CZ300575B6 - Bezolovnatá pájka - Google Patents

Abstract

Bezolovnatá pájka je vytvorená na bázi slitiny bismutu a cínu, pricemž slitina obsahuje 1,5 až 18 hmotn. % bismutu, 0,2 až 1,8 hmotn. % medi a zbytek tvorí cín.

Description

(57) Anotace:

Bezolovnatá pájka je vytvořená na bázi slitiny bismutu a cínu, přičemž slitina obsahuje 1,5 až 18 hmotn. % bismutu, 0,2 až 1,8 hmotn. % mědi a zbytek tvoří cín.

Bezolovnatá pájka

Oblast techniky

Vynález 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 tak, 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 součástí. Aby pájený spoj zajistil vodivé spojení dvou součástí s dlouhodobě neměnnými vlastnostmi, musí mít pájka odpovídající vlastnosti zejména z hlediska dukti lity, 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 eutektické slitiny obsahující 37 až 40 hmotn. % olova a 60 až 63 hmotn. % cínu, které mají teplotu 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 v kyselinách vykazuje akumulovanou vnitřní toxicitu. K tomu navíc přistupuje skutečnost, že se nedaří dostatečně a bezpečné 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 2002/96/ES.

Jako bezolovnaté pájky se v současnosti nejčastěji 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.

V patentovém spisu EP0847 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 (2000GB 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 teplota 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 zjištěna 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, a to mnohdy již brzy po jeho zahá55 jení. Mnohem závažnější je však nebezpečí vzniku trhlin v průběhu stárnutí výrobku, to značí

- 1 CZ 300575 B6 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.

V Části popisu vynálezu k DE-T2 69521761, 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 io na ztrátu duktility při vysokých deformacích.

V US-A 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.

Z DE-T2 69521762 je známý výrobek, obsahující pár elektrických součástek, které jsou navzájem 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 vynálezu

Na základě znalosti shora uvedeného stavu techniky je úkolem vynálezu 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 zbytek tvoří cín.

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

Příklady provedeni vynálezu

Bezolovnatá pájka pro prácí 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 °C ± 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 měd\ U pájky podle vynálezu se také omezilo zmenšování objemu v průběhu chladnutí kovu po zapájení. Pájka rovněž vykazuje vysokou pevnost pájených spojů.

Claims (1)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

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