INOVATIVNI SPAJKALNI MATERIALI

ALMIT – Nova generacija spajkalnih zlitin brez svinca

Pa je le mogoče…

Evropske RoHS direktive v električni in elektronski opremi omejujejo uporabo svinca in drugih nevarnih snovi, kot so živo srebro, kadmij, šestvalentni krom in druge. Omenjene direktive določajo tudi izjeme, v katerih je uporaba svinca še vedno dovoljena. Prve brezsvinčene spajke so po svojih lastnostih in učinkovitosti zelo zaostajale za svinčenimi, kar je povzročalo ogromno težav. V zadnjih letih pa se je veliko spremenilo.

Svinec (Pb – latinsko plumbum) spada med strupene težke kovine in je nevaren ne le za okolje, temveč se akumulira v človeškem telesu, posebej v kosteh, zobeh in možganih ter povzroča nepopravljivo škodo zdravju. Zato je z RoHS direktivo njegova uporaba zelo zmanjšana oziroma v večini primerov popolnoma prepovedana. Pred letom 2006 se je svinec na široko uporabljal v spajkalnih materialih zaradi odličnih spajkalnih lastnosti, ki jih ta element daje spajkalni zlitini. Svinčena zlitina je odporna proti koroziji, ima visoko gostoto, je enostavna za uporabo in zagotavlja kakovosten spoj. Zaradi teh lastnosti se je spajka iz kositra in svinca (SnPb) več desetletij na široko uporabljala v proizvodnji po vsem svetu. Mnogi so se spraševali: “Ali bo sploh mogoče kakovostno spajkati brez svinca?”

Iskanje alternativ

Nova zakonodaja je proizvajalce spajkalnih materialov prisilila v iskanje novih rešitev in alternativ preizkušeni kositerno-svinčeni (SnPb) spajki. To pa je bilo vse prej kot lahko. Osnovna težava spajk brez svinca je pomanjkanje “mehke oziroma voljne” komponente. Zato se spajkalni spoji brez svinca po eni strani do določene obremenitve manj deformirajo, po drugi pa je pod obremenitvijo pojavnost mikro-razpok večja. Prav mikro-razpoke so eden izmed glavnih razlogov za poškodbe in nazadnje uničenje spajkalnih spojev.

Prva generacija ni upravičila pričakovanj

Zlitine brez svinca, ki so bile prve ponujene na trg po implementaciji RoHS direktive, torej prva generacija brezsvinčenih spajk, ni upravičila pričakovanj. Težave pri vrstah spajk, na primer SAC305 in SAC0307, so splošno znane. Po eni strani ne dosegajo lastnosti predhodno uporabljanih svinčenih spajk, po drugi pa so zaradi vsebnosti srebra zelo drage. Nove okoliščine so vplivale na cene srebra na trgu, saj se je vrednost srebra v nekaj letih skoraj potrojila. Lahko si predstavljamo, kakšen strošek ta sprememba predstavlja za velike porabnike spajkalnih materialov. 

Nova generacija, nove priložnosti

Vsekakor je čas zlitin prve generacije, ko je bila zlitina SAC (kositer-srebro-baker) ocenjena kot edina primerna opcija, minil. Danes poznamo zlitine brez svinca, ki omogočajo enake lastnosti kot svinčene spajke oziroma jih celo prekašajo. Ena takih  je SJM (Strong Joint Metal) serija spajk z lastnostmi, ki so se še pred nekaj leti zdele nekompatibilne. Kljub zelo nizki vsebnosti srebra (in posledično ugodnejši ceni) so SJM zlitine zelo zanesljive in zagotavljajo odlično odpornost na temperaturne spremembe ter natezno trdnost. S tem je bojazen o kakovosti spajkanja z zlitinami brez svinca ovržena, saj SJM serija spajk omogoča res kakovosten spoj.

V zadnjem času so mnogi uporabniki – med njimi tudi renomirani proizvajalci za avtomobilsko industrijo – prešli s SAC305 na SJM-03. SJM-03 (Sn0,3Ag0,7Cu2,0Bi). SJM-0,3 ima veliko možnosti, da postane nova standardna zlitina in naslednica SAC305.

Druga zlitina iz SJM serije – SJM-40 (Sn4,0Ag2,0Bi3,0Sb) je vrhunska spajka, ki se posebej dobro obnese pri ekstremnih spremembah temperature, saj ne prihaja do razpok in utrujenosti materiala tudi po izjemno visokem številu ciklov. Ta spajka ima nekoliko višjo vsebnostjo srebra.

Prihodnost skozi razvoj in inovacije

Izboljšave, ki so bile dosežene na področju spajk brez svinca in zlitin z nizko vsebnostjo srebra, so rezultat intenzivnih raziskav in novih, inovativnih pristopov. Veliko vlogo v teh raziskavah ima bizmut (Bi). Bizmut je šibka kovina in spada v skupino manj strupenih težkih kovin. V smislu elastičnosti in strižne napetosti niso zlitine z bizmutom nič slabše od svinčenih zlitin. Prednosti, ki jih omogoča uporaba bizmuta, je najlažje razumeti s pomočjo mrežnega modela atomov. Med strjevanjem se atomi premikajo in spreminjajo svoj položaj v “mreži”, kar sčasoma vodi do pojava razpok. Bizmut pa preprečuje dislokacijo atomov in s tem pojav razpok. Druga prednost bizmuta je njegovo nizko tališče, ki odpira nove priložnosti, še posebej za temperaturno občutljive komponente. Lahko bi rekli, da je v sodobnem času bizmut primeren nadomestek svinca.

Katera zlitina brez svinca najbolje ustreza mojim potrebam?

Uporabniki se nazadnje vedno soočijo z vprašanjem: katera od zlitin brez svinca je najprimernejša zame in moje aplikacije? Izbira produktov je zelo velika. Torej, kako naj se  pravilno odločimo? Najboljša odločitev je osebni posvet s kompetentnim strokovnjakom s strani proizvajalca oziroma dobavitelja. Le na osebnem sestanku je mogoče prediskutirati vse zahteve glede spajkanja, natančno določiti vse detajle in najti ustrezno rešitev. Zato za več informacij ali za dogovor za osebni sestanek, pokličite: 05 9040 258 ali se povežite z nami na info@abtehnik.si.

Prednosti zlitin z bizmutom so razložene na primeru mrežnega diagrama. Vsaka substanca ali material je sestavljen iz atomov. Med procesom strjevanja pride do dislokacije atomov, kar zmoti mrežno strukturo in poveča tveganje za kasnejši nastanek razpok. Bizmut preprečuje dislokacijo atomov na ta način, da zapolni praznine.

Strižna napetost (odpoved spoja), primerjava SJM in SAC. Test poteka pri cikličnem spreminjanju temperature okolja med -40°C in +125°C vsakih 30 minut; komponenta 3216, odpornost spoja, 1kgf = 9,8 N.

Po 1500 ciklih je spoj s standardno SAC305 zlitino skoraj popolnoma razpokan, medtem ko spoj s SJM-03 zlitino skorajda nima nikakršnih razpok; komponenta 1210 R.

Almitov razvojni oddelek

Almit je eden večjih proizvajalcev spajkalnih materialov širom po svetu, ima izredno močan razvojni oddelek in postavlja na trg nove standarde s svojimi inovativnimi produkti, kot je na primer KR-19RMA spajka, ki jo uporablja NASA pri konstrukciji vesoljskih plovil.

---

STANNOL FAIRTIN – Prva spajkalna žica, ki upošteva načela pravične trgovine

Stannol predstavlja v sodelovanju z iniciativo FAIRLÖTET prvo spajkalno žico, ki upošteva načela pravične trgovine.

Kositer se kot spajkalni material uporablja v vseh elektronskih izdelkih, od mobilnega telefona do televizije. Večina kositra je izkopana v rudnikih, ki se nahajajo v deželah v razvoju. Rudarjenje je običajno zelo obremenjujoče, tako za ljudi kot za okolje.

Za bolj odgovorna dejanja…

Ideja za spajko, ki je proizvedena brez izkoriščanja ljudi in brez škode za okolje, se je rodila poleti 2014. Kriteriji, ki so bili določeni v tesnem sodelovanju med Stannolom in FairLötet, so sledeči:

Ekologija

• uporaba zelo čistih sekundarnih surovin
• več kot 90% fluksa v žici iz obnovljivih surovin
• zaščita naravnih virov za odgovorno uporabo okolja

Pravičnost

• brezkonfliktno poreklo
• izogibanje nepoštenim delovnim pogojem
• podpora lokalnim nevladnim organizacijam za pravično in vzdržno rudarjenje s FairLötet e.V. iniciativo, kar bo v prihodnosti omogočilo pravično trgovino s kositrom

Zanesljivost

• čistost zlitine po kriterijih ISO 9453:2006
• RoHS – skladno (brez svinca)
• kositer- baker zlitina brez srebra
• Stannol je certificiran po okoljskem standardu ISO 14001

Delež izkupička prodaje spajkalne žice, ki upošteva načela pravične trgovine, donirajo nevladnim organizacijam v dotičnih državah in za nadaljnje delo FairLötet.