Tin Solder กับ Lead Solder: คุณควรใช้อันไหน?

ข้อถกเถียงระหว่างสารตะกั่วและสารบัดกรีไร้สารตะกั่ว-ยังคงมีอยู่ในการผลิตอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มาเกือบสองทศวรรษแล้ว และจริงๆ แล้ว มีความซับซ้อนมากขึ้นมากกว่าน้อยลง โลหะบัดกรียูเทคติก Sn63/Pb37-การหลอมที่ 183 องศาอย่างแม่นยำ - ครองอุตสาหกรรมนี้มาเป็นเวลากว่าศตวรรษก่อนที่กฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมจะส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่ ในปัจจุบัน โลหะผสม SAC (ดีบุก-เงิน-ทองแดง) ได้กลายเป็นค่าเริ่มต้นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค แต่โลหะบัดกรีที่มีตะกั่วปฏิเสธที่จะตายอย่างเงียบๆ การทำความเข้าใจความแตกต่างทางโลหะวิทยา ภาพรวมด้านกฎระเบียบ และการแลกเปลี่ยน-ในทางปฏิบัติไม่ใช่ทางเลือกอีกต่อไป มันจำเป็นสำหรับทุกคนที่ทำงานกับ PCB ไม่ว่าคุณจะทำงานในสายการผลิตหรือแค่ซ่อมของเล่นที่พังของลูกก็ตาม

เคมีที่ไม่มีใครอยากพูดถึง

ต่อไปนี้คือสิ่งที่เกี่ยวกับตะกั่วในการบัดกรีซึ่งบทความส่วนใหญ่มองข้ามไป: มันไม่ได้เกิดขึ้นโดยบังเอิญ ตะกั่วทำให้จุดหลอมเหลวลดลงอย่างมาก ดีบุกบริสุทธิ์ละลายที่ 232 องศา เพิ่มตะกั่ว 37% และทันใดนั้นคุณก็อยู่ที่ 183 องศา นั่นไม่ใช่ความแตกต่างเล็กน้อย-นั่นคือความแตกต่างระหว่างองค์ประกอบที่รอดจากการจัดเรียงใหม่และองค์ประกอบที่กำลังจะตาย

จุดยูเทคติกมีความสำคัญมากกว่าที่ผู้คนจะตระหนัก ที่อัตราส่วนตะกั่วดีบุก 63/37 พอดี- โลหะผสมจะเปลี่ยนจากของแข็งเป็นของเหลวทันที ไม่มีช่วงซีดขาว ไม่ใช่เรื่องแปลกที่-ระหว่างสถานะที่โลหะบัดกรีละลายครึ่งหนึ่ง-และแข็งครึ่งหนึ่ง- เพียงแค่พฤติกรรมที่สะอาดและคาดเดาได้

SAC305 (ดีบุก 96.5%, เงิน 3%, ทองแดง 0.5%)? ละลายที่ 217-220 องศา และไม่มียูเทคติกที่แท้จริง-แต่มีช่วงแป้งเปียกเล็กน้อยเสมอ ดูเหมือนไม่สำคัญจนกว่าคุณจะจัดการกับส่วนประกอบที่ไวต่อความร้อนหรือพยายามปรับปรุงบอร์ดโดยไม่ทำลายชิ้นส่วนที่อยู่ติดกัน

เหตุใดตะกั่ว-จึงเกิดขึ้น (และเหตุใดจึงซับซ้อน)

เป็นไปตามมาตรฐาน RoHS นั่นคือคำตอบสั้นๆ

คำสั่งจำกัดการใช้สารอันตรายของสหภาพยุโรปมีผลใช้บังคับเมื่อวันที่ 1 กรกฎาคม พ.ศ. 2549 และอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ไม่เคยเหมือนเดิมอีกต่อไป ความเข้มข้นของตะกั่วสูงสุดที่อนุญาต: 1000 ppm (0.1% โดยน้ำหนัก) ในวัสดุที่เป็นเนื้อเดียวกัน ญี่ปุ่นก็มีมาตรฐานที่คล้ายกัน แม้ว่าพวกเขาจะเข้มงวดกว่าที่ 500 ppm ก็ตาม

แต่นี่คือจุดที่น่าสนใจ คำสั่งนี้รวมถึงการยกเว้นด้วย เซิร์ฟเวอร์-แอปพลิเคชันที่มีความน่าเชื่อถือสูง- โครงสร้างพื้นฐานเครือข่าย อุปกรณ์ทางการแพทย์ การบินและอวกาศ การทหาร- ยังคงสามารถใช้บัดกรีแบบตะกั่วได้ ทำไม เพราะไม่มีใครอยากให้เครื่องกระตุ้นหัวใจล้มเหลวเนื่องจากหนวดเคราดีบุก ไม่มีใครอยากให้ระบบการบินของเครื่องบินพัฒนาข้อต่อเย็นที่ความสูง 30,000 ฟุต

การยกเว้นก็มีการขยายออกไปเช่นกัน เมื่อเร็ว ๆ นี้ในปี 2025 สหภาพยุโรปได้ขยายการยกเว้นสารตะกั่วสำหรับสารบัดกรีที่มีอุณหภูมิสูง- (ปริมาณสารตะกั่วมากกว่าหรือเท่ากับ 85%) จนถึงปี 2027 เหตุผลอย่างเป็นทางการคืออะไร “ตัวสำรองยังไม่น่าเชื่อถือเพียงพอ” หลังจากผ่านไปเกือบ 20 ปี ปล่อยให้มันจมลงไป

เปียก ทุกอย่างเกี่ยวกับการทำให้เปียก

ฉันเคยเห็นช่างเทคนิคผู้มีประสบการณ์ต่อสู้กับการบัดกรีไร้สารตะกั่ว-มาหลายปีแล้ว และความหงุดหงิดส่วนใหญ่มีสาเหตุเดียวคือทำให้เปียก

กระแสบัดกรีตะกั่ว มันกระจายไปทั่วทองแดงเหมือนน้ำบนกระทะร้อน มุมสัมผัสต่ำ แรงตึงผิวเหมาะกับคุณ และข้อต่อก่อตัวเกือบจะเป็นธรรมชาติ คุณสามารถเห็นมันเกิดขึ้นได้จริงๆ-บัดกรีดึงตัวเองเข้าหาความร้อน พันรอบสายวัด เติมจุดแวะ

ไร้สารตะกั่ว-ใช่ไหม? มันนั่งอยู่ตรงนั้น หัวชนฝา. คุณต้องเกลี้ยกล่อมมัน ฟลักซ์ทำงานหนักขึ้น เผาไหม้เร็วขึ้น และคุณมีหน้าต่างที่แคบลง ก่อนที่ออกซิเดชันจะทำลายข้อต่อของคุณ มุมสัมผัสจะสูงกว่า ซึ่งหมายความว่าลูกบอลบัดกรีจะสูงขึ้นแทนที่จะกระจายออก

นี่ไม่ใช่เรื่องส่วนตัว เวลาในการทำให้โลหะผสม SAC เปียกที่อุณหภูมิใกล้เคียงกันนั้นนานกว่า Sn63/Pb37 ที่สามารถวัดได้ ผู้ผลิตบางรายอ้างว่าสูตรฟลักซ์ได้ปิดช่องว่างแล้ว ส่วนใหญ่พวกเขากำลังโกหกหรืออย่างน้อยก็พูดเกินจริง

ปัญหาอุณหภูมิไม่มีใครแก้ได้

สามสิบ-สี่องศาเซลเซียส

นั่นคือความแตกต่างระหว่างจุดหลอมเหลวของดีบุกยูเทคติก-ตะกั่ว (183 องศา ) และ SAC305 (217 องศา ) ฟังดูเหมือนไม่มากนักจนกว่าคุณจะพิจารณาว่าจะเกิดอะไรขึ้นในเตาอบแบบรีโฟลว์

อุณหภูมิการไหลซ้ำสูงสุดสำหรับส่วนประกอบตะกั่ว: 225-235 องศา สำหรับสารตะกั่ว: 255-265 องศา ส่วนประกอบของคุณแช่อยู่ในอุณหภูมิที่สูงขึ้นเป็นเวลานานขึ้น บอร์ดของคุณบิดเบี้ยวมากขึ้น ความชื้นที่ติดอยู่ในบรรจุภัณฑ์พลาสติกจะมีพลังงานในการระเหยและทำให้เกิดป๊อปคอร์นมากขึ้น การเติบโตของสารประกอบระหว่างโลหะจะเร่งตัวขึ้น

และระยะขอบก็หดตัวลง เมื่อใช้ตะกั่วบัดกรี คุณจะมีพื้นที่ว่างประมาณ 40-50 องศาระหว่างการหลอมละลายและความเสียหาย ไร้สารตะกั่ว หน้าต่างนั้นจึงแคบลงเหลือ 25-30 องศา การควบคุมกระบวนการกลายเป็นเรื่องสำคัญ โปรไฟล์การรีโฟลว์ของคุณควรถูกหมุนเข้าอย่างสมบูรณ์ ไม่เช่นนั้นคุณกำลังทำลายกระดาน

ฉันเคยเห็นสายการผลิตเปลี่ยนไปใช้-ปลอดสารตะกั่วและมีอัตราของเสียเพิ่มขึ้นสามเท่าในชั่วข้ามคืน ไม่ใช่เพราะใครทำอะไรผิด-กรอบเวลากระบวนการเข้มงวดขึ้นมาก

หนวดดีบุก: ผีในเครื่องจักร

 

 

สิ่งนี้สมควรได้รับส่วนของตัวเองเพราะมันน่ากลัวอย่างแท้จริง

หนวดดีบุกเป็นโครงสร้างผลึกที่เติบโตตามธรรมชาติจากพื้นผิวดีบุกบริสุทธิ์ พวกมันบาง-บางครั้งมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงหนึ่งหรือสองไมครอน-และมีความยาวได้หลายมิลลิเมตร พวกเขาทำให้เกิดกางเกงขาสั้น พวกเขาได้นำดาวเทียมลงมา พวกเขาได้ปิดการใช้งานระบบควบคุมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ นี่ไม่ใช่เรื่องสมมุติ มีเอกสารกรณีต่างๆ

ตะกั่วป้องกันการเกิดหนวดเครา แม้แต่ปริมาณเล็กน้อย-เพียง 3%- ก็ลดการเติบโตของหนวดเคราได้อย่างมาก กลไกนี้ยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้ แต่หลักฐานเชิงประจักษ์มีอย่างท่วมท้น

สารบัดกรีไร้สารตะกั่ว-มีปริมาณดีบุกสูงกว่า พื้นผิวที่ปราศจากสารตะกั่ว- (เช่น การชุบดีบุกบริสุทธิ์) ถือเป็นฟาร์มมัสสุที่รอให้เกิดขึ้น กระแสตอบรับของอุตสาหกรรม? การเคลือบตามแบบ การจัดการความเครียดอย่างระมัดระวัง หวังให้ดีที่สุด.

ผู้ผลิตบางรายเพิ่มบิสมัทหรือองค์ประกอบอื่นๆ เพื่อยับยั้งหนวด ผลลัพธ์จะผสมกัน ปัญหายังไม่ได้รับการแก้ไข-แต่ได้รับการจัดการแล้ว

จะเกิดอะไรขึ้นเมื่อคุณบัดกรี

สามถึงห้าวินาทีแล้ว

ข้อต่อมีลักษณะเป็นเม็ดหยาบและหมองคล้ำเล็กน้อย (ซึ่งเป็นเรื่องปกติสำหรับสารตะกั่ว- แต่ก็ยังดูผิดสำหรับทุกคนที่ได้รับการฝึกโดยใช้สารตะกั่ว)

บางทีก็ยอมรับได้ บางทีก็ทำใหม่

การตอบสนองทางสัมผัสก็แตกต่างกันเช่นกัน สารตะกั่วบัดกรีมีวิธีการแยกจากของแข็งเป็นของเหลวที่น่าพอใจ ไร้สารตะกั่ว-มีความนุ่มนวลกว่าและมีคำจำกัดความน้อยกว่า ผู้มีประสบการณ์ปรับตัวได้ ผู้เริ่มต้นต่อสู้

เรื่องสุขภาพ (เพราะมีคนถามตลอด)

ใช่แล้ว สารตะกั่วเป็นพิษ ไม่มีข้อโต้แย้งที่นั่น

การได้รับสารตะกั่วเรื้อรังทำให้เกิดความเสียหายต่อระบบประสาท ปัญหาไต ปัญหาระบบสืบพันธุ์ พัฒนาการล่าช้าในเด็ก ระดับตะกั่วในเลือดที่สูงกว่า 5 µg/dL ถือว่าสูงขึ้นตามมาตรฐานของ CDC ข้อจำกัดในการรับสัมผัสในการทำงานมีอยู่ด้วยเหตุผลที่ดี

แต่-และนี่เป็นสิ่งสำคัญ-เส้นทางการสัมผัสหลักไม่ได้ผ่านการสัมผัสทางผิวหนัง มันเป็นการกลืนกิน ล้างมือให้สะอาดหลังจากการบัดกรี อย่ากินอาหารที่โต๊ะทำงานของคุณ สุขอนามัยขั้นพื้นฐานช่วยลดความเสี่ยงได้มากที่สุด

ควันที่คุณเห็นเมื่อทำการบัดกรี? นั่นคือการเผาไหม้ของฟลักซ์ ไม่ใช่ไอตะกั่ว จุดเดือดของตะกั่วอยู่ที่ 1,749 องศา . หัวแร้งของคุณไม่ได้เข้าใกล้เลย ตะกั่วออกไซด์บางชนิดสามารถก่อตัวและกลายเป็นอากาศได้ แต่ความเข้มข้นที่อุณหภูมิการบัดกรีทั่วไปจะต่ำ

การระบายอากาศที่เพียงพอมีความสำคัญ เครื่องดูดควันช่วยได้ แต่ความกลัวเกี่ยวกับตะกั่วบัดกรีนั้นค่อนข้างเกินจริงสำหรับการใช้งานแบบอดิเรก การตั้งค่าทางอุตสาหกรรมที่มีการเปิดรับแสงอย่างต่อเนื่องและการควบคุมที่ไม่เพียงพอเป็นอีกเรื่องหนึ่ง

ไร้สารตะกั่ว-ก็ไม่-ไร้ความเสี่ยงเช่นกัน ควันของ Rosin flux ทำให้เกิดอาการแพ้ต่อระบบทางเดินหายใจในบางคน อุณหภูมิการบัดกรีที่สูงขึ้นหมายถึงผลิตภัณฑ์ที่มีการสลายตัวของฟลักซ์มากขึ้น ทางเลือกที่ "ปลอดภัยกว่า" ก็มีปัญหาในตัวเอง

ความน่าเชื่อถือ: ความจริงที่ไม่สะดวก

นี่คือสิ่งที่ผู้เผยแพร่โฆษณาฟรี-ไม่โฆษณา: โลหะผสม SAC บางชนิดมีประสิทธิภาพเหนือกว่าดีบุก-ในการวัดความน่าเชื่อถือบางอย่าง

ปั่นจักรยานความร้อน? SAC305 มักจะแสดงความต้านทานต่อความล้าได้ดีกว่า การทำงานที่อุณหภูมิสูง-? ไร้สารตะกั่ว-คงอยู่ได้ดีกว่า ต้านทานการคืบคลาน? โดยทั่วไปแล้วจะเหนือกว่าในโลหะผสม SAC

แต่.

ดรอปช็อตประสิทธิภาพ? ตะกั่วบัดกรีชนะ ข้อต่อมีความเหนียวมากกว่าและมีแนวโน้มที่จะแตกหักน้อยกว่า ต้านทานการสั่นสะเทือน? ยังเป็นผู้นำอีกด้วย สภาพแวดล้อมที่หนาวเย็น? สารบัดกรีไร้สารตะกั่ว-จะเปราะมากขึ้นเมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 0 องศา มีแม้กระทั่งปรากฏการณ์ที่เรียกว่า "ศัตรูพืชดีบุก" ซึ่งดีบุกจะเปลี่ยนเป็นโครงสร้างผลึกที่แตกต่างออกไปที่อุณหภูมิต่ำกว่า 13 องศา แม้ว่าจะพบได้ยากในโลหะผสมก็ตาม

คำตอบที่แท้จริงก็คือความน่าเชื่อถือนั้นขึ้นอยู่กับการใช้งานของคุณ ไม่มีทั้ง "ดีกว่า" ในระดับสากล ใครก็ตามที่บอกคุณเป็นอย่างอื่นกำลังขายอะไรบางอย่าง

การแจกแจงต้นทุน

ไม่มีใครพูดถึงเรื่องนี้มากพอ

ต้นทุนวัตถุดิบสำหรับโลหะผสม SAC สูงกว่าตะกั่วดีบุกถึง 2- 3 เท่า เงินไม่ถูกเลย สำหรับการบัดกรีแบบคลื่นที่คุณดูแลหม้อบัดกรีหลอมเหลว การดำเนินการนี้จะเพิ่มมากขึ้นอย่างรวดเร็ว

แต่นั่นเป็นเพียงวัสดุทางตรง ปัจจัยใน:

• ส่วนประกอบที่ได้รับการจัดอันดับสูงกว่า- (บางส่วนไม่สามารถจัดการกับอุณหภูมิรีโฟลว์แบบไร้สารตะกั่ว-ได้)
• ต้นทุนพลังงานที่เพิ่มขึ้นสำหรับ-กระบวนการที่มีอุณหภูมิสูงขึ้น
• เปลี่ยนทิปบ่อยขึ้น (-ไร้สารตะกั่วกินธาตุเหล็กเร็วขึ้น)
• การควบคุมกระบวนการที่เข้มงวดยิ่งขึ้น
• อัตราการทำงานซ้ำที่สูงขึ้น

การศึกษาชิ้นหนึ่งประมาณต้นทุนรวมที่เพิ่มขึ้น 5-15% สำหรับการแปลงแบบไร้สารตะกั่วในสายผลิตภัณฑ์ SMT ทั่วไป ระยะทางของคุณจะแตกต่างกันไป แต่จะไม่ฟรี

คุณควรใช้อันไหน?

ขึ้นอยู่กับบริบททั้งหมด

ความคิดสุดท้าย (เรียงลำดับ)

อุตสาหกรรมเปลี่ยนไปใช้-แบบไร้สารตะกั่ว ไม่ใช่เพราะมันเหนือกว่าในทางเทคนิค-โดยส่วนใหญ่แล้ว-แต่เป็นเพราะกฎระเบียบด้านสิ่งแวดล้อมเรียกร้อง ไม่เป็นไร. เรื่องการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม แต่อย่าเสแสร้งว่าการเปลี่ยนแปลงนั้นไม่เจ็บปวดหรือ-การบัดกรีไร้สารตะกั่วนั้น "ดีกว่า" สำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อย่างแน่นอน

ยี่สิบปีผ่านไป เรายังคงเผชิญกับความเสี่ยงของสารดีบุก โดยยังคงใช้การยกเว้นสำหรับแอปพลิเคชันที่สำคัญ และยังคงต้องจ่ายเงินมากขึ้นสำหรับกระบวนการที่ควบคุมได้ยาก วิศวกรรุ่นต่อไปอาจไม่เคยสัมผัสสารตะกั่วบัดกรี ซึ่งอาจจะดีสำหรับพวกเขา พวกเขาจะไม่รู้ว่าพวกเขาขาดอะไรไป

สำหรับคนอื่นๆ: ใช้สิ่งที่เหมาะสมกับการสมัครของคุณ ปฏิบัติตามกฎระเบียบที่ใช้บังคับ อย่าเชื่อใครก็ตามที่บอกคุณว่านี่เป็นเรื่องง่าย มันไม่เคยเป็นเช่นนั้น