Az SAC305 (Sn, Ag3,0%, Cu0,5%) sokáig a leguniverzálisabb és legszélesebb körben használt forraszötvözetnek számított az ólommentes elektronikai gyártásban. Ez az összetétel érzékeny az alapanyagként szolgáló nemesfém, az ezüst világpiaci árának volatilitása miatt, mivel gyakran spekulatív jellegű befektetések tárgyát képezi világszerte. Ezen okból kifolyólag a piaci igények egyre nőnek olyan forraszötvözetek iránt, amelyek kisebb mértékben támaszkodnak az ezüstre mint alapanyagra. Cikkünkben elemezzük a kisebb ezüsttartalmú forraszok előnyeit és hátrányait, közlünk néhány módszert a hátrányos tulajdonságok kompenzálására, és ismertetjük azok mechanizmusát

Az ezüsttartalom arányának csökkentésével járó előnyök

Az SAC305 forraszötvözetben az ezüst bekerülési költsége a forrasz teljes fajlagos költségének több mint a felét teszi ki. Ebből egyértelműen következik, hogy az ezüsttartalom csökkentésével a forrasz költsége jelentősen mérsékelhető, és a forrasz világpiaci ára stabilabb lehet ezen érzékeny költségtényező száműzésével. Az 1. ábra a KOKI termékeire ad példát, amelyeknél jól látható, hogy az ezüsttartalom 3,0%-ról 0,1%-ra csökkentése a fémköltségeket 40%-kal csökkenti.

1. ábra. A fémek költsége a forraszokban

Az alacsony ezüsttartalom hátrányos oldalai és hatásuk kompenzálása

A forraszötvözetekben az ezüstösszetevő javítja a forrasz állóképességét a termikus ciklusokkal szemben, jó hatással van a mechanikai szilárdságra az SnAg eutektikus struktúra kialakítása révén. A szakmában úgy tartják, hogy az SAC ötvözet esetén az optimális ezüsttartalom 3,0% körül van, alatta fokozottan fennáll a veszélye a termikus stressz hatására bekövetkező minőségromlásnak és a mechanikai szilárdság súlyos degradálódásának, továbbá a teljes forraszötvözet olvadáspontja is magasabbra kerülhet.

A hátrányok kompenzálhatók azzal, ha az ötvözethez további tulajdonságjavító fémeket adunk. Mérsékelt áruk miatt a KOKI-nál a bizmutra (Bi) és nikkelre (Ni) szavaztak, amelyeket a csökkentett ezüsttartalmú forraszhoz adva jelentős javulást figyeltek meg az olvadáspont, termikus ellenállás és mechanikai szilárdság tekintetében egyaránt (lásd 2. ábra).

2. ábra. A forraszötvözet költsége és szakítószilárdsága az ezüsttartalom függvényében (balra), illetve az olvadáspont az ezüsttartalom és kiegészítő ötvözők függvényében (jobbra)

A tulajdonságjavító fémek

A precipitáció megerősítése nikkel segítségével

A nikkel az egyik precipitációs fémösszetevő. A precipitáció késlelteti a diszlokáció eltolódását azáltal, hogy áthatolást valósít meg az ón szemcsehatárán keresztül magas olvadásponton, mialatt az intermetallikus vegyület leülepszik a határon, és az ónszemcsék a megszilárdulás során összemennek (lásd 3. ábra). Ez a módszer egy hatékony útja a kis ezüsttartalmú forrasz kis bekerülési költségű anyaggal történő megerősítésének.

3. ábra. A precipitáció nikkellel végzett megerősítésének hatása

A szilárd oldat megerősítése bizmut segítségével

A szilárd oldat megerősítésére alkalmas alapelemek a bizmut, az indium és a cink. Az ónatomok mátrixában a hozzáadott elem körül torzítás keletkezik, a szilárd oldatban egyenletes elrendeződés valósul meg (lásd 4. ábra). Az olvadáspont szempontjából, fémköltségek és a forrasztott kötés elektromos jellemzőinek szemszögéből vizsgálva mindezek alapján a bizmut az optimális választás.

4. ábra. A szilárd oldat bizmuttal történő megerősítésének hatása

Kis ezüsttartalmú forrasz-késztermékek

Az S1XBIG58-M500-4 típusjelű forraszötvözet ezüsttartalma 1,1%, olvadáspontja 211–223 °C, aktivitása tekintetében ROL0 besorolású, halogénmentes. Ez az ötvözet az SAC305-tel összemérhető megbízhatóságú forrasztott kötések létrehozását teszi lehetővé, és ajánlott nagy igénybevételnek kitett végtermékekhez. Az S01XBIG58-M500-4 típusjelű változat ezüsttartalma már csupán 0,1%, olvadáspontja 211–227 °C között van, szintén ROL0 besorolású és halogénmentes. Ezüsttartalma okán a gyártó ezt leginkább költségérzékeny alkalmazásra ajánlja.

A KOKI COMPANY LIMITED honlapja