Свинцовый припой и бессвинцовый припой: всестороннее сравнение

Свинцовый припой был основным выбором в производстве печатных плат в течение последних нескольких десятилетий из-за его экономичности и низкой температуры плавления. Однако с ростом осведомленности о проблемах окружающей среды и здоровья люди все больше беспокоятся о потенциальной опасности использования свинцового припоя. В 2006 году Европейский союз официально ввел правила, ограничивающие использование определенных опасных веществ (таких как свинец) в электронных изделиях. С тех пор переход на бессвинцовый припой ускорился. Свинцовый припой и бессвинцовый припой выполняют одну и ту же функцию — надежно соединяют компоненты с печатными платами, но при этом различаются по нескольким ключевым аспектам. В следующем блоге приводится полное сравнение Свинцовый припой и бессвинцовый припой.

Свинцовый припой и бессвинцовый припой: основные различия

Состав сплава

Свинцовый припой также называется припоем SnPb, что означает, что он представляет собой эвтектический металлический сплав олова (Sn) и свинца (Pb), обычно выраженный в соотношении 63/37 Sn/Pb. Бессвинцовый припой представляет собой металлический сплав, состоящий в основном из олова (Sn), с возможными добавками серебра (Ag), меди (Cu), сурьмы (Sb), висмута (Bi), никеля (Ni) или цинка (Zn). Среди них наиболее часто используется комбинация олова и меди, которая обеспечивает повышенную механическую прочность. Олово и серебро обеспечивают лучшую проводимость, а также повышенную стойкость к окислению и коррозии. Олово-цинк — это экономичный вариант с низкой температурой плавления.

Температура плавления

Температура плавления свинцового припоя (63/37 Sn/Pb) составляет 183 градуса по Фаренгейту (примерно 84 градуса по Цельсию). Он имеет четко определенную температуру плавления, которая ниже, чем у других припоев, что снижает вероятность повреждения компонентов и облегчает достижение необходимой температуры пайки. Таким образом, свинцовый припой выгоден для сборки печатных плат и наносит меньший тепловой ущерб печатной плате.

По сравнению со свинцовым припоем, бессвинцовый припой обычно имеет более высокую температуру плавления, которая варьируется в зависимости от состава сплава от 50 °C до более 200 °C. Температура плавления повышается с увеличением концентрации олова. Более высокая температура плавления является одной из причин, по которой его паяные соединения окисляются быстрее, чем у свинцового припоя.

Основные различия в материалах и характеристиках между припоем с содержанием свинца и бессвинцовым припоем

• Коррозионная стойкость: бессвинцовый припой обладает более высокой коррозионной стойкостью.
• Физические характеристики и внешний вид: свинцовый припой мягче бессвинцового и обычно образует более гладкие и блестящие паяные соединения.
• Механическая прочность (сдвиг): бессвинцовый припой образует соединения с более высокой прочностью на сдвиг по сравнению со свинцовым припоем (27 против 23 МПа соответственно).
• Паяемость (смачиваемость): по сравнению со свинцовым припоем, бессвинцовый припой имеет более высокое поверхностное натяжение (548 против 481 мН/м) и более низкую смачиваемость, что обычно требует добавления около 2% (по массе) флюса.
• Электрические свойства: по сравнению с бессвинцовым припоем, свинцовый припой имеет более низкую электропроводность (11,5% против 15,6% IACS) и более высокое удельное электрическое сопротивление (15 против 11 МОм·см).
• Теплопроводность: Бессвинцовый припой обеспечивает лучшую теплопередачу по сравнению со свинцовым припоем (73 против 50 Вт/м·К, соответственно).
• Коэффициент теплового расширения (КТР): Припой с содержанием свинца имеет более высокий КТР, чем припой без свинца (23,9 против 21,4 мкм/м·°C соответственно).
• Усталостная прочность: припой с содержанием свинца, как правило, обладает лучшей усталостной прочностью, которая в относительном выражении примерно в три раза выше.
• Плотность: припой с содержанием свинца имеет более высокую плотность, чем припой без свинца (8,5 против 7,44 г/см³ соответственно).

Влияние на здоровье, безопасность и окружающую среду

Электронные изделия, в которых используется припой с содержанием свинца, могут наносить серьезный ущерб окружающей среде, в том числе загрязняя воздух, почву и воду. Во время пайки или последующего ремонта свинец может попадать в воздух в виде пыли или дыма, которые затем оседают в окружающей среде. Попав в почву, свинцовая пыль трудно разлагается естественным путем. А длительное накопление может изменить состав почвы. Свинцовый припой в выброшенных электронных изделиях может медленно проникать в грунтовые воды, реки или озера во влажной среде.

Свинец оказывает прямое воздействие на нервную систему, кровеносную систему и внутренние органы, а также трудно метаболизируется и выводится из организма. Кратковременное воздействие свинца может вызвать ряд симптомов (например, головные боли, боли в животе, потерю памяти), которые часто являются ранними признаками физического вреда. Длительное воздействие или контакт с высокими концентрациями свинца может даже привести к повреждению мозга или смерти.

В отличие от этого, бессвинцовый припой исключает свинец как источник загрязнения, значительно минимизируя риски для окружающей среды и здоровья на всех этапах производства, использования и утилизации.

Сравнение стоимости свинцового припоя и бессвинцового припоя

Увеличение стоимости припоя напрямую влияет на общую стоимость печатных плат. Разница в стоимости между свинцовым и бессвинцовым припоем значительна. Свинцовый припой более экономичен. В то же время он обычно изготавливается из олова, легированного медью, серебром или другими металлами. Эти металлы гораздо дороже свинца, что значительно увеличивает общую стоимость бессвинцового припоя.

Свинцовый и бессвинцовый припой: какой лучше использовать?

Это действительно спорный выбор. На самом деле, неверно однозначно утверждать, какой тип припоя (свинцовый или бессвинцовый) лучше. Благодаря хорошим эксплуатационным характеристикам и ценовым преимуществам, свинцовый припой на протяжении десятилетий был предпочтительным вариантом в электронной промышленности. Поэтому он до сих пор используется в некоторых областях и отраслях.

По сравнению со свинцовым припоем, бессвинцовый припой не так прост в использовании. Токсичность свинца и ограничения, налагаемые соответствующими нормативными актами, являются основными причинами, по которым большинство производителей печатных плат переходят на бессвинцовую пайку. В странах и регионах, где ограничено использование электронных изделий, содержащих свинец (таких как США и Европейский Союз), производители печатных плат обязаны использовать бессвинцовый припой. Это единственный вариант.

В проектах «сделай сам», при создании прототипов или ремонте электроники припой с содержанием свинца остается распространенным выбором для многих инженеров и энтузиастов электроники. По сравнению с бессвинцовым припоем, припой со свинцом имеет более низкую температуру плавления и лучшую смачиваемость, что упрощает контроль ручной пайки. Конечно, операторы по-прежнему должны уделять внимание вентиляции и безопасности, чтобы минимизировать риски для здоровья.

Заключение

Выбор между припоем с содержанием свинца и бессвинцовым припоем — это не только вопрос производительности. Необходимо также учитывать требования к соответствию, влияние окружающей среды и т. д. Хотя припой с содержанием свинца по-прежнему используется в определенных областях, общая тенденция в отрасли явно смещается в сторону бессвинцовых решений из-за соображений безопасности и устойчивости. Понимая разницу между бессвинцовым и свинцовым припоем, производители печатных плат могут делать более осознанный выбор, балансируя надежность, соответствие требованиям и эффективность производства. В YONGVE мы всегда уделяем приоритетное внимание соответствию требованиям и поставляем продукцию, соответствующую директиве RoHS. Свяжитесь с нами, чтобы приступить к реализации вашего следующего проекта!