A lágyforrasztás jellemzése, anyagai, berendezései és alkalmazásai

Átírás

1 A lágyforrasztás jellemzése, anyagai, berendezései és alkalmazásai Szerző: Dobránszky János A lágyforrasztás helye a kötéstípusok sorában A forrasztás definíciója A forrasztás olyan kötéslétesítő eljárás, amelyben a megolvadt forraszanyag nedvesíti és beteríti az összekötendő felületeket, majd a megszilárdulása után erős adhéziós kötést képez. Amikor a forraszanyag olvadáspontja nagyobb, mint 450 C, az eljárást keményforrasztásnak nevezzük, egyébként pedig lágyforrasztásnak.

2 A forrasztott kötés követelményei a) A forraszanyag olvadáspontja olvadási hőmérséklet-tartománya legyen kisebb, mint az összeforrasztandó anyagoké. A gyakorlatban: kb. 50 C-kal b) Bár nem olvad meg az alapanyag, diffúzió végbemegy, ami hozzájárul az erős kötés kialakulásához; ezért a forrasz és az alapanyag között az oldódás kívánatos. c) A megolvadt forrasznak nedvesítenie kell az alapanyag felületét. A nedvesítést jellemző peremszögnek 90 -nál feltétlenül kisebbnek kell lennie. Minél kisebb a peremszög, annál jobb a nedvesítés, annál jobban terül, folyik a forrasz. folytatódik A forrasztott kötés követelményei a)... b)... c)... d) Az olvadt forrasz a kapilláris erő hatására tölti ki a rést. A kapilláris erő függ a felületi feszültségtől, a forrasz sűrűségétől, a peremszögtől és a rés méretétől; az optimális résméret általában 0,01 0,1 mm. e) A forraszbehatolás sebessége, így ideje a résbe az olvadék viszkozitásától függ; jellemzően 100 ms nagyságrendbe esik. A viszkozitás, a felületi feszültség és a peremszög egyaránt csökken, amikor a hőmérséklet meghaladja a forraszanyag likvidusz hőmérsékletét. f) A felületi érdességnek van olyan optimuma, amely elősegíti a forrasz terülését és folyását, aminek az az oka, hogy a felületi mikrobarázdák helyileg lecsökkentik a peremszöget. A forrasztandó felületnek közepes finomságú ( as), SiC csiszolópapírral való csiszolása kedvezőbb, mint simára polírozott felület.

3 A forraszthatóság meghatározása A forraszthatóságot gyakran egy egyszerű bemártással határozzák meg, szemrevételezéssel ellenőrzik a forrasz tapadását, az ún. nedvesedést. A nemesfémek (köztök a réz) forraszthatóságát a villamos és hővezetési tulajdonságok alapján értékelik. A nemesfémek (pl. Au) kiválóan forraszthatók, ml a felületi oxidok hiányzanak, ill. gyorsan eltávolíthatók. A kis kémiai aktivitású folyasztószerek elegendők a kellő nedvesítés biztosításához a nemesfémek felületén. Az alumíniumot, a rozsdamentes és a hőálló acélokat nehéz forrasztani. Ezen segít egy jól forrasztható fémbevonat felvitelével. A bevonatok a kerámiákat is forraszthatóvá teszik: Sn, Cu, Ag, Cd, Pn-Sn, Sn-Zn, Sn-Cu ötvözetek alkalmasak e célra. A bevonat a folyasztószer hatékonyságát növeli, csökkenti a szükséges mennyiségét. Nem szükséges agresszív folyósítószer. A bevonatolt fémek forraszthatósága függ a bevonat anyagától, annak oldhatóságától a forrasztási hőmérsékleten. Bevonatok készíthetők tűzi mártással vagy galvanizálással. A nemfémes bevonatok, mint pl. a lakkozás akadályozzák a forraszthatóságot. A peremszög Peremszög θ > 90 Peremszög θ = 90 Peremszög θ < 90 Young-egyenlet: 2. ábra Young Dupré-egyenlet :

4 A peremszög A nedvesedés (nedvesíthetőség) mértéke általában a θ peremszög értékével becsülhető. Egy tökéletesen sík szilárd felületen nyugvó folyadékcsepp mechanikai és termodinamikai egyensúlyából a Youngegyenlet határozza meg a θ peremszöget a vízszintes erők egyensúlya és a háromfázisú rendszer határfelületi feszültségei alapján. A peremszög egy a kulcsfontosságú technológiai parameter a forraszanyagok kiválasztásában: θ << 90 nedvesítési feltételekre van szükség ahhoz, hogy jó minőségű forrasztott kötés jöjjön létre: általában egy anyag forraszthatósága annál jobb, minél kisebb az adott forrasz esetén a nedvesítési szög. Egyszersmind a Young Dupré-egyenlet értelmében a θ peremszöget úgy lehet tekinteni, mint egy kötésszilárdsági tényezőt, mivel a folyadék σ LV felületi feszültségével (ezt gyakran jelölik -val) együtt közvetlenül befolyásolja a Wa adhéziós munkát (kis θ általában korrelál nagyobb Wa-val). A lágyforrasztás A lágyforrasztás hagyományos forraszanyagai a Pb-Sn ötvözetek. A mai időkre viszont erősen gátolják alkalmazásukat a környezetvédelmi előírások, amelyek a Pb-tartalom miatt tiltólistás veszélyes anyagnak minősítették ezeket a forraszokat olyan alkalmazásokban, amelyek egészségi ártalmat okozhatnak. A lakások fűtési rendszerének szerelésére alkalmazható, de nem használható ivóvízvezetékek szerelésére. Bár az emberi fogyasztási körön kívül esik a háztartási gépek zöme, számítógépek, tévék, ezek mikroelektronikai paneljei is ma már ólommentes forrasszal készülnek. A gyártóknak egyszerűbb inkább mindent ólommentes forrasszal készíteni, mint váltogatni a termékek jellege szerint.

5 Pb-Sn-alapú lágyforraszok A megfelelő lágyforrasztott kötésben az olvadt forrasznak meg kell tapadnia felületen (adhézió). Ennek során a forrasz és az alapanyag felületi rétege reakcióba lép, és intermetallikus fazes(ok) alakul(nak) ki, amelyek fizikailag nem távolíthatók el a felületről. Ennek az intermetallikus rétegnek a kialakulása a réz, sárgaréz és acél forrasztásakor az alapanyag és a forraszban lévő Sn között megy végbe. Pb-Sn-alapú lágyforraszok Pb% Sn% Sb% Más Olvad C Főbb jellemzők, alkalmazások Elektronikai lágyforrasz Elektronikai lágyforrasz Ag ,4 65 0, Elektronikai lágyforrasz. Az Sb keményít. 39,5 60 0, Minőségi bádogos munkákhoz használatos. 49,5 50 0, A réz és az acél általános forrasztásához. 59,6 40 0, Csövek forrasztására vékony szalag formájában is. 69,7 30 0, Csőszerelési forrasz. Sűrű, jól kenhető, törölhető Bi Cd ,5 5 1,5Ag Ag ,5 50 1,5Cu A réz mérsékli a páka kopását.

6 Az Sn-Pb fázisdiagram Mindkét ötvözőre korlátolt oldódású, egyszerű eutektikus fázisdiagram Az Sn-Cu és a Cu-Pb egyensúlyi fázisdiagram

7 A Fe-Sn egyensúlyi fázisdiagram A lágyforrasztás lépései Páka Páka Alapanyag Előónozás Tisztítás Előónozás A hozzáadott forrasz megolvadása és befolyása a felületek közé A forrasztási rés teljes kitöltése A forrasz megszilárdulása Forrasztás Az Sn-tartalom növekedésével javul a forrasznak a résbe való behatolási képessége. Minden Pb-Sn forrasz tartalmaz antimont (Sb), amely az ólomban korlátoltan oldódván kiválásos keményedéssel növeli a forrasztott kötés szilárdságát.

8 A forrasztandó felület Alapvető fontosságú, hogy a forrasztandó felület tiszta legyen, különben a forrasz nem tapad meg rajta. Semmilyen szennyeződés, zsír, olaj, nedvesség, reve stb. Nem lehet a felületen. Minden felületi reteg gátolja a forrasznak a felület atomjaival való érintkezését. Felülettisztítási módszerek Mechanikai tisztítás Csiszolás csiszolópapírral Tisztítás reszelővel Tisztítás kaparószerszámmal Súrolás durva vászonnal Szemcseszórás, homokfúvás Kémiai tisztítás Puha rongy, törlőpapír zsírtalanító szerrel, pl. szén-tetrakloriddal átitatva Sorozatgyártásban a triklór-etilén fürdőbe mártás alkalmas Forró lúgos oldatok Szappanmentes lúgos detergensek Savas pácolás Különös figyelmet kell fordítani a korróziós bemaródások tisztítására. A felület NE legyen túlságosan simára polírozva! A bevonatos acéllemezek nem igényelnek mechanikai tisztítást, de a kémiai tisztítás elengedhetetlen. A triklór-etilén hatékony zsírtalanítószer. A lágyacélok revétlenítésére az 50%-os sósavoldat alkalmas, melegítés nélkül. A kémiai tisztítást mindig alapos öblítés (desztillált vízzel) és szárítás követi.

9 A folyasztószer szerepe A legtöbb fém felületét vékony oxidréteg borítja már néhány perccel a tisztítás után. A hőmérséklet növekedése erősen gyorsítja ezt a folyamatot. Az oxidréteg pedig lehetetlenné teszi a megfelelő erősségű forrasztott kötés kialakulását. A szóban forgó oxidréteg képződését megakadályozandó alkalmas folyasztószert kell a felültre juttatni azonnal a tisztítás után. A folyasztószerrel szemben támasztott követelmények: 1. Legyen folyadék fázisú a forrasztás hőmérsékletén. 2. Folyadék állapotban borítsa be a kötési zónát, és gátolja meg a hevítés okozta oxidációt. 3. Oldjon fel minden maradék oxidot a felületről (aktív folyasztószer). 4. Legyen mozgatható a megolvadt forrasz által. 5. Ne hagyjon hátra korróziós hatású maradékot. A folyasztószer működése

10 A folyasztószer működése A megolvadt folyasztószer akkor folyik, ha teljesen szétterül a felületen, és nem gurul rajta. A folyasztószer forrasz általi mozgatását szemlélteti az ábra 1. A folyasztószer ráfolyik az oxidálódott felületre. 2. A folyasztószer forrni kezd, és eltávolítja az oxidot, pl. kloridok jönnek létre a reakció keretében 3. A tiszta fémes felület kerül érintkezésbe a folyasztószerrel 4. A megolvadt forrasz eltolja maga előtt az olvadt folyasztószert. 5. Az Sn reakcióba lép az alapfémmel, és intermetallikus fázisokat alkotnak. 6. A forrasz megszilárdul. A folyasztószerek fő típusai Passzív (nem korrozív) folyasztószerek Aktív folyasztószerek Ezeknek két fő típusuk terjedt el: a) Csak hevítéskor folyó folyasztószer; nem korrozív hatású, sőt, esetenként védőhatású is lehet. b) Savak; korrozív hatásúak. A legismertebb passzív folyasztószer a fenyőgyanta. Ott alkalmazzák (pl. nyomtatott áramkörök), ahol forrasztás után nem lehet semmilyen tisztítást alkalmazni, eltávolítandó a maradékokat. Nem tudja bontani a felületi oxidfilmet, csak a forrasztás közbeni oxidációt gátolja; emiatt különösen fontos az alapos előzetes felülettisztítás. A legismertebb aktív folyasztószer a forrasztóvíz (cink-klorid oldat). Gyorsan oldja az oxidot, és gátolja az újraképződését. Marja az anyag felületét is, elősegítve a nedvesítést és a forrasz adhézióját. Maradéka erősen korrozív, ezért forrasztás után, mosással, gondosan el kell távolítani, a forrasztott kötést pedig rozsdagátlóval célszerű kezelni.

11 Folyasztószer paszták Mindkét fajta folyasztószer rendelkezésre áll jól kenhető paszta formájában is. A pasztásítást vazelinnal, lanolinnal vagy glicerinnel oldják meg. A gyantát alkoholban feloldva alkalmazzák 1 : (2 4) arányban. A vazelin a legfontosabb pasztaképző anyag, amelybe belekevernek 25% cink-klorid oldatot, 3% ammóniumklorid oldatot és 7% vizet. A paszta nagy előnye, hogy nem folyik keresztül a forrasztási résen az alkatrész más részeire. A folyasztószerek anyagai A nemkorrozív folyasztószerek lehetnek növényi vagy állati eredetűek Gyanta: villamos és elektronikai alkalmazásokhoz. Faggyú: ólom alkatrészekhez, járműmotorok javítási munkáihoz. Olívaolaj: ónból készült eszközökhöz. A korrozív (aktív) folyasztószerek Zinc-klorid (ZnCl 2 ): acél, sárgaréz, réz forrasztásához. Ammónium-klorid (NH 4 Cl): öntöttvashoz és sárgarézhez. Sósav: cink és horganyzott acél forrasztásához. Foszforsav: acél és réz forrasztásához; maradéka üvegszerű. HCl + ZnCl 2 : rozsdamentes acélokhoz. ZnCl % NH 4 Cl: kis munkahőmérsékletű forraszokhoz.

12 A lágyforrasztás hevítési módjai Mártó forrasztás Kemencés forrasztás Hevítőlapos forrasztás Indukciós forrasztás Infrasugaras, fénysugaras forrasztás Pákás forrasztás Lézersugaras forrasztás Villamos ellenállás-forrasztás Lángforrasztás Forró gázos forrasztás Ultrahangos forrasztás Hullámforrasztás Mártó forrasztás A megolvasztott forrasz egy kádban található. Ebbe mártják bele a forrasztandó alkatrészt. Jól automatizálható, az elektronikai szerelvények gyártásában elterjedten alkalmazzák. A bemártás időtartama: 2 15 s. A forrasztási résre nézve szűk tűrésekkel gyártott darabokhoz jól alkalmazható. A forrasztandó darabokat gyakran előmelegítik, illetve inkább alaposan szárítják, elkerülendő a nedvesség okozta robbanást. A réz nem forrasztható ezzel a módszerrel az ónban való gyors oldódása miatt.

13 Kemencés forrasztás A legtöbb hevítési módszer hátránya a munkahőmérséklet pontos értéken tartásának nehézsége. A kemencés forrasztás ezt teljesen biztosítja, ugyanis a forrasztókemencék hőmérséklete pontosan szabályozható és stabilizálható. A minőség egyenletes, a termelékenység nagy. A kemencék lehetnek aknás kemencék, de jóval elterjedtebbek az áthúzókemencék a folytatólagos forrasztósorokba építve. A kemence atmoszférája endogáz, krakkolt ammónia, nitrogén, formálógáz vagy hidrogén véd az oxidációtól. A forrasztott felület fényes marad, nem igényel utólagos tisztítást. A kemencés forrasztás feltételei hasonlók a fűtőlapos forrasztáséihoz, de a hevítési sebesség jóval kisebb, mivel a hősugárzásos hőközlés ideje a kemencében meghosszabbodik. A sorozatgyártás viszonyai között a kemencén szállítópályára függesztve haladnak át az előkészített alkatrészek, de van olyan változata is, amikor infrasugaras hevítést alkalmaznak. Fűtőlapos forrasztás A fűtőlapos forrasztásnál tisztítás és folyasztószer felhordása után (pasztázás) az alkatrészek forraszthatók a forrasztási résbe előre felhelyezett forrasztópasztával vagy forrasztóhuzallal. Az alkatrészeket készülékekbe helyezik, a forraszt kézzel viszik fel előregyártott alakban vagy pasztaként. A szerelvényt óvatosan kell eltávolítani a fűtőlapról, elkerülendő a rezgés okozta elmozdulást a még olvadt forrasz dermedéséig. A folyamat lassúsága miatt a felületek kissé oxidálódhatnak a forrasz megolvadása előtt. A fűtőlapos forrasztás automatizálható, a max. hőmérséklet garantáltan korlátozható. A hűtést hideg fémlapra helyezéssel gyorsítják.

14 Indukciós forrasztás A tisztítás és pasztázás után az alkatrészeket nagyfrekvenciás indukciós tekerccsel hevítik. A forrasz másodpercek alatt megolvad. A módszer érintésmentes, nagyon gyors hevítést biztosít, kicsi a berendezés karbantartás-igénye. Az indukciós forrasztó berendezés összetevői Induktortekercs Nagyfrekvenciás tápegység Hűtőrendszer Vezérlés Forrasztóhuzal-adagoló Alkatrészrögzítő készülékek Hőmérséklet-érzékelő Infrasugaras forrasztás Az infrasugaras forrasztásnál a forrasztókemencében a hőforrás szerepét infrasugárzók játszák, amelyek hőmérséklete lényegesen meghaladja a forraszanyag munkahőmérsékletét. A hőbevitel a függ a sugárzók hőmérsékletétől, a sugárzás hullámhosszától, a felületek reflexiós és abszorpciós tényezőjétől.

15 Pákás forrasztás A pákás forrasztás széles körben alkalmazott forrasztási eljárás horganyzott acéllemezek és vékony sárgaréz- vagy rézlemezek forrasztására. A páka csúcsa rézből készül, a szár acélból, a nyél pedig általában fából. A réz pákacsúcson többrétegű bevonat található, belülről kifelé: vas, nikkel és króm. Pákás forrasztás forrasztóautomatákon A pákás forrasztás automatizált változatát alkalmazzák pl. a volfrám izzószálas autólámpák kivezetéseinek forrasztásakor. Az előre megolvasztott forrasz a páka bemártásakor feltapad csúcsára és az viszi a forrasztási helyre. Pákacsúcs Páka

16 Pákás forrasztás A forrasztandó felületek felhevítéséhez gyakran alkalmaznak forrasztópákát. A forrasztópáka nem tévesztendő össze a hegesztőpálcával! Az előmelegített pákával a forraszanyagot megolvasztják és a forrasztás helyére viszik. Itt addig tartják, amíg az alapanyag is felhevül a kívánt hőmérsékletre, és a forrasz a hézagot kitölti. Megfelelő szilárdságú kötés csak úgy érhető el, ha a forrasz vékony rétegben köti össze a felületeket (a hézag kicsi), ezért a forrasztás alatt a darabokat szerszámmal vagy a pákával össze kell szorítani. Ha a páka hőmérséklete megfelelő, akkor elegendő azt hozzáérinteni a forraszhoz, és az szinte azonnal megolvad. A túlságosan meleg páka egyszerre nagy mennyiségű forraszt olvaszt le, melynek egyenletes eloszlatása körülményessé válik, továbbá a forrasz oxidálódhat is. Túl kicsi Páka hőmérsékletű páka a felületeket nem képes felhevíteni, a forraszanyag kihűl, és így valódi kötés nem jön létre. Lézersugaras forrasztás A lézersugaras forrasztás viszonylag új eljárás, a forrasz érintésmentes, gyors hevítésével, olvasztásával az elektronikai panelek, szenzorok, mikrohangszórók gyártásában. A forrasz akár 0,2 mm átmérőjű huzal formájában is adagolható nagy pontossággal. Általában W-os diódalézert használnak. Kamerás helyzetmeghatározó rendszer biztosítja az adagolás pontosságát. A szerelvények javításkor szükséges kiforrasztására automatizált rendszereket fejlesztettek.

17 Szakaszai 1. Az alkatrész beforrasztandó lábának hevítése. 2. A huzalelőtoló betolja a forraszt. 3. A forrasz a hevített felületre érve megolvad, szétterül, majd megderned. Lyukas lézersuga. fánklencsével, amely a lézersugárzás energiáját egy gyűrű keresztmetszetbe fókuszálja; az így hevített panelekben az alkatrészek nem égnek rat lehet előállítani az únmeg. Villamos ellenállás-forrasztás Az ellenállás-forrasztásnál kisfeszültségű áram folyik át a tisztított és pasztázott alkatrészeken; a nagy átmeneti ellenálláson fejlődő hő gyorsan felmelegíti a forrasztandó felületeket és a forraszt.

18 Villamos ellenállás-forrasztás Előnyei A hevítés azonnal, nagy sebességgel megtörténik. A lehűlés nagyon gyors. Az ellenállás-forrasztó elektródacsúcsok élettartama többszöröse a pákacsúcsokénak. A berendezés rugalmasan illeszthető különféle termékekhez, kezelése nem igényel nagy szaktudást. Lábpedállal működtetve a kezelő mindkét keze szabad, amelyeket az alkatrészek rögzítésére használhat. A kezelőnek nem kell tartania a hevítőkészüléket vagy a pákát, a munka kevésbé fárasztó. Gazdaságos villamosenergia-felhasználást tesz lehetővé. Számos nehéz forrasztási feladat jól megoldható általa, pl. a hűtőbordák forrasztása. Lángforrasztás A hevítést gázláng végzi, amely szénhidrogén vagy hidrogen elégetésével képződik. Kézi eljárásként és automata sorokon egyaránt jól alkalmazható. A hevítést gázláng végzi, amely szénhidrogén vagy hidrogen elégetésével képződik. Kézi eljárásként és automata sorokon egyaránt jól alkalmazható. Nagytömegű alkatrészek gyors hevítésére is alkalmas, viszont erős revésedéssel és a láng nagy szétterülésével kell számolni. A forraszanyagot bemártják a folyasztószerbe (por, paszta), a forraszról olvad le s folyik be a forrasztási résbe. A lángot egyenletesen oda-vissza mozgatva kell melegíteni az alkatrészeket a folyasztószer habzásának kezdetéig. A forraszanyag leolvasztása: a varrat egyik végéhez érintve, folyamatosan követve a varrat vonalát.

19 Forró gázos forrasztás Ebben az eljárásban forró gázsugarat általában nitrogént használnak a hevítésre. Az elektronikai alkatrészek javítására terjedt el leginkább, ahol egy egészen kis területet kell felmelegíteni. A meghibásodott alkatrészek kiforrasztására és az újak beforrasztására is alkalmas. A gázsugár C hőmérsékletű, és lehet folyamatos vagy impulzusos. A fúvókát forrasztóceruzának is hívják. Hullámforrasztás Az elektronikai panelek hullámforrasztásának kezdetét 1956-ra datálják. Az a megoldás, hogy a megolvasztott forraszt egy fúvókán keresztül felfelé spriccelve afféle hullámként juttatják alulról a folyasztószerrel előkezelt panel hátlapjára, a gyakorlatban nagyon eredményesnek bizonyult. Ez a forrasztási módszer tette lehetővé a teljes, előszerelt nyákpanelek tömeggyártását. Az összes forrasztási pont egy síkon helyezkedik el, a forrasz olvadéka minden forrasztási pontot biztosan el tud érni és ki tud tölteni anélkül, hogy az egymáshoz közeli forrasztási pontok között áthidalás jönne létre.

20 Hullámforrasztás A hullámforrasztásnál a három fő munkaszakasz: a folyasztószer-adagolás, a hevítés a forraszadagolás Ez a 3 szakasz egymástól térben és időben teljesen elkülönül. Az előmelegítés C-ra történik, és eltávolítja a folyasztószer oldószerét. Maga a forraszanyag biztosítja a további hőszükségletet. A hullámforrasztógépekben a forrasztási folyamat általában nitrogén védőgáz alatt történik. A forrasztott kötések típusai A kötéstípusok között a nagy felületen érintkezést megvalósítók kialakítására kell törekedni.

21 A forrasztott kötések típusai Tompakötés (gyenge) Átlapolt kötés (erős) Hézag: m Egyszerű T-kötés (gyenge) Átlapolt T-kötés (erős) Vállas átlapolt kötés (tokos csőkötés) Hurkolt kötés Egyszerű tompakötés hevederrel A forrasztott kötések típusai A lágyforrasztás két alkatrész közötti anyaggal záró kötés, amelynek szilárdsága szinte teljesen az adhézió mértékétől függ. A kötések szobahőmérsékleten a legerősebbek, a kötési szilárdság gyorsan csökken a hőmérséklettel. A kötés erősségét befolyásoló tényezők: 1. A forraszanyag szilárdsága, amelyet pl. az Sn/Pb arány módosíthat. 2. A forrasz és az előónozott alapanyag felülete közötti adhéziós szilárdság; mind a túl vékony, mind a túl vastag forraszréteg gyengíti ezt. Az optimális forraszanyagrétegvastagság mikrométer. 3. A forrasztott kötés kialakítása. Nagyszilárdságú kötéseket csak a hurkolt kötések kialakításával lehet nyerni. A forrasztott kötés nyírásra a legerősebb, MPa, és húzásra a leggyengébb, 0,3 0,5 MPa; emiatt a hegesztésben gyakori, egyszerű tompakötést kerülni kell.

22 Az ólommentes forrasztás A lágyforrasztáshoz évtizedeken keresztül leggyakrabban ón-ólom ötvözeteket használtak. Az Sn-37Pb eutektikus ötvözet pépes állapot nélkül dermed szilárd állapotba óta azonban csak ólommentes lágyforraszok, pl. Sn- Cu, Sn-Cu-Ag használhatók az EU-ban. A legkisebb olvadáspontú lágyforrasz az ón, ólom, bizmut hármas eutektikumából készíthető, amely már 96 C-on megolvad. Az alumíniumot Sn-Zn-Al-Cd ötvözetekkel (pl. 40Sn-35Zn- 15Al-10Cd) lágyforrasztják. Az ólommentes forrasztás Az ólommentes forraszok alkalmazásakor kerülni kell a Pb-szennyezést a forrasztási zónában: nem csak gyengíti a kötést, de megsérti az ólommentességet kimondó jogszabályokat is. Ez különösen gondot okozhat a korábban Pb-Sn forrasszal készített kötések javításakor. Ki kell emelni, hogy az ólommentes forraszok alkalmazásával egy olyan probléma is felszínre került, amely a Pb-Sn forraszoknál ismeretlen volt: ez a kötés elridegedése kis hőmérsékleteken, amelynek következtében a forrasztott kötés elveszti alakváltozó lépességét, és repedés, törés alakul ki benne. Az ólomtartalmú forraszok felületén kialakuló ólom-oxidnak köszönhetően azok a forrasztott kötések korrózióállók is voltak, ezzel szemben az ólommentes forraszok ón-oxid védőrétege könnyen és gyorsan károsodik, a kötés számottevő korrózióját vonva maga után. Európában, 2006-ban életbe lépett a WEEE és a RoHS direktíva. RoHS = 2002/95/EC rendelet, Restriction of Certain Hazardous Substances (Egyes veszélyes nyersanyagok felhasználásának korlátozása) WEEE = 20002/96/EC rendelet, Waste Electrical and Electronic Equipment (Villamos és elektronikus készülékek hulladéka)

23 Ólommentes lágyforraszok A legnépszerűbb kétkomponensű ólommentes lágyforraszok: 1. Sn-Cu ötvözetek: olvadáspontjuk C. Bár a gyakorlatban legelterjedtebb és legolcsóbb lágyforraszok, gyakran fordulnak elő olyan nedvesítési és folyási problémák, amelyek az ólomtartalmú forraszoknál lényegében ismeretlenek voltak. Azonban a megfelelő hőforrás és a gyártók által biztosított megfelelően aktív folyasztószer biztosítani képes a forrasznak a megfelelő réskitöltési tulajdonságait. 2. Sn-Ag ötvözetek: olvadáspontjuk C, amely az Ag-tartalom függvénye. Az ezüst kiváló nedvesítési és folyási tulajdonságokat biztosít. Jóval drágább forraszok, mint az Sn-Cu ötvözetek, de lényegesen könnyebben lehet velük dolgozni a hagyományos folyasztószerek és hevítési módok megtartása esetén. Az Sn-Ag fázisdiagram

24 Ólommentes lágyforraszanyagok Kétkomponensű ólommentes lágyforraszok Sn0,3Cu Sn0,5Cu Sn0,7Cu Sn1Cu Sn3Cu Sn1Ag Sn2Ag Sn3Ag Sn3,5Ag Sn15Zn (alumíniumhoz) 95Sn5Sb 42Sn58Bi Háromkomponensű ólommentes lágyforraszok Sn0,7Cu0,3Ag Sn34Cu0,5Ag Sn4Cu3Ag Sn3,2Ag0,8Cu Sn3,5Ag0,7Cu Sn3,6Ag1Cu Sn3,8Ag0,7Cu Sn4,7Ag1,7Cu Többkomponensű ólommentes lágyforraszok Sn + Cu, Ag, Sb, In A lágyforraszok tulajdonságai Mechanikai tulajdonságok vizsgálata: szakítóvizsgálat, kúszásvizsgálat, kisciklusú fárasztás, hőfárasztás, nyíróvizsgálat, A forraszanyag különféle mechanikai tulajdonságainak meghatározására sokféle módszer ismert. Például a szakítószilárdság meghatározására a következő intézetek, illetve szerzők nevével fémjelzett módszerek ismeretesek (részleteit lásd a szakirodalomban): ITRI (jellemzőit lásd külön), NCMS, Zhao, Kim, Auburn University, Madeni, Kanchanomai, Yu, Xiao, Nedvesítési vizsgálatok: Sobczak, Yu.

25 A lágyforraszok tulajdonságainak vizsgálata Az ITRI-módszer vizsgálati körülményei: Öntési hőmérséklet: likvidusz + 50 C. Öntőminta-hőmérséklet: likvidusz + 10 C. Hűtés: vízzel az alső véglap felől (egytengelyű hőelvonás). Próbatest: 40 mm2 keresztmetszetű, 25 mm mérőhosszúságú forgácsolással készítve. Vizsgálati hőmérséklet: 20 C és 100 C. A lágyforraszok tulajdonságai Nedvesítési vizsgálatok: Sobczak-, Yu-módszer stb. Peremszögmérés a likvidusz-hőmérsékletnél 10 C-kal nagyobb hőmérsékleten; jellemző peremszögek: 21 59

26 Az Sn3,8Ag0,7Cu forrasz jellemzői Olvadási hőmérséklet, T m (szolidusz / likvidusz): 217 / 220 C. Munkahőmérséklet: C. Peremszög (nedvesítési szög): 42. Keménység: 15 26HB (a hőkezeltségi állapottól függően). Villamos vezetőképesség: 13% IACS. Fajlagos ellenállás: 13 μω.cm. Szakítószilárdság, 20 C-on: 48 MPa. Nyírószilárdság, 20 C-on 27 MPa, 100 C-n 17 MPa. Kúszáshatár: 1000 h / 20 C-on 13 MPa, 100 C-on 5 MPa. IACS = International Annealed Copper Standard Az IACS a nemmágneses vezetőanyagok villamos vezetőképességének kifejezésére szolgáló, a rézre vonatkoztatott egység. A lágyforrasztási eljárások felsorolása Az ISO 4063 szabványban meghatározott eljárások 94 Helyi hevítéses lágyforrasztás 941 Infrasugaras lágyforrasztás 942 Lánghevítéses lágyforrasztás 943 Pákás lágyforrasztás 944 Vonszoló (úsztatásos) lágyforrasztás 945 Lézersugaras lágyforrasztás 946 Indukciós lágyforrasztás 947 Ultrahangos lágyforrasztás 948 Ellenállás-lágyforrasztás 949 Diffúziós lágyforrasztás 95 Általános hevítéses lágyforrasztás 951 Hullámforrasztás 953 Kemencés lágyforrasztás 954 Vákuumos lágyforrasztás 955 Bemártásos lágyforrasztás 957 Sófürdős lágyforrasztás 94 Egyéb lágyforrasztási eljárások