Бессвинцовый припой: панацея или пандемия?

(перевод статьи из журнала «DESIGN007 Magazine», июнь 2020, автор колонки — Joe Fjelstad компания «Verdant Electronics»)

Припой использовался как первичное средство меж соединения электронных компонентов на

протяжении более семи десятилетий. В течении первых пяти с небольшим лет этих десятилетий

жизнь была проста и основной выбор олово-свинцового припоя состоял из двух форм основных

сплавов: Sn60Pb40 и Sn63Pb37 — последний является эвтектическим вариантом вечного и

неутомимого слуги электронной сборки.

.

Однако, сегодня число доступных вариантов сплава припоя для электронных соединений исходит

из многих десятков, если не сотен, различных сплавов для выбора. Почитайте ваши журналы и Вы

увидите, что тема припоя доминирует в содержании с точки зрения новых или повторяющихся

проблем и их обнаружения, решений в виде процессов и оборудования, и в связи с надежностью

паяных соединений, которые остаются основной первопричиной отказа электроники.

.

Для удобства всем тем, кто новичок в индустрии электронных соединений (Также есть

постоянный приток новых людей в промышленность) считаю, что стоит вспомнить, как мы дошли

до этого момента для вашей осведомлённости и обучения. Таково мое мнение, и это —

поучительная история.

.

В 2006 году Евросоюз законодательно запретил использование свинца в электронных припоях.

Это было происходило под названием Ограничения опасных веществ (RoHS), которое

ограничивает использование ряда природных элементов, которые могут быть токсичными при

определенных обстоятельствах, наряду с некоторыми искусственными органическими

соединениями, обычно используемыми в качестве огне подавителей, которые, как было показано, имеют возможную связь с раком.

.

RoHS являются перспективным средством защиты как окружающей среды, так и здоровья

населения Евросоюза (и преимущественно, от других по всему миру). Однако, большинство задач

и усилий продвижения прошло под лозунгом «бес свинцовый». Это сделано аргументированно,

т. к. свинец продолжительное время идентифицировался как потенциально опасный элемент,

вредящий здоровью и развитию детей, по большей части от потребления окрашенных чипсов со

свинцовым пигментом, сладковатым на вкус. Римляне хранили вино в свинцовых сосудах, чтобы

увеличить его сладость, так как свинец довольно растворим в уксусе, и обычное название ацетата

свинца, образующегося в этом процессе — «свинцовый сахар».

.

В то время, как свинец в краске и бензине служил определённым вектором попадания и

отравления, было немного трудно показать риск от свинца в электронном припое для детей (или

взрослых, таким путём). Исключение было найдено в травмах тех несчастных людей в Азии и

Южной Азии, которым было поручено утилизировать электронику, не имея никакого образования,

подготовки, инструментов или защитного снаряжения для выполнения этих задач.

Это было и расчетливо, и бездушно, и бесчеловечно, но это было, также, очень выгодно для тех,

кто отвечал за это.

.

Так было с появления бес свинцового припоя, и с тех пор он, в общем, был машиной

зарабатывания денег, которая продолжает извлекать прибыль, потому что это мандат, который

никогда не будет иметь однозначного решения. Есть очень много переменных для контроля, и

слишком большая гонка за «идеальным» решением. У меня есть несколько дорогих и очень

уважаемых друзей и коллег в этой индустрии, старающихся, год за годом, решить проблему; но,

как и играющие в забавную, но коварную игру «ударь крота», они вряд ли выиграют, потому что

никто не знает, когда будет найдена следующая лучшая вещь, которая сделает все идеальным,

наконец. Это ещё не случилось. Вместо этого горизонт стал просто более загроможден

перспективными решениями.

.

С учетом сказанного, и опять же, в интересах новичков в индустрии электронных соединений,

перечисление некоторых важных причин, почему бес свинцовый никогда не должен быть принят,

как показано ниже, чтобы эти новички имели причины для размышления и выражения, когда они

сами выйдут с молотком в руке, чтобы дать игре «ударь крота» свой лучший ход. Подозреваю, что

при рассмотрении причин можно спросить и себя: -«действительно ли бес свинцовый припой

является панацеей или это пандемия?

.

Причина 1

На момент введения запрета на свинец в электронных припоях он составлял примерно 0,5% от

всего свинца, используемого в мире. Нацелиться на такое небольшое количество с такой мощной и подавляющей

законодательной силой равносильно применению дробовика для уничтожения

комара.

.

Причина 2

Свинец в электронном припое никогда не причинял ни одному человеку никакого вреда от

нормального использования в стандартной и разумной санитарной практике. (Если кто-либо из

читателей имеет данные об обратном, то, пожалуйста, не стесняйтесь поделиться ими со мной,

чтобы я мог быть корректным).

.

Причина 3

Показано, что свинец из электронных припоев, который оказался на свалках, не выщелачивается в

грунтовые воды. Даже с годами свинец из многих других источников, таких как батареи и

окрашенные конструкции, проведенные в то время исследования, показали, что все, кроме

нескольких свалок по всей стране, имели значительное количество выщелачивания свинца, и они

были на свалках, которые принимали значительные отходы из близлежащих отраслей с высоким

потреблением свинца.

.

Причина 4

Большинство бес свинцовых припоев содержат существенный процент серебра (≈ 3−4%), а серебро

токсично для жизни микробов и личинок рыб. Это часто игнорируется, вероятно чувствуя, что это

должно рекультивироваться и рециклироваться.

.

Причина 5

Стоимость мирового перехода без свинца вероятно 100 млрд. дол или более без реальной выгоды.

Преобразование стоимости продолжается и по сегодняшний день.

.

Причина 6

Бес свинцовые припои обычно требуют значительно более высокой температуры пайки, с большим

энергопотреблением и будут требовать постоянно. Более высокая температура негативно сказывается

и на выборе материала печатной платы, а также на надежности платы, компонентов и

полупроводниковых устройств.

.

Причина 7

Окончательная надёжность бес свинцовых припоев остаётся иллюзорной и по сегодняшний день.

Выпускается сплав за сплавом для сборки с разной степенью успеха, и остается

неопределенность, насколько хорошо они будут работать с течением времени, так как существуют

многочисленные эффекты (растрескивание, пустоты, оловянные усы и т. д.) — все из которых

имеют причины, которые не являются ни хорошо понятыми, ни предсказуемыми.

.

Причина 8

Несколько ранних исследований как университетов, так и — ЕРА США (и которые в большинстве

проигнорированы) показали со временем, что, в целом, бес свинцовая электроника гораздо менее экологична,

чем та, где использован оловянно-свинцовый припой. Снова, первоначальной причиной против свинца была

его токсичность, что для свинца-как металла или в сплаве — было и остается маловероятным, чтобы причинить

вред, если прямо не проглотить. (Большинствоизвестных солей свинца, гидроокисей, хлоридов и сульфатов

нерастворимы в воде и многих кислотах).

.

Причина 9

Традиционно оловянно-свинцовые припои продолжают использоваться военными и

авиакосмическими производителями, являясь исключением, потому что они должны иметь

высочайший уровень надёжности, оказываясь на развилке пути, создавая постоянную

логистическую головную боль; это становится все более сложным, поскольку источники готовых

припоев олова и свинца продолжают иссякать.

.

Причина 10

Инновации в меж соединениях остаются скованными, поскольку инженеры отвлекаются от

решения реальных технологических проблем к решению «проблемы свинца», которая никогда не

существовала по мнению большинства ученых.

.

Причина 11

Месторождения олова всегда были значительно меньше, чему свинца; в результате новые

месторождения олова часто открываются в местах, где соперничающие группировки сражаются

насмерть за контроль над шахтами. Также очень жаль, что некоторые, найденные, богатые

месторождения олова находятся в тропических лесах, которые необходимо уничтожить, добираясь

до олова и способствуя глобальному потеплению.

.

Причина 12

Соблюдение Правил по отходам электрического и электронного оборудования (WEEE),

предписывающих переработку электронной продукции, делает все проблемы свинца в

электронике полностью спорными.

.

Заключение

Как гласит Вечная пословица, «Дорога в ад вымощена благими намерениями». Если вы чувствуете

тепло, когда пытаетесь сделать свои продукты лучше и надежнее, у вас может сложиться

впечатление, что вы уже попали туда. С другой стороны, как мудро сказал Уинстон Черчилль,

«Когда вы идёте через ад, продолжайте идти».

Не падайте духом и оставайтесь здоровы.

.

*************************

Возможности сотрудничества обеспечивают информационную поддержку и технологическое

сопровождение сборочно-монтажного производства и изготовления печатных плат. Планы выпуска

продукции успешно подкреплены правильным выбором оборудования и необходимых материалов регулярной поставки.

Должная организация производства при взаимодействии даёт преимущество в рыночной реализации.

Просьба использовать следующий контакт:

Санкт-Петербург, Таллиннское шоссе, 206

Электронная почта: office@bmptek.ru

Тел. +7 (921) 895−1422, (812) 994−9502

Управляющий проекта — Алексей Леонов