Honzíkovy vláčky

Pájecí slitiny pro horkovzdušné pájení

Autor: Jan Hlaváček Vydáno: 21.4.2012

Díky směrnici RoHS¹⁾ jsou dnes na trhu všelijaké pájecí slitiny, o nichž se toho neví moc. Smyslem směrnice RoHS je omezit některé nebezpečné látky běžně používané v elektronice a elektronických zařízení. Podle této směrnice jsou všechny komponenty testovány na přítomnost olova (Pb), kadmia (Cd), rtuti (Hg), šestimocný chróm (Hex-Cr), polybromované bifenyly (PBB) a polybromovaných difenyletherů (PBDE). Tyto testy se týkají mj. i pájek.

Rozvoj pájecích technologií, kde hraje určitou roli též ochrana životního prostředí, přinesl metodu pájení horkým vzduchem, kde se téměř výhradně pájky používají pájku ve formě pasty, nikoliv pájky v dosud známém trubičkovém provedení. Pomineme-li automatickou strojní produkci, tak v ostatních případech se pasta pomocí dávkovače (což bývá v amatérských podmínkách většinou injekční stříkačka) nanese na plošný spoj na jednotlivé pájecí plošky. Do pájecí pasty obsahující několik dalších složek, vč. speciálního lepidla a tavidla se zamáčkne součástka a horkým vzduchem se pasta ohřeje. Tím se roztaví a díky velmi dobré vzlínavosti jak pájky, tak obsaženého tavidla perfektně zateče pod součástku. Zajímavé je, že síly vznikající vzlínáním součástku tzv. „usadí“ na pájecí plošky.
Obdobně lze pájecí pasty tavené horkým vzduchem úspěšně používat na spojovaná místa vyleptaných dílů karosérií železničního modelu.

Bezolovnaté pájení

V amatérských podmínkách je doposud nejpoužívanější slitinou pro pájení olovnatá pájka SnPb (cín – olovo). Vyrábí se v bezpočtu variant co do tvaru, průměru trubičky, návinu na cívku a pochopitelně i složení. Charakteristické pro základní složení takové pájky, která obsahuje 60 % cínu a 40 % olova je tavná teplota okolo 183°C. Stejné vlastnosti má i pájecí pasta obdobného složení.
Směrnice RoHS nařizuje o profesionální výroby tzv. bezolovnaté pájení. Pájky proto mají sníženou hodnotu olova. Toto je nahrazeno jinými kovy, leč tavicí teplota je obvykle vyšší. Při opravách zařízení, kde bylo použité tzv. bezolovnaté pájení je proto vhodné použít i bezolovnaté pasty. Postupem doby se ale bezolovnaté pasty stávají „trendem“ a tudíž nás čeká doba, kdy jednoho dne asi dojde skladová zásoba „obyčejných“ pájek SnPb.

Složení pájecích past

Pájecích past je mnoho druhů. Liší se složením a tím pádem i teplotami tavení. Lze ovšem vysledovat jejich vzájemnou kompatibilitu.
Základním kovem ve všech slitinách je cín (Sn)
Doplňujícími kovy pak jsou:
– stříbro (Ag) – stříbro sníží bod tavení, zajistí lepší smáčení a zlepší pevnost spoje;
– bizmut (Bi) – sníží bod tavení, zajistí lepší smáčení;
– měď (Cu) – zlepší pevnost spoje;
– zinek (Zn) – má nízkou teplota tavení a je levný;
– antimon (Sb) – zlepší pevnost spoje, sníží povrchové napětí pro zlepšení rozlévání a prevenci nadzvedání součástek (tombstoning);
– indium (In) – sníží bod tavení;
– nikl (Ni) – prevence odsmáčení;
– germanium (Ge) – prevence oxidace

Stále však platí, že základním kovem i u bezolovnaté pájecí slitiny je vždy cín (Sn), především vzhledem k jeho nezávadnosti, metalickým vlastnostem, značným světovým zásobám a v neposlední řadě i vzhledem k ceně.
Prvky, které se kombinují s cínem – přičemž hlavním cílem je dosažení bodu tavení konvenční pájecí slitiny SnPb 183° C – jsou stříbro (Ag), měď (Cu), zinek (Zn), bizmut (Bi), antimon (Sb) aj. Protože pomocí kombinace pouze dvou kovů nelze dosáhnout požadovaných vlastností, jsou nutné kombinace tří, nebo i čtyř kovů. Nejspolehlivější vlastnosti mají slitiny na bázi SnAg (cín – stříbro), ke kterým se ještě přidává bismuth (Bi), jenž pomáhá snižovat bod tavení celé slitiny. U nás dostupná pájecí pasta SnAgBi je prodávaná pod označením „Pájecí pasta s obsahem stříbra“ a obchodním označením „Multi-weld“; má teplotu tavení 140° C, vynikající mechanické i elektrické vlastnosti a je vhodná k použití v elektronice a šperkařství.

Teploty tavení past

pájecí pasta	teplota tavení cca
SnPb	183° C
SnAg	140 – 221° C
SnCu	227 – 229° C
SnAgCu	217 – 218° C
SnAgCuBi	214 – 220° C
SnZiBi	193 – 199° C
SnAgCuSb	217 – 218° C

Kompatibilita pájecích slitin, povrchové úpravy vývodu součástky/použité pájky

Slitina	Povrchová úprava vývodu součástky
	SnAg	NiAu	SnZn	SbPb
SnAg	ano	ano	ne	horší
SnCu	horší	ano	ne	horší
SnAgCu	ano	ano	ne	horší
SnAgCuBi	ano	ano-horší	ne	horší
SnZnBi	ano-horší	horší	horší	ne
SnAgCuSb	ano	ano	ne	horší

_______________________________________________

1) Blíže viz např. http://www.rohscompliancedefinition.com/

Odkazy na texty na tomto webu, které se zabývají problematikou horkovzdušného pájení:

http://www.honzikovyvlacky.cz/2010/01/13/naradi-letovani-a-pajeni/
http://www.honzikovyvlacky.cz/2010/09/11/povidani-o-leptech-a-pajeni/
http://www.honzikovyvlacky.cz/2010/09/28/horkovzdusny-fen/
http://www.honzikovyvlacky.cz/2011/07/25/magnum-md100-relativne-levny-ale-obtizne-dostupny-rucni-davkovac-pajeci-pasty/

Zpracováno volně podle Javůrek, Franta OK2FJ (Highlander Brno): Horkovzdušné pájení SMD v domácích podmínkách. In: http://radio-foto.net/radio/reflow.php