Еще раз о европейской «бессвинцовщине»

Александр Парфенов

Следовательно, не все так просто и понятно. В самом деле, на фоне отсутствия официально установленной патологии заболеваний монтажников, даже по причине особо опасных органических соединений, образующихся в результате взаимодействия свинца с компонентами традиционно используемых флюсов (тетраэтил и салицилат РЬ), данная проблема по меньшей мере выглядит высосанной из пальца [1], поскольку объем загрязнений окружающей среды от электронного хлама на свалках составляет ничтожную долю от объема промышленного загрязнения
свинцом, которое создают предприятия металлургической, автотранспортной, кабельной и оружейной промышленности [2]. Тем не менее, сформировавшийся в стране класс дилерского предпринимательства пытается ради собственной прибыли любой ценой «втюхать» отечественному производителю дорогостоящую и наспех доработанную импортную технику и сомнительные технологические материалы под видом «хай-тек». Но позвольте, если «любезно представленная» компанией Speedline Technologies фотография
сравнительной растекаемости бессвинцового припоя по контактным площадкам ([3 ], рис. 1) трактуется в качестве некоего эталона или фактической данности, то с этой компанией и автором [3] просто не о чем говорить!

Цело в том, что известные технические проблемы, связанные с применением бессвинцовых припоев, в достаточной мере рассмотрены автором в [4 и 5] и в особенности в подготовленной к печати книге «Пайка в машиностроении», гл. 4, «Пайка в электронике», редакция «Машиностроение». Проблему плохой паяемости при бессвинцовой технологии можно в какой-то мере решить с использованием высокоактивных флюсов [6]; однако при этом совершенно неизвестно, что станет с печатной платой и аппаратурой
в целом. Деление последней на бытовую и специализированную, для которой в силе остается свинцовая технология, просто неприемлемо. В производстве не может быть практики двойных стандартов: неизбежно все перепутают! Усиленно рекомендуемое некоторыми дилерами оборудование для пайки в азоте не решает этой проблемы: невакуумируемые и бесшлюзовые печи не дают эффективной защиты от окисления. С точки зрения математической статистики сравнительные цифры по эффективности использования азота от фирмы Siemens: 82 или 37
дефектов паяных соединений на миллион [7] — это одно и то же! Кроме того, при использовании открытых печей совершенно не известен экологический результат, связанный с изменением парциального давления азота и кислорода в рабочей зоне, а также с результатом взаимодействия азота с компонентами флюса и другой органикой. Дело в том, что для анализа подобного взаимодействия совершенно недостаточно читать популярные учебные пособия по химии, в которых декларируется общая химическая инертность азота. Она зависит не только
от температуры химического разложения молекулы на атомарный азот, по аналогии с процессом азотирования, но и от температур, соответствующих реальным процессам пайки, в особенности от давления и присутствия катализаторов. В частности, при использовании активных флюсов (автор приносит извинения за «расхожую» терминологию, принятую в производстве, — неактивные флюсы вообще никому не нужны!), содержащих галогены даже в небольших количествах, образуются пары, например НС1, являющиеся прекрасным катализатором.
Поскольку при монтаже, как правило, используются адгезивы, композиции паяльных паст, да и собственно флюсы, основанные зачастую на бисфенольных и иных циклических органических соединениях, то абсолютно не исключены реакции типа:

С₆ H₅_0H+N₂+HC1 ->^t [C₆H₅№N]C1-+H0H …,

с заменой гидроксила фенола диазогруппой с образованием легко испаряющихся солей диазония, анилина и т. п. с остронаправленным аллергическим воздействием I и II классов опасности. Как говорит известный юморист, надо быть немножечко «тщитильнее»… Ну а если принять во внимание возрастание вдвое эффектов термодеструкции на каждые 8 °С [2] и возрастание скорости неизвестных нам химических реакций в 100 раз на каждые 10 °С, то потеряем, как говорил Райкин, «сумасшедшие деньги»…
Кому это нужно?

С другой стороны, понимая, что сегодня в России нет необходимости прилагать гигантские усилия для перехода на бессвинцовую технологию [2], отечественные технологи выражают крайнюю озабоченность возможным непредсказуемым изменением технологических материалов и барьерных покрытий зарубежной элементной базы (ЭКБ), которую Россия вынуждена покупать по целому ряду объективных причин [4, 5]. Тем не менее, автору кажется, что за рубежом вполне достаточно здравых технологических сил, так же понимающих неоднозначность
этой надуманной ситуации; поэтому будем надеяться, что в условиях жесткой конкуренции производители ЭКБ найдут пути обеспечения ее надлежащего качества в аспекте паяемости.

Что же касается сегодняшней номенклатуры финишных или барьерных покрытий, необходимо еще раз пояснить следующее: качественная пайка в аспекте паяемости, характеризуемая самопроизвольной растекаемостью припоя под действием сил поверхностных натяжений — весьма «капризная дама», меняющаяся от множества факторов [8], которые были детально изучены автором применительно к традиционной гамме паяемых материалов — Си, Ni, Ag, Аи, Pd и Rh, а технологические рекомендации по результатам этой работы вошли в
отраслевые стандарты, выпущенные в свое время НПО «Авангард». Тем не менее, единственной альтернативой для обеспечения безупречной паяемости является наличие растекаемости 3-го рода по классификации автора — то есть сплавление плавящегося при пайке барьерного покрытия с расплавляющимся припоем. Отсюда, любые особо тонкие растворимые в припое иммерсионные покрытия не обеспечивают стабильного качества пайки. Пайка по палладию требует эффективной температуры нагрева 280 °С. Следует вообще избегать
использования покрытия драгметаллами, в том числе и бессвинцового припоя, содержащего 4% Ag. Цело в том, что в настоящее время Государственная Пробирная Палата ведет с предприятиями «соответствующую» работу по Постановлению Правительства РФ № 731 от 28.09.2000 и приказу Минфина РФ № 68Н от 29.08.2001 о порядке учета, хранения и отчетности по использованию драгметаллов. Согласно Приказу № 68Н отчетность должна представляться всеми без исключения предприятиями, независимо от формы их собственности,
в том числе по всем материалам и комплектации, покупаемым за границей. Многие частные предприятия, пытающиеся оперировать комиссионной отчетностью, в аспекте правовой ответственности могут быть непроизвольно подставлены чиновникам Пробирной Палаты своими потребителями из категории ФГУП, для которых подобная отчетность — увы, неотъемлемая процедура!

Что касается плавящихся покрытий, иногда с удивлением читаешь, как некоторые дипломированные технологи бодро оперируют техническими характеристиками порядка 10²⁴ или 10^-13 ед. и в то же самое время не могут решить элементарную арифметическую задачу на простую пропорцию, в результате чего появляются непонятные свойства паяных соединений… В качестве примера можно рассмотреть, что произойдет, скажем, при пайке бессвинцовым оловянным припоем по оптимальному плавящемуся эвтектическому слою
Sn-Bi (Т_пл = 139 °С). Полагая, что паяльную пасту наносят через трафарет t = 150 мкм и полученный отпечаток
за вычетом 50%об органической композиции составляет -80 мкм по олову, а толщина покрытия составляет 10 мкм, в котором по составу половина или 5 мкм Bi, то, принимая плотность металлов равной единице, для окончательного состава получим 85 мкм Sn и 5 мкм Bi. Тогда: 90 мкм — 100%, а 5 мкм — х. Откуда х = 5,6%. Согласно диаграмме состояния сплав находится в области твердого раствора висмута в олове и имеет Т_пл = 220 °С, что почти на 100 °С выше Т_пл барьерного покрытия. Аналогично можно
просчитать и тройную систему, если есть элементарные знания металловедения.

Следует вспомнить, что в добрые старые времена вся военная продукция успешно выполнялась на платах, покрытых сплавом Розе (Т_пл = 96 °С). А отказались от него якобы по причине снижения сопротивления изоляции печатных плат «по вине» глицерина, в котором производилось оплавление. Впоследствии оказалось, что это была «спекулятивная информация»: сопротивление изоляции снижалось из-за разбавленного раствора НС1, которым декапировали платы и использовали в качестве флюса. А
глицерин, как оказалось, не при чем…                                             

Литература

1. Пилипенко О. Нас пугают, а мы не боимся // Технологии в электронной промышленности. 2006. № 3.
2. Медведев А. Покрытия под пайку // Технологии в электронной промышленности. 2006. № 4.
3. Вайз X. Трафареты для бессвинцовой паяльной пасты. Печатный монтаж // Приложение к журналу «Электроника НТВ». 2006. № 3 (июнь).
4. Парфенов А. Н. На заре ты ее не буди… // Практическая силовая электроника. 2006. №21.
5. Парфенов А. Российская электроника: точка зрения практика-реалиста // CHIP NEWS. 2005. № 7.
6. Баев С. Решение проблемы плохой паяемости при бессвинцовых технологиях // Производство электроники. 2006. № 4.
7. Липкин Е. Пайка в среде азота // Производство электроники. 2006. № 4.
8. Парфенов А. Н. Взаимодействие оловян-но-свинцовых припоев с тонкими металлическими покрытиями. Новые материалы и технология пайки в машиностроении. Мат-лы 5-го Всесоюзного семинара по пайке. Сентябрь 1971 г. ЦП НТО Машпром. М.: Эстонское РП НТО МП, Т. 1971.