môže zvýšiť pridaním halogénových, alebo iných aktivátorov.
Inokedy je základnou zložkou tavidla nekolofóniová živica /Resin/, alebo iné substancie.
Pri izbovej teplote sú tavidlá neúčinné, pre svoju aktivitu potrebujú vyššiu teplotu a určitý čas, čo im treba v spájkovacom procese dopriať.  Počas spájkovania sa väčšia časť tavidla odparí, ale určité zbytky na DPS vždy zostanú, závisí to na ich charaktere a konzistencii. Nebezpečné môžu byť zbytky agresívnejších tavidlel, ktoré sú často hygroskopické  a po príjme vlhkosti zo vzduchu sa chovajú korozívne.
Zbytky tzv. bezoplachových tavidiel sa chovajú neutrálne ,  tvoria nepatrný priehľadný povlak, takže väčšinou  ich možno na DPS ponechať. Najdôležitejším kritériom ich vlastností je tzv. SIR – test / Surface Insulation resistance/, t.j. test povrchového izolačného odporu. Test sa robí podľa normy IEC 61189-5 a jeho povolená  hodnota je min. 100 MΩ.

 

Typ tavidla	Základ	Aktivátor	Forma
	1 Kolofónia	1 Bez aktivátora
1 Kolofónia
(ROSIN)	2 Bez kolofónie		A Tekutá
		2 S halogénmi
2 Nekolofónne	1 Vodou rozpustný
organické živice	2 Vodou nerozpustný	3 Bez halogénov
		1 Chlorid amónny
	1 Soli	2 Bez chloridu amónneho	B Pevná
3 Anorganické		1 Kyselina fosforečná
	2 Kyseliny	2 Iné kyseliny	C Pasta
		1 Amíny a/alebo
	3 Zásady	Amoniak

Tab.č.1 – Rozdelenie a označovanie tavidleil podľa DIN EN 29 454-1. Napr. 1.1.2.B značí: Tavidlo z prírodnej živice, kolófóniové, aktivované halgénmi, v pevnej forme.

 

Ešte podrobnejší popis tavidiel podľa ich zloženia , účinnosti a korozívneho pôsobenia poskytuje norma DIN EN 61190-1-1, viď tab.č.2. Táto norma rozdeľuje tavidlá do 4 kategórií, podľa účinných látok: ROSIN /RO / kolofónia, RESIN /RE/ - nekolofóniová organická živica, ORGANIC /OR/ - organická látka, INORGANIC /IN/ - anorganická látka.
Každá kategória je ďalej rozdelená do 6 skupín, podľa, úrovne aktivity zbytkov tavidla, pričom norma presne predpisuje testy, ktoré ju určujú. Úrovne aktivity sú tri: L-Low, alebo neaktívne zbytky, M- Moderate, alebo stredne aktívne zbytky a H – High, alebo vysoká aktivita zbytkov.
Každá z troch úrovní aktivity je ďalej doplnená číslicami 0 alebo 1. 0 znamená, že ide o bezhalogenidové tavidlo, 1 značí tavidlo s halogénmi. Výsledný popis je v poslednom stĺpci.

 

TYP TAVIDLA	MIERA AKTIVITY	OBSAH	PRÍTOMNOSŤ	POPIS TAVIDLA
		HALOGÉNOV	HALOGÉNOV
	NÍZKA	<0,05%	L0	ROL0
		<0,5%	L1	ROL1
KOLOFÓNIA	STREDNÁ	<0,05%	M0	ROM0
(ROSIN)		0,5-2,0%	M1	ROM1
	VYSOKÁ	<0,05%	H0	ROH0
		>2,0%	H1	ROH1
	NÍZKA	<0,05%	L0	REL0
		<0,5%	L1	REL1
NEKOLOFÓNIOVÉ	STREDNÁ	<0,05%	M0	REM0
(RESIN)		0,5-2,0%	M1	REM1
	VYSOKÁ	<0,05%	H0	REH0
		>2,0%	H1	REH1
	NÍZKA	<0,05%	L0	ORL0
		<0,5%	L1	ORL1
ORGANICKÉ	STREDNÁ	<0,05%	M0	ORM0
(ORGANIC)		0,5-2,0%	M1	ORM1
	VYSOKÁ	<0,05%	H0	ORH0
		>2,0%	H1	ORH1
	NÍZKA	<0,05%	L0	INL0
		<0,5%	L1	INL1
ANORGANICKÉ	STREDNÁ	<0,05%	M0	INM0
(INORGANIC)		0,5-2,0%	M1	INM1
	VYSOKÁ	<0,05%	H0	INH0
		>2,0%	H1	INH1

 Tab.č.2: Popis tavidiel podla normy DIN EN 61190-1-1.  / J-STD-0004 /
* tavidlá s obsahom halogénov pod 0,05% /váhových/ sa považujú za bezhalogénové.

 

Okrem uvedenej normy sa v praxi ešte stále používa aj označovanie tavidiel podľa staršej normy DIN8511, ktoré má tvar F-SW-XX.
V eleketronike sa používajú tavidlá F-SW-26 až F-SW-34, pričom F-SW-26 až 28 sa považujú za mierne agresívne a doporučuje sa ich z DPS odstrániť. Tavidlá F-SW-32 až 34 sú bezoplachové.

Pre úplnosť uvádzame staršie označovanie aktivity najčastejšie používaných tavidiel na báze živíc podľa US normy MIL-F-14256:
R /Rosin/ - čistá kolofónia bez aktivátorov
WW/Water White/ - vysoko rafinovaná najčistejšia kolofónia bez aktivátorov
RMA /Rosin Mildly Acivated/ -  kolofónia obsahujúca jemnejšie aktivátory, bez halgénov.
RA /Rosin Activated/ - kolofónia silne aktivovaná, obyčajne halgénmi
OA /Organic Acid/ - kolofónia aktivovaná organickými kyselinami. Je vysoko aktívna, vysoko korozívna, vodou omývateĺná.

 

FELDER		STANNOL		Značenie podľa noriem
					DIN EN	DIN EN
ISO – FLUX	ISO – CORE	KRISTALL	HS/HF	DIN 8511	29454	61190
				F-SW-24	2.1.1
				F-SW-24	2.1.3
				F-SW-24	2.2.3
EWL 2,5 %	EWL 2,5%			F-SW-25	2.1.2	ORM1	OA
				F-SW-25	2.2.2
				F-SW-26	1.1.2
	EL 3% – AT/2			F-SW-26	1.1.2	ROM1	RMA
	RA 05			F-SW-26	1.1.2	ROM1	RMA
	RA 2,5%		HS 10	F-SW-26	1.1.2	ROM1	RA
	RA – AT			F-SW-27	1.1.3	ROM1	RA
		502, 511, 505		F-SW-28	1.2.2	REM1
KOLO	KOLO			F-SW-31	1.1.1	ROLO	RA
EL 3,5%	EL – AT/2		HF 32	F-SW-32	1.1.3	ROLO	-
ELS 1%	ELS	400		F-SW-33	1.2.3	RELO	-
ELR 0,7% - 1%	ELR			F-SW-34	2.2.3	ORLO

Tab.č.3:  Porovnanie niektorých tavidiel podľa  medzinárodných noriem a firemných  označení. 

 

Príspevok bol spracovaný s použitím podkladov fy. Felder,  Stannol a ďalších prameňov. Firma Mikrona neručí za správnosť uvedených informácií.