Современные технологии изготовления различного вида печатных плат и безсвинцовые технологии пайки - экологичны и эффективны, но они (в определенных условиях) порождают ряд явлений, приводящих к отказам.
Достаточно часто, в разговорах со специалистами по ремонту персональных компьютеров, можно услышать: «пропаял контакты микросхем, разъемов неисправной платы и она заработала, неисправность исчезла». Обычно такое «волшебство» пропайки объясняют плохим качеством паяного соединения, но действительно ли это так? Есть и более реальное объяснение. «Усы» олова — это микроскопические проростки металла из мест пайки на печатной плате, являются причиной возникновения отказов электронных схем из-за замыканий между контактами и проводниками. Общеизвестен факт, что отрицательное воздействие внешней среды непосредственно сказывается на показателях надежности печатных узлов и сборок, выполненных по современным технологиям.
При работе с безсвинцовыми припоями возникает ряд проблем, которые связаны с их физическими свойствами. Поэтому паяльные станции должны быть специально адаптированы для работы с безсвинцовыми припоями. Основные проблемы, которые могут возникнуть при пайке безсвинцовыми припоями:
- более высокая температура плавления пайки может повредить электронные компоненты, содержащие пластмассу, могут получить термический «шок» и сами компоненты;
- может возникнуть деформация печатных плат;
- будет наблюдаться слабая увлажненность и растекание в связи с возрастающим эффектом окисления поверхности;
- появится необходимость использования более активных (и коррозийных) флюсов;
- возможно появление перемычек и замыканий;
- вследствие более высокой температуры пайки будет наблюдаться сильное разбрызгивание флюса;
- увеличится время создания качественной пайки (контакта);
- вид паяного контакта будет более тусклым;
- снизится ресурс нормальной работы паяльных головок;
- потребуется изменить стиль работы монтажников.
Итак, возможно появление перемычек и замыканий. Перемычки и замыкания возникают в виде «усов» олова (это микроскопические проростки металла из мест пайки на печатной плате). Эти таинственные проростки и бывают "виноваты" в серьезнейших отказах электроники.
Олово без укрощающего его свинца ведет себя непредсказуемо. Оловянное покрытие без добавок так же, как кадмий и цинк, спонтанно образует кристаллы металла диаметром около 1-5 мкм и менее одной десятой толщины человеческого волоса, которые проталкиваются от основания вверх. Если они растут достаточно близко для того, чтобы прикоснуться к другому токопроводящему объекту, то вызовут короткое замыкание, которое может повредить аппаратуру.
Механизм образования «усов» уже давно стал достаточно понятным — это происходит за счет напряжения сжатия, обусловленного, скажем, диффузией меди в олово. При встраивании в слой олова медь пробивается через барьерный слой оксида олова. Критики ссылаются на сообщения о том, что компоненты припоя, такие как олово, олово-цинк, олово-серебро-медь, просто не способны заменить свинец в припое по надежности, укрывистости (смачиваемости контактных площадок) и стоимости. Поэтому военная, военно-морская, медицинская и исследовательская аппаратура освобождены от того, что считается не заслуживающим доверия. Кроме того, отдельные отрасли науки и техники еще используют олово-свинец, так как он работает лучше. Идет разговор о возможности компромиссов «по стоимости, материалам, прочности припоя и пр.» во время предписанного перехода, а также то, что изготовители должны приобрести «базовый опыт» использования новых технологий.
Помимо образования «усов», не содержащий свинца припой к тому же более хрупок. Припои-заменители также могут быть нанесены слишком тонким слоем, при недостаточной или при слишком высокой температуре (заменители свинца имеют более высокие точки плавления), что создает механические напряжения в слоистой структуре печатной платы.
Какие же меры и технологии могут устранить образование «усов»? Применение матового финишного покрытия, устранение загрязнителей из припоя и с поверхностей, снижение механических напряжений в паяемых компонентах — все это ослабляет рост «усов». Однако ряд специалистов в области пайки и печатных плат, заявили, что «никакое определенное решение этой проблемы» пока не найдено до сих пор. Известно, что термостабилизация паяных соединений и их хранение позволяют уменьшать образование «усов», но все же многие специалисты рекомендуют «применение свинца вопреки будущей производственной практике».
Что способствует появлению «усов»? Оказывается, что они могут расти при температуре и влажности окружающей среды или в вакууме, а также при постоянных или изменяющихся температурах (хотя варьирование температуры может способствовать их росту). Кончики «усов» соразмерны атому. За достаточное время они протолкнутся через любое покрытие. Они являются преобладающей причиной (лишь недавно обнаруженной) многих отказов аппаратуры в прошлом. Один «усик» может пропускать около 30 мА — что более чем достаточно для повреждения цифровых схем.
Припой серебро-олово-медь (SAC) замедляет, но не прекращает рост «усов». Но припой SAC оказывает на окружающую среду большее влияние, чем вариант олово-свинец (известный припой — 37% свинца, 63% олова — в отличие от SAC только деформируется, что снижает механические напряжения, а значит, сводит к минимуму образование «усов»).
Свыше 80% от всех радиоэлектронных компонентов производится в Азии, но технические требования к ним разрабатываются в фирмах — обладателях торговой марки продукции. Ряд крупных компаний после своих дорогостоящих возвратов добились постоянного освобождения от необходимости соблюдать директиву RoHS (Restriction of Hazardous Substances – запрет вредных веществ) для изделий, идущих на экспорт в страны ЕС. Вероятно, скоро появятся надежные технологии, свободные от свинца, а такие компании, как IBM и National Instruments, сейчас уже имеют технологии, соответствующие требованиям RoHS даже для освобожденных от них изделий.
Версия сайта для слабовидящих