CZ15567U1 - Bezolovnatá pájka - Google Patents

Description

Bezolovnatá pájka

Oblast techniky

Technické řešení se týká bezolovnaté pájky na bázi slitiny bismutu a cínu, která je zejména vhodná pro použití na pájecích zařízeních dosud používaných pro pájení olovnatými pájkami a zejména rovněž umožňuje nahradit olovnaté pájky tam, kde jsou jako nosiče pájených spojů používány méně odolné plasty, jako termoplasty, fóliové polyestery a polypropyleny a podobně a všude tam, kde je vhodné dodržet nižší teploty pájení s měkkými pájkami.

Dosavadní stav techniky

Spojení pájením má značný význam zejména u mnoha elektrotechnických a elektronických sou10 částí. Aby pájený spoj zajistil vodivé spojení dvou součástí s dlouhodobě neměnnými vlastnostmi, musí mít pájka odpovídající vlastnosti zejména z hlediska duktility, pevnosti, únavového stárnutí za tepla, korozní odolnosti a podobně.

Těmto požadavkům až dosud v největší míře vyhovovaly zejména olovnaté pájky, převážně na bázi slitin olova s cínem, případně zinkem. U nás byly dosud zejména používány slitiny obsahu15 jící 37 až 40 % hmotn. olova a 60 až 63 % hmotn. cínu, které mají teplotou tání 183 °C.

V současné době je přísně sledovanou vlastností pájek rovněž jejich vliv na životní prostředí. Z hlediska vlivu olova na zdraví se ukazuje, že olovo obsažené v jakékoliv formě vykazuje toxicitu s dlouhodobými účinky na lidské zdraví. K tomu navíc přistupuje skutečnost, že se nedaří dostatečně a bezpečně recyklovat odpad z elektrických a elektronických součástek a zařízení, který obsahuje olovo. Za těchto okolností proto vznikla potřeba, aby bylo olovo z pájek odstraněno. Tento požadavek je zakotven i ve směrnici 2002/95/ES.

Jako bezolovnaté pájky se v současnosti nejěastěji používají pájky, které obsahují 97 až 99 % hmotn. cínu a 1 až 3 % hmotn. mědi, nebo 96 až 97 % hmotn. cínu a 3 až 4 % hmotn. stříbra. Tyto pájky však vykazují ve srovnání s pájkami na bázi slitin s olovem vyšší bod tání, který činí

221 až 240 °C. Vyšší teplota tání přitom s sebou přináší i vyšší teplotu pájení.

Ve spisu EP 0 847 829 je proto navrhováno složení pájky, které obsahuje 2 až 5 % hmotn. stříbra, 0,1 až 2 % hmotn. niklu, méně než 1 % hmotn. dalších stanovených prvků a až 2,5 % hmotn. zlata a 0,5 až 2,0 % hmotn. mědi a cín, přičemž cín činí alespoň 91,5 až 96,5 % hmotn., a které má mít teplotu tání 220 °C nebo méně.

Ze zveřejněné CZ přihlášky vynálezu PV 2003-1348 (2000 GB 0004365) je známá bezolovnatá pájecí slitina sestávající ze 76 až 96 % hmotn. cínu, 0,2 až 2,5 % hmotn. mědi, 2,5 až 4,5 % hmotn. stříbra a až 12 % hmotn. india, přičemž je uváděna teplotu tání nižší než 215 °C.

Rovněž je známá bezolovnatá pájka obsahující 2,5 až 4 % hmotn. stříbra, 0,6 až 0,8 % hmotn. mědi a zbytek tvoří cín, u níž je uváděna teplota tání 217 °C.

Nevýhodou shora uvedených bezolovnatých pájek je však i jejich špatná roztékavost. Aby byla zajištěna jejich dostatečná roztékavost při pájení, je nutné pracovat s vyšší teplotou, takže dochází k výraznému rozpouštění pájených kovů, zejména mědi.

Uvedené pájky jsou rovněž relativně tvrdé. Nejsou dostatečně plastické a při chladnutí zmenšují svůj objem, což je označováno jako tak zvané propadání pájky. Tím vzniká v pájeném místě pnutí, které se projevuje trhlinami, často již v průběhu chladnutí po zapájení. Mnohem závažnější je však nebezpečí vzniku trhlin v průběhu stárnutí výrobku, to značí v době, kdy je již výrobek užíván k účelu, ke kterému je určen, což může způsobit poruchu celého zařízení, které je opatřeno pájeným spojem, na němž vznikla trhlina, jejímž důsledkem může být nutnost vyřazení celého tohoto zařízení z provozu. Také shora uvedené olovnaté pájky zmenšují při chladnutí objem, jsou však měkké, takže se v nich pnutí v průběhu stárnutí uvolní.

-1 CZ 15567 Ul

V části popisu vynálezu ke spisu DE 69 521 762, která se týká dosavadního stavu techniky, je popsána binární eutektická slitina sestávající z 58 % hmotn. bismutu a 42 % hmotn. cínu, která se sice jeví jako značně příznivá jak z hlediska ochrany prostředí, tak i z hlediska hospodárnosti, avšak vyvolává značné rozpaky ve vztahu na velkou citlivost na deformaci, to znamená ve vztahu na ztrátu duktility při vysokých deformacích.

Ve spisu US 5 320 272 je popsána bezolovnatá pájecí slitina, která sestává ze 30 až 70 % hmotn. bismutu, 1 až 2,2 % hmotn. stříbra, přičemž zbytek tvoří cín, a která je nízkotavitelná a má zlepšené mechanické vlastnosti.

Ze spisu DE 69 521 762 je známý výrobek obsahující pár elektrických součástek, které jsou naío vzájem pájeny pomocí pájky, která sestává ze 40 až 60 % hmotn. cínu, 0,01 až 0,75 % hmotn. stříbra a zbytek tvoří bismut a u níž se na základě zkoušek obdrží duktilita o minimálně 20 % vyšší než má při stejné rychlosti ochlazování binární eutektická slitina sestávající z 58 % hmotn.

bismutu a 42 % hmotn. cínu.

Podstata technického řešení

Na základě znalosti shora uvedeného stavu techniky je úkolem technického řešení navrhnout složení bezolovnaté pájky tak, aby tato měla takové vlastnosti, aby ji bylo možné bez dalšího používat na pájecích zařízeních dosud používaných pro pájení olovnatými pájkami a zejména rovněž bude možné touto pájkou nahradit olovnaté pájky tam, kde jsou jako nosiče pájených spojů používány méně odolné plasty, jako termoplasty, fóliové polyestery a polypropyleny a podobně a bude ji také možné použít všude tam, kde je vhodné dodržet nižší teploty pájení s měkkými pájkami.

Tento úkol se vyřeší tím, že bezolovnatá pájka sestává ze slitiny, která obsahuje 1,5 až 18% hmotn. bismutu, 0,2 až 1,8 % hmotn. mědi a/nebo 0,1 až 1,8 % hmotn. stříbra a zbytek tvoří cín.

Zejména z hlediska hospodárnosti a úspory drahých kovů se jeví jako výhodná slitina, která ob25 sáhuje 1,5 až 18 % hmotn. bismutu, 0,2 až 1,8 % hmotn. mědi a zbytek tvoří cín.

Jako velmi vhodná se pro stanovený účel jeví zejména pájka tvořená slitinou, která obsahuje 1,5 až 18 % hmotn. bismutu, 0,1 až 1,8 % hmotn. stříbra a zbytek tvoří cín, ale také pájka tvořená slitinou, která obsahuje 1,5 až 18 % hmotn. bismutu, 0,1 až 1,8 % hmotn. stříbra, 0,2 až 1,8 % hmotn. mědi a zbytek tvoří cín.

Příklad provedení technického řešení

Bezolovnatá pájka pro práci na pájecích zařízeních dosud používaných pro pájení olovnatými pájkami je tvořena slitinou, která obsahuje 89 % hmotn. cínu, 1,6 % hmotn. mědi a 9,4 % hmotn. bismutu.

Uvedená bezolovnatá pájka má teplotu tání 202 ± 2 °C a dobrou roztékavost již při provozní teplotě pájení 260 °C. Při pájení není zapotřebí nadměrného přehřívání, takže se omezuje rozpouštění pájených kovů, jako jsou stříbro nebo měď. U pájky podle technického řešení se také omezilo zmenšování objemu v průběhu chladnutí kovu po zapájení. Pájka rovněž vykazuje vysokou pevnost pájených spojů.

Průmyslová využitelnost

Technické řešení bezolovnaté pájky je využitelné na pájecích zařízeních, která používají pro pájení olovnaté pájky. Nahrazuje olovnaté pájky tam, kde jsou jako nosiče pájených spojů používány méně odolné plasty, jako termoplasty, fóliové polyestery a polypropyleny a podobně a všude tam, kde je vhodné dodržet nižší teploty pájení s měkkými pájkami.

Claims (4)

NÁROKY NA OCHRANU

1. Bezolovnatá pájka na bázi slitiny bismutu a cínu, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 1,5 až 18 % hmotn. bismutu, 0,

2 až 1,8 % hmotn. mědi a/nebo 0,1 až 1,8 % hmotn. stříbra a zbytek tvoří cín.

5 2. Bezolovnatá pájka podle nároku 1, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 1,5 až 18 % hmotn. bismutu, 0,2 až 1,8 % hmotn. mědi a zbytek tvoří cín.

3. Bezolovnatá pájka podle nároku 1, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 1,5 až 18 % hmotn. bismutu, 0,1 až 1,8 % hmotn. stříbra a zbytek tvoří cín.

4. Bezolovnatá pájka podle nároku 1, vyznačující se tím, že slitina obsahuje 1,5 ío až 18 % hmotn. bismutu, 0,1 až 1,8 % hmotn. stříbra, 0,2 až 1,8 % hmotn. mědi a zbytek tvoří cín.