Механізм підвищення вмісту вісмуту в тиглі

16.01.2024 |

Припої, що містять вісмут, поступово стають все більш популярними – у статті описаний основний механізм шкідливого збільшення вмісту вісмуту в припої, який обов’язково варто знати.

Одна з компаній повідомила про проблему з поступово зростаючою концентрацією вісмуту в тиглях апаратів селективної пайки. Компанія використовує сплав, що містить від 0,45% до 0,55% – що вже перевищує максимальний рівень вісмуту, рекомендований стандартом IPC-J-STD-001 0,25%, – який з часом збільшується до 0,724%. Який механізм збільшення вмісту вісмуту в припої?

Відповідь на це питання дає Річард Стендем (Richard Standem) з General Dynamics у своїй статті, в якій описується весь механізм збільшення вмісту вісмуту в припої, про існування якого, звичайно, не всі ми ще знаємо. У вступі Річард Стандем підкреслює, що якщо рівень вісмуту у припої, який використовується, фактично становить від 0,45% до 0,55% на початку, то такий припій не відповідає вимогам стандартів серії J-STD для сплавів Sn60/Sn63 і, перш за все, слід шукати іншого постачальника, і швидше за все такий припій йде з переробки. Стандарт J-STD-001 встановлює обмеження вмісту вісмуту на рівні 0,25% для стандартного сплаву Sn60 або Sn63. Як читаємо у заяві іншого учасника дискусії, у подвійному стандарті J-STD-006 йдеться про вміст вісмуту до 0,10%, тому сам внесок далекий від стандарту.

Концентрація вісмуту менше 0,25% призведе до дуже незначного зниження температури процесу, що цілком прийнятно. Однак надмірна концентрація вісмуту вище межі 0,25% може спричинити сірий вигляд паяного з’єднання, що часто не сприймається клієнтами.

Відправною точкою для опису механізму підвищення вмісту вісмуту є той факт, що при кімнатній температурі вісмут має розчинність у свинці до 18%, а його розчинність в олові досягає лише близько 1%. У свою чергу, під час паяння відбувається певна дифузія металу з проводів THT компонентів у тигель. З часом вміст олова, наприклад, припою Sn63, зазвичай зменшується і якщо його періодично не доповнювати новим припоєм, що містить Sn63 (або навіть невелику кількість чистого олова), сплав незабаром фактично стає припоєм Sn62, потім Sn61 і так далі.

Якщо це відбувається, то відсоток свинцю поступово зростає з 37% до 38%, до 39% і т. д. (тому що припій містить все менше олова, а не тому, що додано більше свинцю). Зі збільшенням відсоткового вмісту свинцю збільшується кількість вісмуту, оскільки, як зазначено у вступі, він має набагато вищу розчинність у свинці, ніж в олові (18% порівняно з 1%). Цим механізмом пояснюється швидке зростання вмісту вісмуту в тиглі з 0,45%…0,55% на початку до 0,74%.

Є два інших, але набагато менш поширених джерела підвищеного вмісту вісмуту. По-перше, свинцеві клеми деяких компонентів, що використовуються в аерокосмічній промисловості, оброблені сплавом SnBi, де вісмут може становити до 5% об’єму. Однак слід підкреслити, що ці компоненти не є популярними і є рідкісним джерелом забруднення. Другим джерелом може бути утворення шлаку, який складається лише з олова, залишаючи вісмут у припої.

За матеріалами сайту https://tek.info.pl